[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen leitradlosen Axialventilator, insbesondere für
elektromotorisch angetriebene Kraftfahrzeug-Kühlerventilatoren, gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
[0002] Axialventilatoren der vorgenannten Art wurden vorwiegend in früheren Zeiten in Kraftfahrzeugen
als Kühlerventilatoren verwendet; die Laufräder dieser Axialventilatoren bestanden
aus unverwundenen, leicht gewölbten und mit zwei Sicken versehenen Blechen, die jeweils
auf einem sternförmig ausgebildeten Nabenkörper aufgenietet waren. Der konstante Anstellwinkel
von unverwundenen Schaufeln eines Axialventilator-Laufrades wird gemäß üblichen Auslegungsrichtlinien
im Bereich ß
s = ca. 16
0...24
0 liegen. Derartige Laufräder wurden im Laufe der Zeit weitgehend durch hochwertigere
Kunststofflaufräder mit verwundenen Kunststoff-Laufradschaufeln und profilierten Schaufelschnitten
abgelöst. Der bei den bekannten, zuvor beschriebenen Axialventilatoren erreichbare
Wirkungsgrad
2 LSt. liegt bei den in einem Kraftfahrzeug gegebenen ungünstigen Einbauverhältnissen
mit einem relativ großen Spalt zwischen Laufrad und Leitring und nicht optimal ausgebildeten
Leitvorrichtungen bei Werten von maximal 40 %.
[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen von einem Elektromotor angetriebenen
Axialventilator zu schaffen, der trotz fertigungstechnisch und konstruktiv einfachen
Aufbaus ein geringeres Leistungsgewicht ergibt. Die Lösung der gestellten Aufgabe
gelingt bei einem Axialventilator der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. im Oberbegriff
des Anspruchs 2 angegebenen Art erfindungsgemäß durch die Lehre gemäß Kennzeichen
des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
Gegenstand der Unteransprüche.
[0004] Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß ein erfindungsgemäß ausgebildeter
Axialventilator unter Annahme gleich ungünstiger Einbauverhältnisse und gleicher Werkstoffe
sowie einer gleichbleibenden Festigkeit mit seinen gegenüber herkömmlichen Laufrädern
eine wesentlich geringere Oberfläche aufweisenden und auf einfache Weise gleichzeitig
mit der Laufradnabe, insbesondere als einstückiges Kunststoff-Spritzgußteil, herstellbaren
Schaufeln bei einer Gewichtsverminderung von 30 - 40 % eine Erhöhung des Laufradwirkungsgrades
η
LSt auf 45 % ermöglicht.
[0005] Die Kombination zwischen geringem Gewicht und gleichzeitig guter Festigkeit läßt
sich dann noch weiter verbessern, wenn jeweils für den Konstruktionsparameter D
N (Nabendurchmesser) ein Wert gewählt wird, der im Bereich 0,3...0,4 D
2 liegt, wobei D
2 den Wert des gewählten Außendurchmessers des Laufrades darstellt.
[0006] Bei einem aus Kunststoff gespritzten Laufrad werden im Sinne vorliegender Erfindung
zweckmäßigerweise für die Konstruktionsparameter d
max (größte Schaufeldicke an der Vorderkante der Schaufel)bzw. d
min (größte Schaufeldicke an der Hinterkante der Schaufel) jeweils ein Wert aus folgendem
Bereich gewählt: d
max≤0,01 D
2; d
min<1/2 d
max.
[0007] Das gesamte Leistungsgewicht des Axialventilators läßt sich dadurch noch weiter in
vorteilhafter Weise nindern, daß bei einer topfförmigen Nabe des Laufrades innerhalb
dieser Nabe radial verlaufende Rippen und jeweils zwischen der radial inneren Enden
der Rippen in der Stirnseite der topfförmigen Nabe Lüftungsöffnungen vorgesehen sind,
derart daß ein durch das angetriebene Laufrad durch die Lüftungsöffnungen angesaugter
Luftstrom im Bereich der Rippen in radialer Richtung beschleunigt und an der Innenseite
der zylindrischen Wandung der topfförmigen Nabe axial gegen die Oberfläche des Antriebsmotors
umgelenkt ist. Zweckmäßigerweise werden diese Rippen ebenfalls einstückig mit dem
übrigen Teil des Laufrades als Spritzgußteil mit nur in einer Richtung ziehbaren Formteilen
hergestellt; ein derartiges Laufrad trägt sowohl durch seine vorteilhafte Schaufelkonstruktion
als auch durch seine kühlungstechnische zweckmäßige Nabenkonstruktion zu dem einheitlichen
Erfolg eines geringen Leistungsgewichtes des Axialventilators bei.
[0008] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels
in der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht des Axialventilators mit im Schnitt dargestellten Laufrad
gemäß Schnittverlauf I-I in Fig. 2,
Fig. 2 eine stirnseitige Draufsicht auf das Laufrad,
Fig. 3 eine Seitenansicht des Laufrades gemäß Fig. 2 mit geschnittener Laufradschaufel
gemäß Schnittverlauf III-III.
[0009] Fig. 1 zeigt einen elektrischen Antriebsmotor 1 eines Axialventilators, auf dessen
freiem Wellenende 11 ein Laufrad 2 fest montiert ist. Der gesamte Axialventilator
ist z.B. mittels Schrauben 3 und über drei am Gehäuse des Antriebsmotors 1 befestigte
Haltewinkel 4 in einer hier nicht dargestellten Leitvorrichtung eines Kraftfahrzeuges
gehalten.
[0010] Das Laufrad 2 weist eine auf dem Wellenende 11 des Antriebsmotors 1 befestigte topfförmige
Nabe 21 mit einer Stirnfläche 212 und einer zylindrischen Wandung 211 auf; an der
Außenseite der zylindrischen Landung 211 sind sternförmig angeordnet und am Umfang
gleichmäßig verteilt fünf Schaufeln 22 einstückig mitangeformt. Innerhalb der topfförmigen
Nabe 21 sind weiterhin, ebenfalls am Umfang gleichmäßig verteilt, radial abstehende
Rippen 214 einstückig mitangeformt. Jeweils zwischen den radialen inneren Enden der
Rippen 214 sind in der Stirnseite 212 der topfförmigen Nabe 21 Lüftungsöffnungen 213
vorgesehen, derart daß ein durch das angetriebene Laufrad 2 angesaugter Luftstrom
im Bereich der Rippen 214 in radialer Richtung beschleunigt und dann an der Innenseite
der zylindrischen Wandung 211 der topfförmigen Nabe 21 axial gegen die Oberfläche
des Antriebsmotors 1 umgelenkt wird. Die innerhalb der Nabe 21 des Laufrades 2 angeformten
Rippen 214 verhalten sich zusammen mit den Lüftungsöffnungen 213 in der Stirnseite
211 der Nabe 21 wie ein Radialventilator. In diesem Sinne ist insbesondere darauf
zu achten, daß die Lüftungsöffnungen 213 unter Berücksichtigung von optimalen konstruktiven
und festigkeitsbedingten Gesichtspunkten einerseits und strömungsgünstiger Auslegung
andererseits zusammen mit den inneren Enden der Rippen 214 möglichst nahe an das Motorwellenende
11 gelegt sind.
[0012] dabei bedeuten:
D2 = Außendurchmesser des Laufrades,
1 = Abstandslänge zwischen vorderer und hinterer Schaufelkante,
DN = Nabendurchmesser des Laufrades,
dmax = größte Schaufeldicke,
dmin = kleinste Schaufeldicke,
Rsu = Krümmungsradius an der Schaufelunterseite,
Rso = Krümmungsradius an der Schaufeloberseite,
ßs = Anstellwinkel des Schaufelprofils, gegen Umfangsrichtung gemessen.
[0013] Liegen die Konstruktionsparameter eines Laufrades jeweils in dem vorgenannten Bereich,
so stellt sich trotz einfachster Bauweise die erstrebte Wirkungsgradverbesserung ein.
[0014] Bei der Konstruktion eines erfindungsgemäßen Axialventilators kann für ein bestimmtes
Laufrad unter Beachtung der für die jeweiligen Konstruktionsparameter angegebenen
Bereiche z.B. von einem gewählten Außendurchmesser D
2 des Laufrades ausgehend zunächst die Schaufellänge 1 bestimmt werden; unter Berücksichtigung
des vorgeschlagenen Parameterwertes für den konstanten Anstellwinkel ß
s können dann die Kreisbögen R
su und R
so für die Krümmungsradien der Schaufelunterseite bzw. der Schaufeloberseite unter Berücksichtigung
der maximalen und minimalen Wanddicke der Schaufel (d
max bzw. d
min) festgelegt werden. Die derart mit Hilfe der beiden Kreisbogenlinien festgelegten
Schaufeln sind dann lediglich im Bereich der vorderen Kante bzw. der hinteren Kante
im Übergang zwischen unterem und oberem Krümmungsradius von den zuvor beschriebenen
Kreisbogenlinien abweichend, jedoch an diese verlaufend angepaßt,abzurunden.
1. Leitradloser Axialventilator, insbesondere für elektromotorisch angetriebene Kraftfahrzeug-Kühlerventilatoren,
mit einem auf einem Wellenende eines Antriebsmotors angeordnetem Laufrad mit auf dem
Umfang seiner Nabe sternförmig angeordneten unverwundenen Schaufeln mit entsprechend
konstantem Anstellwinkel B = ca. 16°...24° des Schaufelprofils, gekennzeichnet durch
folgende weiteren Konstruktionsparameter:



dabei bedeuten:
D2 = Außendurchmesser des Laufrades,
1 = Abstandslänge zwischen vorderer und hinterer Schaufelkante,
dmax = größte Schaufeldicke (an abgerundeter Vorderkante der Schaufel),
Rsu = Krümmungsradius an der Schaufelunterseite,
Rso = Krümmungsradius an der Schaufeloberseite,
ßs = Anstellwinkel des Schaufelprofils, gegen Umfangsrichtung gemessen.
2. Leitradloser Axialventilator, insbesondere für elektromotorisch angetriebene Kraftfahrzeug-Kühlerventilatoren,
mit einem auf einem Wellenende des Antriebmotors angeordnetem Laufrad mit auf dem
Umfang seiner topfförmig ausgebildeten Nabe sternförmig angeordneten Schaufeln, dadurch
gekennzeichnet , daß innerhalb der topfförmigen Nabe (21) des Laufrades radial verlaufende
Rippen (214) und jeweils zwischen den radial inneren Enden der Rippen (214) in der
Stirnseite (212) der topfförmigen Nabe (21) Lüftungsöffnungen (213) vorgesehen sind,
derart daß ein durch das angetriebene Laufrad (2) durch die Lüftungsöffnungen (213)
angesaugter Luftstrom im Bereich der Rippen (214) in radialer Richtung beschleunigt
und an der Innenseite der zylindrischen Wandung (211) der topfförmigen Nabe (21) axial
gegen die Oberfläche des Antriebsmotors (1) umgelenkt ist.
3. Leitradloser Axialventilator nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgenden
weiteren Konstruktionsparameter:

dabei bedeuten:
DN = Nabendurchmesser des Laufrades,
D2 = Außendurchmesser des Laufrades.
4. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch
folgende weiteren Konstruktionsparameter:

dabei bedeuten:
D2 = Außendurchmesser des Laufrades,
dmax = größte Schaufeldicke (an Vorderkante der Schaufel), dmin = kleinste Schaufeldicke (an Hinterkante der Schaufel).
5. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Laufrad (2) aus einem einstückigen, nur mit in einer Entformungsrichtung ziehbaren
Formteilen herstellbaren Kunststoff-Spritzgußteil besteht.