DE2951775A1

DE2951775A1 - Kuehlgeblaese

Info

Publication number: DE2951775A1
Application number: DE19792951775
Authority: DE
Inventors: Masakazu Uemura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-12-26
Filing date: 1979-12-21
Publication date: 1980-07-03
Also published as: GB2041103B; FR2445457A1; GB2041103A; FR2445457B1

Description

Kühlgebläse

Die Erfindung betrifft ein Kühlgebläse für Kraftfahrzeuge.

Im allgemeinen wird als Kühlgebläse für ein Kraftfahrzeug ein Gebläse mit einzelnen Flügeln eingesetzt, das einen axialen Luftstrom erzeugt.

Die Fig. 1 zeigt den herkömmlichen Aufbau eines solchen Gebläserades. An einem herkömmlichen Kühler 1 befindet sich eine Gebläseabschirmung 2, die an der Rückseite des Kühlers 1 befestigt ist. Das Gebläserad 3 befindet sich am Auslaß der Gebläseabschirmung 2. Das Gebläserad 3 ist mit einer Radkupplung 7 versehen und wird von einer Kurbelwellenscheibe über einen Treibriemen (nicht dargestellt) angetrieben. Die Welle 6 wird in einer herkömmlichen Weise drehbar gehalten. Das Gebläserad 3 besitzt auch eine mittig angeordnete Nabe sowie eine Anzahl im Abstand voneinander auf deren Umfang angeordnete Flügel M, die sich von der Nabe 5 radial nach außen erstrecken.

Bei herkömmlichen Gebläserädern ist der Steigungswinkel θ zwischen der Sehne c der Flügel ¹I und der Rotationsebene b zwischen 20° und 35° eingestellt, so daß die Luft parallel zur Gebläsewäle 6 strömen kann, wie dies durch den Pfeil Fa in Fig. 1 dargestellt ist.

Die Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht des Gebläserades 3, während die Fig. 3 einen Schnitt durch das Gebläserad entlang der Schnittlinie III-III der Fig. 2 zeigt, r ist der Abstand zwischen der Mitte des Gebläserades 3 und der Schnittebene des Flügels 1.

Wenn die Rotationswinkelgeschwindigkeit des Rades U ist, beträgt die Umfangsgeschwindigkeit in der Schnittebene des Ge-

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bläseflügels 1» Ur. Wenn die Luft mit der Geschwindigkeit ν von der Vorderseite des Gebläserades zur Rückseite infolge der Rotation der Flügel Ί strömt, wird hieraus ein zusammengesetzter Luftstrom gebildet, wie dies durch die Linie a in Fig. 3 angegeben ist, die gegen die Oberfläche der Flügel 4 anstößt. Dementsprechend kann die Geschwindigkeit q der zusammengesetzten Luftströmung durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

_=v/

Die Beziehung zwischen der Richtung a der zusammengesetzten Luftströmung, der Rotationsebene b, der Gebläseflügel ¹J und der Sehne c kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden:

tan t = -^-,
Ur

wobei t der Strömungswinkel des zusammengesetzten Luftstromes zwischen der Strömungsrichtung a der zusanunengesetzten Luftströmung und der Rotationsebene b der Gebläseflügel Ί ist.

Wenn s der Erhöhungswinkel zwischen der Richtung a des zusammengesetzten Luftstromes und der Sehne c ist, θ der Steigungswinkel zwischen der Sehne c und der Rotationsebene b und η die Umdrehungszahl der Gebläseflügel ist, dann ist die Rotationswinkelgeschwindigkeit U des Gebläserades gleich 2im, bo daß der Erhebungswinkel s durch die folgende Gleichung dargestellt werden kann:

B=e-t=e- tan"¹ V

2imr

Diese Gleichung spiegelt die Tatsache wieder, daß die Charakteristika des Gebläserades 3 bestimmt werden durch den Steigungswinkel θ und den Wert von v/2imr. Wenn die Geschwindigkeit ν des

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Luftstromes von der Vorderseite des Kühlgebläses 3 konstant ist, wird, je kleiner der Abstand r ist, der Wert von tan ν/2τπΐΓ umso größer. Mit anderen Worten wächst der Wert von tan v/2ij-nr in der Nähe des Fußbereiches der Gebläseflügel an.

Die Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Erhebungswinkel s und dem Saugkoeffizient C_T für den Fall, daß sich ein normaler Flügel W in dem Luftstrom befindet. Wie sich aus der graphischen Darstellung gemäß Fig. 7 ergibt, wird der Saugkoeffizient CL maximal, wenn der Erhebungswinkel s des Flügels W zwischen 15 und 20° eingestellt wird. Wenn der Erhebungswinkel s größer als dieser wird ( 15 - 20°), nimmt die Luftströmungsmenge ab, da das LuftStromablösungsphänomen eintritt, so daß der Wirkungsgrad des Flügels niedrig wird.

Bei herkömmlichen Axialströmungsgebläsen wird dementsprechend der Steigungswinkel θ so eingestellt, daß der Erhebungswinkel s für jede Schnittebene der Gebläseflügel h konstant gehalten werden kann, wodurch die Luft parallel zur Welle strömt,um den Wirkungsgrad der Gebläseflügel zu verbessern, ohne daß ein Ablösungsphänomen der Luftströmung eintritt. Bei einem solchen Axialströmungsgebläse wird, um den Erhebungswinkel in jeder Schnittebene der Flügel ¹I konstant zu halten, der Steigungswinkel der Flügel ¹J im Fußbereich groß eingestellt, während er in Richtung auf die Spitze der Gebläseflügel geringer wird.

Wenn jedoch der Steigungswinkel in einer solchen Weise eingestellt wird, strömt die Luft parallel zur Welle und trifft unmittelbar auf den Motor und andere sich hinter dem Gebläserad befindliche Gegenstände auf. Das bedeutet, daß der Motor und die anderen Gegenstände einen Widerstand, für die Luftströmung bilden, daß kein gleichmäßiger Luftstrom zu fließen vermag. Dadurch steigt der Strömungswiderstand an, und ein hinreichender Wirkungsgrad der Gebläseflügel kann in einem solchen Fall nicht erzielt werden. Außerdem ist das Gebläsegeräusch relativ groß, da nicht nur die Luft parallel zur Achse strömt und unmittelbar auf den Motor und andere Gegenstände auftrifft, so daß

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eine Turbulenz eintritt, sondern es tritt auch eine Rückströmung auf im Bereich der Spitzen der Flügel Ί, wie dies durch den Pfeil Fb in Fig. 1 gezeigt ist. Es handelt sich hierbei um die größten Geräuschquellen, die bei einem Fahrzeug vorliegen.

Um ein solches Gebläsegeräusch zu vermeiden, muß der Durchmesser des Gebläses so vergrößert werden, daß der Luftstrom, der parallel zur Gebläseachse strömt, nicht mit dem Motor und anderen Gegenständen, die sich auf der Rückseite des Gebläses befinden, zu starken Störungen Anlaß gibt. Außerdem ist die Rotationsgeschwindigkeit der Gebläseflügel auf ein bestimmtes Ausmaß beschränkt. In einem solchen Fall steigen jedoch sowohl das Gewicht als auch die Produktionskosten an. Außerdem kann das Gebläserad nicht beliebig vergrößert werden, aufgrund des nur beschränkt zur Verfügung stehenden Raumes für die Halterung des Kühlers 1 und anderer Ausrüstungsgegenstände.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Beseitigung der zuvor beschriebenen Nachteile ein Kühlgebläse der zuvor beschriebenen Bauart derart auszulegen, daß die Luftströmung möglichst störungsfrei von der Vorderseite des Gebläses zu dessen Rückseite geführt wird, wobei der Strömungswiderstand durch den Fahrzeugmotor und andere Teils geringgehalten werden soll.

Dabei soll weiterhin ein Gebläsegeräusch verhindert und der Kühlungswirkungsgrad des Gebläserades erhöht werden. Schließlich soll das Durchtrittvolumen des Luftstromes durch das Gebläserad erhöht werden.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale, wobei hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen auf die Unteransprüche verwiesen wird. Das Gebläserad gemäß der Erfindung besitzt einen Nabenteil und eine Anzahl von Flügel, die sich von dieser Nabe radial nach außen erstrecken. Die Nabe ist drehbar mittig im Gebläserad gehalten. Die Gebläseflügel sind im Abstand voneinander auf dem Umfang der Nabe angeordnet. Der Steigungswinkel der Flügel ist in einer besonderen Weise vorbestimmt. Das heißt, der

Steigungswinkel der GebläseflUgel ist relativ groß (60 - 70°

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für die besten Ergebnisse) im Fußbereich der als Rotationsflügel wirkt,während der Winkel jedoch allmählich kleiner wird vom Fußbereich bis zur Spitze. Somit erhält der durch das Kühl gebläse erzeugte Luftstrom eine konische Form dessen imaginäre Spitze vor dem Gebläserad liegt. Mit anderen Worten, strömt die Luft schräg oder divergierend zurück von dem Gebläserad, so daß der Luftwiderstand durch den hinter dem Gebläserad befindlichen Motor abnimmt. Dies führt zu einer Verbesserung der Gebläsegeräusche und der Leistung.

Vorzugsweise sind Luftführungen an der Nabe vorgesehen, um zu verhindern, daß ein Luftdruckabfall auf der Rückseite des Kühl gebläses eintritt als Ergebnis des divergierenden Luftstroms.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich. Dabei zeigt im einzelnen:

Pig. I einen Längsschnitt durch ein herkömmliches Kühlgebläse in schematischer Darstellung,

Fig. 2 die Vorderansicht des in Fig. 1 dargestellten Kühlgebläses,

Fig. 3 einen Schnitt durch den Flügel entlang der Schnittlinie III-III der Fig. 2 mit verschiedenen Erläuterungen,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des Kühlgebläses nach der Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie V-V der Fig. *.

Fig. 6 eine erläuternden Darstellung der Charakteristika des in Fig. Ί dargestellten Gebläseflügels,

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Pig. 7 eine erläuternde Darstellung der herkömmlichen Beziehung zwischen dem Erhebungswinkel und dem Saugkoeffizient eines Flügels,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Beziehung

zwischen dem Luftdurchtrittsvolumen und dem Steigungswinkel eines Gebläseflügels, auf der Basis von Untersuchungsergebnissen,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung

zwischen dem Steigungswinkel eines Gebläseflüge Is und dem Geräuschniveau auf der Basis von Versuchsergebnissen,

Fig. 10 eine Vorderansicht eines Kühlgebläses gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 einen Schnitt durch das Kühlgebläse entlang der Schnittlinie VI-VI der Fig. 10,

Fig. 12 eine Seitenansicht eines Kühlgebläses einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 13 die Vorderansicht des in Fig. 12 dargestellten Kühlgebläses.

Die Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen dem Luftdurchtrittsvolumen und dem Steigungswinkel im Fußbereich eines Gebläseflügels, der als Rotationsflügel wirkt, für den Fall eines herkömmlichen Gebläses für ein Kraftfahrzeug, entsprechend den Versuchen, die bei der Entwicklung zur vorliegenden Erfindung durchgeführt worden sind. Bei den Versuchen betrug die Rotations· geschwindigkeit des Kühlgebläses 3 000 Umdrehungen pro Minute.

Bei einer Einstellung des Steigungswinkels θ des GebläseflUgels zwischen 60° und 70° im Fußbereich der als Rotationsflügel wirkt, ist das Durchtrittsvolumen maximal. Wenn der Steigungswinkel im Fußbereich des Flügels 70° überschreitet, nimmt das

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Durchtrittsvolumen des Luftstroraes ab. Bei etwa 72°liegt der Grenzsteigungswinkel für die wirkungsvolle Zuführung des Luftstromes durch das Gebläse.

Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen dem Gebläsegeräusch pro Volumeneinheit der Luftströmung und dem Steigungswinkel θ im Pußbereich des Gebläseflügels. Wenn der Steigungswinkel θ im Fußbereich des Gebläseflügels geringer ist als 12 , wird das Gebläsegeräusch zu stark. Bei Ansteigen des Steigungswinkels nimmt das Gebläsegeräusch allmählich ab. Bei einem Steigungswinkel zwischen 60° und 70° wird das Gebläsegeräusch minimal. Ee wurde auch ermittelt, daß das Gebläsegeräusch wieder ansteigt, wenn der Steigungswinkel im Fußbereich des Flügels 70° überschreitet.

Ahnliche Ergebnisse erhielt man bei anderen Versuchen, bei welchen die Rotationsgeschwindigkeiten auf 2 000 bzw. 3 000 Umdrehungen pro Minute eingestellt wurden.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Das Gebläserad 3 besitzt eine Nabe 5 und eine Anzahl auf deren Umfang im Abstand voneinander angeordnete Gebläseflügel 4, die sich von der Nabe 5 radial nach außen erstrecken. Die Kupplung 7» die Gebläsewelle 6 und andere Teile können einen herkömmlichen Aufbau besitzen. Der Steigungswinkel der Gebläseflügel 4 wird entsprechend den vorangehenden Untersuchungen in dem entsprechenden Bereich eingestellt. Das bedeutet, daß der Steigungswinkel der Gebläseflügel 4 im Fußbereich, der als Rotationsflügel wirkt, so groß ist, daß ein konusförmiger Luftstrom erzeugt werden kann, dessen imaginärer Spitzenpunkt vor dem Gebläserad liegt. Beispielsweise liegt ein solcher wirkungsvoller Fußbereich der Gebläseflügel 4 innerhalb des Abstandes rl von der Mitte des Gebläserades 3» wo rO der maximale Radius der Nabe 5 des Gebläserades 3 ist und rl zwischen 1,1 rO bis 1,2 rO liegt, wie dies in Fig. Ί gezeigt ist. Für die besten Ergebnisse liegt der Steigungswinkel θ im wirkungsvollen Fußbereich der Oeblääeflügel zwischen 60° und 70°. Der Steigungswinkel wird allmählich kleiner von dem Fußbereich des Gebläseflügels bis zur

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Spitze. Wenn der Steigungswinkel der Gebläseflügel in einer solchen Weise eingestellt wird, tritt ein konusförmiger Luftstrom auf, so daß keine Störung zwischen dem Luftstrom und dem Motor und anderen hinter dem Gebläserad liegenden Teilen in großem Maße auftritt, verglichen mit herkömmlichen Axialstromkühlgebläsen. Somit kann das maximale Luftdurchtrittsvolumen erzielt werden ohne wesentliches Gebläsegeräusch.

Diesbezüglich ist die Umfangsgeschwindigkeit des Gebläseflügels gering innerhalb des Abstandes rl (1,1 rO bis 1,2 rO) vom Mittelpunkt des Gebläserades insoweit, daß das Gebläsegeräusch und der Gebläseluftstrom vernachlässigt werden kann. Aus diesem Grund wird der Steigungswinkel θ im wesentlichen groß eingestellt in einem wirksamen Fußbereich ¹Ia des Gebläseflügels ¹I mit der Ausnahme des Teiles innerhalb des Abstandes rl vom Gebläsemittelpunkt. Der Steigungswinkel θ wird außerdem allmählich kleiner in Richtung auf die Spitze b des Gebläseflügels Ί.

Es sollen nun die Strömungsverhältnisse unter Bezugnahme auf Fig. 6 in Betracht gezogen werden. Im Abstand r von dem Mittelpunkt des Gebläserades 3 ist ν¹ die Geschwindigkeit in Richtung des Luftstromes durch die Rotation des Gebläserades 3 und ν die Geschwindigkeit senkrecht zur Rotationsebene des Gebläserades 3· Wenn L der Winkel ist zwischen ν und v¹, ist ν gleich v¹ mal cos L. Dementsprechend fließt, obwohl der Luftstrom vor dem Gebläserad senkrecht zur Rotationsebene des Gebläserades 3 verläuft, dieser von der Oberfläche des Gebläseflügels ¹I schräg oder divergierend, so daß das Durchströmungsvolumen /mit l/cos L ansteigt, verglichen mit herkömmlichen Axialstromkühlgebläserädern. Hieraus ergibt sich, daß die Geschwindigkeit q* des zusammengesetzten Luftstromes größer ist als q, so daß die durchströmende Luftmasse erhöht werden kann.

Außerdem sind in dem Abstand r vom Mittelpunkt des Gebläserades s und θ der Erhöhungswinkel und der Steigungswinkel in der Schnittebene parallel zum Luftstrom v. Der tatsächliche Erhöhungswinkel und der Steigungswinkel in der Schnittebene parallel zum tatsächlichen Luftstrom v¹, der durch die Rotation

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des Gebläserades 3 bewirkt wird, ist s* bzw. θ'. In einem solchen Fall sind v* und θ'größer als ν bzw. Θ. Dementsprechend ist β größer als s¹. Das bedeutet, daß auch dann, wenn der Steigungswinkel θ des Gebläseflügels groß eingestellt wird, die Luft divergierend strömt hinter dem Gebläserad als konusfOrmiger Luftstrom, so daß der tatsächliche Erhöhungswinkel s* des.Gebläserades 4 gering ist, um zu verhindern, daß das Luftdurchtritt β volumen hinter dem Gebläserad abnimmt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. Ί, 10 und 11 soll erläutert werden, daß man vorzugsweise Luftführungseinrichtungen 8 an der Nabe 5 des Gebläserades 3 ausbildet, um zwangsläufig einen Luftstrom auf die Rückseite des Nabenteiles 5 überzuleiten, um zu verhindern, daß der Luftdruck hinter dem Gebläserad 3 abfällt. Bei dieser Ausführungsform sind die Führungen 8 als Spiralnuten 9 ausgebildet auf der Umfangsflache der Nabe 5 von der Vorderkante bis zur rückwärtigen Kante. Jede Nut 9 befindet sich zwischen zwei nebeneinanderliegenden, auf der Nabe 5 befestigten Flügeln 4.

Die Fig. 12 und 13 zeigen eine weitere Ausführungsfora der Erfindung. Eine Anzahl kleiner Hilfsgebläse 10 ist auf der Vorderseite der Nabe 5 mit Hilfe kleiner Schrauben I¹J befestigt, die als Luftführungseinrichtungen 8 dienen. Bei dieser Ausführungsform besitzt die Nabe 5 des Gebläserades 3 bevorzugt die Form einer Kanonenkugel, die in den Nabenteil 11 glatt übergeht,damit die Hilfsgebläse 10 für einen glatten Luftstrom hinter den Hilfegebläsen 10 sorgen. Mit der Bezugsziffer 13 ist die Abschirmung für die Hilfsgebläse 10 bezeichnet.

Wenn die Luftführungen 8 in einer solchen Weise angeordnet sind, wird der gesamte Luftstrom hinter dem Kühlgebläserad 3 konusförmig ausgebildet, wobei die imaginäre Spitze vor dem Gebläserad liegt, so daß der Luftwiderstand durch die Maschine und änderet Teile abnimmt, verglichen mit herkömmlichen Axialströmungskühlgebläsen, um somit die durchströmende Luftmasse

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hinter dem Gebläserad 3 merklich zu erhöhen. Außerdem kann durch die Verhinderung des Turbulenzphänomens des Luftstromes durch den Luftwiderstand und der beschriebenen RUckströmung das Gebläsegeräusch herabgesetzt werden. Im besonderen wird der Luftstrom zwangsläufig entlang der Nabe 5 des Gebläserades zur Rückseite geleitet durch die Führungen 8, so daß ein Luftdruckabfall an der Rückseite der Nabe des Gebläserades 3 verhindert werden kann. Es würde sonst ein Luftdruckabfall eintreten als Ergebnis des divergierenden Luftstromes hinter dem Gebläserad

Bei einem Kühlgebläse für ein Kraftfahrzeug kann der Steigungswinkel θ der Qebläseflügel im Fußbereich der Flügel,der als Rotationsflügel wirkt, so groß eingestellt werden, daß die Luftströmung die Form eines Konus annimmt, dessen imaginäre Spitze vor dem Gebläserad liegt. Dementsprechend kann der Widerstand des Motors und anderer Teile, die hinter dem Gebläserad liegen, merklich vermindert werden. Außerdem können Luftführungseinrichtungen vorgesehen sein, die verhindern,daß der Luftdruck auf der Rückseite des Nabenteils des Gebläserades abfällt. Somit kann das Luftdurchtrittsvolumen merklich erhöht werden. Hieraus ergibt sich, daß die KUhlwirkung des Kühlers verbessert werden kann. Geht man davon aus, daß die durchtretende Luftmasse konstant ist, kann die Rotationsgeschwindigkeit des KUhlgebläses verringert werden, verglichen mit herkömmlichen Axialströmungskühlgebläsen, so daß das Gebläsegeräusch merklich vermindert werden kann.

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Leerseite

Claims

LIEDL, NÖTH, ZEITLE«

Pätentanv'cltc
8000 München 22 ■ Steinsdorfstraße 21-22 Telefon 089 / 22 94 41

Nissan Motor Company, Ltd. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku Yokohama-shi, Kanagawa-ken

Japan

Kühlgebläse

Patentansprüche:

Kühlgebläse für ein Kraftfahrzeug, gekennzeich-. net durch

eine Nabe (5), die drehbar mittig im Gebläserad (3) gehalten ist ,

sowie eine Anzahl auf deren Umfang im Abstand voneinander angeordneter Gebläseflügel (4), die sich von der Nabe (5) radial nach außen erstrecken und deren Steigungswinkel im als Rotationsflügel wirkenden Fußbereich so groß ist, daß ein im wesentlichen konusförmiger Luftstrom gebildet wird, dessen ima-

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ginäre Spitze vor dem Gebläserad (3) liegt, wobei der Steigungswinkel (Θ) vom Fußbereich der Flügel (¹O zu deren Spitze allmählich kleiner wird.
2. Kühlgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß der Steigungswinkel (Θ) der Flügel (Ί) in deren Fußbereich zwischen 6O° und 70° liegt.
3. Kühlgebläse nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß Führungen (8) auf der Nabe (5) angeordnet sind zur Weiterleitung des Luftstromes von dem Nabenbereich.
4. Kühlgebläse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Führungen als Spiralnuten (9) auf der Umfangsoberfläche der Nabe (5) ausgebildet sind.
5. Kühlgebläse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Führungen als kleines Hilfsgebläse (10) am Vorderende der Nabe (5) ausgebildet sind.

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