EP3198152B1 - Axiallüfter zur förderung von kühlluft, insbesondere für einen verbrennungsmotor eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Axiallüfter zur förderung von kühlluft, insbesondere für einen verbrennungsmotor eines kraftfahrzeuges Download PDF

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EP3198152B1
EP3198152B1 EP15759822.8A EP15759822A EP3198152B1 EP 3198152 B1 EP3198152 B1 EP 3198152B1 EP 15759822 A EP15759822 A EP 15759822A EP 3198152 B1 EP3198152 B1 EP 3198152B1
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fan
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    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/304—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the trailing edge of a rotor blade

Definitions

  • the invention relates to an axial fan for conveying cooling air, in particular for an internal combustion engine of a motor vehicle, comprising a hub on which a plurality of fan blades extending radially outward are arranged, each having a rear edge of the blade.
  • an axial guide ring fan which has a central hub, an annular jacket and a number of blades, the blades extending radially between the hub and the jacket.
  • the blades which will also be referred to as fan blades in the following, are set forward in the direction of fan rotation and have a front edge and a rear edge.
  • an axial fan which comprises a hub on which a pressure and a suction side, a trailing edge and a Blade depth having fan blades are arranged.
  • this axial fan has on the pressure side of the fan blades a hub ramp that rises against the direction of rotation of the axial fan, whereby the rear edge of the fan blades is divided into an outer area located radially outside the hub ramp and a radially inner area located inside the hub ramp.
  • the DE 37 05 689 A1 discloses an axial fan according to the preamble of claim 1.
  • the JP 5489304 A discloses an axial fan according to the preamble of claim 1.
  • One embodiment of the invention relates to an axial fan for conveying cooling air, in particular for an internal combustion engine of a motor vehicle, with a hub on which a plurality of fan blades extending radially outward are arranged, each having a rear edge of the blade, the rear edge of the fan blades being curved in the circumferential direction run and at a section of the rotational profile of the axial fan with a plane E, which is spanned by the axis of rotation of the axial fan and the radial extension H of the fan blade, a contour of the blade trailing edge emerges on the plane E, which is divided into three sections in its radial extension is formed, wherein the middle section runs essentially straight, while the each adjoining the middle section first and third sections are curved.
  • This has the advantage that the efficiency of the axial fan is increased, the flow performance of the axial fan being maintained.
  • the contour of the rear edge of the sheet runs in its radial extension in three sections, the middle section being essentially straight or approximately straight, while the first and third sections adjoining the middle section are curved. Due to the semi-radial flow through the fan blade under the given conditions, there is a very good compromise between flow performance and static efficiency.
  • the first outer section of the rear edge of the blade facing away from the hub is curved with a first radius and the third section of the rear edge of the blade, which adjoins the hub, is curved with a second radius.
  • the second radius of the third section and / or the first radius of the first section of the trailing edge of the sheet merge tangentially into the straight middle section of the contour of the trailing edge of the sheet. This has a positive influence on the direction of the flow in the area of the trailing edge of the blade.
  • the trailing edge of the blade is adjusted in the area of predominant flow losses in such a way that both a good pressure build-up and a good degree of efficiency can be achieved.
  • a second ratio between the first radius of the first section and the second radius of the third section of the contour of the trailing edge of the sheet is between 3 and 4.
  • the second and third sections of the contour of the rear edge of the blade extend approximately over a quarter of the radial extent of the fan blade, which further increases the efficiency of the axial fan.
  • a further embodiment allows the first section of the contour of the rear edge of the blade facing away from the hub to extend over approximately half of the radial extent of the fan blade. This configuration also supports the setting of an optimal ratio between the efficiency and the flow rate of the axial fan.
  • the Figures 1, 2 and 3 show a first embodiment of an axial fan 1 according to the invention.
  • the axial fan 1 consists of a central hub 2 and an annular jacket 3, between which several fan blades 4 are arranged.
  • Each fan blade 4 has a blade leading edge 7 arranged at the bottom in the direction of rotation and an upper blade trailing edge 8.
  • the contour 9 of the trailing edge 8 of the fan blade 4 is shown in FIG Fig. 4 shows where a plane E is spanned by the axis of rotation of the axial fan 1 and the radial extension H of the fan blade 4. If this plane E is intersected with the rotation profile of the axial fan 1, a contour 9 of the blade trailing edge 8 of the fan blade 4 results, which is divided into three sections.
  • a first outer section 91 of the contour 9 of the sheet trailing edge 8 is curved and described by a first radius R1.
  • This radius R1 is followed by a central section 92 of the contour 9 of the trailing edge 8 of the sheet, which is straight.
  • the straight section 92 adjoins a third inner section 93 of the contour 9 of the blade trailing edge 8, which is directly adjacent to the hub 2.
  • the contour 9 in the third section 93 of the sheet trailing edge 8 is curved and can be described by a second radius R2.
  • the middle and third sections 92, 93 of the contour 9 of the blade trailing edge 8 extend over approximately a quarter of the radial extension H of the fan blade 4.
  • the first outer section 91 of the contour 9 of the blade trailing edge 8, facing away from the hub 2, runs approximately in the direction outer half of the radial extension H of the fan blade.
  • the curved first and curved third sections 91, 93 adjoin the straight line tangentially to the straight central section 92 of the rear edge 8 of the sheet.
  • a first ratio of the radius R1 of the first outer section 91 of the contour 9 of the blade trailing edge 8 and the radial extension H of the fan blade 4 is between 0.8 and 1.2 Select. This optimization is supported if the ratio between the first radius R1 of the first section 91 and the second radius R2 of the third section 93 is in the range between 3 and 4.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Nabe, an welcher eine Mehrzahl von radial nach außen verlaufende Lüfterblätter angeordnet sind, die jeweils eine Blatthinterkante aufweisen.
    • Stand der Technik
  • Aus der DE 690 14 630 T2 ist ein axialer Leitringlüfter bekannt, welcher eine zentrale Nabe, einen ringförmigen Mantel und eine Anzahl von Schaufeln aufweist, wobei die Schaufeln zwischen der Nabe und dem Mantel radial verlaufen. Die Schaufeln, die im Weiteren auch als Lüfterblätter bezeichnet werden sollen, sind in Richtung der Lüfterumdrehung vorwärts angestellt und besitzen eine Vorderkante und eine Hinterkante.
  • In der DE 10 2010 062 301 A1 ist ein Axiallüfter offenbart, welcher eine Nabe umfasst, an der eine Druck- und eine Saugseite, eine Hinterkante und eine Blatttiefe aufweisende Lüfterblätter angeordnet sind. Darüber hinaus weist dieser Axiallüfter auf der Druckseite der Lüfterblätter eine, entgegen der Drehrichtung des Axiallüfters ansteigende Nabenrampe auf, wodurch die Hinterkante der Lüfterblätter in einen radial außerhalb der Nabenrampe liegenden äußeren Bereich und einen radial, innerhalb der Nabenrampe liegenden inneren Bereich aufgeteilt wird. Innerhalb der Nabenrampe sind jeweils Aussparungen oder Auskehlungen vorhanden, um das Gewicht des Axiallüfters zu verringern.
  • Die DE 37 05 689 A1 offenbart einen Axiallüfter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ebenso die JP 5489304 A .
    • Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, den Wirkungsgrad eines solchen Axiallüfters unter Beibehaltung der Strömungsleistung zu erhöhen.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Axiallüfter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, mit einer Nabe, an welcher eine Mehrzahl von radial nach außen verlaufende Lüfterblätter angeordnet sind, die jeweils eine Blatthinterkante aufweisen, wobei die Blatthinterkante der Lüfterblätter in Umfangsrichtung gekrümmt verlaufen und bei einem Schnitt des Rotationsprofils des Axiallüfters mit einer Ebene E, die durch die Rotationsachse des Axiallüfters und der radialen Erstreckung H des Lüfterblattes aufgespannt ist, sich auf der Ebene E eine Kontur der Blatthinterkante abzeichnet, die in ihrer radialen Erstreckung in drei Abschnitte unterteilt ausgebildet ist, wobei der mittlere Abschnitt im Wesentlichen gerade verläuft, während die sich an den mittleren Abschnitt jeweils anschließenden ersten und dritten Abschnitte gekrümmt verlaufen. Dies hat den Vorteil, dass der Wirkungsgrad des Axiallüfters erhöht wird, wobei die Strömungsleistung des Axiallüfters beibehalten wird.
  • Erfindungsgemäß verläuft die Kontur der Blatthinterkante in ihrer radialen Erstreckung in drei Abschnitten, wobei der mittlere Abschnitt im Wesentlichen gerade bzw. annähernd gerade ausgebildet ist, während die sich an den mittleren Abschnitt jeweils anschließenden ersten und dritten Abschnitte gekrümmt verlaufen. Aufgrund der halbradialen Durchströmung des Lüfterblattes unter den gegebenen Bedingungen ergibt sich ein sehr guter Kompromiss zwischen Strömungsleistungen und statischem Wirkungsgrad.
  • In einer Ausgestaltung ist der erste äußere, der Nabe abgewandte Abschnitt der Blatthinterkante mit einem ersten Radius und der dritte, sich an die Nabe anschließende Abschnitt der Blatthinterkante mit einem zweiten Radius gekrümmt. Dies ist besonders deutlich ersichtlich, wenn die Kontur in eine Ebene, die durch die Rotationsachse des radialen Lüfters und die radiale Erstreckung des Lüfterblattes aufgespannt wird, projiziert wird, wenn diese mit dem Rotationsprofil des Axiallüfters geschnitten wird.
  • In einer Variante gehen der zweite Radius des dritten Abschnittes und/oder der erste Radius des ersten Abschnittes der Blatthinterkante tangential in den gerade ausgebildeten mittleren Abschnitt der Kontur der Blatthinterkante über. Dadurch wird die Leitung der Strömung im Bereich der Blatthinterkante positiv beeinflusst. Die Blatthinterkante wird im Bereich überwiegender Strömungsverluste so angepasst, dass sowohl ein guter Druckaufbau als auch ein guter Wirkungsgrad erzielt werden kann.
  • In einer Weiterbildung liegt ein erstes Verhältnis des ersten Radius des dritten Abschnittes der Kontur der Blatthinterkante zur gesamten radialen Erstreckung des Lüfterblattes zwischen 0,8 und 1,2. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Axiallüfters weiter optimiert.
  • In einer weiteren Ausführungsform liegt ein zweites Verhältnis zwischen dem ersten Radius des ersten Abschnittes und dem zweiten Radius des dritten Abschnittes der Kontur der Blatthinterkante zwischen 3 und 4.
  • In einer Ausgestaltung dehnen sich der zweite und der dritte Abschnitt der Kontur der Blatthinterkante annähernd über ein Viertel der radialen Erstreckung des Lüfterblattes aus, wodurch der Wirkungsgrad des Axiallüfters weiter erhöht wird.
  • Darüber hinaus lässt eine weitere Ausführungsform zu, dass sich der erste, der Nabe abgewandte Abschnitt der Kontur der Blatthinterkante annähernd über die Hälfte der radialen Erstreckung des Lüfterblattes ausdehnt. Auch diese Ausgestaltung unterstützt die Einstellung eines optimalen Verhältnisses zwischen Wirkungsgrad und Strömungsleistung des Axiallüfters.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die nachfolgende Figurenbeschreibung und durch die Unteransprüche beschrieben.
    • Kurze Beschreibung der Figuren der Zeichnung
  • Nachstehend wird die Erfindung auf der Grundlage zumindest eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Axiallüfters in einer perspektivischen Vorderansicht,
    Fig. 2
    das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Axiallüfters in einer perspektivischen Rückenansicht,
    Fig. 3
    das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Axiallüfters in einer Seitenansicht,
    Fig. 4
    einen Ausschnitt aus einer Vorderansicht des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Axiallüfters, und
    Fig. 5
    eine schematische Darstellung eines Lüfterblattes des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1.
    Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Die Figuren 1, 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Axiallüfters 1. Der Axiallüfter 1 besteht aus einer zentralen Nabe 2 und einem ringförmigen Mantel 3, zwischen welchen mehrere Lüfterblätter 4 angeordnet sind. Auf der Druckseite der Lüfterblätter 4 ist jeweils eine entgegen der Drehrichtung des Axiallüfters 1 ansteigende Nabenrampe 5 angeordnet, welche über Stege 6 am Lüfterblatt befestigt ist.
  • Jedes Lüfterblatt 4 weist dabei eine, in Drehrichtung unten angeordnete Blattvorderkante 7 und eine obere Blatthinterkante 8 auf. Die Kontur 9 der Blatthinterkante 8 des Lüfterblattes 4 ist in Fig. 4 verdeutlicht, wo eine Ebene E durch die Rotationsachse des Axiallüfters 1 und die radiale Erstreckung H des Lüfterblattes 4 aufgespannt ist. Schneidet man diese Ebene E mit dem Rotationsprofil des Axiallüfters 1, ergibt sich eine Kontur 9 der Blatthinterkante 8 des Lüfterblattes 4, die in drei Abschnitte eingeteilt ist.
  • Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist ein erster äußerer Abschnitt 91 der Kontur 9 der Blatthinterkante 8 gekrümmt ausgebildet und durch einen ersten Radius R1 beschrieben. An diesem Radius R1 schließt sich ein mittlerer Abschnitt 92 der Kontur 9 der Blatthinterkante 8 an, der gerade verläuft. Der gerade verlaufende Abschnitt 92 schließt sich an einen dritten inneren Abschnitt 93 der Kontur 9 der Blatthinterkante 8 an, welcher direkt an die Nabe 2 angrenzt. Die Kontur 9 im dritten Abschnitt 93 der Blatthinterkante 8 ist gekrümmt ausgebildet und kann durch einen zweiten Radius R2 beschrieben werden. Der mittlere und der dritte Abschnitt 92, 93 der Kontur 9 der Blatthinterkante 8 erstrecken sich dabei etwa über ein Viertel der radialen Erstreckung H des Lüfterblattes 4. Der erste äußere, der Nabe 2 abgewandte Abschnitt 91 der Kontur 9 der Blatthinterkante 8 verläuft etwa in der äußeren Hälfte der radialen Erstreckung H des Lüfterblattes. An den geraden mittleren Abschnitt 92 der Blatthinterkante 8 schließen sich der gekrümmte erste bzw. der gekrümmte dritte Abschnitt 91, 93 tangential an die Gerade an.
  • Um ein optimales Verhältnis zwischen Strömungsleistung und statischem Wirkungsgrad des Axiallüfters 1 einzustellen, ist ein erstes Verhältnis aus dem Radius R1 des ersten äußeren Abschnittes 91 der Kontur 9 der Blatthinterkante 8 und der radialen Erstreckung H des Lüfterblattes 4 zwischen 0,8 und 1,2 zu wählen. Diese Optimierung wird unterstützt, wenn das Verhältnis zwischen dem ersten Radius R1 des ersten Abschnittes 91 und dem zweiten Radius R2 des dritten Abschnittes 93 sich im Bereich zwischen 3 und 4 bewegt.

Claims (7)

  1. Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft, insbesondere für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, mit einer Nabe (2), an welcher eine Mehrzahl von radial nach außen verlaufende Lüfterblätter (4) angeordnet sind, die jeweils eine Blatthinterkante (8) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Blatthinterkante (8) der Lüfterblätter (4) in Umfangsrichtung gekrümmt verlaufen und bei einem Schnitt des Rotationsprofils des Axiallüfters mit einer Ebene (E), die durch die Rotationsachse des Axiallüfters und der radialen Erstreckung H des Lüfterblattes aufgespannt ist, sich auf der Ebene (E) eine Kontur (9) der Blatthinterkante (8) abzeichnet, die in ihrer radialen Erstreckung in drei Abschnitte (91, 92, 93) unterteilt ausgebildet ist, wobei der mittlere Abschnitt (92) im Wesentlichen gerade verläuft, während die sich an den mittleren Abschnitt (92) jeweils anschließenden ersten und dritten Abschnitte (91, 93) gekrümmt verlaufen.
  2. Axiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste äußere, der Nabe (2) abgewandte Abschnitt (91) der Kontur (9) der Blatthinterkante (8) mit einem ersten Radius (R1) und der dritte, sich an die Nabe (2) anschließende Abschnitt (93) der Blatthinterkante (8) mit einem zweiten Radius (R2) gekrümmt ist.
  3. Axiallüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Radius (R2) des dritten Abschnittes (93) und/oder der erste Radius (R1) des ersten Abschnittes (91) der Kontur (9) der Blatthinterkante (8) tangential in den gerade ausgebildeten, mittleren Abschnitt (92) der Kontur (9) der Blatthinterkante (8) übergehen.
  4. Axiallüfter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Verhältnis des ersten Radius (R1) des ersten Abschnittes (91) der Kontur (9) der Blatthinterkante (8) zur gesamten radialen Erstreckung (H) des Lüfterblattes (4) zwischen 0,8 und 1,2 liegt.
  5. Axiallüfter nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Verhältnis zwischen dem ersten Radius (R1) des ersten Abschnittes (91) und dem zweiten Radius (R2) des dritten Abschnittes (93) der Kontur (9) der Blatthinterkante (8) zwischen 3 und 4 liegt.
  6. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zweite und der dritte Abschnitt (92, 93) der Kontur (9) der Blatthinterkante (8) jeweils annähernd über ein Viertel der radialen Erstreckung (H) des Lüfterblattes (4) ausdehnen.
  7. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste, der Nabe (2) abgewandte Abschnitt (91) der Kontur (9) der Blatthinterkante (8) annähernd über die Hälfte der radialen Erstreckung (H) des Lüfterblattes (4) ausdehnt.
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