DE69921931T2

DE69921931T2 - Axiallüfter

Info

Publication number: DE69921931T2
Application number: DE69921931T
Authority: DE
Inventors: Andrea Giribaldi
Original assignee: Gate SRL
Current assignee: Gate SRL
Priority date: 1998-10-08
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: EP0992693B1; IT1303113B1; US6341940B1; EP0992693A1; ITTO980851A1; DE69921931D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Gebläse, im Besonderen ein Kühlgebläse, das einem Wärmetauscher in einem Kraftfahrzeug zugeordnet ist (z. B. DE-A-30 28 108).
Im Besondern besteht der Gegenstand der Erfindung in einem Axialgebläse, das enthält:

– eine im Wesentlichen kreisförmige Nabe, deren Achse mit der Drehachse des Gebläses übereinstimmt, und
– eine Vielzahl von Flügeln, die von der Nabe zwischen einem minimalen Radialabstand von der Achse in der Nähe der Nabe und einem maximalen Radialabstand verlaufen, wobei jeder, Flügel einen Querschnitt besitzt, der einen entsprechenden Anstellwinkel sowie einen entsprechenden Krümmungswinkel besitzt.

Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Gebläse zu liefern, wie es oben erwähnt wurde, das so aufgebaut ist, dass Turbulenzen und eine Rezirkulation von Luft im Bereich unmittelbar um die Nabe beträchtlich vermindert werden.
Diese sowie andere Gegenstände werden erfindungsgemäß mit einem Gebläse erreicht, dessen Hauptmerkmale im beigeschlossenen Anspruch 1 festgelegt sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden ausführlichen Beschreibung eines nicht einschränkenden Beispiels und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen zeigt:
1 die Vordersicht eines Gebläses gemäß der Erfindung;
2 den Schnitt entlang der Zylinderfläche II-II von 1, abgewickelt in eine Ebene, in vergrößertem Maßstab;
3 und 4 Diagramme, in denen anhand eines Beispiels Kurven des Anstellwinkels a sowie des Krümmungswinkels (Wölbung) d der Querschnitte eines Flügels eines Gebläses gemäß der Erfindung als Funktion des Radialabstands R dargestellt sind, der auf der Abszisse aufgetragen ist;
5 an Hand eines Beispiels die Kurve der Vorderkante eines Flügels eines Gebläses gemäß der Erfindung, die in eine Axialebene projiziert wurde;
6 einen Teilschrägriss eines Gebläses gemäß der Erfindung; und
7 einen Teilschrägriss eines anderen Gebläses gemäß der Erfindung.
In 1 trägt ein Gebläse gemäß der Erfindung allgemein die Bezugsziffer 1. Das Gebläse enthält eine im Wesentlichen kreisförmige Nabe 2, deren Achse O mit der Drehachse des Gebläses übereinstimmt.
Das Gebläse 1 gemäß 1 enthält einen äußeren Ring 4, der koaxial zur Nabe liegt.
Eine Vielzahl von Flügeln, die mit der Bezugsziffer 3 versehen sind, verläuft zwischen der Nabe 2 und dem Ring 4. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Gebläse beschränkt, die Außenringe besitzen, und soll auch nicht auf Gebläse mit sechs Flügeln beschränkt sein, wie dies 1 zeigt.
In der nun folgenden Beschreibung ist der Radialabstand von der Achse O des Gebläses mit dem Bezugszeichen R versehen. Der Radius des Umfangsrands der Nabe 2 ist mit R₁ und der Radialabstand zwischen den Außenenden der Flügel 3 und der Achse O mit R_e bezeichnet. Bei dem in 1 gezeigten Fall entspricht der Abstand R_e dem Innenradius des Rings 4.
2 zeigt die Abwicklung eines allgemeinen Querschnitts eines Flügels 3 in eine Ebene auf einem Zylinder, der koaxial zur Drehachse O liegt. Dieser Zylinder trägt in 1 das Bezugszeichen C.
In 2 sind mit den Bezugszeichen a und d der Anstellwinkel bzw. der Krümmungswinkel des allgemeinen Querschnitts eines Flügels 3 bezeichnet, wie dies oben festgelegt wurde. Der Anstellwinkel a ist jener Winkel, der bei der Abwicklung eines Querschnitts des Flügels in eine Ebene, die auf einem Zylinder liegt, der koaxial zur Achse O liegt, zwischen der Rotations ebene P und jener Geraden Q gebildet wird, die tangential zur Mittellinie des Querschnitts des Flügels an der Vorderkante LE des Flügels verläuft.
Der Krümmungswinkel d ist jener Winkel, der bei der Abwicklung eines Querschnitts eines Flügels in eine Ebene, die auf einem Zylinder liegt, der koaxial zur Achse O liegt, zwischen den Geraden Q und S gebildet wird, die tangential zur Mittellinie des Querschnitts des Flügels an der Vorderkante LE bzw. an der Hinterkante TE des Flügels verlaufen.
In 2 ist mit dem Bezugszeichen T die Sehne des Querschnitts eines Flügels 3 bezeichnet, der darin dargestellt ist. Diese Sehne wird von einem Segment gebildet, das bei der Abwicklung eines Querschnitts des Flügels in eine Ebene, die auf einem Zylinder liegt, der koaxial zur Achse O liegt, die Vorderkante LE und die Hinterkante TE des Flügels verbindet.
Um die Turbulenzen und die Rezirkulation von Luft im Bereich des Gebläses 1 unmittelbar um die Nabe 2 herabzusetzen, besitzt der Querschnitt eines jeden Flügels in der Nähe des Umfangsrands der Nabe 2 erfindungsgemäß einen Anstellwinkel a sowie einen Krümmungswinkel d, die im Wesentlichen gleich 0° sind, wie dies die Diagramme von 3 und 4 für R = R_i zeigen. Ausgehend vom Umfang der Nabe 2 besitzen die Querschnitte eines jeden Flügels 3 dann Anstellwinkel a und Krümmungswinkel d, die größer werden, wenn der Radialabstand R von der Achse O ansteigt, d. h. bis zu einem Radialabstand R₀ (3 und 4) zwischen 20% und 40% des Radialmasses R_e – R_i des Flügels. Der Anstieg in den Winkeln a und d zwischen R = R_i und R = R₀ kann beispielsweise linear sein, wie dies 3 und 4 zeigt. Der maximale Anstellwinkel a_M liegt vorzugsweise zwischen 20° und 40°.
Wie 3 zeigt, besitzen die Querschnitte des Flügels im radial außen liegenden Bereich eines jeden Flügels 3 und im Besonderen für R > R₀ Anstellwinkel a, die kleiner werden, wenn der Radialabstand R von der Drehachse O ansteigt. Diese Abnahme des Anstellwinkels kann beispielsweise linear sein, wie dies 3 zeigt. Der Anstellwinkel a_e des radial ganz außen liegenden Bereichs (R = R_e) liegt vorzugsweise zwischen 5° und 15°.
Wie 4 zeigt, besitzen die Querschnitte des Flügels jedoch im radial außen liegenden Bereich eines jeden Flügels 3 und im Besonderen für R > R₀ einen im Wesentlichen konstanten Krümmungswinkel d_e, der vorzugsweise zwischen 5° und 20° liegt. Ein im Wesentlichen konstanter Krümmungswinkel dient dazu, um einen Krümmungswinkel festzulegen, der höchstens eine Änderung von ±10% relativ zum Mittelwert besitzt.
In 5 trägt die Projektion der Vorderkante eines allgemeinen Flügels 3 in die Axialebene (V-V in 1), die durch ihren Befestigungspunkt an der Nabe 2 verläuft, das Bezugszeichen LEP. Ausgehend vom Umfang der Nabe 2 ist das Profil LEP der Vorderkante eines jeden Flügels 3 vorzugsweise fortschreitend zum Bereich stromabwärts des Gebläses in die Strömungsrichtung F geneigt, die das Gebläses im Betrieb erzeugt, wie dies 5 zeigt. Im Besonderen besitzt, wie 5 zeigt, das Profil LEP der Vorderkante am Verbindungspunkt mit der Nabe 2 einen Neigungswinkel b zur Rotationsebene zwischen 15° und 40°. Wiederum ausgehend von der Nabe 2 besitzt das Profil LEP der Vorderkante eines jeden Flügels weiters einen ersten Bereich LEP₁ in Form eines Bogens, dessen konvexe Seite zum Bereich stromaufwärts des Gebläses gerichtet ist, das heißt bis zumindest einem Radialabstand R₀ von der Drehachse O. Das Profil LEP der Vorderkante eines jeden Flügels besitzt für R > R₀ im Allgemeinen eine kleinere Neigung zur Rotationsebene als der Fußteil LEP₁. Im radialen Außenbereich eines jeden Flügels 3 kann das Profil LEP der Vorderkante vorzugsweise auch einen Bereich LEP₂ besitzen, der beispielsweise in Form eines Bogens so ausgebildet ist, dass seine konvexe Seite zum Bereich stromaufwärts des Gebläses gerichtet ist. Die Bereiche LEP₁ und LEP₂ des Profils LEP der Vorderkante eines jeden Flügels sind vorzugsweise miteinander über einen Zwischenbereich LEP₃ verbunden, der in Form eines Bogens ausgebildet ist, dessen konvexe Seite zum Bereich stromabwärts des Gebläses gerichtet ist.
Der Kopf oder die Stirnfläche 2a der Nabe 2, die zum Bereich stromaufwärts des Gebläses gerichtet ist, besitzt vorzugsweise ein konvex abgerundetes Profil, wie dies in 5 strichliert dargestellt ist und auch in 6 und 7 gezeigt wird. Die Fläche dieses Kopfs 2a der Nabe 2 ist vorteilhaft mit den Flächen der Fußteile der Flügel 3 verbunden, die zum Bereich stromaufwärts des Gebläses gerichtet sind. Im Besonderen grenzt die Krümmung des Profils des Kopfs 2a der Nabe 2 an den Bereich LEP₁ der Vorderkante eines jeden Flügels, wie dies 5 zeigt.
6 zeigt (teilweise) ein Gebläse 1 gemäß der Erfindung. Um diese Zeichnung zu vereinfachen, ist hier nur ein einziger Flügel graphisch dargestellt. Die gleichförmige Verbindung zwischen der Fläche des Kopfs 2a der Nabe 2 und dem Fußteil eines jeden Flügels 3, ohne dass Spitzen oder Stufen ausgebildet werden, trägt dazu bei, dass die Turbulenzen und die Rezirkulation von Luft im Bereich unmittelbar um die Nabe drastisch herabgesetzt werden.
Die Querschnitte der Flügel 3 zwischen der Vorderkante LE und der Hinterkante TE (2) besitzen vorteilhaft, aber nicht notwendigerweise, eine Sehne, die kleiner wird, wenn der Radialabstand R von der Drehachse O ansteigt. Wie 7 zeigt, können die Flügel 3 im Besonderen in der Nähe des Umfangs der Nabe 2 aneinander grenzen, um zusammen mit der Fläche des Kopfs 2a der Nabe 2 eine Bugkegelfläche zu bilden. Mit dieser Lösung erreicht man eine weitere vorteilhafte Herabsetzung der Turbulenzen und der Rezirkulation von Luft im Bereich rund um die Nabe.
Ein weiterer Vorteil liegt in einer möglichen Herabsetzung des Antriebsdrehmoments, das auf das Gebläse aufgebracht werden muss, um eine Luftströmung zu erzeugen, die eine vorgegebene Strömungsgeschwindigkeit besitzt.
Selbstverständlich bleibt die Grundlage der Erfindung gleich, wobei Arten der Ausführungsform sowie Details des Aufbaus gegenüber der Beschreibung und den Zeichnungen eines nicht einschränkenden Beispiels weit verändert werden können, ohne dadurch vom Gebiet der Erfindung abzuweichen, wie es in den beigeschlossenen Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

Axialgebläse (1), das enthält: eine Nabe (2), deren Achse mit der Drehachse (O) des Gebläses (1) übereinstimmt, und eine Vielzahl von Flügeln (3), die von der Nabe (2) zwischen einem minimalen Radialabstand (R₃) von der Achse (O) in der Nähe der Nabe (2) und einem maximalen Radialabstand (R_e) verlaufen, wobei jeder Flügel (3) einen Querschnitt besitzt, der einen entsprechenden Anstellwinkel (a) sowie einen entsprechenden Krümmungswinkel (d) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt eines jeden Flügels (3) in der Nähe der Nabe (2) einen Anstellwinkel (a) und einen Krümmungswinkel (d) besitzt, die im Wesentlichen gleich 0° sind, und dass die Querschnitte eines jeden Flügels (3), ausgehend von der Nabe (2), Anstellwinkel (a) und Krümmungswinkel (d) besitzen, die größer werden, wenn der Radialabstand (R) von der Achse (O) bis zu einem Radialabstand (R₀) zwischen 30% und 40% des Radialmasses (R_e – R_i) des Flügels (3) ansteigt.
Gebläse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte des Flügels im radial außen liegenden Bereich eines jeden Flügels (3) Anstellwinkel (a) besitzen, die kleiner werden, wenn der Radialabstand (R) von der Achse (O) ansteigt.
Gebläse gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt eines jeden Flügels (3) einen maximalen Anstellwinkel (a_M) zwischen 20° und 40° besitzt.
Gebläse gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel (a_e) des radial ganz außen liegenden Querschnitts eines jeden Flügels (3) zwischen 5° und 15° liegt.
Gebläse gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte des Flügels (3) im radial außen liegenden Bereich eines jeden Flügels (3) einen im Wesentlichen konstanten Krümmungswinkel (d) besitzen.
Gebläse gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte des Flügels im radial außen liegenden Bereich eines jeden Flügels (3) einen Krümmungswinkel (d) zwischen 5° und 20° besitzen.
Gebläse gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderkante (LE) bei einer Projektion der Vorderkante (LE) eines jeden Flügels (3) in jene Axialebene, die durch den Befestigungspunkt an der Nabe (2) verläuft, ein Profil (LEP) besitzt, das, ausgehend von der Nabe (2), relativ zur Rotationsebene zum Bereich stromabwärts des Gebläses (1) in Richtung (F) jener Strömung fortschreitend geneigt ist, die vom Gebläse (1) im Betrieb erzeugt wird.
Gebläse gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (LEP) der Vorderkante (LE) am Verbindungspunkt mit der Nabe (2) zur Rotationsebene eine Neigung zwischen 15° und 40° besitzt.
Gebläse gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (LEP) der Vorderkante (LE), ausgehend von der Nabe (2), einen ersten Bereich (LEP₁) besitzt, der in Form eines Bogens ausgebildet ist, dessen konvexe Seite zum Bereich stromaufwärts des Gebläses (1) gerichtet ist, zumindest für etwa 30% des Radialmasses (R_e –R_i) des Flügels (3).
Gebläse gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (LEP) der Vorderkante (LE) im radial außen liegenden Bereich eines jeden Flügels (3) eine kleinere Neigung zur Rotationsebene besitzt als im Bereich (LEP₁), der zwischen 0% und 30% des Radialmasses des Flügels (3) angeordnet ist.
Gebläse gemäß Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (LEP) der Vorderkante (LE) im radial außen liegenden Bereich eines jeden Flügels (3) in Form eines Bogens ausgebildet ist, dessen konvexe Seite zum Bereich stromaufwärts des Gebläses (1) gerichtet ist.
Gebläse gemäß irgendeinem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte des Flügels (3) zwischen der Vorderkante (LE) und der Hinterkante (TE) eine Sehne (T) besitzen, die kleiner wird, wenn der Radialabstand (R) von der Achse (O) ansteigt.
Gebläse gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Flügel (3) in der Nähe der Nabe (2) berühren.
Gebläse gemäß irgendeinem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (2a) der Nabe (2), der zum Bereich stromaufwärts des Gebläses (1) gerichtet ist, ein konvex abgerundetes Profil besitzt.
Gebläse gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Kopfs (2a) der Nabe (2) mit den Flächen der Fußteile der Flügel (3) gleichförmig verbunden ist, die zum Bereich stromaufwärts des Gebläses (1) gerichtet sind.