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Die vorliegende Erfindung betrifft
Axialgebläse
und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, solche Gebläse, die
geeignet sind zu bewirken, daß Luft
durch einen Wärmetauscher
in einem Fahrzeug strömt.
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Im Betrieb können solche Gebläse dazu
verwendet werden, Luft durch einen Wärmetauscher, etwa einen Kühler, zu
blasen oder alternativ zu ziehen. In beiden Fällen ist es wünschenswert,
ein Hochleistungsgebläse
vorzusehen, um Energieverschwendung zu vermeiden.
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Eine Energieverlustquelle beim Betrieb
von Axialgebläsen
ist der sogenannte „Rückstrom" von Luft um den
axialen Umfang des Gebläses,
der durch Luft bewirkt ist, die von der Hochdruckseite des Gebläses zu der
Seite mit niedrigerem Druck strömt.
Der Luftstrom ist auch als ein Spitzenwirbel bekannt und nicht brauchbar,
weil das Gebläse
Energie zum Erzeugen eines Luftstroms verbraucht, der nicht durch den
Wärmetauscher
strömt.
Zudem erzeugt dieser Luftstrom Lärm,
der an sich sowohl ineffizient ist als auch aufdringlich und unangenehm
sein kann.
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Zur Lösung dieser Probleme wurden
zahlreiche Lösungen
vorgeschlagen (z. B. EP-A-0 092 358). Zum Beispiel ist in
US 4566852 (Hauser) eine
Kühlanordnung
unter Verwendung eines Axialgebläses vorgesehen,
das die Effizienz des Gebläses
steigert und den Lärmpegel
beim Betrieb verringert. Dies wird durch Vorsehen eines Luftleitaufbaus
in Ringform erzielt, der an den Gebläseflügeln angebracht ist und mit
einem nicht drehenden Gebläserahmen
(oder -kragen) zusammenwirkt, so daß die Konturen der Luftleitung
eng der zugekehrten Kontur des Kragens entsprechen, wodurch ein
verengter Weg für
den Luftrückstrom
vorgesehen ist, um ihn zu verringern. Außerdem ist der Luftrückstrom
(in diesem Bezug als „Schlitzluftstrom" bekannt) infolge
der Form der Luftleitung und ihrem engen Zusammenwirken mit dem Kragen
stark gedrosselt, und dies führt
zu einer Lärmverringerung.
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Bei einer solchen Anordnung kann
jedoch die zusätzliche
Masse des drehenden Rings mechanische Belastung bewirken. Zudem
erhöht
das Vorsehen des drehenden Rings die Materialkosten beim Herstellen
des Gebläses.
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung,
die oben genannten Schwierigkeiten zumindest teilweise zu mildern.
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Dementsprechend ist es eine Zielsetzung
einer bestimmten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, ein Axialgebläse mit Luftstromeigenschaften
vorzusehen, das mit einem Gebläse
mit einem drehenden Ring vergleichbar ist, während Gewicht und drehende
Masse verringert sind. Dadurch können
mechanische Belastungen und Materialkosten beim Herstellungsvorgang
verringert werden.
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Dementsprechend sieht ein Aspekt
der vorliegenden Erfindung ein Axialgebläse vor, umfassend eine Nabe
mit einer Längsachse,
mehrere Gebläseflügel, wobei
jeder Gebläseflügel einen
Fuß und
eine Spitze aufweist, wobei jeder Fuß an dem Nabenglied gesichert
ist, wobei sich die Gebläseflügelglieder
radial von der Nabe erstrecken, und mehrere entsprechende, bogenförmige, axial
verlaufende Glieder, wobei jedes axial verlaufende Glied an einem
jeweiligen Gebläseflügel gesichert
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
axial verlaufenden Glieder einen jeweiligen Randabschnitt aufweisen,
der sich davon radial nach außen
erstreckt.
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Günstigerweise
sind die bogenförmigen,
axial verlaufenden Glieder teilkreisförmig.
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Zweckmäßigerweise ist jedes axial
verlaufende Glied am entsprechenden Flügel an einer Position zwischen
95% und 100% der Spannweite jedes Flügels gesichert.
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Vorzugsweise liegt die Position an
der Spitze des Flügels.
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Zweckmäßigerweise ist die axiale Länge des axial
verlaufenden Glieds gleich der oder geringer als die axiale Länge des
Nabenglieds.
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Günstigerweise öffnet jedes
axial verlaufende Glied an der Achse einen Winkel von zwischen 80%
und 120% des Winkels, der durch jede Flügelspitze geöffnet ist.
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Vorzugsweise weist der Randabschnitt
eine Erstreckung radial nach außen
auf, die größer als etwa
2% der radialen Erstreckung des Spitzenendes ist.
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Zweckmäßigerweise weist der Randabschnitt
jedes axial verlaufenden Glieds eine Vorderkante auf, die in einem
Winkel von zwischen 20º und
90º zur
Drehrichtung angeordnet ist.
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Günstigerweise
umfassen das axial verlaufende Glied und der Randabschnitt zusammen
ein jeweiliges Spitzenwirbelreduktionsglied.
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Vorzugsweise sind die axial verlaufenden Glieder
mit dem Nabenglied konzentrisch.
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Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Randabschnitt
des Axialgebläses
von einem axialen Ende jedes axial verlaufenden Glieds.
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Günstigerweise
definieren die axial verlaufenden Glieder zusammen einen Kreisweg.
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Günstigerweise
ist ein Axialgebläse
und ein Kragenglied vorgesehen, wobei das Kragenglied eine Fläche aufweist,
die mit den axial verlaufenden Gliedern zusammenwirkt, wobei die
Spitzenwirbel im Gebrauch reduziert sind.
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Günstigerweise
wirkt das Kragenglied mit den Randabschnitten zusammen.
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Vorzugsweise weist das Kragenglied
einen radial nach außen
ausgesparten Abschnitt auf, der zumindest ein Teil des Randabschnitts
jeden axial verlaufenden Glieds beherbergt und in dessen Nähe angeordnet
ist.
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Im folgenden werden nun nur als Beispiel
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine
Projektion auf eine Ebene senkrecht zur Drehachse einer ersten Ausführungsform eines
Axialgebläses
gemäß der Erfindung,
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2 eine
Teilquerschnittansicht durch das Gebläse von 1,
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3 ein
Luftleitglied des Gebläses
von 1, das zum Verringern
von Spitzenwirbeln geeignet ist,
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4 eine
Ansicht von oben eines Teils einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die
ein Luftleitglied mit einer winkligen Vorderkante zeigt, und
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5 eine 3 ähnliche Ansicht des Luftleitglieds
von 4.
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In den verschiedenen Figuren beziehen
sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile.
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Unter Bezugnahme auf 1 weist ein Axialgebläse 10 ein Nabenglied 11 aus
Formkunststoff mit einer zentralen Längsachse X auf. Das Nabenglied 11 ist
im allgemeinen schalenförmig
(wie in 2 besser zu
erkennen) und weist einen nach vorne gewölbten Vorderabschnitt 16 und
einen zylindrischen Rückabschnitt 24 auf,
der einen Nabenkreis definiert.
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Sieben Gebläseflügel 12 aus Formkunststoff sind
an dem Hubglied 11 gesichert und erstrecken sich davon
radial nach außen.
(Es versteht sich natürlich,
daß die
Anzahl der Flügel
der Anwendung entsprechend ausgewählt wird). Jeder der Gebläseflügel 12 weist
einen Fußbereich 13 radial
in der Nähe
des Nabenglieds und einen Spitzenbereich 14 radial entfernt
von dem Nabenglied auf.
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Wie dem Fachmann bekannt ist, sind
Gebläse
für eine
besondere Drehrichtung ausgelegt, und das Gebläse von 1 dreht in Richtung R gegen den Uhrzeigersinn.
Es ist möglich,
daß die
Flügel
in dem Sinne nicht schräg
verlaufen, daß eine
Mittellinie jeden Flügels
auf einem Radius des Gebläses
angeordnet ist, oder daß die
Flügel
nach vorne schräg
verlaufen, in welchem Falle die Mittellinie im Spitzenbereich umfänglich vor
der Mittellinie im Fußbereich
angeordnet ist, oder wie in 1 gezeigt,
daß die
Flügel
nach hinten schräg
verlaufen, wodurch die Mittellinie M im Spitzenbereich an einer
Position M1 angeordnet ist, die hinter der Position der Mittellinie
im Fußbereich
M2 bezüglich
der Drehrichtung R angeordnet ist. Die Schräge jeden Flügels wird der erforderlichen
Anwendung entsprechend ausgewählt.
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Jeder Flügel weist eine Flügelvorderkante
L und eine Flügelhinterkante
T auf, wobei die Vorder- und Hinterkanten auf dieselbe Weise gekrümmt sind, so
daß der
Flügel
eine im allgemeinen konstante Breite aufweist. (Das Merkmal der
konstanten Breite ist erneut eine Gestaltungsfrage, die von der
Anwendung abhängt.
Wo es angebracht ist, sind andere Geometrien möglich).
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Der Fußbereich jeden Flügels 12 ist über die Gesamtheit
der Breite des Flügels 12 am
Nabenglied gesichert, wodurch das Gebläse mit mechanischer Stärke und
Festigkeit versehen ist.
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Das radial äußerste Ende des Spitzenbereichs 14 jeden
Gebläseflügels bildet
einen jeweiligen distalen Bereich 14a. Wie aus der Projektion,
die in 1 gezeigt ist,
besser ersichtlich, ist der distale Bereich jeden Flügels bogenförmig und
liegt auf einem Spitzenkreis 17, der mit dem Hubkreis konzentrisch
ist, welcher durch den zylindrischen Rückabschnitt des Nabenglieds
definiert ist.
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Winglets aus Formkunststoff, die
Luftleitabschnitte 15 bilden, erstrecken sich vom distalen
Bereich 14 jeden Flügels 12,
ein Winglet an jedem Flügel.
Jeder Luftleitabschnitt weist eine axiale Ausdehnung auf, die im
wesentlichen gleich der oder geringer als die axiale Länge des
Gebläsenabenglieds
ist, und eine umfängliche
Ausdehnung, die im wesentlichen gleich der oder geringer als die
Breite des Flügels 12 im
Spitzenbereich ist. Daher sind die Winglets räumlich voneinander getrennt
um den Umfang des Gebläses
angeordnet.
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3 zeigt
einen der Luftleitabschnitte 15 von 1. Jeder Luftleitabschnitt weist einen
teilkreisförmigen,
axial verlaufenden Wandabschnitt 31 auf, der mit dem Nabenkreis
konzentrisch ist und auf dem Spitzenkreis 17 liegt.
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Der bogenförmige Wandabschnitt 31 krümmt sich
in Richtung auf die Vorderseite des Gebläses um im wesentlichen 90º nach außen, um
einen Randabschnitt 32 mit einer Außenkante 32a zu bilden,
die einen Bogen eines Kreises definiert, der konzentrisch mit dem
Gebläse
ist. In anderen Ausführungsformen
kann möglicherweise
kein Rand vorkommen, so daß der
bogenförmige
Wandabschnitt im wesentlichen ein Teilzylinder ist, oder der Rand kann
in einem Winkel zur Ebene des Flügels
angeordnet sein.
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Jeder Gebläseflügel trägt daher einen Luftleitabschnitt 15,
und jeder Luftleitabschnitt 15 ist von den nächsten benachbarten
Luftleitabschnitten durch einen umfänglichen Zwischenraum S um
den Spitzenkreis 17 räumlich
getrennt. Jeder Luftleitabschnitt weist dementsprechend eine Luftleitabschnittvorderkante
und eine Luftleitabschnitthinterkante auf.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Teilquerschnittansicht durch
das Gebläse 10 von 1 zusammen mit einem zugehörigen Kragenglied 21 gezeigt.
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Das Kragenglied 21 sieht
einen starren, nicht drehenden Rahmen vor, in dem das Gebläse 10 dreht.
Das Kragenglied 21 weist einen kreisförmig-zylindrischen Abschnitt 22 auf,
der radial nach außen
von dem und in der Nähe
des kreisförmigen Wandabschnitts 31 jeden
Luftleitabschnitts 15 angeordnet ist. Das Kragenglied 21 weist
auch einen radial nach außen
ausgesparten Abschnitt 23 auf, der zumindest einen Teil
des Randabschnitts 32 jeden Luftleitabschnitts 15 beherbergt
und in dessen Nähe
angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen,
bei denen kein Rand vorgesehen ist, kann der Kragen möglicherweise
keinen ausgesparten Abschnitt aufweisen.
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Im Betrieb zieht das Gebläse 10 Luft
in der Richtung, die durch Pfeil A angezeigt ist, von der Vorderseite
des Gebläses
durch die Rückseite
des Gebläses.
Der Luftdruck unmittelbar an der Vorderseite und Rückseite
des Gebläses
ist derart, daß für die Rückstromluft
eine Tendenz besteht, sich zwischen dem Gebläseumfang und dem Kragenglied
in der Richtung zu bewegen, die durch Pfeil B angezeigt ist.
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Die Form der Luftleitabschnitte 15 in
Zusammenwirkung mit den nächstgelegenen
Abschnitten (22, 23) des Kragenglieds 21,
die in 2 gezeigt sind,
sieht einen schmalen Schlangenlinienweg vor, um einen Luftrückstrom
von der Hochdruckseite des Gebläses
zu der Seite mit niedrigerem Druck zu verhindern. Der Zwischenraum
zwischen dem Luftleitabschnitt und dem Kragen ist unter gebührender
Berücksichtigung
von Herstellungs- und Betriebstoleranzen so schmal wie möglich, um
das Volumen zu minimieren, durch das Luft um den Gebläseumfang strömen kann.
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4 zeigt
eine Ansicht von oben eines der Gebläseflügel 12 einer zweiten
Ausführungsform
eines Gebläses
gemäß der Erfindung.
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Unter Bezugnahme auf 4 und 5 gleicht der
Luftleitabschnitt 42 dieser Ausführungsform dem der ersten Ausführungsform
darin, daß er
einen teilkreisförmigen,
axial verlaufenden Wandabschnitt 31 und einen Randabschnitt 42 aufweist.
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Der Randabschnitt 42 weist
eine Vorderkante 41 auf, die der Vorderkante des Flügels 12 entspricht.
Wie möglicherweise
besser aus der Ansicht von 4 ersichtlich,
liegt die Kante 41 auf einer Linie Y-Y in einem Winkel θ zu einer
radialen Linie Z-Z, die durch die Hubachse X und den Punkt 43 läuft, an dem
die Vorderkante L und der distale Bereich 14a übereinstimmen.
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Die Vorderkante des Randabschnitts
jeden Luftleitabschnitts, die in einem Winkel θ zwischen 0º und 70º zu der radialen Linie Z-Z
eingerichtet ist, führt zu
einem effizienteren Gebläse
mit besseren aerodynamischen Eigenschaften und einer verringerten Lärmabgabe.
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Obwohl die beschriebenen Ausführungsformen
ein Winglet pro Flügel
aufweisen, wäre
es möglich,
mehrfache kleinere Winglets vorzusehen, zum Beispiel zwei pro Flügel, und
es wäre
außerdem möglich, an
nur einigen der Flügel
Winglets vorzusehen. Die Winglets der beschriebenen Ausführungsformen
sind teilkreisförmig,
andere bogenförmige Formen
wären jedoch
auf Wunsch auch möglich.
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Das Gebläse der Ausführungsform ist aus Kunststoffmaterial
geformt. Es könnten
andere Materialien oder andere Herstellungstechniken Anwendung finden.
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Während
verschiedene bevorzugte Ausführungsformen
gemäß der Erfindung
gezeigt sind, sollte es sich verstehen, daß dieselbe nicht darauf beschränkt ist
und daß Modifikationen,
wie sie dem Fachmann bekannt sind, in Aussicht gestellt werden können, ohne
vom Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen.
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Während
die im Vorstehenden beschriebenen Luftleitabschnitte einen bogenförmigen Wandabschnitt
und Randabschnitt aufweisen, die sich umfänglich entlang im wesentlichen
der gesamten Breite des Flügels
erstrecken, ist zum Beispiel in Aussicht gestellt, daß verschiedene
andere Formen und Größen von
Luftleitabschnitten Anwendung finden könnten.