EP0546361A1 - Axiallüfter - Google Patents

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EP0546361A1
EP0546361A1 EP92119783A EP92119783A EP0546361A1 EP 0546361 A1 EP0546361 A1 EP 0546361A1 EP 92119783 A EP92119783 A EP 92119783A EP 92119783 A EP92119783 A EP 92119783A EP 0546361 A1 EP0546361 A1 EP 0546361A1
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blades
blade
axial fan
fan according
hub
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Kurt Dipl.-Ing. Hauser
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Mahle Behr GmbH and Co KG
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Behr GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/325—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans

Definitions

  • the invention relates to an axial fan, in particular for radiators of motor vehicle engines, with an impeller with several asymmetrically arranged fan blades.
  • An impeller for an axial fan is also known (DE 38 32 026 A1), in which one has avoided subjectively disturbing noises by arranging a blade with a shape different from this between two adjacent blades of the same shape.
  • An example provides three blade groups, each with three blades of the same shape, offset at an angle of 120 to one another, the individual blades of which are each arranged in the circumferential direction next to one another in such a way that they are distributed approximately uniformly over the circumference of the hub.
  • the respective blade root has a different length in the circumferential direction. It has been shown that with such an impeller design the frequency of the rotary gear can be reduced, but the rotary sound itself cannot be eliminated.
  • the present invention is therefore based on the object of designing an axial fan of the type mentioned in such a way that the known effect of eliminating the rotary sound can be achieved by asymmetrical division, but without the cooling capacity needing to be reduced.
  • the asymmetrical blade arrangement is only provided in an outer radial area of the blades, while in the inner radial area adjoining the hub, which is particularly advantageous a width of about a third of the radial length the blades can have a radially symmetrical blade arrangement with the same pitch and the same blade design.
  • This design is based on the knowledge that it is sufficient to move the asymmetrical design to the outer area of the drive and to design it according to the criteria known per se, but to leave the design in the inner radial area as in the case of radially symmetrical designs
  • Impellers of conventional design are the case in which all the blades are evenly distributed over the circumference and are of the same design.
  • the number of blades to be used need not be reduced, so that the cooling capacity can remain high.
  • the asymmetrical design is only sufficient in the outer radial area to prevent the unwanted rotary sound.
  • an advantageous further development of the invention results when the angular distance between the center of the outermost blade ends and the center of adjacent blades is different in each case.
  • the division in the outer region changes from blade to blade as a result of this configuration.
  • the blades in the outer region can each be designed differently, so that in this outer radial region the blade shape is also different from blade to blade. It has been shown that the unwanted rotary sound can be eliminated in a particularly advantageous manner by these measures.
  • the invention is illustrated in the drawing using an exemplary embodiment.
  • the only embodiment shows an impeller for an axial fan seen in the flow direction.
  • This impeller (1) consists of a central hub (2) and an outer ring (3) concentrically surrounding this hub, and nine air passages extend between the outer ring (3) and hub (2) shovel (4 to 12). All of these fan blades (4 to 12) have an identically designed blade root (13), each of which extends up to the circular line (14) shown in broken lines.
  • the outer circumference of the hub (2) and this circular line (14) delimit an inner radial region (15) which forms a ring with the width B ; forms.
  • This width B corresponds to about a third of the length I of the blades (4 to 12), this length I being measured radially between the circumference of the hub (2) and the inner circumference (3a) of the outer ring (3).
  • an outer radial area (16) of the impeller (1) is therefore formed, which also forms a ring in plan view, the width B a is.
  • the blades are therefore designed in the same way as in the case of a radially symmetrical fan wheel.
  • both the shape of the individual blades (4 to 12) and their division relative to the outer ring (3) differ.
  • the design has been made so that in the outer radial region (16) an arrangement and design of the blades (4 to 12) is made, which is symmetrical to the plane S, which with the central axis and the central plane through the blade (4) coincides, which runs exclusively radially.
  • the blade (5) adjoining the radially extending blade (4) in the direction of rotation (17) is curved in a crescent shape to the rear against the direction of rotation (17).
  • the blade (12) symmetrical to it is crescent-shaped in the direction of rotation (17) to the front.
  • the blade (6) adjoining the blade (5) in the direction of rotation (17) is also still curved counter to the direction of rotation (17).
  • the curvature is much flatter than that of the blade (5). Accordingly, the curvature of the blade (11), which is symmetrical to the blade (6) and extends in the direction of rotation, is weaker than the curvature of the blade (12).
  • the blade (7) adjoining the blade (6) in the direction of rotation is curved in the shape of a sickle in the direction of rotation, more specifically than the blade (8) adjacent to it in the direction of rotation.
  • the blades (9 and 10) are again symmetrical to the blades (7 and 8) and are therefore crescent-shaped against the direction of rotation, the backward curvature of the blade (9) again being smaller than that of the blade (10).
  • This configuration means that the angular distance between the ends of the blades (4 to 12), measured in the exemplary embodiment on the inner circumference (3a) of the outer ring (3), differs from blade to blade.
  • the angular distance (20) between the center (4a) of the blade (4) and the center (5a) of the adjacent blade (5) in the exemplary embodiment is 32.3 °
  • the distance (21) between the center (5a) is Blade (5) and the center (6a) of the blade (6) adjacent in the direction of rotation is 44.4 ° .
  • the distance (22) between the center (6a) of the blade (6) and the blade (7) adjacent to it in the direction of rotation is 51.1 ° and then follows between the center (7a) of the blade (7) and the center (8a) of the blade (8) an angular distance (23) of 37 °.
  • the centers (8a and 9a) of the blades (8 and 9) are spaced apart by an angular distance (24) of 30.6 ° and then there is again an angular distance (23 ') between the centers of the blades (9 and 10) 37 °.
  • the angular distance (22 ') between the center (10a) of the blade (10) and the center (11a) of the blade (11) adjacent to it in the direction of rotation is not exactly selected according to the distance (22), but only with 50.9 ° and the distance (21 ') is not exactly the same as the distance (21), but is chosen to be somewhat larger at 44.7.
  • the distance (20 ') is also only 32.1 ° in contrast to 32.3 of the distance (20). Nevertheless, the plane S remains essentially the plane of symmetry for the impeller (1), which therefore also has no imbalance and, in addition to a large air output, is also designed in such a way that an annoying rotary sound is avoided.
  • the angular distances (20 to 24, 20 'to 23') can also be varied.
  • the symmetrical structure is also not necessary in every case.
  • the decisive factor is that a completely symmetrical arrangement and design of the blade feet (13) is selected and the asymmetrical arrangement for the purpose of preventing the rotary sound, which is known per se, is only inserted in the outer radial region (16).

Abstract

Es wird ein Laufrad für den Lüfter eines Kraftfahrzeugmotors beschrieben, bei dem die Schaufeln in dem an die Nabe (2) angrenzenden inneren Radialbereich (15) gleich ausgebildet und gleichmäßig auf dem Umfang der Nabe verteilt sind, während sie in einem äußeren Radialbereich (16), der etwa in einem Radialabstand von einem Drittel der Schaufellänge (1) von der Nabe aus anfängt, asymmetrisch und mit ungleicher Teilung angeordnet sind. Diese Ausgestaltung ergibt eine hohe Lüfterleistung, vermeidet aber unerwünschten Drehklang. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter, insbesondere für Kühler von Kraftfahrzeugmotoren, mit einem Laufrad mit mehreren asymmetrisch angeordneten Lüfterschaufeln.
  • Es ist bekannt, daß Axiallüfter der eingangs genannten Art Drehklangspitzen aufweisen, die durch das Zusammenwirken der rotierenden Lüfterschaufeln mit an der Zu- und/oder Abströmseite angeordneten, als Störkörper wirkenden Streben zur Lagerung der Nabe oder Riemenscheiben hervorgerufen werden. Es ist bekannt (R.C. Mellin und G. Sovran, Journal of Basic Engineering, März 1970, S. 143 bis 154), daß man diesen Drehklang durch eine asymmetrische Anordnung, d.h. durch eine ungleiche Verteilung der Schaufelblätter über den Umfang vermeiden kann. Ein Nachteil einer solchen unsymmetrichen Schaufelteilung ist es, daß die Anzahl der Schaufeln verringert werden muß (z.B. auf sieben anstelle von neun Schaufeln), wenn eine Schaufelüberdeckung vermieden werden soll. Die Luft- bzw. Kühlleistung wird dadurch deutlich verschlechtert.
  • Es ist zwar auch ein Laufrad für einen Axiallüfter bekannt (DE 38 32 026 A1), bei dem man subjektiv störende Geräusche dadurch vermieden hat, daß zwischen zwei einander benachbarten Flügeln gleicher Gestalt ein Flügel mit einer von dieser abweichenden Gestalt angeordnet wird. Ein Beispiel sieht dabei drei Schaufelgruppen mit jeweils drei unter einem Winkel von 120 zueinander versetzten Schaufeln gleicher Gestalt vor, deren einzelne Schaufeln jeweils in Umfangsrichtung nebeneinander so angeordnet sind, daß sie auf dem Umfang der Nabe in etwa gleichmäßig verteilt sind. Der jeweilige Schaufelfuß allerdings besitzt jeweils eine unterschiedliche Länge in Umfangsrichtung. Es hat sich gezeigt, daß man mit einer solchen Laufradausbildung die Frequenz des Drehganges zwar erniedrigen, den Drehklang selbst aber nicht beseitigen kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Axiallüfter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß durch asymmetrische Teilung der bekannte Effekt der Beseitigung des Drehklanges erreichbar ist, ohne daß jedoch die Kühlleistung verringert zu werden braucht.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Axiallüfter der eingangs genannten Art vorgesehen, daß die asymmetrische Schaufelanordnung erst in einem äußeren Radialbereich der Schaufeln vorgesehen ist, während in dem an die Nabe anschließenden inneren Radialbereich, der besonders vorteilhaft eine Breite von etwa einem Drittel der radialen Länge der Schaufeln besitzen kann, eine radialsymmetrische Schaufelanordnung mit gleicher Teilung und gleicher Schaufelausbildung vorliegt. Diese Ausgestaltung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß es ausreichend ist, die asymmetrische Ausgestaltung auf den äußeren Bereich des Laufwerkes zu verlegen und sie nach den an sich bekannten Kriterien zu gestalten, im inneren Radialbereich aber die Ausgestaltung so zu belassen, wie bei radialsymmetrisch aufgebauten Laufrädern üblicher Bauart der Fall ist, bei der alle Schaufeln gleichmäßig auf dem Umfang verteilt und auch gleich ausgebildet sind.
  • Durch diese Maßnahme braucht die Anzahl der einzusetzenden Schaufeln nicht verringert zu werden, so daß die Kühlleistung hoch bleiben kann. Dennoch reicht überraschenderweise die asymmetrische Ausgestaltung nur im äußeren Radialbereich aus, um den unerwünschten Drehklang zu unterbinden.
  • Nach den Merkmalen des Anspruches 3 ergibt sich eine vorteilhalfte Weiterbildung der Erfindung dann, wenn der Winkelabstand der Mitte der äußersten Schaufelenden zu der Mitte von benachbarten Schaufeln jeweils unterschiedlich ist. Die Teilung im äußeren Bereich ändert sich durch diese Ausgestaltung von Schaufel zu Schaufel. Nach den Merkmalen des Anspruches 4 können die Schaufeln im äußeren Bereich jeweils unterschiedlich ausgebildet sein, so daß in diesem äußeren Radialbereich auch die Schaufelform von Schaufel zu Schaufel unterschiedlich ist. Es hat sich gezeigt, daß durch diese Maßnahmen in besonders vorteilhafter Weise der unerwünschte Drehklang beseitigt werden kann.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird bei einem Axiallüfter mit unterschiedlich gekrümmten Schaufeln jeweils ein Paar von entgegen der Laufrichtung gekrümmten Schaufeln mit einem Paar abwechselnd angeordnet, das in der Laufrichtung gekrümmte Schaufeln aufweist. Nach Anspruch 6 kann in Weiterbildung zwischen zwei entgegengesetzt zueinander gekrümmten Schaufelpaaren eine ausschließlich radial verlaufende Schaufel angeordnet sein, wie dies im Anspruch 6 zum Ausdruck kommt und schließlich ist es nach den Merkmalen des Anspruches 7, z.B. bei einem Laufrad mit vier gekrümmten Schaufelpaaren und mit einer radial verlaufenden Schaufel, vorteilhaft, die Mittelebene der radial verlaufenden Schaufel im wesentlichen als eine Symmetrieebene für die gesamte Schaufelanordnung und -ausbildung im äußeren Radialbereich auszubilden. Diese im Anspruch 7 umrissenen Merkmale bringen den Vorteil mit sich, daß das Laufrad keine Unwuchten aufweist.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt. Das einzige Ausführungsbeispiel zeigt dabei ein Laufrad für einen Axiallüfter in der Durchströmrichtung gesehen.
  • Dieses Laufrad (1) besteht aus einer zentralen Nabe (2) und einem diese Nabe konzentrisch umgebenden Außenring (3), und es erstrecken sich zwischen Außenring (3) und Nabe (2) neun Lüfterschaufeln (4 bis 12). Alle diese Lüfterschaufeln (4 bis 12) besitzen einen identisch ausgebildeten Schaufelfuß (13), der jeweils bis zu der strichpunktiert gezeigten Kreislinie (14) verläuft. Der äußere Umfang der Nabe (2) und diese Kreislinie (14) grenzen dabei einen inneren Radialbereich (15) ab, der einen Ring mit der Breite B; bildet. Diese Breite B; entspricht etwa einem Drittel der Länge I der Schaufeln (4 bis 12), wobei diese Länge I radial zwischen dem Umfang der Nabe (2) und dem inneren Umfang (3a) des Außenringes (3) gemessen ist. In dem Bereich zwischen dem inneren Umfang (3a) des Außenringes (3) und der strichpunktierten Kreislinie (14) wird daher ein äußerer Radialbereich (16) des Laufrades (1) gebildet, der ebenfalls in der Draufsicht einen Ring bildet, dessen Breite Ba beträgt.
  • Alle Schaufelfüße (13) der Schaufeln (4 bis 12), die wie bereits erwähnt untereinander identisch sind, sind gleichmäßig auf dem Umfang der Nabe (2) verteilt angeordnet, so daß bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit neun Schaufeln (4 bis 12) jeder gleiche Punkt des Schaufelfußes an der Nabenoberfläche, z.B. also auch die jeweils angedeutete Mitte der Schaufeln (4 bis 12) von dem zugeordneten benachbarten Punkt bzw. von der benachbarten Mitte der angrenzenden Schaufel um einen Winkelabstand zueinander versetzt sind, der sich aus jeweils dem gleichen Winkel a von 40* ergibt. In dem radial inneren Bereich (15), der an die Nabe (2) angrenzt, ist daher die Ausgestaltung der Schaufeln ausgelegt wie bei einem radialsymmetrisch aufgebauten Lüfterrad.
  • Im äußeren Radialbereich (16) dagegen weicht sowohl die Form der einzelnen Schaufeln (4 bis 12) als auch deren Teilung gegenüber dem Außenring (3) voneinander ab. Beim Ausführungsbeispiel ist allerdings die Ausgestaltung so vorgenommen worden, daß in dem äußeren Radialbereich (16) eine Anordnung und Ausbildung der Schaufeln (4 bis 12) vorgenommen ist, die symmetrisch zu der Ebene S ist, welche mit der Mittelachse und der Mittelebene durch die Schaufel (4) zusammenfällt, die ausschließlich radial verläuft. Die in der Drehrichtung (17) an die radial verlaufende Schaufel (4) angrenzende Schaufel (5) ist entgegen der Drehrichtung (17) sichelförmig nach hinten gekrümmt. Entsprechend ist die zu ihr symmetrische Schaufel (12) sichelförmig in der Drehrichtung (17) nach vorne gekrümmt. Der die Schaufel (5) in der Drehrichtung (17) angrenzende Schaufel (6) ist ebenfalls noch entgegen der Drehrichtung (17) gekrümmt. Die Krümmung ist allerdings wesentlich flacher als jene der Schaufel (5). Entsprechend ist auch die Krümmung der Schaufel (11), die symmetrisch zu der Schaufel (6) ist, und in der Drehrichtung verläuft, schwächer als die Krümmung der Schaufel (12).
  • Die an die Schaufel (6) in der Drehrichtung angrenzende Schaufel (7) ist in der Drehrichtung sichelförmig gekrümmt, und zwar mehr als die ihr in der Drehrichtung benachbarte Schaufel (8). Symmetrisch zu den Schaufeln (7 und 8) sind wieder die Schaufeln (9 und 10) ausgebildet, die daher entgegen der Drehrichtung sichelförmig gekrümmt sind, wobei die Rückwärtskrümmung der Schaufel (9) wieder kleiner ist als jene der Schaufel (10).
  • Diese Ausgestaltung führt dazu, daß der Winkelabstand zwischen den Enden der Schaufeln (4 bis 12), beim Ausführungsbeispiel gemessen am inneren Umfang (3a) des Außenringes (3) unterschiedlich ist, und zwar von Schaufel zu Schaufel. So beträgt der Winkelabstand (20) zwischen der Mitte (4a) der Schaufel (4) und der Mitte (5a) der benachbarten Schaufel (5) beim Ausführungsbeispiel 32,3°, während der Abstand (21) zwischen der Mitte (5a) der Schaufel (5) und der Mitte (6a) der in Drehrichtung benachbarten Schaufel (6) 44,4 ° beträgt. Der Abstand (22) zwischen der Mitte (6a) der Schaufel (6) und der ihr in der Drehrichtung benachbarten Schaufel (7) beträgt 51,1 ° und es folgt dann zwischen der Mitte (7a) der Schaufel (7) und er Mitte (8a) der Schaufel (8) ein Winkelabstand (23) von 37 °. Die Mitten (8a bzw. 9a) der Schaufeln (8 und 9) liegen um einen Winkelabstand (24) von 30,6° auseinander und es folgt dann zwischen den Mitten der Schaufeln (9 und 10) wieder ein Winkelabstand (23') von 37°. Der Winkelabstand (22') zwischen der Mitte (10a) der Schaufel (10) und der Mitte (11 a) der ihr in der Drehrichtung benachbarten Schaufel (11) ist nun allerdings nicht exakt dem Abstand (22) entsprechend gewählt, sondern nur mit 50,9° und der Abstand (21') beträgt auch nicht exakt das gleiche wie der Abstand (21), sondern ist etwas größer mit 44,7 gewählt. Auch der Abstand (20') beträgt nur 32,1 ° im Gegensatz zu 32,3 des Abstandes (20). Trotzdem bleibt die Ebene S im wesentlichen die Symmetrieebene für das Laufrad (1), das dadurch auch keine Unwuchten aufweist und neben einer grossen Luftleistung auch so ausgelegt ist, daß ein störender Drehklang vermieden wird.
  • Selbstverständlich können die Winkelabstände (20 bis 24, 20' bis 23') auch variiert werden. Der symmetrische Aufbau ist auch nicht in jedem Fall notwendig. Maßgebend ist, daß eine vollkommen symmetrische Anordnung und Ausbildung der Schaufelfüße (13) gewählt wird und die asymmetrische Anordnung zum Zweck der Unterbindung des Drehklanges, die an sich bekannt ist, nur in dem äußeren Radialbereich (16) hereingelegt wird.

Claims (8)

1. Axiallüfter, insbesondere für Kühler von Kraftfahrzeugmotoren, mit einem Laufrad (1) mit einer Nabe (2) und mit mehreren asymmetrisch angeordneten Lüfterschaufeln (4 bis 12), dadurch gekennzeichnet, daß die asymmetrische Schaufelanordnung mit ungleicher Teilung nur in einem äußeren Radialbereich (16) der Schauteln (4 bis 12) vorgesehen ist, während in dem an die Nabe (2) anschließenden inneren Radialbereich (15) eine radialsymmetrische Schaufelanordnung mit gleicher Teilung und gleicher Schaufelausbildung vorliegt.
2. Axiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Radialbereich (15) eine Breite B; von etwa einem Drittel der radialen Länge I der Schaufeln (4 bis 12) aufweist.
3. Axiallüfter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelabstand (20 bis 24) der Mitten (4a bis 12a) der äußersten Schaufelenden zu der Mitte von benachbarten Schaufeln jeweils unterschiedlich ist.
4. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln im äußeren Radialbereich (16) jeweils unterschiedlich ausgebildet sind.
5. Axiallüfter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Paar von entgegen der Laufrichtung (17) gekrümmten Schaufeln (5, 6) mit einem Paar in der Laufrichtung (17) gekrümmter Schaufeln (7, 8) abwechseln.
6. Axiallüfter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei entgegengesetzt zueinander gekrümmten Schaufelpaaren (5, 6, bzw. 11, 12) eine ausschließlich radial verlaufende Schaufel (4) angeordnet ist.
7. Axiallüfter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelebene S der radial verlaufenden Schaufel (4) im wesentlichen eine Symmetrieebene für die Schaufelanordnung und -ausbildung im äußeren Radialbereich (16) bildet.
8. Axiallüfter nach Anspruch 1 oder einem der übrigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Enden der Lüfterschaufeln (4 bis 12) an einem mitumlaufenden Außenring (3) befestigt sind.
EP92119783A 1991-12-12 1992-11-20 Axiallüfter Expired - Lifetime EP0546361B1 (de)

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