DE4446345C2 - Radialventilator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radialventilator zum Erzeugen eines Luftflusses oder Luftstroms durch Rotation. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Radialventilator für einen Wechselstromgenerator (im weiteren ebenfalls als der AC-Generator bezeichnet), wobei der Ventilator zusammen mit einer rotierbaren Welle des AC-Generators rotiert wird, um entstehende Wärme abzuführen, und zwar durch von dem Ventilator erzeugte Luftströme. Der AC-Generator, der mit dem Kühlventilator nach der Erfindung ausgerüstet ist, kann in einer kleinen Größe implementiert werden und profitabel eine Anwendung für Motorfahrzeuge oder Automobile finden.

Im industriellen Feld der Motorfahrzeuge oder Autos gibt es in den letzten Jahren einen Trend, mehr und mehr den Platz zu reduzieren, der für einen Motorraum vorzusehen ist, um dementsprechend den Raum für einen Fahrer und die Passagiere zu erhöhen, so dass sie Bequemlichkeit beim Reisen in dem Auto empfinden. Daraus resultierend müssen die Brennkraftmaschine sowie deren Zubehör und viele weitere Teile innerhalb des Motorraumes mit einer hohen Dichte installiert werden. Somit existiert ebenfalls eine Nachfrage nach Verringerung der Größe des AC-Generators für das Motorfahrzeug. Zur Gewährleistung einer hohen Sicherheit zum Manövrieren des Motorfahrzeuges sowie einer Verfügbarkeit intelligenter Einrichtungen werden elektronische Steuerungen für die Vorrichtungen, die innerhalb des Motorraums angesiedelt sind, in zunehmendem Maße angewendet, was begleitet wird von einem Anstieg im elektrischen Leistungsverbrauch. Unter diesen Umständen tendiert hohe Temperatur innerhalb des Motorenraums vorzuherrschen, was natürlich unerwünscht ist. Um diesem Problem standzuhalten, muss der AC-Generator ebenfalls hinsichtlich der Kühlstruktur verbessert werden.

Als die Kühleinrichtung für den AC-Generator für das Motorfahrzeug wird im allgemeinen eine "zwingende" Luftkühlstruktur verwendet, bei der die Luft gezwungenermaßen durch den AC-Generator von einem Kühlventilator zirkuliert wird, welcher sich mit einer Welle des AC-Generators dreht.

Zum besseren Verständnis des Hintergrundes der Erfindung wird eine Beschreibung zunächst auf einen bekannten luftgekühlten AC-Generator für das Motorfahrzeug gerichtet werden.

Fig. 22 ist eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen luftgekühlten AC-Generators, welcher in Zugehörigkeit zu einer Brennkraftmaschine eines Motorfahrzeuges angebracht ist, und zwar in solch einer Anordnung, dass die rechte Seite des AC-Generators, gesehen in der Figur, an der Vorderseite des Motors (nicht gezeigt) positioniert ist.

Mit Bezug auf die Figur ist eine rotierbare Welle 110 des AC- Generators rotierbar gehaltert durch Lager 114 und 115, welche an Mittenabschnitten von vorderen und hinteren Klammern 112 und 113 angebracht sind, die eingepasst angebracht sind an einem Statorkern 111 des AC-Generators. Ein Antriebsrad 116 ist an einem vorderen Endabschnitt der rotierbaren Welle 110 fest angebracht, wobei ein Motordrehmoment auf die Welle 110 des AC-Generators über einen Übertragungsriemen (nicht gezeigt), der sich um das Antriebsrad 116 erstreckt, übertragen wird. Angebracht an der rotierbaren Welle 110 ist eine Magnetkernanordnung 6 mit einer Erregungswicklung 118, die um einen Kern gewunden ist. Gegenüber einer Magnetkernanordnung 117 ist ein Statorkern 111 angeordnet, der mit einer Statorwicklung 119 bewickelt ist. Weiterhin sind innen in Bezug auf die hintere Klammer 113 ein Vollwellengleichrichter 120 zum Gleichrichten einer in die Statorwicklung 119 induzierten AC-Leistung und ein Spannungsregler 121 zum Steuern der Ausgabespannung des AC- Generators angebracht.

Angeordnet innerhalb des AC-Generators der oben beschriebenen Struktur sind Radialventilatoren 100, jeder von einem Einseiten-Ansaugtyp, welche an vordere und hintere Endoberflächen der Magnetkernanordnung 117 angebracht sind, um somit zusammen mit der Magnetkernanordnung 117 als eine integrale Einheit zu rotieren. Somit wird, wenn der Radialventilator 100 an der vorderen Endoberfläche der Magnetkernanordnung 117 angebracht ist, die Umgebungsluft veranlasst, in den AC-Generator durch ein Einlasstor 122, das in der vorderen Klammer 112 gebildet ist, hineinzufließen, wie angedeutet durch Pfeile, wodurch die Statorwicklung 119 und andere Komponenten des AC-Generators gekühlt werden. Die Luft, die die Wärme wegführt, die innerhalb des AC-Generators erzeugt wird, fließt nach draußen durch ein Ausströmtor 123. Weiterhin wird durch die Rotation des Radialventilators 100, der an der hinteren Endoberfläche der Magnetkernanordnung 117 angebracht ist, die Umgebungsluft durch Einlasstore 124 und 125 eingesogen, und zwar unter der Luftzugwirkung des Radialventilators 100, und dazu veranlasst zirkulierend durch das Innere des AC-Generators zu fließen und den Vollwellengleichrichter 120 und den Spannungsregler 121 zu kühlen, um letztendlich durch ein Ausströmtor 126 abgeführt zu werden.

Dazu ist der Drehventilator des oben erwähnten Typs in solch einer Struktur, wie gezeigt in Fig. 23, implementiert.

Mit Bezug auf die Figur besteht der gezeigte Radialventilator 100 aus einer Basisplatte 101, welche angepasst ist, fest an die Magnetkernanordnung 117 des AC-Generators angebracht zu werden, und einer Vielzahl von vorstehenden Ventilatorblättern 102, welche in einer Reihe in der rotierbaren Basisplatte 101 entlang der äußeren Peripherie davon gebildet sind.

Die Ventilatorblätter 102 sind mit der rotierbaren Basisplatte 101 einheitlich ausgebildet. Insbesondere sind die rotierbare Basisplatte 101 und die Ventilatorblätter 102 einheitlich ausgebildet aus einer Metallplatte durch eine Stanzpresse, worauf die Ventilatorblätter 102 orthogonal zur Ebene der Basisplatte 101 in solcher Orientierung gebogen werden, dass sie sich schräg relativ zur radialen Richtung der rotierbaren Basisplatte 101 erstrecken. Mit anderen Worten ist die Vielzahl von Ventilatorblättern 102 gebildet in der Form einer Umfangsreihe entlang des äußeren peripheren Randes der rotierbaren Basisplatte 101 durch Stanzen einer einzelnen Metallplatte. Somit bleibt der Ausströmwinkel θ des Ventilatorblattes 102 stets konstant unabhängig von den Rotationsgeschwindigkeiten des Radialventilators 100. Dabei zeigt der Ausströmwinkel θ einen Winkel an, der gebildet ist zwischen einer geraden Linie, die das Zentrum der Basisplatte 101 und einen äußersten peripherischen Punkt des Ventilatorblattes 102, gelegen an der Vorderseite davon, wie gesehen in der Rotationsrichtung der Basisplatte 101, sowie eine Linie tangential zum äußersten peripherischen Punkt verbindet.

In dem Ventilatorblatt 100 für den AC-Generator des Motorfahrzeugs, welcher hierfür bekannt ist, bleibt der Ausströmwinkel θ des Ventilatorblattes 102 stets konstant unabhängig von der Rotation des Radialventilators 100. Daraus resultierend steigt die Luftmenge, die durch den Ventilator 100 produziert wird, linear proportional zur Rotationsgeschwindigkeit (UpM) des Rotationsventilators 100 an, wie angedeutet durch eine charakteristische Kurve mit unterbrochener Linienführung in Fig. 8, woraus resultierend ein Rauschen, das durch den Radialventilator 100 erzeugt wird, immer bemerkbarer wird, wenn die Luftmenge (oder das Luftvolumen in m³/min) ansteigt.

Weiterhin kann aus Fig. 8 gesehen werden, dass der Ausgabestrom des AC-Generators steil ansteigt als eine Funktion der Drehzahl in einem Niedriggeschwindigkeitsbereich (z. B. nicht höher als 4000 UpM), während in einem Hochgeschwindigkeitsbereich (z. B. höher als 4000 UpM) der Ausgabestrom des AC-Generators nur leicht ansteigt. In ähnlicher Weise steigt die Temperatur des AC-Generators, wenn dessen Ausgabestrom ansteigt. Die Rate des Temperaturanstiegs jedoch wird schrittweise niedriger, wenn eine bestimmte Drehzahl (z. B. 4000 UpM) überschritten ist.

Aus diesen Gründen wird, wenn der Ausströmwinkel θ so gewählt wird, dass eine hinreichende Luftmenge zum Kühlen des AC- Generators verfügbar ist, in einem Niedriggeschwindigkeitsbereich, die Luftmenge, die durch den Radialventilator 100 erzeugt wird, unnötig und verschwenderisch auf einen übermäßig hohen Pegel im Hochgeschwindigkeitsbereich ansteigen, was begleitet wird von einem Problem, dass ein furchtbares Rauschen erzeugt wird.

Wenn andererseits der Ausströmwinkel θ so gewählt ist, dass die Luftmenge auf einer minimal notwendigen Rate im Hochgeschwindigkeitsbereich bleibt, und zwar im Hinblick, das Rauschen im Hochgeschwindigkeitsbereich zu unterdrücken, kann eine hinreichende Luftmenge im Niedriggeschwindigkeitsbereich nicht mehr erhalten werden, was einen hohen Temperaturanstieg des AC-Generators mit sich bringt, wodurch der Ausgabestrom des AC-Generators begrenzt wird, also Anlass für ein weiteres Problem gibt.

Aus der DE-OS 24 46 463 ist ein propellerartiger Axiallüfter für Kühlergebläse von Kraftfahrzeugen bekannt, bei welchem der Propellerdurchmesser, also der wirksame Durchmesser des Axiallüfters, verstellbar ist. Diese Verstellung erfolgt durch einen Steuerhebelmechanismus im Bereich der Lüfternabe, wobei die für die Verstellung der einzelnen Propellerblätter maßgebende Kraft die auf die Propellerblätter wirkende Fliehkraft ist. Dieser bekannte Verstellmechanismus bewirkt eine Veränderung des Lüfterdurchmessers. Der Anstellwinkel der einzelnen Propellerblätter bleibt dabei unverändert.

Die FR-PS 782 935 offenbart einen Radiallüfter, bei welchem der Lüfterdurchmesser und mit diesem die Ausrichtung der Lüfterschaufel veränderbar ist. Diese Veränderung erfolgt unter der Einwirkung der auf die Lüfterschaufeln einwirkenden Kräfte, wobei die Zentrifugalkraft, die auf einen über die Schwenkachse einer jeden Lüfterschaufel hinaus verlängerten Ansatz mit einem Gegengewicht wirkt, ausgenutzt wird, um die Lüfterschaufel in eine Position zu fahren, in der sie den größtmöglichen Radius des Lüfterrades bestimmt. Im Betrieb wirkt mit zunehmender Drehzahl zusätzlich die vom zu fördernden Fluid auf die Lüfterschaufeln einwirkende hydrodynamische Gegenkraft, die bestrebt ist, die Lüfterschaufeln in eine Position zu zwingen, in der der Durchmesser des Lüfterrades verringert ist. Bei dieser bekannten Anordnung wird daher die Verstellung der Lüfterschaufeln nicht durch die Fliehkraft, sondern durch die vom Fluid auf die Schaufel ausgeübte Gegenkraft bestimmt.

Die US-PS 2,601,495 offenbart einen Axialventilator für ein Kühlergebläse von Kraftfahrzeugen. Bei diesem Axiallüfter ist der Anstellwinkel für die Propellerblätter um eine radial verlaufende Blattachse verstellbar. Die Verstellung wird von Zentrifugalkräften bewirkt.

Aus der DE-AS 13 00 193 ist ein Ventilator mit verschwenkbaren Flügeln bekannt, wobei die Flügel in einer ersten Stellung von einem Magneten gehalten werden. Beim Überschreiten einer bestimmten Drehzahl wird die Magnethaltekraft von der größer werdenden Zentrifugalkraft aufgehoben und die Flügel verschwenken.

Angesichts des eingangs beschriebenen Standes der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Radialventilator zu schaffen, welcher eine Verfügbarkeit einer hinreichenden Luftmenge bereits in einem Niedriggeschwindigkeitsbereich gewährleisten kann, während er eine Rauscherzeugung in einem Hochgeschwindigkeitsbereich vermeidet.

Diese Aufgabe wird gelöst von einem Radialventilator, insbesondere für einen elektrischen Generator, mit einer um eine Rotationsachse drehbaren Basisplatte; einer Vielzahl von Ventilatorblättern, die an einem Umfangsabschnitt der Basisplatte mittels Halterungsbolzen um parallel zur Rotationsachse verlaufende Schwenkachsen schwenkbar angebracht sind; und einem Blattanstellwinkel- Einstellmechanismus, der in Zusammenhang mit jedem Ventilatorblatt vorgesehen ist und bei dem eine Zentrifugalkraft am bezüglich der Schwenkachse des Ventilatorblatts exzentrisch gelegenen Schwerpunkt des Ventilatorblatts angreift, um dadurch das Ventilatorblatt so um den Halterungsbolzen zu verschwenken, dass die Anstiegsrate der durch das Ventilatorblatt verdrängten Luftmenge abnimmt, wenn die Drehzahl der rotierbaren Basisplatte in einem vorbestimmten Hochgeschwindigkeits- Rotationsbereich der Basisplatte zunimmt, während der Blattanstellwinkel-Einstellmechanismus in einem anderen Rotationsgeschwindigkeitsbereich außerhalb des Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereichs das Verschwenken des Ventilatorblattes um den Halterungsbolzen unterdrückt.

Bei diesem Radialventilator wird eine Rotation oder ein Schwingen des Ventilatorblatts um den Halterungsbolzen unterdrückt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit außerhalb des vorbestimmten Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereichs der rotierbaren Basisplatte liegt, wodurch die Luftmenge (oder Luftströmung in m³/min), erzeugt durch die Ventilatorblätter, proportional zum Anstieg der Drehzahl der rotierbaren Basisplatte linear ansteigt. Im vorbestimmten Hochgeschwindigkeitsbereich der rotierbaren Basisplatte jedoch schwingt oder rotiert jedes der Ventilatorblätter jedoch um den Halterungsbolzen als eine Funktion des Anstiegs der Zentrifugalkraft, die an das Ventilatorblatt während der Rotation der Basisplatte angelegt ist, woraus resultierend die Rate des Anstiegs der Luftmenge, die durch die Ventilatorblätter erzeugt wird, abnimmt, wenn die Drehzahl der Basisplatte ansteigt, wodurch eine Erzeugung des Rauschens entsprechend unterdrückt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Blattanstellwinkel-Einstellmechanismus eine Bedrängungseinrichtung beinhalten zum Drängen des Ventilatorblatts in eine entgegengesetzte Richtung zur Zentrifugalkraft, die an das Ventilatorblatt angelegt ist, eine erste Stoppereinrichtung zum Begrenzen der Rotation des Ventilatorblatts unter der Bedrängungskraft der Bedrängungseinrichtung und eine zweite Stoppereinrichtung zum Begrenzen der Rotation des Ventilatorblatts, die stattfindet unter der an das Ventilatorblatt angelegten Zentrifugalkraft, wobei ein Ausströmwinkel, der definiert ist durch einen Winkel, der gebildet ist zwischen einer geraden Linie, die sich erstreckt von einem äußersten peripherischen Punkt auf einer Seitenoberfläche des Ventilatorblatts, gelegen an einer Vorderseite, gesehen in einer Richtung der Rotation der Basisplatte, und einem Zentrum davon, und einer Linie, die sich tangential erstreckt zum äußersten peripherischen Punkt, geregelt wird abhängig von der Drehzahl der Basisplatte innerhalb des vorbestimmten Hochgeschwindigkeits- Drehbereichs.

Beim Radialventilator der oben beschriebenen Struktur wird jedes der Ventilatorblätter gedrängt, gegen die erste Stoppereinrichtung zu drücken, nämlich durch die Bedrängungseinrichtung, um dadurch von einer Rotation abgehalten zu werden, bis die Drehzahl der rotierbaren Basisplatte den vorbestimmten Hochgeschwindigkeits- Drehbereich erreicht hat, während in dem vorbestimmten Hochgeschwindigkeits-Drehbereich der Basisplatte das Ventilatorblatt veranlasst wird, um den Halterungsbolzen zwischen der ersten Stoppereinrichtung und der zweiten Stoppereinrichtung mit zunehmender Zentrifugalkraft zu rotieren oder zu schwingen. Wenn die Drehzahl der Basisplatte oberhalb des vorbestimmten Hochgeschwindigkeits-Drehbereichs ansteigt (d. h. wenn die Rotationsgeschwindigkeit der Basisplatte ansteigt bis hinauf in einen sehr hohen Rotationsgeschwindigkeitsbereich), wird die Rotation des Ventilatorblattes unter der Zentrifugalkraft gestoppt durch die zweite Stoppereinrichtung, woraus resultierend die Luftmenge abgehalten wird, unterhalb eines notwendigen Minimalpegels abzusinken, während in dem Niedriggeschwindigkeits-Drehbereich die Luftmenge auf einen am besten geeigneten Pegel gesetzt werden kann.

Die Rotationsgeschwindigkeiten der Basisplatte, welche den vorbestimmten Hochgeschwindigkeits-Drehbereich, der oben erwähnt wurde, definieren, können vorzugsweise bestimmt werden durch selektives Ausbilden zumindest einer Aushöhlung in dem Ventilatorblatt zum Einstellen einer Position des Schwerpunktes an dem Ventilatorblatt.

Bei der oben erwähnten Anordnung kann der Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereich leicht eingestellt werden. Außerdem können, da das Ventilatorblatt mit leichtem Gewicht implementiert werden kann, eine Größe der Zentrifugalkraft, die wirkt zum Rotieren des Ventilatorblattes um den Halterungsbolzen, sowie eine Trägheit des Radialventilators im Ganzen erniedrigt werden, was vorteilhaft ist für eine billige Herstellung des Radialventilators. Zusätzlich kann die Bedrängungseinrichtung gebildet sein durch eine Torsionsspulenfeder einer kleinen Federkonstante und eines leichten Gewichts, wodurch ein hohes Ansprechvermögen bei der Luftmengenregulierung realisiert werden kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können eine Querschnittsgestalt des Ventilatorblattes und eine Position eines Rotationszentrums des Ventilatorblattes um den Halterungsbolzen so gewählt werden, dass der Ausströmwinkel des Ventilatorblattes ansteigt, wenn die Zentrifugalkraft ansteigt, im vorbestimmten Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereich der Basisplatte.

Bei der Struktur des Radialventilators, die oben beschrieben wurde, steigt der Ausströmwinkel, wenn die Zentrifugalkraft ansteigt, woraus resultierend die Anstiegsrate der Luftmenge entsprechend erniedrigt wird im Hochgeschwindigkeits- Rotationsbereich aufgrund der geeigneten Querschnittsgestalt jedes Ventilatorblattes und der geeigneten Position, die ausgewählt wird als das Rotationszentrum für das Ventilatorblatt.

Bei noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können eine Querschnittsgestalt des Ventilatorblattes und eine Position des Rotationszentrums des Ventilatorblattes um den Halterungsbolzen so gewählt werden, dass der Ausströmwinkel des Ventilatorblattes abnimmt, wenn die Zentrifugalkraft ansteigt, im vorbestimmten Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereich der Basisplatte.

Beim Radialventilator der oben beschriebenen Struktur wird der Ausströmwinkel kleiner, wenn die Zentrifugalkraft ansteigt innerhalb des vorbestimmten Hochgeschwindigkeits- Rotationsbereichs der Basisplatte aufgrund der geeigneten Querschnittsgestalt des Ventilatorblattes und der geeigneten Einstellung der Position des Rotationszentrums des Ventilatorblattes, wodurch die Anstiegsrate der Luftmenge erniedrigt werden kann.

Bei noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können eine Querschnittsgestalt des Ventilatorblattes und eine Position eines Rotationszentrums des Ventilatorblattes um den Halterungsbolzen so gewählt werden, dass ein maximaler effektiver Durchmesser des Radialventilators, definiert durch äußerste peripherische Punkte, auf den vorderen Seitenoberflächen der Ventilatorblätter, gesehen in der Rotationsrichtung der Basisplatte, abnimmt, wenn die Zentrifugalkraft innerhalb des vorbestimmten Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereiches ansteigt.

Bei der Struktur des Radialventilators, die, wie oben beschrieben, implementiert ist, wird das Ventilatorblatt in der Richtung gedreht, in der der Radius des Radialventilators, definiert durch den äußersten peripherischen Punkt, abnimmt, nämlich durch Ausbilden einer geeigneten Querschnittsgestalt des Ventilatorblatts und geeignetes Auswählen des Rotationszentrums des Ventilatorblatts, wodurch die Erzeugungsrate der Luftmenge sowie eine Rauscherzeugung über den vorbestimmten Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereich weiter reduziert werden können.

Bei noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann die Bedrängungseinrichtung des Blattanstellwinkel-Einstellmechanismus innerhalb des Ventilatorblattes beherbergt sein.

Durch Beherbergen der Bedrängungseinrichtung innerhalb des Ventilatorblattes (welche andererseits Luftströme entlang der Oberflächen der Ventilatorblätter stört), so dass im wesentlichen kein Abschnitt der Bedrängungseinrichtung von der Oberfläche des Ventilatorblattes nach außen steht, kann die Luft entlang der Oberflächen der Ventilatorblätter weich fließen, wodurch die Rauscherzeugung noch effektiver unterdrückt werden kann. Somit kann eine Betriebswirksamkeit des Radialventilators weiter erhöht werden. In diesem Zusammenhang kann die Bedrängungseinrichtung vorteilhafterweise gebildet sein durch eine Torsionsspule, angebracht oder gewunden um den Halterungsbolzen, mit einem Ende angebracht am Ventilatorblatt und dem anderen Ende angebracht an einem der ersten oder zweiten Stopper, die in der rotierbaren Basisplatte gebildet sind zum Begrenzen der Rotation des Ventilatorblattes, wie oben erwähnt. In diesem Fall kann die Bedrängungseinrichtung leicht innerhalb des Ventilatorblattes beherbergt sein.

Bei noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ein Ventilatorführungselement an den Halterungsbolzen an deren einem Ende fest angebracht sein, wobei deren andere Enden fest an der rotierbaren Basisplatte angebracht sein können.

Bei der Struktur des oben beschriebenen Radialventilators kann eine Festigkeit der Halterungsbolzen durch das Ventilatorführungselement verstärkt werden, wodurch die mechanische Festigkeit und die Vibrations- Widerstandsfähigkeit des Radialventilators im Ganzen erhöht werden. Weiterhin kann aufgrund der Luftstrom- Gleichrichtungswirkung des Ventilatorführungselements die Rauscherzeugung weiter unterdrückt werden, während die Ventilatoroperationseffizienz erhöht wird.

Bei noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann jedes der Ventilatorblätter eine stromlinienförmige Kontur im Querschnitt haben.

Beim Radialventilator der oben beschriebenen Struktur kann die Luft entlang der lateralen Oberflächen der Ventilatorblätter weich fließen, ohne aufgrund der Implementierung des Ventilatorblattes mit der im Querschnitt stromlinienförmigen Kontur gestört zu werden. Somit kann die Rauscherzeugung effektiver unterdrückt werden, was zur weiteren Verbesserung der Betriebseffizienz des Radialventilators beiträgt.

Die Aufgabe, die Merkmale und begleitenden Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leichter verstanden werden durch Lesen der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen davon, und zwar nur beispielshalber, in Verbindung mit der Zeichnung.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 eine ebene Oberansicht eines Radialventilators nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Explosionsansicht desselben;

Fig. 3 eine Seitenansicht zum Zeigen einer Struktur eines Ventilatorblatts und eines Blattanstellwinkel- Einstellmechanismus;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang einer pfeilbehafteten Linie A-A in Fig. 5;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht zum Zeigen eines AC- Generators für ein Motorfahrzeug, bei dem ein Radialventilator nach der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;

Fig. 6 eine ebene Oberansicht zum Illustrieren einer Orientierung eines Ventilatorblattes, wenn eine Rotationsgeschwindigkeit des Radialventilators unterhalb einer ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit liegt;

Fig. 7 eine ebene Oberansicht zum Illustrieren einer Orientierung des Ventilatorblattes, wenn die Rotationsgeschwindigkeit oberhalb einer zweiten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit liegt;

Fig. 8 ein charakteristisches Diagramm zum Illustrieren von Charakteristika der Luftmenge, wie erzeugt durch den Radialventilator, eines Ausgabestroms des AC-Generators eines Temperaturanstiegs davon und eines Rauschpegels, der durch den AC-Generator erzeugt wird;

Fig. 9 eine ebene Oberansicht zum Zeigen eines Radialventilators nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 eine ebene Oberansicht zum Zeigen eines Hauptabschnitts des Radialventilators nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11 eine Querschnittsansicht desselben, aufgenommen entlang einer pfeilbehafteten Linie B-B in Fig. 10;

Fig. 12 eine Vorderansicht eines Ventilatorblattes des Radialventilators;

Fig. 13 eine ebene Oberansicht desselben;

Fig. 14 eine ebene Unteransicht desselben;

Fig. 15 eine ebene Oberansicht zum Illustrieren einer Orientierung eines Ventilatorblatts, wenn eine Rotationsgeschwindigkeit des Radialventilators unterhalb einer ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit liegt;

Fig. 16 eine ebene Oberansicht zum Illustrieren einer Orientierung des Ventilatorblattes, wenn die Rotationsgeschwindigkeit oberhalb einer zweiten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit liegt;

Fig. 17 eine ebene Oberansicht eines Ventilatorblattes, das bei einem Radialventilator nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung benutzt wird;

Fig. 18 eine Querschnittsansicht desselben, aufgenommen entlang einer pfeilbehafteten Linie C-C in Fig. 17;

Fig. 19 eine Vorderansicht desselben;

Fig. 20 eine ebene Unteransicht desselben;

Fig. 21 eine ebene Oberansicht zum Zeigen eines Radialventilators nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 22 eine Querschnittsansicht eines AC-Generators für das Motorfahrzeug, welcher mit einem Radialventilator, der hierfür bekannt ist, ausgerüstet ist; und

Fig. 23 eine ebene Ansicht zum Zeigen einer Struktur eines hierfür bekannten Radialventilators.

Jetzt wird die vorliegende Erfindung detaillierter beschrieben werden in Verbindung mit bevorzugten oder exemplarischen Ausführungsformen davon, und zwar mit Bezug auf die Zeichnung. In der folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile über die verschiedenen Ansichten. Ebenfalls sollte bei der folgenden Beschreibung verstanden sein, dass solche Ausdrücke, wie "vorne", "hinten", "links", "rechts", "oben", "unten", "nach oben", "nach unten" und dergleichen Bequemlichkeitsworte sind und nicht als beschränkende Ausdrücke aufzufassen sind.

Ausführungsform 1

Fig. 1 bis 4 zeigen eine Struktur eines Radialventilators nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei Fig. 1 eine ebene Oberansicht des Radialventilators, Fig. 2 eine Explosionsansicht desselben, Fig. 3 eine Seitenansicht zum Illustrieren einer Struktur eines Ventilatorblattes und eines Blattanstellwinkel-Einstellmechanismus und Fig. 4 eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang einer pfeilbehafteten Linie A-A, in Fig. 5 ist.

Es sollte zunächst bemerkt werden, dass der Radialventilator nach der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung aus einer rotierbaren Basisplatte 10, einer Vielzahl von Ventilatorblättern 15, einer entsprechenden Anzahl von Blattanstellwinkel-Einstellmechanismen 20 und einem Ventilatorführungselement 30 besteht.

Die rotierbare Basisplatte 10 ist gebildet aus einer Metallplatte durch Pressschneiden oder Pressstanzen oder einem ähnlichen Prozess und ist gebildet mit einer koaxialen, kreisförmigen Öffnung 11 eines relativ großen Durchmessers. Weiterhin ist eine Vielzahl radialer Vorkragungen 12 (neun Vorkragungen insgesamt im Fall der vorliegenden Ausführungsform) einheitlich ausgebildet mit der rotierbaren Basisplatte 10 entlang der äußeren Peripherie davon. Jedes der Ventilatorblätter 15 ist angebracht auf einer jeweiligen Vorkragung 12 und rotierbar gehaltert durch einen Halterungsbolzen oder Stift 21.

Das Ventilatorblatt 15 ist aus einem synthetischen Harz im wesentlichen in dreieckförmiger Gestalt im Querschnitt gebildet. Jedes der Ventilatorblätter 15 hat eine kreisförmige Stift-/Spulen-Beherbergungsaussparung 16 im wesentlichen in einem Zentrumsabschnitt des Ventilatorblattes 15 gebildet und erstreckt sich vertikal, wie in Fig. 3 ersichtlich, wobei die kreisförmige Stift-/Spulen- Beherbergungsaussparung 16 einen vergrößerten Aussparungsabschnitt 16a, geöffnet im Unterteil (wie in Fig. 3 ersichtlich), hat. Der Blattanstellwinkel- Einstellmechanismus 20 ist vorgesehen in Kombination mit jedem der Ventilatorblätter 15.

Mit Bezug auf Fig. 3 und 4 besteht der Blattanstellwinkel- Einstellmechanismus 20 aus einer Torsionsspulenfeder 22, dienend als eine elastische Bedrängungseinrichtung, und Stoppern 23 und 24, welche als die ersten und zweiten Stopper bezeichnet werden. Selbstverständlich kann die Bedrängungseinrichtung durch eine andere Feder anstelle der Torsionsspulenfeder implementiert werden.

Insbesondere ist die Torsionsspulenfeder 22 innerhalb des vergrößerten Ausnehmungsabschnittes 16a in einem Zustand beherbergt, in dem ein oberer Endabschnitt 22a der Torsionsspulenfeder 22 in Eingriff tritt mit einer hinteren Seitenoberfläche (im weiteren bezeichnet als die Ansaugoberfläche), gesehen in der Rotationsrichtung des Radialventilators. Der Stift 21 ist an der Vorkragung 12 in solch einer Anordnung verankert, dass sich der Halterungsstift 21 durch die Torsionsspulenfeder 22, die ist innerhalb der kreisförmigen Stift-/Spulen- Beherbergungsaussparung 16 angebracht oder beherbergt, erstreckt. Der erste Stopper 23 ist gebildet in der Ansaugoberfläche des Ventilatorblattes 15 und hat einen Zurückhalteabschnitt 23a, welcher einen unteren Endabschnitt 22b der Torsionsspulenfeder 22 zurückhält. Bei der oben beschriebenen Struktur wird jedes der Ventilatorblätter 15 in die Richtung elastisch gedrängt, die durch einen Pfeil C in Fig. 4 angezeigt ist, um somit gegen den ersten Stopper 23 zu stoßen. In dieser Position des Ventilatorblattes 15 ist ein unterer Grenzwert θ1 definiert für den Ausströmwinkel θ.

Weiterhin ist die Federkonstante der Torsionsspulenfeder 22 so ausgewählt, dass die Bedrängungskraft der Torsionsspulenfeder 22 kleiner wird als die Zentrifugalkraft F, die an dem Schwerpunkt des Ventilatorblattes 15 anliegt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Radialventilators 1 eine erste vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit N1 (z. B. 4000 UpM) überschreitet, wie später detaillierter beschrieben werden wird.

Andererseits ist der zweite Stopper 24 in der rotierbaren Basisplatte 10 in der Nähe der Vorkragung 12 gebildet und steht von der Ebene der rotierbaren Basisplatte 10 nach oben vor. Insbesondere ist der zweite Stopper 24 an solch einer Position vorgesehen, dass der Ausströmwinkel des Ventilatorblattes 15 begrenzt ist auf einen oberen Grenzwinkel θ2, wenn die Rotationsgeschwindkeit des Radialventilators 1 eine zweite vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit N2 (z. B. 7000 UpM) erreicht hat, was später beschrieben werden wird mit Bezug auf Fig. 7.

Das Ventilatorführungselement 30 von ringförmiger Gestalt ist an der rotierbaren Basisplatte 10 mittels der Halterungsbolzen 21 an den oberen Enden der Ventilatorblätter 15 angebracht, die jeweils ausgerüstet sind mit dem Blattanstellwinkel-Einstellmechanismus 20, zum Gewährleisten einer hohen Festigkeit des Radialventilators 1 und einer hohen Operationseffizienz davon. Um konkreter zu sein, ist das Ventilatorführungselement 30 an den einen Enden der Halterungsbolzen 21 fest angebracht, wobei die anderen Enden an der rotierbaren Basisplatte 10 durch Schweißen angebracht sind.

Jetzt wird sich die Beschreibung auf einen Betrieb des Radialventilators nach der vorliegenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung richten.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht zum Zeigen eines AC- Generators für ein Motorfahrzeug, in dem der Radialventilator nach der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, Fig. 6 ist eine ebene Oberansicht zum Illustrieren einer Orientierung des Ventilatorblattes, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Radialventilators unterhalb der ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N1 liegt, Fig. 7 ist eine ebene Oberansicht zum Illustrieren einer Orientierung des Ventilatorblattes, wenn die Rotationsgeschwindigkeit oberhalb der zweiten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N2 liegt, und Fig. 8 ist ein charakteristisches Diagramm zum Illustrieren von Charakteristika der Luftmenge, des Ausgabestroms des AC- Generators, eines Temperaturanstiegs davon und eines Rauschpegels, der erzeugt wird.

Bezug wird zunächst genommen auf Fig. 5. Ausgehend von dem Zustand, in dem das Ventilatorführungselement 30 angeordnet ist, der vorderen Klammer 112 gegenüberzustehen, wird die rotierbare Welle 110 durch die kreisförmige Öffnung 11 der Basisplatte 10 eingesetzt, woraufhin die Basisplatte 10 an der Magnetkernanordnung 117 angebracht wird, und zwar an deren Vorderseite. Ein Radialventilator (bezeichnet durch 1-1 in Fig. 5), realisiert gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung, kann somit in dem AC-Generator fest angebracht werden. In ähnlicher Weise ist ein weiterer Radialventilator (bezeichnet mit 1-2 in Fig. 5) an der rotierbaren Welle 110 in der Anordnung angebracht, in der das Ventilatorführungselement 30 der hinteren Klammer 113 gegenübersteht. Beim Betrieb des Motors (nicht gezeigt) wird die rotierbare Welle 110 durch den Motor über den Riemen und das Antriebsrad 116 angetrieben, wodurch die Radialventilatoren 1-1 und 1-2 zusammen mit der Magnetkernanordnung 117 zum Rotieren veranlasst werden.

Wenn der Radialventilator 1-1 sich dreht, fließt die Umgebungsluft in den AC-Generator durch das Einlasstor 122, wie angedeutet durch Pfeile A, um Wärme von der Erregerwicklung 118 und der Statorwicklung 119 wegzuführen, und fließt heraus durch die Auslasstore 123. Andererseits fließt die Umgebungsluft unter der Wirkung des Radialventilators 1-2 in den AC-Generator durch die Einlasstore 124 und 125, gebildet in der hinteren Klammer 113, zum Kühlen des Gleichrichters 120 und des Spannungsreglers 121 und fließt dann heraus durch die Auslasstore 126.

Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Radialventilators 1 (1- 1 und 1-2) ansteigt, begleitend einen Anstieg in der Rotationsgeschwindigkeit der rotierbaren Welle 110, tendiert das Ventilatorblatt 15 dazu, sich winkelmäßig zu verstellen, um den Halterungsbolzen 21 in der Richtung zum zweiten Stopper 24 gegen die elastische Bedrängungskraft der Torsionsspulenfeder 22 unter der Wirkung der Zentrifugalkraft F, die am Schwerpunkt G des Ventilatorblattes 15 anliegt. Solange jedoch die Rotationsgeschwindigkeit des Radialventilators niedriger bleibt als die erste vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit N1 (z. B. 4000 UpM), ist die elastische Kraft der Torsionsspulenfeder 22, die das Ventilatorblatt 15 zum Rotieren oder Schwingen um den Halterungsbolzen 21 drängt, größer als die Zentrifugalkraft F, die am Schwerpunkt G des Ventilatorblattes 15 anliegt. Somit wird die Ansaugoberfläche des Ventilatorblattes 15 in dem Zustand anstoßend an den ersten Stopper 23 unter der Federkraft der Torsionsspulenfeder 22 gehalten, solange die Rotationsgeschwindigkeit des Radialventilators 1 kleiner ist als die erste vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit N1, wodurch der Ausströmwinkel θ des Ventilatorblattes 15 am unteren Grenzwert θ1 gehalten wird. Auf diese Art und Weise wird im Bereich, in dem die Rotationsgeschwindigkeit des Radialventilators niedriger ist als die erste vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit N1, der Ausströmwinkel θ des Ventilatorblattes 15 am Wert θ1 gehalten, wie in Fig. 8 ersichtlich ist. Innerhalb dieses Bereiches werden die Luftmenge, die durch den AC-Generator fließt, und der Rauschpegel als eine Funktion der Rotationsgeschwindigkeit der rotierbaren Basisplatte 10 und daher der der rotierbaren Welle 110 ansteigen. Jedoch das Rauschen, das innerhalb dieses Bereiches erzeugt wird, kann auf einem niedrigen oder tolerierbaren Pegel bleiben. In diesem Fall steigt die Temperatur innerhalb des AC-Generators, wenn der Ausgabestrom davon steigt und nimmt einen Extremwert an bei der ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N1. Dementsprechend ist der untere Grenz-Ausströmwinkel θ1 so eingestellt, dass die Temperatur bei der ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N1 in einem zulässigen Temperaturbereich bleibt.

Wenn die Rotationsgeschwindigkeit der rotierbaren Basisplatte 10 oder der rotierbaren Welle 110 auf die zweite vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit N2 oberhalb der ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N1 ansteigt, übertrifft die Zentrifugalkraft F, die am Schwerpunkt G des Ventilatorblattes 15 anliegt, die elastische Bedrängungskraft der Torsionsspulenfeder 22, woraus resultierend der Ausströmwinkel θ des Ventilatorblattes 15 als eine Funktion der Zentrifugalkraft F ansteigt.

In diesem Zusammenhang sollte bemerkt werden, dass die Luft W veranlasst wird, entlang beider Seitenoberflächen des Ventilatorblattes 15 in einer laminaren Schicht zu fließen, um nach hinten gespeist zu werden, gesehen in der Richtung, in der sich die rotierbare Basisplatte 10 dreht, wie ersichtlich aus Fig. 6 und 7. Somit wird das Ventilatorblatt 15 davon abgehalten, jeglichen signifikanten aerodynamischen Widerstand zu erleiden, wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich ist.

Als Resultat eines Anstiegs des Ausströmwinkels θ nimmt die Luftmenge innerhalb eines Bereiches der Rotationsgeschwindigkeit zwischen der ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N1 und der zweiten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N2 ab, wie aus Fig. 8 ersichtlich ist. Somit kann der Rauschpegel, der durch den Radialventilator erzeugt wird, signifikantermaßen unterdrückt werden im Vergleich zu dem des Radialventilators 100, der hierfür bekannt ist (dargestellt durch eine Kurve mit einer unterbrochenen Linie in Fig. 8), trotz einer hohen Rotationsgeschwindigkeit. Dementsprechend wird die Temperatur innerhalb eines Bereiches unterhalb der zulässigen Temperatur unter einer höheren Rate ansteigen im Vergleich mit der des AC-Generators, der die Radialventilatoren, die hierfür bekannt sind, verkörpert, und zwar unter der Annahme, dass der Ausgabestrom des AC-Generators derselbe ist.

Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Radialventilators 1 die zweite vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit N2 erreicht hat, drückt das Ventilatorblatt 15 gegen den zweiten Stopper 24, wodurch der Ausströmwinkel des Ventilatorblattes 15 begrenzt ist auf den oberen Grenzwert θ2, wie in Fig. 7 gezeigt. Anders gesagt wird, sogar wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Ventilatorblattes 15 die zweite vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit N2 übersteigt, der Ausströmwinkel des Ventilatorblattes abgehalten, über den oberen Grenzwinkel θ2 anzusteigen. Somit steigt die Luftströmungsmenge nur leicht an, und zwar begleitet mit einem kleinen Anstieg des Geräuschpegels. Mit anderen Worten kann im Vergleich mit dem AC-Generator, der mit dem Radialventilator der bisher bekannten Struktur ausgerüstet ist, die Anstiegsrate der Luftmenge im Geschwindigkeitsbereich zwischen der ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N1 und der zweiten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N2 unterdrückt werden. Somit wird der Geräuschpegel beträchtlich niedriger als der des AC- Generators mit dem Radialventilator der bisher bekannten Struktur.

Auf diese Art und Weise kann, wenn der AC-Generator der in Fig. 5 gezeigten Struktur zum Rotieren des Radialventilators 1 angetrieben wird, mit einer hohen Geschwindigkeit innerhalb des Geschwindigkeitsbereichs zwischen der ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N1 und der zweiten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N2, die Luftmenge gewährleistet werden, die zum Kühlen des AC-Generators erforderlich ist, obwohl die Anstiegsrate der Luftmenge abnimmt. Außerdem kann, da die Luftmenge niedrig gedrückt werden kann, trotz eines Anstiegs in der Drehzahl des AC- Generators, der letztere betrieben werden ohne Begleitung einer Erzeugung beträchtlichen Rauschens.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung klar erscheint, kann bei der Struktur des Radialventilators 1 für den AC-Generator des Motorfahrzeugs nach der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung eine hinreichende Luftmenge zum effektiven Kühlen von wärmeerzeugenden Abschnitten des AC-Generators im Niedriggeschwindigkeitsbereich (unterhalb der ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N1) gewährleistet werden, wo der Temperaturanstieg innerhalb des AC-Generators hoch ist, während in dem Hochgeschwindigkeitsbereich (oberhalb der ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N1), wo die Luftmenge nicht groß sein muss, die Luftmenge klein gehalten wird, um die Erzeugung von Rauschen effektiv zu unterdrücken.

Im Fall eines AC-Generators für das Motorfahrzeug, wo ein gewisser Pegel von Rauschen toleriert werden kann, kann der untere Grenzwinkel θ1 des Ventilatorblattes 15 im voraus auf einen kleinen Wert eingestellt werden, um dadurch die Luftmenge zu erhöhen, bevor die erste vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit N1 erreicht ist. In diesem Fall kann die Ausgabeleistung des AC-Generators entsprechend erhöht werden.

Weiterhin wird durch rotierbares Anbringen des Ventilatorblattes 15 an einer Position näher dem Zentrum der rotierbaren Basisplatte 10, gesehen in der Längsrichtung des Ventilatorblattes 15, das Ventilatorblatt veranlasst, in solch einer Richtung zu rotieren, in der der effektive Ventilatordurchmesser, der definiert ist durch die äußersten peripherischen Punkte auf den Ventilatorblättern, abzunehmen tendiert, wenn die Drehzahl der rotierbaren Basisplatte im Hochgeschwindigkeitsbereich ansteigt, wodurch die Anstiegsrate der Luftmenge weiterhin reduziert werden kann, wodurch eine Rauscherzeugung noch effektiver unterdrückt werden kann.

Bei der vorhergehenden Beschreibung wurde angenommen, dass der Radialventilator 1 mit neun Ventilatorblättern 15 versehen ist. Jedoch ist die Erfindung niemals beschränkt auf irgendeine besondere Anzahl von Ventilatorblättern. Mit anderen Worten kann die Anzahl von Ventilatorblättern 15 eher willkürlich gewählt werden. Außerdem kann sich die Größe (Länge) der individuellen Ventilatorblätter von einem zum anderen unterscheiden und/oder die Winkelrichtung zwischen benachbarten Ventilatorblättern in dem Umfangsabstand kann verschieden gemacht werden, so dass Spektren des Rauschens, das erzeugt wird, zerstreut werden können.

Weiterhin wurde im Zusammenhang mit einer Anwendung des Radialventilators 1 auf den AC-Generator beschrieben, dass zwei Radialventilatoren (1-1 und 1-2) verwendet werden. Es sollte jedoch verstanden werden, dass sogar bei einem einzelnen Radialventilator die Wirkung und Effekte, die mit der vorliegenden Erfindung beträchtlicherweise erreicht werden, in gleichem Maße erhalten werden können.

Ausführungsform 2

Als nächstes wird ein Radialventilator nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf Fig. 9 bis Fig. 14 beschrieben werden, wobei Fig. 9 eine ebene Oberansicht eines Radialventilators nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist, Fig. 10 eine ebene Oberansicht zum Zeigen eines Hauptabschnitts desselben ist, Fig. 11 eine Querschnittsansicht desselben, aufgenommen entlang einer Linie B-B in Fig. 10 ist, Fig. 12 eine Vorderansicht eines Ventilatorblattes des Radialventilators ist, Fig. 13 eine ebene Oberansicht desselben ist und Fig. 14 eine ebene Unteransicht desselben ist. In diesen Figuren werden gleiche oder äquivalente Komponenten wie die in Fig. 1 bis 8 gezeigten durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.

Der Radialventilator nach der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform hinsichtlich der geometrischen Konfiguration und Struktur.

Im Fall des Radialventilators 2, der gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung implementiert ist, ist jedes der Ventilatorblätter 35 mit einer stromlinienförmigen Gestalt im Querschnitt kombiniert mit dem Blattanstellwinkel- Einstellmechanismus 20.

Wie in Fig. 10 und 11 ersichtlich, hat das Ventilatorblatt 35 ein Stift-/Spulen-Anbringungsloch 36 zum Beherbergen eines Hauptabschnitts der Torsionsspulenfeder 22, bildend einen Hauptteil des Blattanstellwinkel-Einstellmechanismus 20. Insbesondere ist mit Bezug auf Fig. 12 bis 14 das kreisförmige Stift-/Spulen-Anbringungsloch 36 in einem zentralen Abschnitt des Ventilatorblattes 35 gebildet, um sich dort hindurch zu erstrecken (in der vertikalen Richtung, gesehen in Fig. 12) und beinhaltet einen Stiftempfangsabschnitt 36a, in den der Halterungsstift 21 eingesetzt werden kann, und einen Spulen- Beherbergungsabschnitt 36b, gebildet in dem zentralen Abschnitt des Ventilatorblattes 35 unter dem Stiftempfangsabschnitt 36a.

Eine Zurückhaltekerbe 36c ist in einer Seitenwand des Spulen- Beherbergungsabschnittes 36b zum festen Empfangen eines oberen Endabschnitts 22a der Torsionsspulenfeder 22 gebildet, während eine Öffnung 36d an einem unteren Endabschnitt des Spulen-Beherbergungsabschnittes 36b zum Herausführen eines unteren Endabschnittes 22b der Torsionsspulenfeder 22 gebildet ist.

Auf diese Art und Weise kann die Torsionsspulenfeder 22 innerhalb des Ventilatorblattes 35 beherbergt sein. Konkreter gesagt ist die Torsionsspulenfeder 22 innerhalb des Spulen- Beherbergungsabschnittes 36b im wesentlichen von außen unsichtbar platziert, wobei der obere Endabschnitt 22a in der Zurückhaltekerbe 36c zurückgehalten ist, während der untere Endabschnitt 22b der Torsionsspulenfeder durch die Öffnung 36d herausgeführt ist, wie in Fig. 10 und 11 gezeigt ist. Der Halterungsstift 21 ist auf der Vorkragung 12 in solch einer Anordnung verankert, dass er sich durch die Torsionsspulenfeder 22 erstreckt. In diesem Zustand ist der untere Endabschnitt 22b der Torsionsspulenfeder 22, der durch die Öffnung 36d herausgeführt ist, gegen den ersten Stopper 23 zurückgehalten.

Weiterhin ist, wie ersichtlich aus Fig. 9 bis 10, der Halterungsstift 21 zum rotierbaren Haltern des Ventilatorblattes 35 der oben erwähnten Struktur, näher an dem Zentrum der rotierbaren Basisplatte 10 angeordnet im Vergleich mit der Anbringungsposition des Ventilatorblattes 15 im Radialventilator nach der ersten Ausführungsform und ist im wesentlichen an einem Basisabschnitt der Vorkragung 12 angeordnet. Außerdem ist die rotierbare Basisplatte 10 mit Verstärkungsplatten 13 versehen, welche direkt an das Ventilatorführungselement 30 geschweißt sind zum Verstärken der Verbindung des Ventilatorführungselements 30 mit den Halterungsstiften 21.

Im Betrieb, wenn sich der Radialventilator 2 dreht, ändert sich der Ausströmwinkel des Ventilatorblattes 35 von dem unteren Grenzwinkel θ1 zum oberen Grenzwinkel θ2 innerhalb des Geschwindigkeitsbereiches zwischen der ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N1 und der zweiten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N2 (Fig. 8), wie in Fig. 15 und 16 gezeigt. In diesem Fall kann die Luft W entlang beider Seitenoberflächen des Ventilatorblattes 35 weich fließen, ohne eine Störung wegen der stromlinienförmigen Gestalt des Ventilatorblattes 35 im Querschnitt zu erleiden. Daraus resultierend kann eine Rauscherzeugung durch das Ventilatorblatt 35 weiter unterdrückt werden.

Im Fall des Radialventilators nach der ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Torsionsspulenfeder 22 teilweise nach außen freigelegt vom Ventilatorblatt 15. Demzufolge gibt es eine Möglichkeit, dass der Luftstrom durch den freigelegten Abschnitt der Torsionsspulenfeder 22 gestört wird. Im Gegensatz dazu ist im Fall des Radialventilators nach der zweiten Ausführungsform ein Hauptabschnitt der Torsionsspulenfeder 22 innerhalb des Ventilatorblattes 35 beherbergt, ohne freigelegt zu sein. Somit kann keine bemerkenswerte Störung in der Luftströmung stattfinden. Aus diesem Grund kann die Rauscherzeugung weiter reduziert werden.

Da außerdem der Halterungsstift 21 an einem zentralen Abschnitt des Ventilatorblattes 35 an einer Position näher der rotierbaren Basisplatte 10 im Vergleich mit dem Halterungsstift 21 des Radialventilators nach der ersten Ausführungsform angebracht ist, nimmt der effektive Radius des Radialventilators, der sich bis zum äußersten peripherischen Punkt P erstreckt, im Hochgeschwindigkeitsbereich zwischen der ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N1 und der zweiten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N2 von einem Wert R1 auf R2 ab (siehe Fig. 15 und 16). Demzufolge nimmt die Luftmenge in dem Hochgeschwindigkeitsbereich signifikant ab, was zu einer signifikanten Reduktion des Rauschens beiträgt, das durch den Radialventilator erzeugt wird.

Mit anderen Worten kann beim Radialventilator nach der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung das Rauschen im Vergleich zum Radialventilator nach der ersten Ausführungsform effektiver unterdrückt werden.

Mit Bezug auf weitere strukturelle Merkmale und Effekte ist der Radialventilator nach der vorliegenden Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform.

Ausführungsform 3

Als nächstes wird sich die Beschreibung auf einen Radialventilator nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung richten, und zwar mit Bezug auf Fig. 17 bis 20, wobei Fig. 17 eine ebene Oberansicht eines Ventilatorblattes, benutzt im Radialventilator nach der vorliegenden Ausführungsform, ist, Fig. 18 eine Querschnittsansicht desselben, aufgenommen entlang einer pfeilbehafteten Linie C-C in Fig. 17, ist, Fig. 19 eine Vorderansicht desselben ist, und Fig. 20 eine ebene Unteransicht eines Ventilatorblattes ist.

Der Radialventilator nach der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich von dem der zweiten Ausführungsform dahingehend, dass das Material des Ventilatorblattes teilweise entfernt ist, um dadurch den Schwerpunkt von der Mittenlinie des Ventilatorblattes zu verschieben.

Mit Bezug auf die oben erwähnten Figuren ist das Ventilatorblatt 45 des Radialventilators nach der vorliegenden Ausführungsform versehen mit dem kreisförmigen Stift-/Spulen-Anbringungsloch 46 einer gleichen Struktur wie dem kreisförmigen Stift-/Spulen-Anbringungsloch 36, das zuvor erwähnt wurde. Jedoch unterscheidet sich das Ventilatorblatt des Radialventilators nach der vorliegenden Ausführungsform von dem der zweiten Ausführungsform darin, dass in dem Oberteil und oberen Oberflächen sowie dem Inneren des Blattkörpers durch Entfernen von Material Aushöhlungen gebildet sind, wie am besten aus Fig. 18 ersichtlich ist. Konkreter gesagt sind obere Aushöhlungen 47a und 47b jeweils von einer kleinen Tiefe in der oberen Oberfläche des Ventilatorblattes 45 an beiden Seiten des kreisförmigen Stift-/Spulen-Anbringungsloches 46 durch Entfernen des Materials von dem Blattkörper entlang des äußeren Profils davon gebildet, während untere Aushöhlungen 49a und 49b in der unteren Oberfläche des Ventilatorblattes 45 an beiden Seiten des kreisförmigen Stift-/Spulen-Anbringungsloches 46 durch Entfernen des Materials entlang des äußeren Profils des Blattes gebildet sind. Weiterhin sind innere Aushöhlungen 48a und 48b unter den oberen flachen Aushöhlungen 47a und 47b gebildet, wobei Trennungswände 47c und 47d zwischen die obere flache Aushöhlung 47a und die innere tiefe Aushöhlung 48a und zwischen die obere flache Aushöhlung 47b und die innere tiefe Aushöhlung 48b treten.

Die innere tiefe Aushöhlung 48a ist gebildet durch Entfernen des Blattmaterials im wesentlichen von einem halben Abschnitt eines Kopfes des Ventilatorblattes 45, welcher schräg orientiert ist zum Zentrum der rotierbaren Basisplatte 10, um somit mit der unteren flachen Aushöhlung 49a in Kommunikation zu stehen, wie in Fig. 17 und 20 gezeigt.

Andererseits ist die innere tiefe Aushöhlung 48b durch Aushöhlen eines Zwischenabschnitts eines Verlaufs 44b des Ventilatorblattes 45 gebildet, um somit mit der unteren flachen Kavität 49b in Kommunikation zu sein.

Durch Intaktlassen des Materials des Kopfabschnittes 45a des Ventilatorblattes 45 an einem Ort, der abgelegen ist von dem Zentrum der rotierbaren Basisplatte 10, wie oben erwähnt, weicht der Schwerpunkt G des Ventilatorblattes 45 von der Längszentrumslinie, die den Kopfabschnitt 45a und den Verlaufsabschnitt 45b verbindet, ab, um eingestellt zu sein an einer Position verschoben von der Längszentrumslinie nach außen in der radialen Richtung der rotierbaren Basisplatte 10.

Auf diese Art und Weise hat das Ventilatorblatt 45 nach der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ein Gewicht und den Schwerpunkt, welche sich von denen des Ventilatorblattes 35 im Radialventilator nach der ersten Ausführungsform unterscheiden. Dementsprechend unterscheidet sich eine Größe der Zentrifugalkraft F, die am Schwerpunkt G des Ventilatorblattes 45 anliegt, von der des Ventilatorblattes 35. Dementsprechend unterscheidet sich die erste vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit N1, an der das Ventilatorblatt 45 sich von dem zweiten Stopper 24 wegbewegen kann, notwendigerweise von der zweiten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N2, an der das Ventilatorblatt 45 veranlasst wird, gegen den zweiten Stopper 24 zu stoßen. Anders gesagt können die Drehzahlen durch Variieren des Gewichtes und des Schwerpunktes G des Ventilatorblattes in der oben beschriebenen Art und Weise entsprechend der ersten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N1 und der zweiten vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit N2 ziemlich willkürlich geändert werden. Außerdem kann die Trägheitsmasse des Ventilatorblattes 45 aufgrund einer Implementierung des Ventilatorblattes 45 in leichtem Gewicht durch teilweises Aushöhlen des Ventilatorblattkörpers, wie oben beschrieben, reduziert werden, was wiederum bedeutet, dass die Federkraft der Torsionsspulenfeder auf einen kleinen Wert eingestellt werden kann. Somit kann eine Torsionsspulenfeder einer kleinen Größe und eines leichten Gewichtes verwendet werden. Zusätzlich kann die angelegte Zentrifugalkraft aufgrund der teilweise ausgehöhlten Struktur des Ventilatorblattes kleiner gemacht werden, wodurch die mechanische Festigkeit oder Steifigkeit des Ventilatorblattes vergrößert werden kann, wenn die Trägheit des AC-Generators reduziert wird, um einen weiteren Vorteil zu bieten.

Der Radialventilator nach der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist im wesentlichen der gleiche wie bei der zweiten Ausführungsform bezüglich der anderen Komponenten. Dementsprechend wird eine wiederholte Beschreibung davon unnötig erscheinen.

Ausführungsform 4

Schließlich wird ein Radialventilator nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf Fig. 21 beschrieben werden, welche in einer ebenen Oberansicht einen Radialventilator nach der vierten Ausführungsform zeigt.

Der jetzt betrachtete Radialventilator 3 hat Ventilatorblätter 55, welche jeweils verschieden sind von denen der gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung implementierten, nämlich bezüglich der geometrischen Konfiguration und der zentralen Rotationsposition. Im Fall des Radialventilators 3 ist nämlich die tangentiale Richtung am äußersten peripherischen Punkt auf der Blattoberfläche an der Vorderseite des Ventilatorblattes 55, gesehen in der Rotationsrichtung der Basisplatte 50, nach vorne orientiert in der Rotationsrichtung der Basisplatte 50 relativ zu einer geraden Linie, die den äußersten peripherischen Punkt und das Zentrum der rotierbaren Basisplatte 50 verbindet.

Konkreter gesagt besteht das Ventilatorblatt 55 aus einem Blattabschnitt 56, von dem ein Teil von einer in etwa bogenförmigen Gestalt im Querschnitt ist, und einem abgeschrägten Basisabschnitt 57, wobei die bogenförmige Oberfläche des Blattabschnittes 56 orientiert ist an der Vorderseite, gesehen in der Richtung der Rotation der Basisplatte, während der Basisabschnitt 57 des Blattes ist am Halterungsstift 21 des Blattanstellwinkel-Verstellmechanismus 20 schwenkbar angebracht.

Durch die oben beschriebene Struktur wird das Ventilatorblatt 55 veranlasst, um den Stift in der Richtung zum Verkleinern des Ausströmwinkels θ zu rotieren oder schwingen, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Radialventilators 3 die erste vorbestimmte Rotationsgeschwindigkeit N1 überschreitet.

Da der Radialventilator nach der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung hinsichtlich der anderen strukturellen Merkmale und Effekte, die erzielt werden, der ersten bis dritten Ausführungsform ähnlich ist wird jegliche weitere Beschreibung davon unnötig erscheinen.

Claims (10)

1. Radialventilator, insbesondere für einen elektrischen Generator, mit
einer um eine Rotationsachse drehbaren Basisplatte (10);
einer Vielzahl von Ventilatorblättern (15; 35; 45), die an einem Umfangsabschnitt der Basisplatte (10) mittels Halterungsbolzen (21) um parallel zur Rotationsachse verlaufende Schwenkachsen schwenkbar angebracht sind; und
einem Blattanstellwinkel-Einstellmechanismus (20),
der in Zusammenhang mit jedem Ventilatorblatt (15; 35; 45) vorgesehen ist und
bei dem eine Zentrifugalkraft (F) am bezüglich der Schwenkachse des Ventilatorblatts (15; 35; 45) exzentrisch gelegenen Schwerpunkt (G) des Ventilatorblatts (15; 35; 45) angreift, um dadurch das Ventilatorblatt (15; 35; 45) so um den Halterungsbolzen (21) zu verschwenken, dass die Anstiegsrate der durch das Ventilatorblatt (15; 35; 45) verdrängten Luftmenge abnimmt, wenn die Drehzahl der rotierbaren Basisplatte (10) in einem vorbestimmten Hochgeschwindigkeits- Rotationsbereich der Basisplatte (10) zunimmt,
während der Blattanstellwinkel- Einstellmechanismus (20) in einem anderen Rotationsgeschwindigkeitsbereich außerhalb des Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereichs das Verschwenken des Ventilatorblattes (15; 35; 45) um den Halterungsbolzen (21) unterdrückt.

2. Radialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Blattanstellwinkel-Einstellmechanismus (20) umfasst:
eine an dem Ventilatorblatt (15; 35; 45) anliegende Bedrängungseinrichtung zum Drängen des Ventilatorblattes (15; 35; 45) in eine zur Zentrifugalkraft entgegengesetzte Richtung;
eine erste Stoppereinrichtung (23) zum Begrenzen der Verschwenkung des Ventilatorblattes (15; 35; 45) unter der Kraft der Bedrängungseinrichtung; und
eine zweite Stoppereinrichtung (24) zum Begrenzen der Verschwenkung des Ventilatorblattes (15; 35; 45) unter der am Ventilatorblatt angreifenden Zentrifugalkraft; wobei der Ausströmwinkel (θ) in Abhängigkeit von der Drehzahl der rotierbaren Basisplatte (10) innerhalb des vorbestimmten Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereichs reguliert wird.

3. Radialventilator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilatorblätter (45) mit jeweils zumindest einer Aushöhlung (47a, 47b, 48a, 48b, 49a, 49b) versehen sind, um durch Einstellen der Schwerpunktslage des Ventilatorblattes (45) die Rotationsgeschwindigkeiten der Basisplatte (10) zu bestimmen, welche den vorbestimmten Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereich definieren.

4. Radialventilator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsgestalt des Ventilatorblattes (15; 35; 45) und die Position der Schwenkachse des Ventilator­ blattes (15; 35; 45) um den Halterungsbolzen (21) so ausgewählt sind, dass der Ausströmwinkel (θ) des Venti­ latorblattes (15; 35; 45) ansteigt, wenn die Zentrifugal­ kraft innerhalb des vorbestimmten Hochgeschwindigkeits- Rotationsbereichs der rotierbaren Basisplatte (10) zunimmt.

5. Radialventilator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsgestalt des Ventilatorblattes (15; 35; 45) und die Position der Schwenkachse des Ventilator­ blattes (15; 35; 45) um den Halterungsbolzen (21) so ausgewählt sind, dass der Ausströmwinkel (θ) des Ventilatorblattes (15; 35; 45) abnimmt, wenn die Zentrifugalkraft innerhalb des vorbestimmten Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereiches der rotierbaren Basisplatte (10) zunimmt.

6. Radialventilator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsgestalt des Ventilatorblattes (15; 35; 45) und die Position der Schwenkachse des Ventilator­ blattes (15; 35; 45) um den Halterungsbolzen so ausgewählt sind, dass ein maximaler effektiver Durchmesser des Radialventilators, definiert durch äußerste Umfangspunkte auf den vorderen Seitenoberflächen der Ventilatorblätter, gesehen in der Rotationsrichtung der Basisplatte (10), abnimmt, wenn die Zentrifugalkraft innerhalb des vorbestimmten Hochgeschwindigkeits-Rotationsbereiches zunimmt.

7. Radialventilator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedrängungseinrichtung des Blattwinkel- Einstellmechanismus' innerhalb des Ventilatorblattes (15; 35; 45) untergebracht ist.

8. Radialventilator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedrängungseinrichtung eine Torsionsspule (22) aufweist, die um den Halterungsbolzen (21) gewunden, mit einem Ende an dem Ventilatorblatt (15; 35; 45) und mit dem anderen Ende an einem der ersten und zweiten Stopper (23, 24) angebracht ist, die in der rotierbaren Basisplatte (10) zum Begrenzen der Rotation des Ventilatorblattes (15; 35; 45) vorgesehen sind.

9. Radialventilator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
ein Ventilatorführungselement (30), das an einem Ende der jeweiligen Halterungsbolzen (21) fest angebracht ist,
wobei deren andere Enden an der rotierbaren Basisplatte (10) fest angebracht sind.

10. Radialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ventilatorblatt (35; 45) eine stromlinien­ förmige Kontur im Querschnitt hat.