ELECTRIC MOTOR-DRIVEN AXIAL FAN, ESPECIALLY FOR MOTOR VEHICLE COOLING FANS

Abstract: 1. An electric motor-driven axial fan, without a guide wheel, in particular for motor vehicle cooling fans, comprising an impeller which is secured to the shaft end of a drive motor and has non twisted blades arranged on the outer periphery of its hub in a star-fashion at a constant setting angle betaS in the range of 16 degrees ...24 degrees and which has both axially and radially extending ribs on the inner periphery of its cup-shaped hub, characterized by the following features : a) the length (1) of the distance between the front and rear blade edges lies in the range of 0.15 times to 0.18 times the outer diameter (D2 ) of the impeller (2) ; b) the greatest blade thickness (dmax ) on the rounded front edge of each blade (22) is smaller than or the same as 0.01 times the outer diameter (D2 ) of the impeller (2), and the smallest blade thickness (dmin ) is less than 0.5 times the greatest blade thickness ; c) the radius of curvature (Rsu ) at the underside of the blade is in the range between 0.35 times and 0.45 times the outer diameter (D2 ) of the impeller (2), and the radius of curvature (Rso ) at the upper side of the blade corresponds to the sum of the radius of curvature (Rsu ) at the upper side of the blade and the greatest blade thickness (dmax ) ; d) between the ribs (214) which extend radially on the inner end face (212) of the hub (21), in the region of their radially inner ends, there are arranged ventilation openings (213) on the end face (212) of the hub (21).

Description: Leitradloser Axialventilator, insbesondere für eleXtro- motorisch angetriebene Kraftfahrzeu-Kühlerventilatoren Die Erfindung bezieht sich auf einen leitradlosen Axialventilator, insbesondere für elektromotorisch angetriebene Kraftfahrzeug-Kühlerventilatoren, gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Axialventilatoren der vorgenannten Art wurden.vorwiegend in fruheren Zeiten in Kraftfahrzeugen als KWhlerventila- toren 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 ss5 = ca. 160.. .240 liegen. Derartige Laufräder wurden im Laufe der Zeit weitgehend durch hochwertigere Kunststofflaufräder mit verwundenen Xunststoff-Laufradschaufeln und profilierten Schaufelschnitten abgelöst. Der bei den bekannten, zuvor be sciitiebenen Axialventilatoren erreichbare Wirkungsgrad T Lot liegt bei den in einem Kraftfahrzeug gege benen ungünstigen Einbauverhältnissen mit einem relativ grossen Spalt zwischen Laufrad und Leitring und nicht optimal ausgebildeten Leitvorrichtungen bei Werten von maximal 40,'. 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 hutgabe gelingt bi einem & ial- ventilator der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. im Oberbegriff des Anspruchs 2 angegebenen Art erfinoungsge- mäss durch die Lehre gemäss Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2. Vorteilhalte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass ein erfindungsgemäss ausgebildeter Axialventilator unter Annahme gleich ungünstiger Einbauverhaltnisse 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 #LSt auf 45 % ermöglicht. Die Rombination zwischen geringem Gewicht und gleichzeitig guter Festigkeit lässt sich dann noch weiter verbessern, wenn jeweils für den Konstruktionsparameter DN (Nabendurchmesser) ein Wert gewahlt wird, der im Bereich 0,3...0,4 D2 liegt, wobei D2 den Wert des gewählten Aussendurchmessers des Laufrades darstellt. 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. Das gesamte Leistungsgewicht des Axialventilators lässt sich dadurch noch weiter in vorteilhafter Weise nindern, dass bei einer topfförmigen Nabe des Laufrades imerhalb dieser Nabe radial verlaufende Rippen und jeweils zwischen den radial innere;, inden 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. 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. 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. Das Laufrad rolst eine auf dem Wellenende es An- triebsmotors 1 befestigte topfförmige ebe 21 mit einer Stirnfläche 212 und einer zylindrischen Wandung 211 auf; an der Aussenseite der zylindrischen Wandung 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 Liiftungsöffnungen 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 Gesichts- punkten einerseits und strömungsgünstiger Auslegung andererseits zusammen mit den inneren Enden der Rippen 214 möglichst nahe an das Motorwellenende 11 gelegt sind. Das Laufrad 2 ist durch folgende Konstruktionsparameter bestimmt: 1 = 0,15...0,18 D2 DN = 0,3...0,4 D2 dmax 0,01 D2 dmin c 1/2 dmax Rsu = 0,35...0,45 D2 Rso = Rsu + dmax sss = 16 ... 24 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, R50 = Krümmungsradius an der Schaufeloberseite, Bs = Anstellwinkel des Schaufelprofils, gegen Umfangs richtung gemessen. Liegen die Konstruktionsparameter eines Laufrades jeweils in dem vorgenannten Bereich, so stellt sich trotz einfachster Bauweise die erstrebte Wirkungsgradverbesserung ein. 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 Bs können dann die Kreisbögen Rsu und R50 für die Krümmungsradien der Schaufelunterseite bzw. der Schaufeloberseite unter Berücksichtigung der maximalen und minimalen Wanddicke der Schaufel (dmax bzw. dmin) festgelegt werden. Die der- art mit Hilfe der beiden Xreisbogenlinien festgelegten Schaufeln sind dann lediglich im Bereich der vorderen Kante bzw. der hinteren Kante im Ubergang zwischen unterem und oberem KrUmmungsradius von den zuvor beschriebenen Kreisbogenlinien abweichend, jedoch an diese verlaufend angepasst,abzurunden. 5 Patentansprüche 3 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Leitradloser Axialventilator, insbesondere für elektromotorisch angetriebene Kraftfahrzeug-Kühlerventilatoren, mit einem auf einem Wellenende eines Antriebsmotors ange ordnetem Laufrad mit auf dem Umfang seiner Nabe sternförmig angeordneten unverwundenen Schaufeln mit ent sprechend konstantem Anstellwinkel Bs = ca. 160. - - 240 des Schaufelprofils, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende weiteren Konstruktionsparameter: 1 = 0,15...0,18 D2 Rsu = 0,35...0,45 D2 R50 =Rsu + dmax 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, R50 2 KrUmmungsradius an der Schaufeloberseite, Bs = Anstellwinkel des Schaufelprofils, gegen Umfangs- richtung 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , 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 CaP. ein durch das angetriebene Laufred (2) durch die Lüftungsöffnungen (213) angesaugter Luftstro.v 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, g e k e n n z e i c h n e t durch folgenden weiteren Konstruktionsparameter: DN = 0,3.. .0,4 D2 dabei bedeuten: DN = Nabenddrchmesser des Laufrades, D2 = Aussendurchmesser des Laufrades. 4. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende weiteren Konstruktionsparameter: dmax#0,01 D2 bzw. dmin < 1/2 dmax 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, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Laufrad (2) aus einem einstückigen, nur mit in einer Entformungsrichtung ziehbaren Formteilen herstellbaren Kunststoff-Spritzgussteil besteht.

Inventors: KIRCHNER, ALBERT, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1983
Main classification: F04D29
IPC codes: F04D29