(19)
(11) EP 0 096 255 A1

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
21.12.1983  Patentblatt  1983/51

(21) Anmeldenummer: 83104922.6

(22) Anmeldetag:  18.05.1983
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)3F04D 29/32, F04D 29/38
(84) Benannte Vertragsstaaten:
DE FR GB IT

(30) Priorität: 01.06.1982 DE 3220574

(71) Anmelder: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
80333 München (DE)

(72) Erfinder:
  • Kirchner, Albert, Dipl.-Ing.
    D-8720 Schweinfurt (DE)


(56) Entgegenhaltungen: : 
   
       


    (54) Elektromotorisch angetriebener Axialventilator, insbesondere für Kraftfahrzeug-Kühlerventilatoren


    (57) Zur Minderung des Leistungsgewichtes des Axialventilators, insbesondere zur einfacheren Fertigung und Gewichtsverminderung des Laufrades sind unverwundene Schaufeln (22) mit einem Schaufelprofil vorgesehen, das insbesondere durch eine untere und eine obere Kreisbogenlinie: und eine Schaufellänge: gekennzeichnet ist: die übrigen Konstruktionsparameter liegen vorteilhafterweise jeweils in folgenden Bereichen: DN (Nabendurchmesser) = 0,3 ... 0,4 D2; dmax ≤ 0,01 D2; dmin < 1/2 dmax. Zur besseren Kühlung des Elektro-Antriebsmotors sind an der Innenseite der Nabe (21) des Laufrades (2) gleichzeitig radial verlaufende Rippen (214) und in der Stirnseite der Nabe Lüftungsöffnungen (213) in der Nähe des Motorwellenendes (11 vorgesehen, derart daß die angesaugte Kühlluft zunächst radial beschleunigt und dann an der Innenseite der Nabe zum Antriebsmotor (1) hin axial umgelenkt wird.




    Beschreibung


    [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 ßs = ca. 160...240 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 ηLSt auf 45 % ermöglicht.

    [0005] Die Kombination zwischen geringem Gewicht und gleichzeitig guter Festigkeit läßt sich dann noch weiter verbessern, wenn jeweils für den Konstruktionsparameter DN (Nabendurchmesser) ein Wert gewählt wird, der im Bereich 0,3...0,4 D2 liegt, wobei D2 den Wert des gewählten Außendurchmessers des Laufrades darstellt.

    [0006] Bei einem aus Kunststoff gespritzten Laufrad werden im Sinne vorliegender Erfindung zweckmäßigerweise für die Konstruktionsparameter dmax (größte Schaufeldicke an der Vorderkante der Schaufel)bzw. dmin (größte Schaufeldicke an der Hinterkante der Schaufel) jeweils ein Wert aus folgendem Bereich gewählt: dmax≤0,01 D2; dmin<1/2 dmax.

    [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.

    [0011] Das Laufrad 2 ist durch folgende Konstruktionsparameter bestimmt:















    [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 D2 des Laufrades ausgehend zunächst die Schaufellänge 1 bestimmt werden; unter Berücksichtigung des vorgeschlagenen Parameterwertes für den konstanten Anstellwinkel ßs können dann die Kreisbögen Rsu und Rso für die Krümmungsradien der Schaufelunterseite bzw. der Schaufeloberseite unter Berücksichtigung der maximalen und minimalen Wanddicke der Schaufel (dmax bzw. dmin) 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.


    Ansprüche

    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.
     




    Zeichnung







    Recherchenbericht