DE69309180T2

DE69309180T2 - Lüfter

Info

Publication number: DE69309180T2
Application number: DE69309180T
Authority: DE
Inventors: Ahmad Alizadeth
Original assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Current assignee: Valeo Thermique Moteur SA
Priority date: 1992-07-22
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2013-07-21
Also published as: DE69309180D1; JPH06159290A; ES2099911T3; EP0583091A2; EP0583091A3; EP0583091B1; US5393199A

Description

Die Erfindung betrifft ein Gebläse, insbesondere ein Axialgebläse, wie es z.B. zu dem Zweck konstruiert wird, die durch ein Kraftfahrzeug-Wärmetauschersystem geführte Luft zu kühlen.
Derartige Axialgebläse sind in der Regel mit mehreren Flügeln ausgestattet, die jeweils mit ihrem Fuß an einer durch eine rotierende Welle angetriebenen Nabe befestigt sind, von der sich der Flügel radial nach außen erstreckt. Diese Flügel können auf der Nabe in symmetrischen oder unsymmetrischen Abständen angeordnet werden. Zudem können die Flügel von Axialgebläsen vorbekannterweise von unterschiedlicher Konstruktion sein, also z.B. eine eine nach vorn oder hinten gerichtete tangentiale Pfeilung aufweisen, wobei auch Veränderungen des Anstellwinkels je nach den Anforderungen der konkreten Anwendung möglich sind. Vorbekannt ist zudem die Methode, die Flügelspitzen an einem flachen, umlaufenden Außenring zu befestigen, der im wesentlichen mittig zur Drehachse des Gebläses angeordnet ist.
Beim Einsatz im Fahrzeugbau kann das Gebläse so montiert werden, daß es die Luft entweder durch ein Wärmetauschersystem hindurchdrückt, falls dieses Wärmetauschersystem auf der Hochdruckseite (abströmseitig) des Gebläses angeordnet ist, oder durch das Wärmetauschersystem hindurchsaugt, wenn sich das Wärmetauschersystem auf der Niederdruckseite (anströmseitig) des Gebläses befindet. Als Werkstoff zur Herstellung eines derartigen Gebläses kommen Kunststoff und/oder Blech in Frage.
Die Leistung des Gebläses wird vor allem dann wichtig, wenn es zur Luftkühlung in einem abgeschlossenen Motorraum eingesetzt wird. Insbesondere kommt es darauf an, das von derartigen Gebläsen erzeugte Geräusch zu mindern, ohne ihre Leistung und ihren Wirkungsgrad zu schmälern. Eine weitere Anforderung besteht darin, daß das Gebläse eine ausreichende Festigkeit aufweisen muß, um den bei hohen Luftdurchsätzen sowie unter ungünstigen Betriebsbedingungen auftretenden Belastungen zu widerstehen.
Verwiesen wird auffolgende Druckschriften, die insbesondere Gebläse für den Einsatz im Fahrzeugbau beschreiben.
US-A-4358245, US-A-4569631 und US-A-4569632 beschreiben ein Gebläse der allgemeinen Bauart, um die es bei der vorliegenden Erfindung geht. Die Flügel dieser Gebläse sind vorwärts oder rückwärts gekrümmt oder weisen eine Kombination aus vorwärts- und rückwärtsgerichteter Krümmung auf, um eine Erhöhung ihres Wirkungsgrades bei gleichzeitiger Minderung des Betriebsgeräusches zu erzielen. GB-A-2178798 beschreibt ein Gebläse, dessen Flügel ein relativ stärker nach vorn gekrümmtes Außenteil aufweisen, wodurch sich die Geräuschentwicklung reduzieren soll.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gebläse zu schaffen, das sich gegenüber den Gebläsen der den Stand der Technik darlegenden Druckschriften durch eine erhöhte mechanische Festigkeit ohne Verringerung des Wirkungsgrades sowie der Förderleistung auszeichnet.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines leiser laufenden Gebläses.
Erfindungsgemäß vorgesehen ist ein Gebläse mit einer Nabe, die sich um eine mittig in dem Gebläse angeordnete Achse dreht, sowie mehreren verwundenen Flügeln, die jeweils einen an der Nabe befestigten Fußbereich aufweisen und sich radial nach außen bis in einen Spitzenbereich erstrecken, wobei jeder Flügel über eine Vorderkante und eine Hinterkante verfügt, die jeweils Abschnitte aufweisen, deren Tangenten entlang einem Gebläseradius verlaufen, der seinen Ausgang im Mittelpunkt des Gebläses nimmt, und das dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Vorderkante und Hinterkante einen im Fußbereich des Flügels gelegenen Abschnitt aufweist, der entlang einem durch den Mittelpunkt des Gebläses laufenden Radius verläuft, und zwar über eine Strecke, die sich in Längsrichtung der Vorderkante und Hinterkante auf 5 - 10% deren jeweiliger Gesamtlänge beläuft, woraufhin die Vorder- und Hinterkanten dann weiter kontinuierlich gekrümmt verlaufen.
Durch den im Fußbereich gelegenen linearen Abschnitt, der sich tangential zu einem Radius erstreckt, wird die Festigkeit des Flügels in diesem Fußbereich erhöht. Der Fußbereich stellt bei vorbekannten Gebläsen eine häufige Ausfallstelle dar, u.a. weil bei den meisten Gebläsen die vom Radius des Gebläses wegführende Krümmung unmittelbar am Fußbereich einsetzt. Durch Verringerung der Krümmung im Fußbereich des Flügels wird bewirkt, daß dieser Fußbereich beim Betrieb des Gebläses geringeren Spannungen ausgesetzt ist, wodurch das Gebläse an dieser Stelle eine erhöhte mechanische Festigkeit erhält. Der Erfinder hat festgestellt, daß der Fußbereich des Flügels keine erhebliche Auswirkung auf die Luftströmung durch das Gebläse hat und deshalb - entgegen der bisher vorherrschenden Meinung - keinen hohen Krümmungswinkel aufzuweisen braucht, um wirksam zu sein.
Bei einer dritten Ausführungsform ist die Sehnenweite jedes Flügels (Sehnenmaß über einen Kreisbogen, der durch den Radius der Nabe sowie die Berührungspunkte der Vorder- und Hinterkante mit der Nabe definiert ist) in dessen Fußbereich nicht größer als die Sehnenweite im Bereich der Flügelspitze (Sehnenmaß über einen Kreisbogen, der durch den Radius des Gebläses und die Berührungspunkte der Vorderkante (B) und Hinterkante (C) mit diesem Spitzenkreisbogen definiert ist).
Durch die Wahl einer Sehnenweite im Fußbereich, die nicht größer als die Sehnenweite im Bereich der Flügelspitze ist, kann die Materialmenge im Fußbereich verringert und damit die Spannungskonzentration an diesem Punkt verringert werden. Für einen Flügel von gegebener Masse ist es vorteilhaft, diese Masse gemäß der Betriebsbeanspruchung des Flügels in dessen verschiedenen Bereichen zu verteilen. Da der größte Teil des Luftdurchsatzes im äußeren Bereich von etwa 30% des Flügels stattfindet, kann die Masse hier konzentriert und dementsprechend im Fußbereich verringert werden.
Vorzugsweise nimmt die Sehnenlänge dabei ausgehend von dem Fußbereich des Flügels über einen ersten Teil der Flügelspannweise zu und nimmt dann über einen zweiten Teil der Flügelspanne schnell ab. Analog hierzu steigt auch die projizierte Flügelbreite zunächst an, um dann wieder abzunehmen. Bei der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der erste Teil über eine Strecke, die zwischen 50 - 70% der Flügelspannweite beträgt.
Die Oberfläche jedes Flügels ist vorzugsweise so gekrümmt, daß der Flächenwinkel (Winkel zwischen einer tangential zur Flügeloberfläche verlaufenden Ebene und der Ebene, in der die Drehachse des Gebläses liegt) über die Flügelspannweite zwischen Fuß und Spitze des Flügels variiert, und zwar dergestalt, daß er von der Wurzel zur Spitze des Flügels über einen ersten Teil der Flügelspannweite, der zwischen 65% und 75% der Gesamtspannweite beträgt, abnimmt und dann über die restliche Flügelspannweite gleichbleibt oder allmählich wieder zunimmt.
Mit der Abnahme des Flächenwinkels steigt der Anteil der linearen Strömung an dem zusammengesetzten Luftströmung über den Flügel. Da die maximale Beanspruchung in den Außenbereich der Flügelspannweite verlegt wird, ergibt sich eine Reduzierung der Geräuschemission, wenn es sich bei dieser Strömung größtenteils um eine lineare Strömung handelt.
Durch die Kombination des ersten und dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung ergibt sich ein Flügel, der sowohl hinsichtlich seines Flächenwinkels als auch hinsichtlich seiner tangentialen Pfeilungswinkels so ausgelegt ist, daß eine breitbandige Geräuschverminderung über das Frequenzspektrum erzielt wird.
Die Flügel sind vorzugsweise im Bereich ihrer Spitze an einem flachen Außenring befestigt, der die konstruktive Festigkeit des Gebläses erhöht. Im vorliegenden den Fall verläuft die Vorderkante des Flügels an ihrem äußersten Radius tangential zur Krümmung dieses Außenrings, damit eine Grenzschichtablösung im Außenbereich des Gebläses verhindert wird.
Das Gebläse ist in seiner bevorzugten Ausführung als einstückiges Bauteil konstruiert, d.h. er kann aus einem hochfesten Kunststoff als Spritzgußteil so hergestellt werden, daß seine Nabe und Flügel sowie der umlaufende Außenring (falls vorhanden) zusammen ein einziges Teil darstellen.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und Verdeutlichung ihrer Ausführungsmöglichkeiten wird diese nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei
Abb. 1 eine Vorderansicht des Gebläses darstellt;
Abb. 2 einen Querschnitt durch die Nabe des Gebläses entlang der Linie 11-11 in Abb. 1 zeigt;
Abb. 3 eine teilweise aufgeschnittene und teilweise perspektivische Ansicht des Gebläses darstellt, die die Befestigung der Flügel an der Nabe (Linie III-III in Abb. 1) verdeutlicht;
Abb. 3a die Befestigung einer Flügelspitze an dem Außenring darstellt;
Abb. 4a, 4b und 4c schematisch den Krümmungs-, Flächen- bzw. Anstellwinkel des Flügels zeigen;
Abb. 5 einen Nabeneinsatz in der Draufsicht darstellt;
Abb. 6 einen Schnitt durch Abb. 5 entlang der Linie VI-VI darstellt;
Abb. 7 einen Schnitt durch Abb. 5 entlang der Linie VII-VII darstellt;
Abb. 8 und 9 jeweils einen Flügel im axialem Aufriß zeigen;
Abb. 10 einen Querschnitt zeigt, der die Veränderung des Flächenwinkels entlang der Flügelspannweite verdeutlicht;
Abb. 11 im Diagramm die Veränderung der Geschwindigkeiten entlang der Flügelspannweite darstellt;
Abb. 12 im Diagramm die Veränderung der projizierten Flügelbreite relativ zu der Flügelspannweite zeigt;
Abb. 13 im Diagramm die Veränderung der Flügelbreite relativ zu der Flügelspannweite zeigt;
Abb. 14 im Diagramm die Veränderung der Flügeldicke relativ zu der Flügelsehne darstellt;
Abb. 15 im Diagramm die Veränderung des Sehnenwinkels relativ zur Flügelspannweite darstellt.
Abb. 1 zeigt eine Vorderansicht eines Gebläses 2 mit einer mittigen zylindischen Nabe 4, die mehrere (in dieser Abbildung fünf) Flügel 6 trägt, welche sich von dieser Nabe auswärts zu einem zylindrischen Außenkranz bzw. Außenring 8 erstrecken.
Mittig in dieser Nabe 4 sitzt ein Nabeneinsatz 10, der eine Öffnung 12 zur Aufnahme einer Welle vorgibt, auf der das Gebläse zur Drehung um seine Mittenachse montiert wird. Der Außenring 8 umschließt die Flügel und liegt im wesentlichen zentrisch zu der Drehachse des Gebläses 2. Jeder Flügel 6 erstreckt sich von einem an der Nabe 4 befestigten Fußbereich 14 bis zu einem Außen- oder Spitzenbereich 16, der auf der Innenseite des Außenrings 8 bfestigt ist. Der Spitzenbereich 16 jedes Flügels 6 ist an dem Außenring über die gesamte Flügelbreite befestigt - nicht etwa nur an einem Punkt oder entlang einer schmalen Verbindungslinie. Diese Bauweise erhöht die Festigkeit der Konstruktion.
Der Außenring 8 des Gebläsese erhöht nicht nur die konstruktive Festigkeit des Gebläses, indem es die Flügel an ihren Spitzen abstützt, sondern hält auch die Luft auf den Arbeitsflächen der Flügel zurück. Der Ring 8 weist eine gleichmäßige Dicke auf, ist jedoch in seinem vordersten Bereich 8a so gekrümmt, daß ein Trichtereffekt (siehe Abb. 10) entsteht. Diese Abrundung des Ringes 8 reduziert die Verluste aufgrund von Verwirbelungen, die sich in dem Spalt zwischen dem Gebläse und einem das Gebläse etwa umgebenden Luftleitelement bilden. Zudem schafft der Ring 8 eine gleichmäßige Luftdurchtrittsöffnung und verringert unerwünschte Veränderungen des Flächenwinkels µ (Abb. 4b) sowie des Anstellwinkels α (Abb. 4 c) des Flügels.
Die Flügel 6 sind so geformt, daß bei ihrer Befestigung an dem Ring 8 ihre Vorderkante B tangential zu dem vordersten gekrümmten Bereich 8a verläuft, wie in Abb. 3 und 3a dargestellt.
Bei Verwendung zur Motorkühlung im Fahrzeugbau läßt sich das Gebläse sowohl vor als auch hinter einem zur Kühlung des Motors dienenden Wärmetauschersystem anordnen, das z.B. einen Kühler, Kondensator und Ölkühler umfaßt. Das Gebläse kann so montiert werden, daß es die Luft entweder durch ein Wärmetauschersystem hindurchdrückt, falls der Wärmetauscher auf der Hochdruckseite (abströmseitig) des Gebläses angeordnet ist, oder sie durch das Wärmetauschersystem hindurchsaugt, wenn sich der Wärmetauscher auf der Niederdruckseite (anstromseitig) des Gebläses befindet. Das Gebläse 2 wird vorzugsweise in Verbindung mit einem Luftleitelement eingesetzt, der sich zwischen dem Kühler und der Außenkante des Gebläses erstreckt. Dieses Luftleitelement dient dem Zweck, ein Zurückströmen der Luft um den Außenrand des Gebläses - von dem Hochdruckbereich an der Abstromseite des Gebläses zu dem Niederdruckbereich auf der anderen Gebläseseite (an den Kühler angrenzend) - zu verhindern. Bei diesem Luftleitelement kann es sich um jede geeignete Konstruktion handeln, die diesem Rückstrom verhindert. Eine vorbekannte Konstruktion ist trichterförmig ausgeführt, wie z.B. in US-A-4,358,245 dargelegt.
Betrachtet man zunächst anhand von Abb. 2 und 3 die Konstruktion der Nabe, so weist diese einen preßgeformten Kunststoffkörper 18 auf, der einen zylindrischen Außenring 20 sowie einen zylindrischen Innenring 22 umfaßt. Innen- und Außenring bilden eine dazwischenliegende Ringkammer 21. Der zylindrische Innenring 22 weist einen inneren ringförmigen Flansch 24 zur Auflagerung eines Nabeneinsatzes 10 auf, der nacholgend näher beschrieben wird. Eine detaillierte Abbildung des Nabeneinsatzes 10 enthalten die Abb. 5 - 7. Der Einsatz kann aus Kunststoff oder Metall hergestellt sein und umfaßt einen massivwandigen Zylinder 26, der an seinem Umfang mehrere Fortsätze 28 trägt, die zusammen eine mehrfach geschlitzte Außenfläche bilden. Zudem weist der Einsatz 10 eine Öffnung 12 in Form eines seitlich abgeflachten Ovals auf, d.h. eine Öffnung mit kreisbogenförmige Enden 30 und geradlinig verlaufenden Seiten. Die geradlinig verlaufenden Seiten 32 dienen dem Zweck, die in die Öffnung 12 eingeführte Welle gegen Verdrehung relativ zu dem Nabeneinsatz 10 zu sichern. Die mehrfach geschlitzte Außenfläche des Nabeneinsatzes 10 ermöglicht eine Befestigung des Nabeneinsatzes an dem preßgeformten Nabenteil 18 mittels eines einzigen Fertigungsschritts. Dies bedeutet, daß der Nabeneinsatz 10 in ein das preßgeformte Nabenteil 18 vorgebende Formwerkzeug eingelegt und anschließend in einem vorbekannten Spritzgußverfahren ein Kunststoff in diese Form eingespritzt wird. Dieser Kunststoff gelangt dabei in die Bereiche 27 (Abb. 7), die in der Oberfläche des Nabeneinsatzes zwischen den Fortsätzen 28 liegen, wodurch zwischen dem Nabeneinsatz 10 und der preßgeformten Kunststoffteil 18 eine sichere mechanische Verbindung hergestellt wird. Der Nabeneinsatz 10 sorgt für eine bessere Passung und verringert damit das Spiel zwischen einer in die Öffnung 12 eingeführten Welle und dem Einsatz. Diese Bauweise sorgt für ein besseres Wuchtverhalten des laufenden Gebläses und wirkt dem Bestreben des Gebläses entgegen, sich aus seiner präzisen Axialdrehung heraus zubewegen.
Der Ringraum 21 kann die Vorderplatte eines zum Antrieb der Welle vorgesehenen Elektromotors aufnehmen und somit den Motor gegen eindringende Feuchtigkeit und Staub schützen.
Die Nabe 4 des Geblases ist in etwa napfförmig ausgebildet, d.h. sie ist stärker abgerundet als die vorbekannten zylindrischen Naben. Insbesondere weist die Außenfläche der Nabe einen mittigen flachen Vertiefungsbereich 15 auf, an den sich ein im wesentlichen im gestreckten Winkel verlaufender Ringbereich 50 anschließt. Dieser Ringbereich mündet in einen im wesentlichen scheibenförmigen Ringbereich 52, an den sich ein Radius 54 anschließt, der wiederum in eine äußere zylindrische Fläche der Nabe übergeht. Diese Ausführung der Nabenvorderseite ohne scharfe Winkel verringert Verluste aufgrund von Wirbelbildungen auf der Nabenfläche - ein als "Wirbelablösung" bekannter Effekt, der unerwünschte Strömungsturbulenzen im Nabenbereich verursacht.
Die Mindestbreite der Nabe in axialer Richtung ist mindestens gleich der Flügelbreite im Fußbereich des Flügels 6. Die Entfernung zwischen den rechtwinklig zur Drehachse durch die Rückseite der Nabe 4 bzw. den Außenring 8 verlaufenden Ebenen P1,P2 kann um bis zu 50% von dem Axialmaß a des Rings 8 abweichen. Eine rechtwinklig zur Drehachse durch die Vorderseite der Nabe verlaufende Ebene P3 kann mit einer durch die Vorderseite des Außenrings laufende Ebene P4 zusammenfallen.
Das preßgeformte Nabenteil 18 trägt mehrere radial verlaufende Schaufeln, von denen zwei in Abb. 2 mit dem Bezugszeichen 19 markiert sind. Wie aus Abb. 2 - und noch deutlicher aus Abb. 3 - ersichtlich ist, sind diese Schaufeln zusammen mit dem Spritzguß-Nabenteil 18 gekrümmt; sie dienen dem Zweck, die im rückwärtigen Bereich der Nabe zurückgeströmende Luft wirksam zur Kühlung des Elektromotors einzusetzen, indem sie dafür sorgen, daß diese zur Abfuhr der von dem Motor erzeugten Wärme genutzt wird. Die Schaufeln 19 erstrecken sich nach innen in Richtung auf den zylindrischen Innenring 22 und bewirken damit eine zusätzliche Versteifung des Nabenkörpers sowie des Nabeneinsatzes.
Nachfolgend sollen anhand von Abb. 1 die Gebläseflügel beschrieben werden. Wie aus Abb. 1 erkennbar, weist jeder Flügel eine vorwärtsgerichtete Krümmung dergestalt auf, daß seine Mediallinie (d.h. die Linie, die man erhält, wenn man die von der Vorderkante B und der Hinterkante C des Flügels in Umfangsrichtung gleich weit entfernten Punkte verbindet) ausgehend vom Fuß des Flügels bis zu seiner Spitze in eine Richtung gekrümmt ist, die der Drehrichtung D des Flügels entspricht. Die Vorder- und Hinterkanten B,C des Flügels weisen eine analoge Krümmung auf. Diese Krümmung wird hier als tangentialer Pfeilungswinkel des Flügels bezeichnet und ist in Abb. 4a schematisch als Winkel λ dar-gestellt. Zudem ist jeder Flügel relativ zu der Nabe in einem Flächenwinkel befestigt, der in Abb. 4b schematisch als Winkel µ bezeichnet ist. Bei diesem Flächenwinkel µ handelt es sich um den Winkel zwischen einer Tangente zur Flügeloberfläche sowie der Ebene, in der die Drehachse liegt. Außerdem ist der Flügel so gedreht, daß seine Vorder- und Hinterkanten B,C nicht in derselben Ebene liegen. Dieser Anstellwinkel α ist in Abb. 4c dargestellt. Die Veränderung des Anstellwinkels (bzw. Sehnenwinkels) über den Flügelradius (in Richtung vom Flügelfuß bis zur Flügelspitze) ist in Abb. 15 dargestellt.
Der tangentiale Pfeilungswinkel λ des Flügels wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Abb. 8 erläutert. In dieser Abb. 8 ist der Ursprung des Gebläses mit bezeichnet; von diesem Ursprüng führen drei Geraden D, x und E radial nach außen. Die Vorderkante des Flügels (Kurve B) weist einen ersten Abschnitt BR-BI der Länge x2 auf, der tangential zu der Geraden D verläuft. Analog hierzu umfaßt die Mediallinie (Kurve A) einen ersten Abschnitt AR-AI der Länge x1, der tangential zu der Linie x verläuft, und die die Flügelhinterkante definierende Kurve C einen Abschnitt CR-CI, der tangential zu der radialen Geraden E verläuft. Die Längen x1, x2 und x3 betragen vorzugszweise zwischen 5% und 10% der Kurvenlänge.
Wie aus Abb. 8 ersichtlich ist, verlaufen die gekrümmten Abschnitte BR-BI und CR-CI nicht über die gesamte Länge x2 und x3 genau tangential zu ihrer entsprechenden radialen Geraden D bzw. E. Der Verlauf dieser Abschnitte sollte jedoch im Rahmen sonstiger Konstruktionserfordernisse so gewählt werden, daß er einer Tangente möglichst nahekommt. Die Abweichung des Abschnitts BR-BI von der Tangente ist in Abb. 8 kaum erkennbar; die Abweichung des Abschnitts CR-CI wird dagegen bereits deutlicher. Es versteht sich demnach, daß sich der Begriff "tangential" im Rahmen dieses Texts auch auf Teilstücke bezieht, die zwar im wesentlichen tangential, jedoch nicht notwendigerweise vollständig tangential verlaufen.
Die Punkte AI, BI und CI, die die Längen x1, x2 und x3 definieren, können alle auf demselben Kreis um den Ursprung 0 des Gebläses liegen, dürfen jedoch auch auf jeweils verschiedenen Kreisen angeordnet sein. Das bevorzugte Verhältnis zwischen den Werten AI, BI und CI ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Kurvenschnittpunkte AT, BT, CT mit dem Außenring 8 angegeben. Durch die Punkte BT, AT, CT, BI und CI sind Parallelen zu der radialen Geraden x gezogen. Zwischen der radialen Geraden x und diesen parallelen Geraden werden folgende Abstände gemessen:
Y5 zu der Geraden durch BT
Y4 zu der Geraden durch AT
Y2 zu der Geraden durch CT
Y3 zu der Geraden durch BI
Y1 zu der Geraden durch CI
Zwischen diesen Werten gelten vorzugsweise folgende Verhältnisse:
Y2 ist größer oder gleich Y1
Y4 ist größer oder gleich Y3
Y5 ist größer oder gleich Y4
Y6 (Abstand zwischen der Geraden D und einer hierzu parallelen Geraden durch AT) ist größer oder gleich 0
Y4 ist größer als Y2
Je nach Anwendungszweck des Flügels können zwischen den genannten Werten auch andere Verhältnisse gelten, jedoch immer unter der Voraussetzung, daß ein Teilstück CI,BI des Flügels tangential zu einem Radius verläuft .
Abb. 9 zeigt das Verhältnis zwischen der Sehnenweitenprojektion am Fuß 14 des Flügels sowie an dessen Spitze 16. Ri ist der Radius der Nabe, gemessen vom Ursprung des Gebläses 0; θR ist der Winkel zwischen den durch die Punkte CR und BR (den Fußpunkten der Vorder- bzw. Hinterkante des Flügels) verlaufenden Radien. Die Fußsehnenlänge SR beträgt Ri θR, wobei θR der Radius des Inkreises ist.
Der Winkel θt zwischen den die Punkte CT,BT schneidenden Radien definiert die Sehnenweitenprojektion an der Spitze des Flügels nach der Formel St = Rf θt, wobei Rf den Außenradius des Gebläses angibt. Bei dem abgebildeten Ausführungsbeispiel ist θR größer als et und St größer oder gleich SR.
Die Sehnenweite nimmt von dem Fuß des Flügels über eine Strecke, die 50 - 70% der Flügelspannweite entspricht, allmählich zu und verringert sich dann wieder kontinuierlich über die verbleibenden 50 - 30% der Flügelspannweite. Der Zusammenhang zwischen Sehnenweite und Gebläseradius (Spannweite der Flügel) ist in Abb. 13 dargestellt. Die Veränderung des Sehnenwinkeis über den Gebläseradius ist in Abb. 15 wiedergegeben. Die projizierte Flügelbreite folgt, wie aus Abb. 12 ersichtlich, eng der Sehnenweite und nimmt somit ausgehend von dem Fuß des Flügels über eine Strecke, die 50 - 70% der Flügelspannweite entspricht, allmählich zu und verringert sich dann wieder kontinuierlich über die verbleibenden 50 - 30% der Flügelspannweite.
Abb. 10 zeigt einen Querschnitt durch den Flügel 6 sowie dessen Verbindung mit der Nabe 4 (am Flügelfuß) und dem Außenring 8 (an der Flügelspitze). Aus den Abbildungen 4,6 und 10 ist deutlich eine Veränderung des Flächenwinkels u erkennbar, und zwar dergestellt, daß dieser Flächenwinkel über die ersten 65 - 75% der Flügelspannweite relativ zu dem Gebläseradius abnimmt und dan während der verleibenden 35-25% konstant bleibt. Alternativ zu diesem konstanten Flächenwinkel kann dieser über die verbleibenden 35-25% der Flügelspannweite auch geringfügig zunehmen.
Der hier beschriebene Flügel erzeugt an seiner Abströmseite eine variable axiale Strömungsgeschwindigkeit, die von der Nabe 4 bis zur äußersten Spitze 16 des Flügels kontinuierlich zunimmt, wobei die größten axialen Strömungsgeschwindigkeiten über die Flügelspannweite in den äußersten 25 - 35% des Flügels erreicht werden. Die Veränderung der Geschwindigkeit über den Radius ist in Abb. 11 dargestellt. Diese Veränderung erlaubt eine Optimierung der Nutzwirkungsgrades des Gebläses unter gleichzeitiger Verringerung seiner Geräuschemission.
Die Dicke des Flügels nimmt über dessen Spannweite ab und ändert sich zudem über die Sehnenlänge. Die Abb. 10 und 14 zeigen den Verlauf der Flügeldicke über die Ebene des Flächenwinkels sowie über die Sehnenweite des Flügels. Die Flügeldicke ist so berechnet, daß sich eine optimale Reduzierung von Flügelgewicht, aerodynamischem (aerobischem) Verlust und Geräuschemission ergibt.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand ihrer bevorzugen Ausführungsform beschrieben. Es dürfte sich jedoch verstehen, daß durchaus Abwandlungen oder Anderungen derselben möglich sind, ohne von den wesentlichsten Grundsätzen der Erfindung abzugehen. Derartige Abwandlungen oder Änderungen sollen ebenfalls in den Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche fallen.
Insbesondere ist das hierin beschriebene Gebläse auch ohne den Außenring 8 einsetzbar. Zudem besteht die Möglichkeit, anstelle des bevorzugten Fertigungsverfahrens (Spritzgießen eines Kunststoffteils, aus dem sich die Nabe, Flügel und Außenring als einstückiges Bauteil ergeben) andere Herstellungsprozesse unter Verwendung einer Kombination aus Kunststoff und Metall einzusetzen, wie vorbekannt.

Texte der Abbildungen

Abb. 11

Velocity : Geschwindigkeit
Non-dimensional radius : Radius (dimensionslos)

Abb. 12

Projected width : Projizierte Breite
Non-dimensional length : Länge (dimensionslos)
Non-dimensional radius : Radius (dimensionslos)

Abb. 13

Blade width : Flügelbreite
Non-dimensional length : Länge (dimensionslos)
Non-dimensional radius : Radius (dimensionsios)

Abb. 14

Blade thickness : Flügeldicke
Non-dimension thickness : Dicke (dimensionslos)
Non-dimensional chord : Sehnenmaß (dimensionslos)

Abb. 15

Chord angle : Sehnenwinkel
Non-dimensional angle : Winkel (dimensionslos)
Non-dimensional radius : Radius (dimensionslos)

Claims

1. Gebläse mit einer Nabe (4), die sich um eine mittig in dem Gebläse angeordnete Achse dreht, sowie mehreren verwundenen Flügeln (6), die jeweils einen an der Nabe befestigten Fußbereich (14) aufweisen und sich radial nach außen bis in einen Spitzenbereich (16) erstrecken, wobei jeder Flügel über eine Vorderkante (B) und eine Hinterkante (C) verfügt, die jeweils Abschnitte aufweisen, deren Tangenten entlang einem Gebläseradius verlaufen, der seinen Ausgang im Mittelpunkt des Gebläses nimmt, dadurch gekennzeichnet, daß jede Vorderkante (B) und Hinterkante (C) einen im Fußbereich des Flügels gelegenen Abschnitt aufweist, der entlang einem durch den Mittelpunkt des Gebläses laufenden Radius verläuft, und zwar über eine Strecke, die sich in Längsrichtung der Vorderkante (B) und Hinterkante (C) auf 5 - 10% deren jeweiliger Gesamtlänge beläuft, woraufhin die Vorder- und Hinterkanten dann weiter kontinuierlich gekrümmt verlaufen.

2. Gebläse gemäß Anspruch 1, wobei die Sehnenweite jedes Flügels (Sehnenmaß über einen Kreisbogen, der durch den Radius der Nabe sowie die Berührungspunkte der Vorder- und Hinterkante mit der Nabe definiert ist) in seinem Fußbereich 14 nicht größer ist als die Sehnenweite im Bereich der Flügelspitze (16) (Sehnenmaß über einen Kreisbogen, der durch den Radius des Gebläses und die Berührungspunkte der Vorderkante (B) und Hinterkante (C) mit diesem Spitzenkreisbogen definiert ist)

3. Gebläse gemäß Anspruch 2, wobei die Sehnenlänge ausgehend von dem Fußbereich des Flügels über einen ersten Teil der Flügelspannweite zunimmt und dann über einen zweiten Teil der Flügelspannweite wieder abnimmt.

4. Gebläse gemäß Anspruch 3, wobei sich dieser erste Teil über eine Entfernung von 50 - 70% der Flügelspannweite erstreckt.

5. Gebläse gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche jedes Flügels so gekrümmt ist, daß der Flächenwinkel (Winkel zwischen einer tangential zur Flügeloberfläche verlaufenden Ebene und der Ebene, in der die Drehachse des Gebläses liegt) über die Flügelspannweite zwischen Fuß und Spitze des Flügels variiert.

6. Gebläse gemäß Anspruch 5, das in Form eines einstückigen Teils ausgeführt wird.

7. Gebläse gemäß Anspruch 5, wobei der Flächenwinkel von der Wurzel zur Spitze des Flügels über einen ersten Teil der Flügelspannweite, der zwischen 65% und 75% der Gesamtspannweite beträgt, abnimmt und dann über die restliche Flügelspannweite gleichbleibt oder allmählich wieder zunimmt.

8. Gebläse gemäß Anspruch 2, wobei die Oberfläche jedes Flügels so gekrümmt ist, daß der Flächenwinkel (Winkel zwischen einer tangential zur Flügeloberfläche verlaufenden Ebene und der Ebene, in der die Drehachse des Gebläses liegt) über die Flügelspannweite zwischen Fuß und Spitze des Flügels variiert, und zwar dergestalt, daß er von der Wurzel zur Spitze des Flügels über einen ersten Teil der Flügelspannweite, der zwischen 65% und 75% der Gesamtspannweite beträgt, abnimmt und dann über die restliche Flügelspannweite gleichbleibt oder allmählich wieder zunimmt.

9. Gebläse gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jeder Flügel im Bereich seiner Spitze an einem flachen Außenring (8) befestigt ist.