DE8612292U1

DE8612292U1 - Axial fan

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Publication number: DE8612292U1
Application number: DE19868612292
Authority: DE
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1986-05-02
Publication date: 1987-01-02
Also published as: IT210184Z2; IT8721499V0; ES2003284A6; FR2598184A1; FR2598184B1

Description

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Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-HH/Ha/bl Theodor-Stern-Kai 1 HH 86/12 OL D-6000 Frankfurt 70

"Axiallüfter""Axial fan"

Die Neuerung bezieht sich auf einen geräuscharmen Axiallüfter, dessen Lüfterrad einen mit den LUfterflügein fest verbundenen Leitring zur Führung der Luftströmung aufweist und dessen Antriebsmotor in einer mittels Streben am Luftführungsgehäuse befestigbaren, eine zylindrische Nabe bildende Motoraufnahme angeordnet ist.The innovation relates to a low-noise axial fan, the fan wheel of which has a guide ring firmly connected to the fan blades to guide the air flow and the drive motor of which is arranged in a motor mount that forms a cylindrical hub and can be attached to the air guide housing by means of struts.

Gemäß dem DE-Gbn 72 03 550 ist es bekannt, die Lüfterflügel innerhalb eines mitrotierenden Leitringes anzuordnen, um durch besondere Formgebung sowohl dieses Leitringes als auch des ihn umgebenden Luftführungsgehäuses zu versuchen, eine möglichst geräuscharme Luftförderung zu erzielen. Die bekannte Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß einerseits ein relativ langes Luftführungsgehäuse erforderlich ist, wodurch die Gebläseabmessungen in Luftströmungsrichtung für eine Vielzahl von Anwendungszwecken zu groß sind, und daß andererseits der zur Herstellung der einzelnen Gebläseteile wie Leitring, Lüfterrad und Luftführungsgehäuse erforderliche Aufwand aufgrund der komplizierten Formgebung relativ groß ist.According to DE-Gbn 72 03 550, it is known to arrange the fan blades within a co-rotating guide ring in order to try to achieve the quietest possible air conveyance by means of a special shape of both this guide ring and the air guide housing surrounding it. However, the known arrangement has the disadvantage that, on the one hand, a relatively long air guide housing is required, which means that the fan dimensions in the air flow direction are too large for a large number of applications, and that, on the other hand, the effort required to manufacture the individual fan parts such as the guide ring, fan wheel and air guide housing is relatively high due to the complicated shape.

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Dei? vorliegenden Neuerung liegt die Aufgäbe zugrunde, auch bei kürzbauenden Axialventilatoren eine größtmögliche Reduzierung des Geräuschpegels der Luftströmungsgeräusche zu erreichen.The aim of this innovation is to achieve the greatest possible reduction in the noise level of air flow noise, even with short axial fans.

Diese Aufgabe wird gemäß der Neuerung Im wesentlichen durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst, während in den Ansprüchen 2 bis 9 besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Neuerung gekennzeichnet sind. Durch diese Weiterbildungen werden insbesondere folgende Vorteile erzielt:According to the innovation, this task is essentially solved by the measures listed in the characterizing part of claim 1, while particularly advantageous further developments of the innovation are identified in claims 2 to 9. These further developments achieve the following advantages in particular:

a) Vermeidung von Wirbeln an den Spitzen der Lüfterflügela) Avoidance of vortices at the tips of the fan blades

b) Verteilung des bei der Rotation syametrisch ausgebildeter Lüfterräder entstehenden Drehklanges auf ein breitbandiges Spektrum,b) Distribution of the rotational sound generated by the rotation of symmetrical fan wheels over a broad spectrum,

c) Vermeidung von periodisch auftretenden Druckschwankungen, die von den Nachlai strömungen der Flügelhinterkanten beim Auftreffen auf feststehende Lüftertei wie insbesondere die Befestigungsstreben der Motoraufnahme, ausgelöst werden,c) Avoidance of periodically occurring pressure fluctuations caused by the wake flows of the trailing edges of the blades when they hit fixed fan parts, such as the mounting struts of the engine mount,

d) Verringerung der durch das Volumen der einzelnen Lüfterflügel bedingten Verdrängungswirkung auf die zu fördernde Luft.d) Reduction of the displacement effect on the air to be conveyed caused by the volume of the individual fan blades.

Diese Vorteile werden erreicht, indem gemäß der Neuerung nachfolgend aufgeführte Maßnahmen Anwendung finden:These benefits are achieved by applying the following measures in accordance with the innovation:

a) Das Lüf⁺,errad ist von einen Leitring umgeben, an welchem die Spitzen der Lüfterflügel befestigt sind. Derartige Ausführungeformen sind zwar an sich bekannt, es wurde jedoch erkannt, daß durch einen solchen Leitring am Außenumfang des Lüfterrades, also an den Spitzen der Lüfterflügel,ein Druckausgleich zwischen der Saug- und der Druckseite des Lüfterrades sicher verhindert wird und somit auch keine geräuschintensiven Spitzenwirbel entstehen können.a) The ^fan wheel is surrounded by a guide ring to which the tips of the fan blades are attached. Although such designs are known per se, it has been recognized that such a guide ring on the outer circumference of the fan wheel, i.e. at the tips of the fan blades, reliably prevents pressure equalization between the suction and pressure sides of the fan wheel and thus prevents noisy tip vortices from occurring.

b) Die Iüfterflügel sind auf dem Nabenkreis des Lüfterrades in ungleichmäßigen Abständen angeordnet, wobei jeweils der Winkel zwischen dem Aufsetzpunkt der Vorderkante des ersten Lüfterflügels auf dem Nabenkreis des Lüfterrades als Bezugspunkt für die Winkelabstände bis zu den Vorderkanten der weiteren Iüfterflügel dient. Als besonders vorteilhaft er kannte mögliche Winkelabstände sind weiter unten in der Beschreibung in Tabellenform aufgeführt. Diese Maßnahme verhindert insbesondereb) The fan blades are arranged at irregular intervals on the hub circle of the fan wheel, whereby the angle between the contact point of the front edge of the first fan blade on the hub circle of the fan wheel serves as a reference point for the angular distances up to the front edges of the other fan blades. Possible angular distances recognized as particularly advantageous are listed in table form further down in the description. This measure prevents in particular

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die Entstehung des Drehklanges, d.h. jenen bei der Frequenzanalyse des Lüfters als plötzlich auftretende Frequenzspitzs darstellbaren Wert, der durch die Drehzahl des Lüfterrades und die Anzahl der Lüfterflügel bestimmt wird. Dieser Drehklang wird als extrem laut und unangenehm störend empfunden.the creation of the rotary sound, i.e. the value that can be represented as a sudden frequency peak in the frequency analysis of the fan, which is determined by the speed of the fan wheel and the number of fan blades. This rotary sound is perceived as extremely loud and unpleasantly disturbing.

c) Die Befestigungsstreben für das Gehäuse der nabenfönnigen Motoraufnahme sind derart angeordnet, daß vorzugsweise ihre - in Umlaufrichtung des Lüfterrades gesehen - hintere Kante eine vom Nabenkreis des Iüfterrades ausgehende Tangente bildet. Demgegenüber sind die unmittelbar an den Streben vorbeilaufenden Hinterkanten der Lüfterflügel in Form einer Kurve ausgebildet, die so verläuft, daß der zwischen den Hinterkanten sowohl der Befestigungsstrebe als auch des LüfterflUgels beim Vorbei-c) The fastening struts for the housing of the hub-shaped motor mount are arranged in such a way that their rear edge - seen in the direction of rotation of the fan wheel - forms a tangent from the hub circle of the fan wheel. In contrast, the rear edges of the fan blades that run directly past the struts are designed in the form of a curve that runs in such a way that the gap between the rear edges of both the fastening strut and the fan blade when passing

&ogr; lauf sich bildende Winkel nicht kleiner als 45 wird und vorzugsweise zwischen 90 und 45 liegt. Durch diese Maßnahme wird ein "schleifender Schnitt" zwischen beiden Hinterkanten erreicht, d.h. die gegenseitige Überlappung erfolgt jeweils nur in einem sehr kleinen Bereich der Gesamtlänge beider Kanten. Diese Maßnahme verhindert in vorteilhafter Weise, daß die Nachlaufströmungen der Hinterkanten der Lüfterflügel in ihrer gesamten Länge auf die Befestigungsstreben auftreffen und dadurch geräuschintensive Druckschwankungen innerhalb des Lüfters verursachen.ϳ run the angle that forms is not less than 45 and is preferably between 90 and 45. This measure achieves a "smooth cut" between the two trailing edges, i.e. the mutual overlap only occurs in a very small area of the total length of both edges. This measure advantageously prevents the wake flows of the trailing edges of the fan blades from hitting the fastening struts along their entire length and thereby causing noisy pressure fluctuations within the fan.

d) Bas aerodynamische Profil der Lüfterflügel ist, bezogen auf die Flügellänge, mit sich kontinuierlich verändernder Dicke ausgeführt. Ausgehend von einem über die Gesamtlänge der Flügel gleichbleibenden Profil ist dessen Dicke am Nabenkreis des Lüfterrades um ca, 50 % größer, während sie am Leitring um ca. 50 % kleiner als die mittlere Dicke ausgebildet ist. Diese Ausbildung der Lüfterflügel bringt den Vorteil mit sich, daß im nabennahen Teil infolge der dort relativ niedrigen Urafangsgeschwindigkeit die kontinuierliche Verdickung der Lüfterflügel «insn zunehmend hohen Auftriebsbeiwert bewirkt, während ia spitaennahen Teil der Lüfterflügel deren kontinuierliche Dickenverringerung infolge der dort herrschenden hohen Umfangsgeschwindigkeit zunehmend die Verdrängungswirkung der Lüfterflügel abnehmen läßt.d) The aerodynamic profile of the fan blades is designed with a continuously changing thickness in relation to the blade length. Starting from a profile that remains constant over the entire length of the blades, its thickness is approximately 50 % greater at the hub circle of the fan wheel, while it is approximately 50 % smaller than the average thickness at the guide ring. This design of the fan blades has the advantage that in the part near the hub, due to the relatively low circumferential speed there, the continuous thickening of the fan blades results in an increasingly high lift coefficient, while in the part of the fan blades near the tip, their continuous reduction in thickness due to the high circumferential speed prevailing there causes the displacement effect of the fan blades to decrease.

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Wenn in vorteilhafter Weise sämtliche vorstehend beschriebenen Maßnahmen bei einem Axiallüfter der eingangs beschriebenen Art angewendet werden, ist eine Geräuschverminderung von ca. 10 bis 15 dB(A) gegenüber Axiallüftern herkömmlicher Bauweise erzielbar.If all of the measures described above are advantageously applied to an axial fan of the type described above, a noise reduction of approx. 10 to 15 dB(A) compared to axial fans of conventional design can be achieved.

B*i einem entsprechend der Neuerung ausgebildeten Axiallüfter ergibt sich nicht nur der Vorteil einer erheblichen Geräuschverminderung, sondern darüber hinaus ::, auch eine erhebliche Verbesserung seines Wirkungsgrades, so daß ein Antriebsmotor geringerer Leistung eingesetzt werden kann. Dies ist gerade für die Anwendung in Kraftfahrzeugen äußerst wichtig, da einerseits weniger Antriebsenergie benötigt wird, andererseits geringeres Motorgewicht anfällt und schließlich die Baugröße des Aggregates insgesamt verringert werden kann.An axial fan designed in accordance with the innovation not only has the advantage of a significant reduction in noise, but also a significant improvement in its efficiency, so that a drive motor with lower power can be used. This is particularly important for use in motor vehicles, as on the one hand less drive energy is required, on the other hand the motor weight is lower and, finally, the size of the unit can be reduced overall.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Neuerung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:An advantageous embodiment of the innovation is shown in the drawing and is described in more detail below. It shows:

Figur 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Teilansicht des am Luftführungsgehäuse befestigten Axiallüfters,Figure 1 is a partial view, partly in section, of the axial fan attached to the air guide housing,

Figur 2 eine Teilansicht des Axiallüfters von der Einströmseite her gesehen, Figure 2 shows a partial view of the axial fan seen from the inlet side,

Figure 3 shows the top view of the fan wheel and

Figur 4a und Figur 4b die Draufsicht und die teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines Lüfterflügels.Figure 4a and Figure 4b show the top view and the partially sectioned view of a fan blade.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die vorteilhafte Anwendung eines Axiallüfters gemäß der Neuerung als Kühlergebläse bei einem Kraftfahrzeug. The embodiment relates to the advantageous application of an axial fan according to the innovation as a radiator fan in a motor vehicle.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, sind die einzelnen Lüfterflügel 2 des Lüfterrades 1 auf dem Nabenkreis 3 angeordnet, in welchen Einrichtungen zur Befestigung des Lüfterrades 1 au? <U-r Welle des (nicht dargestellten) Antriebsmotors untergebracht sind. Die Spitzen der Lüfterflügel 2 sind fest mit dem Leitring 4 verbunden, so daß das gesamte Lüfterrad 1 als einstückiges Gußteil hergestellt Werden kann.As can be seen from Fig. 1, the individual fan blades 2 of the fan wheel 1 are arranged on the hub circle 3, in which devices for fastening the fan wheel 1 to the shaft of the drive motor (not shown) are housed. The tips of the fan blades 2 are firmly connected to the guide ring 4, so that the entire fan wheel 1 can be manufactured as a one-piece cast part.

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In Luftströmungsrichtung gesehen ist hinter dem lüfterrad 1 das Gehäuse angeordnet, welches ebenfalls nabenfömig ausgebildet ist und die Aufnahme für den das lüfterrad 1 antreibenden Elektromotor bildet. Am Gehäuse 5 sind mehrere Befestigungsstreben 6 angeordnet, durch welche das Gehäuse 5 und damit auch das Lüfterrad 1 am Luftführungsgehäuse 7 gehaltert ist. Das Luftführungsgehäuse 7 besitzt eine Einströmungsöffnutjg 10, die nahezu bündig zum Leitring 4 angeordnet ist und etwa den gleichen Innendurchmesser wie der Leitring 4 aufweist.Viewed in the direction of air flow, the housing is arranged behind the fan wheel 1. This housing is also designed in the shape of a hub and forms the receptacle for the electric motor that drives the fan wheel 1. Several fastening struts 6 are arranged on the housing 5, by means of which the housing 5 and thus also the fan wheel 1 are held on the air guide housing 7. The air guide housing 7 has an inflow opening 10, which is arranged almost flush with the guide ring 4 and has approximately the same inner diameter as the guide ring 4.

Aus der Fig. 2 ist die Anordnung der Befestigungsstreben 6 relativ zum Gehäuse 5 und zu den Lüfterflügeln 2 ersichtlich. Im beschriebenen Anwendungsfall sind vorzugsweise drei schmal ausgebildete Befestigungsstreben 6 vorgesehen, die um je 120 versetzt derart am Gehäuse 5 befestigt sind, daß zumindest ihre (in Lüfterumlaufrichtung gesehen) Hinterkanten zu diesem eine Tangente bilden. Der Fig. 2 ist außerdem zu entnehmen, daß die Hinterkanten 9 der Lüfterflügel 2 des in Richtung des Pfeiles 13 rotierenden Lüfterrades 1 in Form einer flachen Kurve verlaufen. Beim Überstreichen der Befestigungestreben 6 durch die Lüfterflügel 2 bleibt somit der zwischen den beiden Hinterkanten 8 und 9 gebildete Winkel ⁰^ im Bereich zwischen 45 und 90 . Die tangentiale Anordnung der Befestigungsstreben 6 relativ zum Gehäuse 5 erlaubt es, die erwünschte kurze Uberdeckungsstrecke zwischen den Befestigungsstreben 6 und den Hinterkanten der Lüfterflügel 2 auch bei einer relativ flach verlaufenden Kurve der Hinterkanten 9 zu erreichen, so daß eine komplizierte Form der Lüfterflügel 2 vermieden wird.The arrangement of the fastening struts 6 relative to the housing 5 and to the fan blades 2 is evident from Fig. 2. In the application described, three narrow fastening struts 6 are preferably provided, which are fastened to the housing 5 at intervals of 120° each, such that at least their rear edges (seen in the direction of rotation of the fan) form a tangent to the housing. It can also be seen from Fig. 2 that the rear edges 9 of the fan blades 2 of the fan wheel 1 rotating in the direction of arrow 13 run in the form of a flat curve. When the fan blades 2 pass over the fastening struts 6, the angle ⁰ ^ formed between the two rear edges 8 and 9 remains in the range between 45 and 90°. The tangential arrangement of the fastening struts 6 relative to the housing 5 makes it possible to achieve the desired short overlap distance between the fastening struts 6 and the rear edges of the fan blades 2 even with a relatively flat curve of the rear edges 9, so that a complicated shape of the fan blades 2 is avoided.

Aus der Fig. 3 ist die Anordnung der Lüfterflügel 2 auf dem Lüfterrad 1 ersichtlich. Die Abstände der einzelnen, im bevorzugten Ausführungebeispiel sieben, Lüfterflügel 2 voneinander sind sämtlich unterschiedlich. Geht man davon aus, daß - wie im aufgezeigten Ausführungsbeispiel - die Vorderkanten der Lüfterflügel 2 genau radial zur Achse des Iüfterrades 1 verlaufen und benutzt diese Vorderkanten als Bezugspunkte für die sich aus den unterschiedlichen Abstanden ergebenden Kreiswinkel, so erhältThe arrangement of the fan blades 2 on the fan wheel 1 is visible in Fig. 3. The distances between the individual fan blades 2, seven in the preferred embodiment, are all different. If one assumes that - as in the embodiment shown - the front edges of the fan blades 2 run exactly radially to the axis of the fan wheel 1 and uses these front edges as reference points for the circular angles resulting from the different distances, then

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man die folgende Tabelle der Flügelabstände:the following table of wing spacing:

Fan blade I at 0 circumference of the hub of the fan wheel (1)

lüfterflUgel II bei 56,3 Kreisumfang der Nabe des Iüfterrades (1)fan blade II at 56.3 circumference of the hub of the fan wheel (1)

Fan blade III at 102.7° circumference of the hub of the fan wheel O) Fan blade IV at 163° circumference of the hub of the fan wheel (l) Fan blade V at 207 circumference of the hub of the fan wheel (1) Fan blade VI at 262 circumference of the hub of the fan wheel (1) Fan blade VII at 311 circumference of the hub of the fan wheel (1)

Aus den Fig. 4a und 4b schließlich ist die Profilveränderung der Lüfterflügtil 2 zu erkennen. Wie gestrichelt eingezeichnet (Fig. 4b) ist das aerodynamische Profil des in sich gewölbten Lüfterflügels 2 über dessen gesamte Länge gleichartig ausgebildet. Die Flügeldicke a ist am Fußpunkt 11 der Iüfterflügel 2 entsprechend der vorgegebenen Profilform um etwa 100 % größer als "ie Flügeldicke b an der Spitze 12 der Lüfterflügel 2. Somit entsteht ein= vorzugsweise kontinuierliche Abnahme der Flügeldicke vom Fuß der Iüfterflügel 2 bis zu deren mit dem Leitring 4 verbundenen Spitzen.Finally, the change in the profile of the fan blades 2 can be seen in Fig. 4a and 4b. As shown in dashed lines (Fig. 4b), the aerodynamic profile of the curved fan blade 2 is uniform over its entire length. The blade thickness a at the base 11 of the fan blades 2 is approximately 100 % greater than the blade thickness b at the tip 12 of the fan blades 2 in accordance with the specified profile shape. This results in a preferably continuous decrease in the blade thickness from the base of the fan blades 2 to their tips connected to the guide ring 4.

Claims

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Protection claims

1. Low-noise axial fan, the fan wheel of which has a guide ring firmly connected to the fan blades for guiding the air flow, and the drive motor of which is arranged in a motor mount that can be fastened to the air guide housing by means of struts and that forms a cylindrical hub, characterized in that at least two fan blades (2) of the fan wheel (1) are at different distances from one another in the circumferential direction thereof and that the fastening struts (6) are arranged at least approximately tangentially to the outer circumference of the housing (5) that forms the hub-shaped motor mount.

2. Axial fan according to claim 1, characterized in that the fan wheel (1) has a total of seven fan blades (2) which are arranged at irregular angular distances from one another according to Table I below on the hub circle (3) of the fan wheel (1):

Table I

Fan blade 1 at 0° circumference of the hub of the fan wheel (i)

Fan blade II between 50° and 60° circumference of the hub of the fan wheel (1)

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Fan blades.l III between 90° and 110° Circular aperture of the hub of the fan wheel

Fan blade IV between 150 and 170 Circumference of the hub of the fan wheel (l)

Fan blade V between 200° and 220° Circumference of the hub of the fan wheel (1)

Fan blade VI between 250 and 270 circumference of the hub of the fan wheel (I]

Fan blade VII between 300° and 320° circumference of the hub of the fan wheel Ü)

3. Axial fan according to claims 1 and 2, characterized in that the fan blades (2) are arranged at the angular distances from one another on the hub circle (3) of the fan wheel as shown in Table II below.

(1) distributed:
Table II

Fan blade I at 0° circumference of the fan wheel hub (1) Fan blade II at 56.3° circumference of the fan wheel hub (l) Fan blade III at 102.7° circumference of the fan wheel hub (l) Fan blade IV at 163° circumference of the fan wheel hub (l) Fan blade V at 207° circumference of the fan wheel hub (l) Fan blade VI at 262° circumference of the fan wheel hub (1) Fan blade VII at 311° circumference of the fan wheel hub (1).

■!. Axial fan according to claim 1 and one of claims 2 or 3, characterized in that the fan blades (2) have an aerodynamic profile, the thickness of which is approximately 10 % to 120 % greater than at the guide ring (4) with an approximately constant profile shape at the base point (11) of the fan blades (2).

5. Axial fan according to claim 4, characterized in that the fan blades (2) have a twisted aerodynamic profile, the thickness of which, with an approximately constant profile shape at the base (ll) of each fan blade (2) up to the tip connected to the guide rail (4),

(12) is continuously decreasing, and that the thickness (a) at the foot (11) is approximately 100 % greater than the thickness (b) at the tip (12)

6. Axial fan according to claims 1 to 5, characterized in that on the outer circumference of the housing (5) forming the hub-shaped motor mount

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three fastening struts (6) are arranged, each of which forms a tangent to the outer circumference of the housing (5) and, viewed in the air flow direction, are arranged behind the fan wheel (l).

7. Axial fan according to claims 1 to 6, characterized in that the rear edges (9) of the fan blades (2) run in such a curved shape that when the fan blades (2) sweep over the fastening struts (6), the angle cL formed between the rear edge (9) of the respective fan blade (2) and the fastening strut (6) swept by it does not exceed the range between 90° and 45° over the entire swept area of the fastening strut (6).

8. Axial fan according to claims 1 to 7, characterized in that the front edge of the individual fan blades (2) is arranged radially towards the hub circle (3) of the fan wheel (1).

9. Axial fan according to claims 1 to 8, characterized in that the air guide housing (7) has an inflow opening (10) which is arranged approximately flush with the guide ring (4) and whose inner diameter is approximately the same as that of the guide ring (4).