DE4326147C2

DE4326147C2 - Axiallüfter, insbesondere für ein Kühlgebläse eines Kraftfahrzeugmotors

Info

Publication number: DE4326147C2
Application number: DE4326147A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Lohmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2013-08-05
Also published as: DE4326147A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bekanntlich werden derartige Lüfter in Gebläsen von wassergekühlten Kraftfahrzeugmotoren eingesetzt, wobei die Gebläse zwischen dem Kühler und dem Motorblock angeordnet sind. Über das Lüfterrad wird Frischluft angesaugt, welche durch den Kühler hindurchgeführt und nach außen abgeleitet wird. Es ist dabei üblich, die Kühlluft axial durch das Lüfterrad zu führen, d. h., sie gelangt zunächst in einen Zwischenraum zwischen dem Lüfterrad und dem Motorblock und wird dort radial nach außen abgeführt.

Dem Konstrukteur von derartigen Axiallüftern werden heutzutage nicht nur hohe Anforderungen hinsichtlich technischer Daten, wie der Druckerzeugung oder des Wirkungsgrades gestellt, sondern es müssen in immer stärkerem Maße physiologische Gesichtspunkte, wie die Geräuschbelästigung, berücksichtigt werden, wodurch die Anforderungen noch komplexer werden.

Die Geräusche bei diesen Lüftern bestehen aus dem Wirbelgeräusch, einem Gemisch zahlreich verschiedener Schaltfrequenzen und dem besonders durchdringenden Lüfterton, dessen Frequenz dem Produkt aus der Drehzahl des Lüfterrades in der Sekunde und der Flügelzahl entspricht. Eine Verminderung dieser Geräusche wurde dadurch erzielt, daß die Flügel in ungleichen Abständen an der Nabe des Lüfterrades angeordnet wurden. Der unangenehme Lüfterton wurde hierdurch zwar vermindert, aber die strömungstechnischen Verhältnisse wurden ungünstig beeinflußt.

Durch die DE 31 37 114 A2 und die US-PS 5,064,345 sind Lüfterräder bekannt, welche Blätter mit Pfeilungen aufweisen, die im Nabebereich eine Rückwärts- und im Blattspitzenbereich eine Vorwärtspfeilung aufweisen.

Weiterhin wird durch die WO/90/15 253 ein Lüfterrad offenbart, deren Blätter eine spezielle sinusförmige Verteilung der Blattvorderkante über dem Radius aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Axiallüfter mit einer Lüftergeometrie zu schaffen, die ohne Einbuße an Schub und Wirkungsgrad gegenüber den bekannten Lüftern erheblich leiser ist. Weiterhin sollen die die Leistung, den Wirkungsgrad und die Geräusche beeinflussenden Aufrollwirbel an den Flügelvorderkanten und die durch starke Druckgradienten induzierten Ablösungen im Nabenbereich vermieden werden. Diese Aufgaben werden durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Der erfindungsgemäße Axiallüfter zeichnet sich dadurch aus, daß die Aerodynamik und die Akustik des Axiallüfters gleichzeitig optimiert werden. Hierbei ist eine Lüfter-Geometrie entstanden in Form eines vor- und rückwärtsgepfeilten Blattes, bei denen Auf rollwirbel und induzierte Ablösungen an den Flügeln derart beein flußt werden, daß der Schub und der Wirkungsgrad keine Einbußen erleiden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand eines Aufzeichnungsbeispiels im fol genden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Axial lüfters für ein Kraftfahrzeug,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Lüfterrad,

Fig. 3 eine schaubildliche Darstellung des Lüfter rades,

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Flügel,

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Flügel und

Fig. 6 eine Seitenansicht eines Flügels, teilweise im Schnitt.

Die Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Axial lüfters 1, welcher z. B. in einem Kühlgebläse 3 vor einem Kraft fahrzeugmotor 5 eingesetzt ist. Hierbei wird ein Lüfterrad 7 durch einen Elektromotor 9 in bekannter Weise angetrieben. Das Kühlgebläse 3 besteht aus einem Kühler 11 und einem vor diesem angeordneten Kondensator 13.

Im Rahmen der Erfindung kann der Axiallüfter 1 auch auf anderen technischen Gebieten eingesetzt werden.

Die Fig. 2 zeigt das Lüfterrad 7 in Draufsicht, dessen sichel förmig ausgebildete Flügel 15 mit ihren Ausgangsenden an einer von einem Elektromotor angetriebenen Nabe 17 und mit ihren Spitzenenden 19 an einen konzentrisch zu der Nabe 17 angeordneten Mantelring 21 befestigt sind.

Die Vorderkanten 23 und die Hinterkanten 25 der dreidimensional ausgebildeten Flügel weisen jeweils eine starke Vorwärtspfeilung 27 und anschließend eine starke Rückwärtspfeilung 29 nach Art einer Vogelschwinge auf. Die Übergänge von den Vorwärtspfeilungen 27 zu den Rückwärtspfeilungen 29 an den Vorderkanten 23 und an den Hinterkanten 25 der Flügel werden in deren mittleren Be reichen durch konstante azimuthale Verschiebungen gebildet. Durch diese Rücknahmen der Pfeilungen werden Aufrollwirbel an den Vorderkanten 23 sicher vermieden. In vorteilhafter Ausgestaltung bestehen die Übergänge 31, 33 aus Polynomen dritten Grades. Weiterhin ist der Fig. 2 und der anliegenden Tabelle 1 zu entnehmen, daß die Sehnenlänge C der Flügelprofile im Bereich der Nabe 17 klei ner ist als an den Flügelblattspitzen 19. Ebenfalls ist der Verwindungswinkel Beta im Bereich der Nabe 17 größer als im Bereich der Flügelblattspitzen 19. So beträgt z. B. der Verwen dungswinkel Beta an der Blattwurzel bzw. Nabe 17 etwa 45 Grad, während der Verwindungswinkel β an den Blattspitzen 19 etwa 15 Grad beträgt.

Die Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Flügel 15 im Schnitt, wobei die Sehnenlänge C und der Verwindungswinkel β ebenso eingetragen sind wie das z,x-Achsensystem.

Die Fig. 5 zeigt die Draufsicht auf die Nabe 17 mit einem Flügel 15, wobei der Sichelungswinkel ϕ, die Drehrichtung des Flügelrades 7 und die einzelnen Schnitte R1 bis R6 angegeben sind. Aus der Tabelle 1 und der Fig. 5 ist zu entnehmen, daß der Sichelungswinkel ϕ des jeweiligen Flügelprofilschnittes von der Nabe 17 bis zum Bereich der Flügelmittel zunimmt und dann zu den Blattspitzen 19 wieder abnimmt. Im Ausführungsbeispiel liegt der Sichelungswinkel ϕ an der Nabe 17 bei etwa 0 Grad, in der Flügelmitte bei etwa 30 Grad und an den Blattspitzen 19 bei etwa 7 Grad.

Weiterhin zeichnen sich die Flügel 15 dadurch aus, daß sie an den Vorderkanten 23 abgerundet ausgebildet sind. Hierdurch werden Störungen in der Strömung vermieden.

Auch ist den Fig. 2, 5 und der Tabelle 1 zu entnehmen, daß die Sehnenlänge C im Mittelbereich der Flügel 15 unverändert bleibt.

Die Flügel 15 des Axiallüfters 1 sind durch die Gleichungen

YY = CMT(1) + CMT (2) XW + CMT (3) XW² + CMT (4) XW³ + CMT (5) XW⁴
+ CMT (6) XW⁵ + CMT (7) XW⁶ + CMT (8) XW⁷

Im Fall (A) der Profile ist XW=X, YY=Z, wobei bei X=0 Z=0 zu setzen ist,
und
im Fall (B) der Blattparameter XW=R ist,
worin
R Radius in (mm)
C = Sehnenlänge des Profilschnittes in (mm)
Beta (β) = Verwindungswinkel des Profilschnittes in (Grad)
Phi (ϕ) = Sichelungswinkel des Profilschnittes in (Grad) und
CMT ( , ) = Koeffizienten eines Polynoms 7. Grades sind, welche folgende Polynom-Werte aufweisen, die im Gleitkommaschreibweise ausgedruckt sind:

A) Je 8 Polynom-Koeffizienten/Profil:

Oberseite:

Schnitt: R=R1
CMT(1,1)= 0,3376981507-02
CMT(2,1)= 0,1346306419+01
CMT(3,1)=-0,8917436595+01
CMT(4,1)= 0,3875335108+02
CMT(5,1)=-0,9757959977+02
CMT(6,1)= 0,1356854384+03
CMT(7,1)=-0,9721950708+02
CMT(8,1)= 0,2797328941+02

Schnitt: R=R2
CMT(1,2)= 0,3442679717-02
CMT(2,2)= 0,1052039458+01
CMT(3,2)=-0,6847072060+01
CMT(4,2)= 0,2947010493+02
CMT(5,2)=-0,7402342920+02
CMT(6,2)= 0,1027584038+03
CMT(7,2)=-0,7349497090+02
CMT(8,2)= 0,2111332593+02

Schnitt: R=R3
CMT(1,3)= 0,3549636101-02
CMT(2,3)= 0,1016441804+01
CMT(3,3)=-0,6641728231+01
CMT(4,3)= 0,2863407070+02
CMT(5,3)=-0, 7196633158+02
CMT(6,3)= 0,9988500889+02
CMT(7,3)=-0, 7139449161+02
CMT(8,3)= 0,2049343126+02

Schnitt: R=R4
CMT(1,4)= 0,3549636101-02
CMT(2,4)= 0,1016441804+01
CMT(3,4)=-0,6641728231+01
CMT(4,4)= 0,2863407070+02
CMT(5,4)=-0, 7196633158+02
CMT(6,4)= 0,9988500889+02
CMT(7,4)=-0,7139449161+02
CMT(8,4)= 0,2049343126-02

Schnitt: R=R5
CMT(1,5)= 0,3549636101-02
CMT(2,5)= 0,1016441804+01
CMT(3,5)=-0,6641728231+01
CMT(4,5)= 0,2863407070+02
CMT(5,5)=-0,7196633158+02
CMT(6,5)= 0,9988500889+02
CMT(7,5)=-0,7139449161+02
CMT(8,5)= 0,2049343126+02

Schnitt: R=R6
CMT(1,6)= 0,1689076455-02
CMT(2,6)= 0,9040142958+00
CMT(3,6)=-0,5184480422+01
CMT(4,6)= 0,2125464240+02
CMT(5,6)=-0,5303796100+02
CMT(6,6)= 0,7405603355+02
CMT(7,6)=-0,5354340535+02
CMT(8,6)= 0,1558148055+02

Unterseite:

Schnitt: R=R1
CMT(1,1)=-0,4455810171-02
CMT(2,1)=-0,9883376876+00
CMT(3,1)= 0,8546841173+01
CMT(4,1)=-0,3848691771+02
CMT(5,1)= 0,9446865392+02
CMT(6,1)=-0,1265374123+03
CMT(7,1)= 0,8696017855+02
CMT(8,1)=-0,2397483370+02

Schnitt: R=R2
CMT(1,2)=-0,3942155380-02
CMT(2,2)=-0,4834410344+00
CMT(3,2)= 0,4508055654+01
CMT(4,2)=-0,1760728431+02
CMT(5,2)= 0,3893320149+02
CMT(6,2)=-0,4931678845+02
CMT(7,2)= 0,3273648169+02
CMT(8,2)=-0,8762695698+01

Schnitt: R=R3
CMT(1,3)=-0,3864733678-02
CMT(2,3)=-0,4099249207+00
CMT(3,3)= 0,3873037115+01
CMT(4,3)=-0,1401815748+02
CMT(5,3)= 0,2908269287+02
CMT(6,3)=-0,3551685522+02
CMT(7,3)= 0,2305645288+02
CMT(8,3)=-0,6056502082+01

Schnitt: R=R4
CMT(1,4)=-0,3864733678-02
CMT(2,4)=-0,4099249207+00
CMT(3,4)= 0,3873037115+01
CMT(4,4)=-0,1401815748+02
CMT(5,4)= 0,2908269287+02
CMT(6,4)=-0,3551685522+02
CMT(7,4)= 0,2305645288+02
CMT(8,4)=-0,6056502082+01

Schnitt: R=R5
CMT(1,5)=-0,3864733678-02
CMT(2,5) =-0,4099249207+00
CMT(3,5)= 0,3873037115+01
CMT(4,5)=-0,1401815748+02
CMT(5,5)= 0,2908269287+02
CMT(6,5)=-0,3551685522+02
CMT(7,5)= 0,2305645288+02
CMT(8,5)=-0,6056502082+01

Schnitt: R=R6
CMT(1,6)=-0,4887062523-02
CMT(2,6)=-0,5286422060+00
CMT(3,6)= 0,5627445225+01
CMT(4,6)=-0,2588377237+02
CMT(5,6)= 0,6274982578+02
CMT(6,6)=-0,8239775694+02
CMT(7,6)= 0,5528493619+02
CMT(8,6)=-0,1484426302+02

B) Je 8 Polynom-Koeffizienten/Blatt-Parameter:

7) Verwindung Beta:
CMT(1,7)=-0,4697250995+03
CMT(2,7)= 0,4001478271+04
CMT(3,7)=-0,1253658651+05
CMT(4,7)= 0,2086825208+05
CMT(5,7)=-0,2033489916+05
CMT(6,7)= 0,1167684995+05
CMT(7,7)=-0,3668617885+04
CMT(8,7)= 0,4871535274+03

8) Blatt-Tiefe C:
CMT(1,8)= 0,2408300635+04
CMT(2,8)=-0,1817445567+05
CMT(3,8)= 0,5795282668+05
CMT(4,8)=-0,9923492684+05
CMT(5,8)= 0,9886067448+05
CMT(6,8) =-0,5738949094+05
CMT(7,8)= 0,1797957997+05
CMT(8,8)=-0,2342597340+04

9) Staffelung-Winkel Phi:
CMT(1,9)= 0,2385695864+04
CMT(2,9)=-0,1598239118+05
CMT(3,9)= 0,4314926438+05
CMT(4,9) =-0,6077259038+05
CMT(5,9)= 0,4810934463+05
CMT(6,9)=-0,2104994947+05
CMT(7,9)= 0,4509133500+04
CMT(8,9)=-0,3190222506D+03.

Das Verfahren für die Erstellung der Flügel 15 geht folgender maßen vor sich. Zunächst werden mit Hilfe der Polynomkoeffizien ten CMT und des Polynoms

zuerst zu den x-Werten die z-Werte für die einzelnen Profilschnitte getrennt für deren Ober- und Unterseiten bestimmt. Danach werden dann anschließend an den Stellen der einzelnen Radien die Verwindungswinkel β, die Sehnen länge C und der Sichelungswinkel ϕ für jedes Profil berechnet. Danach werden die Koordinaten x und z der Profile mit C multi pliziert, um die tatsächlichen Blattdimensionen zu erhalten. Danach wird jedes Profil um den Verwindungswinkel β um die Pro filnase gedreht. Anschließend wird dann noch jeder Schnitt um den Sichelungswinkel ϕ azimuthal verschoben, wodurch sich dann die geräuscharme Sichelform des Blattes ergibt. Als Drehpunkt dient hierbei das Zentrum des Lüfterrades 7.

Claims

1. Axiallüfter, insbesondere für ein Kühlgebläse eines Kraft fahrzeugmotors mit einem Lüfterrad, dessen sichelförmig ausgebildete Flügel mit ihren Ausgangsenden an einer von einem Elektromotor angetriebenen Nabe und mit ihren Spitzenenden an einem konzentrisch zu der Nabe angeordneten Mantelring befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkanten (23) und die Hinterkanten (25) der dreidimensional ausgebildeten Flügel (15) jeweils eine starke Vorwärtspfeilung (27) und anschließend eine starke Rückwärtspfeilung (29) nach Art einer Vogelschwinge aufweisen.

2. Axiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pfeilungen (27) an den Vorderkanten (23) und an den Hinterkanten (27) der Flügel (15) durch Verschiebungen einzelner Zylinderschnitte in Umfangsrichtung gebildet werden.

3. Axiallüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergänge (31, 33) aus Polynomen dritten Grades bestehen.

4. Axiallüfter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehnenlänge C der Flügelprofile im Bereich der Nabe (17) kleiner ist an den Flügelblattspitzen (19).

5. Axiallüfter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehnenlänge C im mittleren Bereich der Flügel (15) unverändert bleibt.

6. Axiallüfter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verwindungswinkel β im Bereich der Nabe (17) größer ist als im Bereich der Flügelblattspitzen (19).

7. Axiallüfter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verwindungswinkel β zwischen β=45° an der Blattwurzel und etwa β=15° an der Blattspitze (19) liegt.

8. Axiallüfter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sichelungswinkel ϕ an der Nabe (17) etwa 0°, in der Flügelmitte etwa 30° und an den Blattspitzen (19) etwa 7° beträgt.