DE69919970T2

DE69919970T2 - Axiallüfter

Info

Publication number: DE69919970T2
Application number: DE69919970T
Authority: DE
Inventors: Ok Ryul Min; Kyung Seok Cho
Original assignee: Halla Climate Control Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 1998-12-31
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2019-12-29
Also published as: KR20000047976A; KR100332539B1; JP3291654B2; US6287078B1; JP2000205190A; DE69919970D1; EP1016788A2; EP1016788B1; EP1016788A3

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft hauptsächlich Axiallüfter zum Axialbewegen von Luft durch Rotieren einer Mehrzahl von identischen Schaufeln, die sich von einer zentrischen Nabe erstrecken, und insbesondere einen Axiallüfter mit einem hohen Wirkungsgrad und einer geringer Lärmentwicklung, weil der Pfeilungswinkel, die Sehnenlänge und der Steigungswinkel einer jeden Schaufel abgestimmt ausgelegt sind.
Beschreibung des Standes der Technik
Wie es dem Fachmann gut bekannt ist, besteht ein Axiallüfter aus einer zentralen Nabe und einer Mehrzahl von Schaufeln, die sich von der Nabe erstrecken, und wobei Luft von dem Axiallüfter durch rotierende Schaufel axial bewegt wird, die durch das Drehmoment rotiert werden, das von einer Leistungsquelle zu der Nabe übertragen wird. Der Axiallüfter dient dazu, Luft zwangsweise zu einem Wärmeübertrager zu blasen, um die Wärmestrahlung von Kühlwasser eines Motors oder Kältemittel eines Klimageräts zu unterstützen, das durch den Wärmeübertrager, beispielsweise einen Radiator oder einen Kondensator, zirkuliert wird.
Im Allgemeinen ist der Axiallüfter mit einer Ummantelung versehen, die die Schaufeln umgibt und die mit einem Wärmeübertrager befestigt ist. Die Ummantelung dient dazu, die Luft zu führen, die durch die Rotation der Schaufeln bewegt wird, um eine größere Luftmenge zu dem Wärmeübertrager zu blasen, und die Ummantelung wird auch zum Abstützen eines Motors verwendet, der die Antriebskraft zum Rotieren der Schaufeln erzeugt.
Ein herkömmlicher Axiallüfter weist eine zentrale Nabe, die mit der Abtriebswelle eines Motors verbunden ist, eine Mehrzahl von Schaufeln, die sich radial nach außen von der Nabe erstrecken, und ein äußeres Band auf, an das die Umfangsenden der Schaufeln befestigt sind. Hauptsächlich ist der Axiallüfter aus synthetischem Harz hergestellt und als ein einzelner Körper geformt. Das Lüfterband ermöglicht, dass die Schaufeln durch Verbinden der Seitenränder der Schaufeln innerhalb des Lüfterbands zurückgehalten werden, wodurch es verhindert wird, dass die Schaufeln sich verformen.
Bei der Konstruktion des Axiallüfters haben die Schaufeln direkt etwas mit der Luftbewegung zu tun. Jede Schaufel hat einen stromlinienförmigen Querschnitt, der so funktioniert, dass Luft von der Vorderseite des Axiallüfters unter Verwendung von Druckanstieg durch die Druckfläche aufgrund der Rotation der Schaufeln gezogen wird und dass die gezogene Luft in Richtung zur Hinterseite des Axiallüfters geschoben wird.
Hinsichtlich des Designs eines derartigen Axiallüfters folgen die nachfolgend genannten Einschränkungen.
Da der Axiallüfter verwendet werden kann einen Radiator zum Kühlen eines Motors und eines Kondensators zum Verbessern der Leistungsfähigkeit eines Klimageräts zu kühlen, wobei der Axiallüfter eine ausreichende Luftmenge erzeugen sollte, die zum Kühlen notwendig ist, während ein positiver Druckabfall aufgrund der Lasten der Wärmeübertrager zu überwinden ist. Außerdem, da ein KFZ mit vielen elektronischen Geräten versehen ist und die Geräte eine große Energiemenge verbrauchen, sollte der Blasewirkungsgrad hinsichtlich der Energiemenge, die der Elektromotor des Lüfters verbraucht, hoch sein. Ferner sollte hinsichtlich der Lärmentwicklung der Blaselärm gering sein. Außerdem sollte der Axiallüfter unempfindlich gegen Beschädigungen sein, während er bei hoher Drehzahl rotiert.
Da die Schaufeln des Axiallüfters äußerst wichtig sind, um den Axiallüfter so zu konstruieren, dass den Einschränkungen genügt wird, sind die Form, die Sehnenlänge und der Steigungswinkel einer jeden Schaufel prinzipielle Designfaktoren.
Um den Beschränkungen zu genügen, werden verschiedene Axiallüfter vorgeschlagen.
In US-Patent Nr. 4,569,631 wird ein Axiallüfter vorgeschlagen, wobei die Vorderkante einer Lüfterschaufel einen bestimmten Betrag an rückwärts gerichteten Pfeilungswinkel an dem Fußabschnitt nahe der Nabe und einen bestimmten Betrag an vorwärts gerichteten Pfeilungswinkel an dem Spitzenabschnitt nahe des Bands hat und wobei die Steigungswinkel entlang der radialen Positionen definiert sind. In US-Patent Nr. 4,684,324 wird ein Axiallüfter vorgeschlagen, wobei bezüglich der medianen Linie einer jeden Schaufel ein rückwärts gerichteter Pfeilungswinkel an der Nabenseite der Schaufel, ein vorwärts gerichteter Pfeilungwinkel an der radial äußeren Seite der Schaufel ausgebildet sind, wobei die mediane Linie einer jeden Schaufel durch Verbinden der Punkte erreicht wird, die in Umfangsrichtung äquidistant von der Vorderkante einer jeden Schaufel und der Hinterkante einer jeden Schaufel sind, und in einer Position, in der der Pfeilungswinkel von einem rückwärts gerichteten Pfeilungwinkel in einen vorwärts gerichteten Pfeilungswinkel wechselt, werden die Schaufellänge einer jeden Schaufel und der Steigungswinkel einer jeden Schaufel definiert. In US-Patent Nr. 5,273,400 wird ein Axiallüfter vorgeschlagen, wobei der mediane Pfeilungswinkel von einem rückwärts gerichteten Pfeilungswinkel in einen vorwärts gerichteten Pfeilungswinkel entlang der auswärtigen Radialrichtung wechselt und seine Schaufellänge, sein Steigungswinkel und sein Kammerwinkel definiert sind. In US-Patent Nr. 5,393,199 wird ein Axiallüfter vorgeschlagen, wobei der mediane Pfeilungswinkel ein vorwärts gerichteten Pfeilungswinkel entlang der gesamten auswärtigen Radialrichtung ist, wobei der Pfeilungswinkel 15° an dem äußeren Ende der Schaufel nicht übersteigt, wobei ein Bereich existiert, in dem eine Vorderkantenlinie und eine Hinterkantenlinie parallel zur Radiallinie existiert, und wobei die Sehnenlänge abnimmt, nachdem sie entlang der auswärtigen Radialrichtung angestiegen ist.
Das Dokument US-A-5,769,607 betrifft eine Schaufel für eine Kühllüfteranordnung für einen KFZ-Motor. Die Schaufel in diesem Dokument kombiniert eine bestimmte Verteilung von vier Schlüsselschaufeldesignparamter-Planformpfeilung, Profilsehne, maximale Profilkrümmung und Profilsteigungswinkel – um eine Lüfteranordnung mit einem hohen Punktgrenzabstand, einem hohen Wirkungsgrad und einem geringem Lärm zu erreichen.
Jedoch ist bei den vorhergehend beschriebenen Axiallüftern bis zu einem bestimmten Grad der Blasewirkungsgrad zu verbessern und der Lärm zu reduzieren, aber ihre Blasenwirkungsgrade ist nicht ausreichend verbessert aufgrund von übermäßigen Erhöhungen des Pfeilungswinkels und Risse können in ihren Füßen entstehen.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend wurden bei der vorliegenden Erfindung die vorhergehenden Probleme berücksichtigt, die bei dem Stand der Technik auftreten, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es einen Axiallüfter bereitzustellen, wobei der Blasewirkungsgrad verbessert ist und Lärm reduziert ist durch Harmonisieren der Designfaktoren, wie beispielsweise der Pfeilungswinkel des Lüfters, die Krümmung der Vorderkante und der Hinterkante und der Steigungswinkel.
Um das vorhergehende Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung einen Axiallüfter bereit, der eine Nabe, eine Mehrzahl von Schaufeln, die sich radial nach außen von der Nabe erstrecken, und ein äußeres Band aufweist, das die Umfangsenden der Schaufel umgibt, wobei der mediane Pfeilungswinkel einer jeden Schaufel von 0° entlang der auswärtigen Radialrichtung allmählich ansteigt, wobei der vordere Pfeilungswinkel einer jeden Schaufel von einem Winkel kleiner als 0° beginnt, allmählich ansteigt und in einem Winkel größer als 40° endet, wobei der hintere Pfeilungswinkel einer jeden Schaufel entlang der auswärtigen Radialrichtung ansteigt, nachdem er von einem Winkel größer als 0° entlang der auswärtigen Radialrichtung abnimmt, wobei die Sehnenlänge einer jeden Schaufel allmählich entlang der auswärtigen Radialrichtung allmählich ansteigt, und wobei der Steigungswinkel einer jeden Schaufel entlang der auswärtigen Radialrichtung allmählich abfällt. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Punkt, in dem der vordere Pfeilungswinkel einer jeden Schaufel von einem negativen Winkel in einen positiven Winkel wechselt, radial nach innen bei 50 % der Schaufellänge angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Neigungswinkel einer radialen Linie, die durch das radial äußere Ende der medianen Linie einer jeden Schaufel verläuft, kleiner als ein Neigungswinkel einer Radiallinie sein, die durch das radial innere Ende der Vorderkantenlinie einer jeden Schaufel verläuft.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorhergehende Ziel und andere Ziele und Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher verstanden unter Zuhilfenahme der folgenden detaillierten Beschreibung, die in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnungen zu sehen ist, in der:
1 eine Vorderansicht ist, die einen Axiallüfter gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine teilweise vergrößerte Darstellung von 1 ist;
3 eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie III-III in 1 ist;
4 eine teilweise vergrößerte Darstellung ist, die die Pfeilungswinkelcharakteristiken gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine teilweise vergrößerte Darstellung ist, die die Neigungswinkelcharakteristiken gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein Graph ist, der eine Variation des Pfeilungswinkels bezüglich der Position der Schaufel und der Sehnenlänge zeigt;
7 ein Graph ist, der eine Variation des Sehnenlängenverhältnisses bezüglich des Verhältnisses der Position der Schaufel zu der Sehnenlänge zeigt; und
8 ein Graph ist, der eine Variation des Steigungswinkels bezüglich des Verhältnisses der Position der Schaufel zu der Sehnenlänge zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Vorhergehende Anforderungen an einen Axiallüfter, der in Verbindung mit einem Automobil verwendet wird, sind eine hohe Wirkungsgradcharakteristik und eine geringe Lärmcharakteristik. Um es zu ermöglichen, dass der Axiallüfter diese Charakteristiken hat, sollten drei prinzipielle Designfaktoren abgestimmt sein, nämlich die Pfeilungswinkel, die Sehnenlängen, und die Steigungswinkel einer jeden Schaufel.
Der Pfeilungswinkel S der Schaufel ist ein Faktor, der den Pfeilungsgrad der Schaufel repräsentiert. Da der Pfeilungswinkel S den Blasewirkungsgrad und den Lärm beeinträchtigt, ist er beim Design mit einer Priorität zu versehen. Wenn die anderen Bedingungen identisch sind, sind der Lärm und der Blasewirkungsgrad niedriger, je größer der Pfeilungswinkel S ist. Folglich wird Lärm reduziert, wenn der Pfeilungswinkel S unter den gleichen Bedingungen erhöht wird, jedoch wird der Betrag der verbrauchten Energie erhöht und die Festigkeit des Lüfters sollte erhöht werden, da Rotation bei hoher Drehzahl erforderlich ist.
Die Sehnenlänge der Schaufel ist ein Faktor, der die Breite der Schaufel in Rotationsrichtung repräsentiert. Die Sehnenlänge beeinträchtigt die Menge an Luftströmung und der Wirkungsgrad. Das heißt, unter den gleichen Bedingungen, je größer die Sehnenlänge ist, desto größer wird die Luftmenge und der Wirkungsgrad. Jedoch wird in einem Bereich größer als ein bestimmter Wert der Sehnenlänge der Wert der Luftmenge und der Wirkungsgrad kleiner, je größer die Sehnenlänge ist.
Der Steigungswinkel α der Schaufel ist ein Faktor, der den Gradienten der Schaufel repräsentiert. Wenn der Steigungswinkel α erniedrigt ist, ist die Luftmenge und der Wirkungsgrad erhöht und der Lärm reduziert. Wenn jedoch der Steigungswinkel α mehr als ein bestimmter Wert ist, tritt Ablösung an der saugseitigen Oberfläche auf, wodurch die Luftmenge und der Wirkungsgrad schnell reduziert werden und der Lärm erhöht wird.
Wie vorhergehend beschrieben ist, beeinträchtigten die vorhergehenden drei Faktoren Hauptcharakteristiken des Axiallüfters, wie beispielsweise die Luftmenge, der Wirkungsgrad und der Lärm. Die erforderlichen Charakteristiken des Axiallüfters sind zufriedenstellend, wenn die Faktoren abgestimmt sind.
Ein Axiallüfter gemäß der vorliegenden Erfindung ist derart konstuiert, dass er eine hohe Wirkungsgradcharakteristik und eine niedrige Lärmcharakteristik durch Abstimmung der Designfaktoren hat.
1 ist eine Draufsicht, die einen Axiallüfter zeigt. Wie in dieser Zeichnung gezeigt ist, weist der Axiallüfter der vorliegenden Erfindung eine zentrale Nabe 1, eine Mehrzahl von Schaufeln 2, die radial nach außen von der Nabe 1 sich erstrecken, und ein äußeres Band 3 auf, an dem die Umfangsenden der Schaufeln 2 befestigt sind.
Bevor der Axiallüfter detaillierter beschrieben wird, werden zuerst die Begriffe definiert, die in der Beschreibung verwendet werden, unter Bezugnahme auf 2 und 3.
Wie in 3 gezeigt ist, ist die Vorderkante 4a und die Hinterkante 5a als der vorderste Punkt bzw. der hinterste Punkt eines Schaufelquerschnitts bezogen auf die Rotationsrichtung definiert, wie in 2 gezeigt ist, können eine Vorderkantenlinie 4 und eine Hinterkantenlinie 5 als eine Linie definiert werden, die radial alle Vorderkanten 4a verbindet, bzw. eine Linie, die radial alle Hinterkanten 5a verbindet. Wie in 2 gezeigt ist, ist eine mediane Linie 6 als eine Linie definiert, die durch Verbinden der Punkte erreicht wird, die in Umfangsrichtung von der Vorderkantenlinie 4 und der Hinterkantenlinie 5 äquidistant sind.
Ferner ist ein Pfeilungswinkel S (S_P, S_L und S_T) als der Intervallwinkel zwischen einer Tangente T_P, die durch einen Punkt der vorhergehend definierten Linien (die mediane Linie 6, die Vorderkantenlinie 4 und die Hinterkantenlinie 5) verläuft, und einer Radiallinie RL_P definiert, die durch den Mittelpunkt O der Nabe 1 verläuft, und ein Neigungswinkel β_P als ein Intervallwinkel zwischen einer Radiallinie RL_IM, die den Mittelpunkt der Nabe 1 und das innere Ende I_M der medianen Linie 6, und eine Radiallinie RL_P definiert, die durch einen Punkt der medianen Linie verläuft. Bei der Messung der vorhergehenden Winkel wird der Winkel, der entlang der Rotationsrichtung gemessen wird, mit einem Pluszeichen versehen, während der Winkel, der gegen die Rotationsrichtung gemessen wird, mit einem Minuszeichen versehen wird.
Außerdem, wie es in 3 gezeigt ist, ist ein Steigungswinkel α definiert als der Intervallwinkel zwischen der Linie, die die Vorderkante 4a und die Hinterkante 5a trifft, und der Linie, die in Rotationsrichtung liegt, und eine Sehnenlänge W definiert als der Abstand zwischen der Vorderkante 4a und der Hinterkante 5a. Ferner, wie es in 5 gezeigt ist, ist eine Schaufellänge (R₀–R₁) definiert als der Abstand zwischen dem inneren Ende und dem äußeren Ende der Schaufel, das heißt, die Differenz zwischen dem Radius R₀ bezüglich dem äußeren Ende der Schaufel und dem Radius R₁ bezüglich dem inneren Ende der Schaufel, und eine Position P der Schaufel definiert als der Abstand (R_P–R₁) zwischen einem Radius RP bezüglich des Punkts P und dem Radius R₁ bezüglich des inneren Endes der Schaufel.
In dem Axiallüfter der vorliegenden Erfindung soll der Pfeilungswinkel S der Schaufel 2 einen geeigneten Wert haben, um die Reduzierung des Wirkungsgrads und die Reduzierung des Lärms zu unterbinden. Das heißt, der Pfeilungswinkel S ist in dem Abschnitt nahe der Nabe 1 erhöht, um den Wirkungsgrad zu erhöhen und die Festigkeit der Schaufel 2 zu verstärken, während der Pfeilungswinkel S der Schaufel 2 in dem Abschnitt nahe dem äußeren Band 3 abgesenkt ist, um Lärm zu reduzieren. Detailliert heißt das, dass ein medianer Pfeilungswinkel S_P, der als der Intervallwinkel zwischen einer Tangente T_P, die durch einen Punkt P der medianen Linie 6 verläuft, und einer Radiallinie definiert ist, die durch den Mittelpunkt O der Nabe 1 verläuft, in dem Abschnitt nahe dem inneren Ende der medianen Linie 6 ungefähr Null ist und in dem Abschnitt nahe des äußeren Endes O_N der medianen Linie 6 erhöht ist. Der vordere Pfeilungswinkel S_L, der wie der mediane Pfeilungswinkel definiert ist, hat einen Minuswert an dem inneren Ende I_L der Vorderkantenlinie 4 (das heißt, S_IL < 0° in 4), steigt entlang der Vorderkantenlinie 4 an und hat schließlich an dem äußeren Ende O_L der Vorderkantenlinie 4 einen Wert, der größer ist als der Wert des medianen Pfeilungswinkels an dem äußeren Ende O_M der medianen Linie 6 (das heißt, S_OL > S_OM in 4). In einem derartigen Fall ist der hintere Pfeilungswinkel S_OL an dem äußeren Ende O_L der Vorderkantenlinie 4 größer als 40°, wodurch Lärm stark reduziert wird. Der hintere Pfeilungswinkel S_T, der wie der mediane Pfeilungswinkel definiert ist, hat einen Pluswert an dem inneren Ende I_T der Hinterkantenlinie 5 (das heißt, S_IT > 0 in 4), nimmt allmählich entlang der Hinterkantenlinie 5 bis zu einem bestimmten Punkt ab und nimmt schließlich von diesem Punkt bis zu dem äußeren Ende O_T der Hinterkantenlinie 5 zu.
Der Graph in 6 zeigt Variationen der Pfeilungswinkel der Schaufeln der vorliegenden Erfindung, die die Reduktion des Wirkungsgrads unterbindet und Lärm reduziert.
Ferner zeigt 5 eine Neigungswinkelcharakteristik der Schaufel des Axiallüfters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Da der Wirkungsgrad des Lüfters reduziert sein kann, wenn die Schaufel 2 übermäßig geneigt wird, wobei der Neigungswinkel β_OM an dem äußeren Ende O_M der medianen Linie 6 kleiner ist als der Neigungswinkel β_IL an dem inneren Ende I_L der Hinterkantenlinie 4. Andererseits, da Lärm erhöht wird, wenn Neigungswinkel in der Hinterkantenlinie 4 übermäßig klein sind, ist der Neigungswinkel β_OL an dem äußeren Ende O_L der Vorderkantenlinie 4 größer als der Neigungswinkel ß_IL an dem inneren Ende I_L der Vorderkantenlinie 4 (das heißt, β_OL > β_IL). Wie in 4 und 6 und in der nachfolgenden beschriebenen Tabelle 1 gezeigt ist, ist der Punkt, indem der vordere Pfeilungswinkel S_L von einem Minuswert zu einem Pluswert wechselt, radial nach innen 50 % der Schaufellänge (R₀–R₁) von dem inneren Ende I_L der Vorderkantenlinie 4 angeordnet, wodurch die Reduktion des Wirkungsgrads aufgrund einer abrupten Erhöhung des Pfeilungswinkels in der Position nahe dem äußeren Ende der Schaufel unterbunden wird.
7 ist ein Graph, der Variationen der Sehnenlänge der Schaufel 2 gemäß Positionen in Radialrichtung zeigt. In diesem Graph repräsentiert das Sehnenlängenverhältnis W_P/(R₀–R₁), das auf der vertikalen Achse aufgetragen ist, das Verhältnis der Sehnenlänge zur Schaufellänge. Wie in diesem Graph gezeigt ist, wird in dem Axiallüfter die Sehnenlänge W umso größer, je weiter eine in Betracht stehende Position in Radialrichtung von der Nabe 1 bewegt wird. Der Graph in 7 betrifft den Axiallüfter mit sieben Schaufeln. Da die Anzahl der Schaufeln erhöht ist, ist das Sehnenlängenverhältnis W_P/(R₀–R₁) erniedrigt, während das Sehnenlängenverhältnis W_P/(R₀–R₁) erhöht ist, da die Anzahl der Schaufeln erniedrigt ist.
8 ist ein Graph, der Variationen des Neigungswinkels bezüglich Positionen in der Schaufel in dem Axiallüfter der vorliegenden Erfindung zeigt.
Der Axiallüfter dient dazu, Luft von der Vorderseite der Schaufeln zu der Hinterseite der Schaufeln zu bewegen. Die derartige Bewegung der Luft wird durch Druckerhöhung auf der Druckseite aufgrund von Rotation der Schaufeln erzeugt. Da gemäß der Rotation der Schaufeln eine Druckerhöhung an der Druckseitenoberfläche und Unterdruck an der Saugseitenoberfläche der Schaufeln erzeugt wird, ist ein Drehmoment erforderlich, das heißt, die Antriebskraft von einem Motor, der den Druck zwischen den Drücken an den Druckseitenoberflächen und an den Saugseitenoberflächen überwinden kann. Es kann von dieser Tatsache abgeleitet werden, dass, da der Druckunterschied zwischen der Druck- und der Saugseitenoberflächen reduziert ist, das erforderliche Drehmoment zum Antreiben des Lüfters reduziert ist, wodurch der Wirkungsgrad des Axiallüfters verbessert ist.
Ferner, wenn der Neigungswinkel α übermäßig groß ist, ist der Druckunterschied zwischen der Druck- und Saugseitenoberflächen durch die Ablösung erhöht, die auf der Saugseitenoberfläche erzeugt wird, so dass der Wirkungsgrad des Lüfters reduziert wird. Andererseits, wenn der Neigungswinkel α übermäßig klein ist, wird eine Rotation mit hoher Drehzahl benötigt, um die erforderliche Luftmenge zu erzeugen, so dass der Lärm des Lüfters erhöht ist.
In dem Axiallüfter, wie in es 8 gezeigt ist, ist der Neigungswinkel α des Lüfters entlang der Drehrichtung nach außen erniedrigt. Dies ist konstruiert unter Berücksichtigung, dass die Geschwindigkeit bei Rotation an dem äußeren Endabschnitt der Schaufel höher ist und der Eintrittswinkel T der Luft klein ist, obwohl der Axiallüfter an einem einzigen Körper rotiert wird. Der Steigungswinkel α der Schaufel ist bevorzugt als kleiner 20° gesetzt.
Tabelle 1 zeigt numerische Werte bezüglich den prinzipiellen Designfaktoren für jede Schaufel des Axiallüfters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Tabelle 1 sind Pfeilungswinkel S, Sehnenlängen W und Neigungswinkel α gemäß der Positionen der Schaufel bezüglich der Schaufellängen angezeigt.
Die Designfaktoren werden im folgenden detailliert erklärt. Wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, steigt der mediane Pfeilungswinkel S_M der Schaufel von 0° bis 43,6° entlang der auswärtigen Radialrichtung an, steigt der vordere Pfeilungswinkel S_L von –15,6° bis 47,3° entlang der auswärtigen Radialrichtung an und steigt der hintere Pfeilungswinkel S_T der Schaufel von 40,3° entlang der auswärtigen Radialrichtung an, nachdem er von 15,2° bis 11,3° entlang der auswärtigen Radialrichtung bis zu der Position abgefallen ist, in der die Position in der Schaufel bezogen auf die Schaufellänge 0,125 ist.
Tabelle 1
Im Detail heißt das, der mediane Pfeilungswinkel der Schaufel steigt allmählich von 0° bis 43,6° entlang der auswärtigen Radialrichtung an, um der Wirkungsgrad des Lüfters und die Festigkeit der Schaufel zu verbessern. Außerdem beginnt der vordere Pfeilungswinkel S_L bei –15,6°, steigt an und wechselt zu einem positiven Wert vor dem Punkt, indem die Position in der Schaufel bezogen auf die Schaufellänge 0,375 ist, und endet bei 47,3°, größer als 43,6° des medianen Pfeilungswinkels in der gleichen Position, wodurch Lärm an den äußeren Enden der Schaufeln reduziert wird.
Das Sehnenlängenverhältnis W_P/(R₀–R₁) repräsentiert die Sehnenlänge W entlang der Rotationsrichtung und beeinträchtigt die Menge an Luftströmung und der Wirkungsgrad des Lüfters. Das Sehnenlängenverhältnis W_P/(R₀–R₁) ist derart ausgelegt, dass es allmählich von 0,047 an dem inneren Ende R₁ der Schaufel 2 bis 0,74 an dem äußeren Ende der Schaufel 2 ansteigt, wodurch es ermöglicht ist, dass die relativ hohe Drehgeschwindigkeit an dem äußeren Ende effektiv eingesetzt wird. Dies erhöht die Menge an Luftströmung und verbessert der Wirkungsgrad des Lüfters. Jene Sehnenlängenverhältnisse W_P/(R₀–R₁) haben zu tun mit dem Axiallüfter mit sieben Schaufeln und variieren mit der Anzahl der Schaufeln in dem Lüfter.
Der Steigungswinkel α als Gradient der Schaufeln in Rotationsrichtung des Lüfters, wobei der Steigungswinkel α den Anstellwinkel T der Luft bestimmt, ist derart gesetzt, dass er in Richtung zum äußeren Ende der Schaufel abfällt unter der Berücksichtigung, dass der Anstellwinkel T abgesenkt wird, weil die Drehgeschwindigkeit der Schaufeln in Richtung zum äußeren Ende der Schaufel schneller wird. Insbesondere, da der Steigungswinkel α an dem äußeren Ende der Schaufel als 17,8° konstruiert ist, nicht 20° überschreitend, wird Ablösung unterdrückt, wodurch der Menge an Luftströmung, der Wirkungsgrad des Lüfters und die Reduktion des Lärms abgestimmt sind.
Tabelle 2 zeigt numerische Werte bezüglich der prinzipiellen Designfaktoren für jede Schaufel des Axiallüfters gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Tabelle 2
Der Axiallüfter gemäß dieser Ausführungsform hat eine relativ hohe Drehgeschwindigkeit verglichen mit dem Axiallüfter gemäß Tabelle 1. Die Steigungswinkel, verglichen mit denen des Axiallüfters gemäß Tabelle 1, sind etwas in umgekehrter Proportion mit der Drehgeschwindigkeit des Lüfters erniedrigt, während die anderen Faktoren medianer Pfeilungswinkel, vorderer Pfeilungswinkel S_L, hinterer Pfeilungswinkel S_T und Sehnenlängenverhältnis gleichgesetzt sind.
Wie vorhergehend beschrieben, stellt die vorliegenden Erfindung einen Axiallüfter mit einem hohen Wirkungsgrad und einer niedrigen Lärmerzeugung bereit, weil der Pfeilungswinkel, die Sehnenlänge und der Neigungswinkel jeder Schaufel abgestimmt ausgelegt sind.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für illustrative Zwecke offenbart wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen, Additionen und Substitutionen möglich sind, ohne den Umfang der Erfindung wie in den anhängenden Ansprüchen zu verlassen.

Claims

Axiallüfter mit einer Nabe (1), einer Mehrzahl von Schaufeln (2), die radial nach außen von der Nabe (1) sich erstrecken, und einem äußeren Band (3), das die Umfangsenden der Schaufeln (2) umgibt, wobei die Sehnenlänge (W) einer jeden Schaufel (2) entlang der auswärtigen Radialrichtung allmählich ansteigt und der Steigungswinkel (α) einer jeden Schaufel (2) entlang der auswärtigen Radialrichtung allmählich abnimmt; und wobei der mediane Pfeilungswinkel (S_P) einer jeden Schaufel (2) von 0° entlang der auswärtigen Radialrichtung allmählich ansteigt, der vordere Pfeilungswinkel (S_L) einer jeden Schaufel (2) von einem Winkel kleiner als 0° beginnt, allmählich ansteigt und in einem Winkel größer als 40° endet, der hintere Pfeilungswinkel (S_T) einer jeden Schaufel (2), der entlang der auswärtigen Radialrichtung ansteigt, nachdem er von einem Winkel größer als 0° entlang der auswärtigen Radialrichtung abnimmt.
Lüfter gemäß Anspruch 1, wobei ein Punkt, in dem der vordere Pfeilungswinkel (S_L) einer jeden Schaufel (2) von einem negativen Winkel in einen positiven Winkel wechselt, radial nach innen bei 50 % der Schaufellänge (2) angeordnet ist.
Lüfter gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Neigungswinkel einer radialen Linie, die durch das radial äußere Ende einer medianen Linie einer jeden Schaufel (2) verläuft, kleiner als der Neigungswinkel einer radialen Linie ist, die durch das radial innere Ende der Vorderkantenlinie (4) einer jeden Schaufel (2) verläuft.
Lüfter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Neigungswinkel einer radialen Linie, die durch das radial äußere Ende der Vorderkantenlinie (4) einer jeden Schaufel (2) verläuft, größer als der Neigungswinkel einer radialen Linie ist, die durch das radial innere Ende der Vorderkantenlinie (4) einer jeden Schaufel (2) verläuft.
Lüfter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Steigungswinkel (α) an dem äußeren Ende einer jeden Schaufel (2) kleiner als 20° ist.
Lüfter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Nabe (1), die Schaufeln (2) und das äußere Band (3) in ein einzelnes Stück integriert sind.
Axiallüfter mit einer Nabe (1), einer Mehrzahl von Schaufeln (2), die radial nach außen von der Nabe (1) sich erstrecken, und einem äußeren Band (3), das die Umfangsenden der Schaufeln (2) umgibt, wobei die Schaufeln (3) gemäß Designfaktoren geformt und montiert sind, die in der folgenden Tabelle beschrieben sind:
oder wobei die Schaufeln (2) gemäß Designfaktoren geformt und montiert sind, die in der folgenden Tabelle beschrieben sind:
Lüfter gemäß Anspruch 7, wobei der Neigungswinkel einer radialen Linie, die durch das radial äußere Ende einer medianen Linie einer jeden Schaufel (2) verläuft, kleiner als der Neigungswinkel einer radialen Linie ist, die durch das radial innere Ende der Vorderkantenlinie einer jeden Schaufel (2) verläuft.
Lüfter gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei der Neigungswinkel einer radialen Linie, die durch das radial äußere Ende der Vorderkantenlinie einer jeden Schaufel (2) verläuft, größer als der Neigungswinkel einer radialen Linie ist, die durch das radial innere Ende der Vorderkantenlinie einer jeden Schaufel verläuft.
Lüfter gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Anzahl der Schaufeln (2) sieben ist.
Lüfter gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Nabe (1), die Schaufeln (2) und das äußere Band (4) in ein einzelnes Stück integriert sind.