DE4140987A1 - Axialluefter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter, insbesondere für Küh­ ler 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 Abström­ seite 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 Dreh­ klang durch eine asymmetrische Anordnung, d. h. durch eine ungleiche Verteilung der Schaufelblätter über den Umfang vermeiden kann. Ein Nachteil einer solchen unsymmetrischen 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 Schau­ felgruppen mit jeweils drei unter einem Winkel von 120° zuein­ ander versetzten Schaufeln gleicher Gestalt vor, deren einzelne Schaufeln jeweils in Umfangsrichtung nebeneinander so angeord­ net sind, daß sie auf dem Umfang der Nabe in etwa gleichmäßig verteilt sind. Der jeweilige Schaufelfuß allerdings besitzt je­ weils 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 Besei­ tigung des Drehklanges erreichbar ist, ohne daß jedoch die Kühlleistung verringert zu werden braucht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Axiallüfter der ein­ gangs genannten Art vorgesehen, daß die asymmetrische Schaufel­ anordnung erst in einem äußeren Radialbereich der Schaufeln vorgesehen ist, während in dem an die Nabe anschließenden inne­ ren 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 Ausge­ staltung 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 Aus­ gestaltung so zu belassen, wie bei radialsymmetrisch aufgebau­ ten 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 asym­ metrische Ausgestaltung nur im äußeren Radialbereich aus, um den unerwünschten Drehklang zu unterbinden.

Nach den Merkmalen des Anspruches 3 ergibt sich eine vorteil­ hafte Weiterbildung der Erfindung dann, wenn der Winkelabstand der Mitte der äußersten Schaufelenden zu der Mitte von benach­ barten Schaufeln jeweils unterschiedlich ist. Die Teilung im äußeren Bereich ändert sich durch diese Ausgestaltung von Schaufel zu Schaufel. Nach den Merkmalen des Anspruches 4 kön­ nen 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 ent­ gegen der Laufrichtung gekrümmten Schaufeln mit einem Paar ab­ wechselnd angeordnet, das in der Laufrichtung gekrümmte Schau­ feln 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 verlaufen­ den Schaufel, vorteilhaft, die Mittelebene der radial verlau­ fenden Schaufel im wesentlichen als eine Symmetrieebene für die gesamte Schaufelanordnung und -ausbildung im äußeren Radialbe­ reich 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 Ausführungsbei­ spieles dargestellt. Das einzige Ausführungsbeispiel zeigt da­ bei 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 Lüf­ terschaufeln (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_i bildet. Diese Breite B_i entspricht etwa einem Drittel der Länge l der Schaufeln (4 bis 12), wobei diese Länge l 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 äuße­ rer Radialbereich (16) des Laufrades (1) gebildet, der eben­ falls in der Draufsicht einen Ring bildet, dessen Breite B_a be­ trägt.

Alle Schaufelfüße (13) der Schaufeln (4 bis 12), die wie be­ reits 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) je­ der 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 Winkel­ abstand zueinander versetzt sind, der sich aus jeweils dem gleichen Winkel α von 40° ergibt. In dem radial inneren Be­ reich (15), der an die Nabe (2) angrenzt, ist daher die Ausge­ staltung der Schaufeln ausgelegt wie bei einem radialsymmet­ risch aufgebauten Lüfterrad.

Im äußeren Radialbereich (16) dagegen weicht sowohl die Form der einzelnen Schaufeln (4 bis 12) als auch deren Teilung ge­ genüber dem Außenring (3) voneinander ab. Beim Ausführungsbei­ spiel ist allerdings die Ausgestaltung so vorgenommen worden, daß in dem äußeren Radialbereich (16) eine Anordnung und Aus­ bildung der Schaufeln (4 bis 12) vorgenommen ist, die symmet­ risch zu der Ebene S ist, welche mit der Mittelachse und der Mittelebene durch die Schaufel (4) zusammenfällt, die aus­ schließlich radial verläuft. Die in der Drehrichtung (17) an die radial verlaufende Schaufel (4) angrenzende Schaufel (5) ist entgegen der Drehrichtung (17) sichelförmig nach hinten ge­ krümmt. 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 Dreh­ richtung verläuft, schwächer als die Krümmung der Schaufel (12).

Die an die Schaufel (6) in der Drehrichtung angrenzende Schau­ fel (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 Schau­ feln (9 und 10) ausgebildet, die daher entgegen der Drehrich­ tung 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) unter­ schiedlich 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 Ausfüh­ rungsbeispiel 32,3°, während der Abstand (21) zwischen der Mitte (5a) der Schaufel (5) und der Mitte (6a) der in Drehrich­ tung 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 Winkel­ abstand (23′) von 37° Der Winkelabstand (22′) zwischen der Mitte (10a) der Schaufel (10) und der Mitte (11a) 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 Dreh­ klang 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 vollkom­ men 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 Kraftfahr­ zeugmotoren, 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 Schaufeln (4 bis 12) vorgesehen ist, während in dem an die Nabe (2) anschließenden inneren Radialbereich (15) eine radial­ symmetrische Schaufelanordnung mit gleicher Teilung und gleicher Schaufelausbildung vorliegt.

2. Axiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Radialbereich (15) eine Breite B_i von etwa einem Drittel der radialen Länge l der Schaufeln (4 bis 12) aufweist.

3. Axiallüfter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Winkelabstand (20 bis 24) der Mitten (4a bis 12a) der äußersten Schaufelenden zu der Mitte von benach­ barten 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) ge­ krümmten 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 Schau­ felpaaren (5, 6, bzw. 11, 12) eine ausschließlich radial ver­ laufende 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.