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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft allgemein Axiallüfter. Die Erfindung betrifft
insbesondere einen Axiallüfter
mit hohem Wirkungsgrad, geringer Flächenbelegung (Flügeldichte,
Massivität)
und geringem Gewicht, der eine verbesserte Flügelform aufweist, wobei die
Sehnenlänge
an einer bestimmten Stelle zwischen den Enden des Flügels einen
lokalen Minimalwert aufweist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein
Axiallüfter
kann verwendet werden, um einen Strom von Kühlluft im Motorraum eines Fahrzeugs zu
erzeugen. Zum Beispiel kann ein Luftstromerzeuger, der bei einer
Kühlungsanwendung
in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, einen Axiallüfter zur
Bewegung von Kühlluft
durch einen Luft-Flüssigkeit-Wärmetauscher wie
etwa einen Motorkühler,
Kondensator, Ladeluftkühler
oder eine Kombination davon hindurch umfassen. Die erforderliche
Durchflussmenge von Luft durch den Lüfter und Druckänderung
am Lüfter
variieren in Abhängigkeit
von der speziellen Kühlungsanwendung.
Zum Beispiel können
unterschiedliche Fahrzeugtypen oder Motormodelle unterschiedliche
Anforderungen an den Luftstrom aufweisen, und ein Motorkühler kann
andere Anforderungen haben als eine Klimaanlage.
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Um
eine angemessene Kühlung
zu gewährleisten,
sollte ein Lüfter
Leistungsmerkmale aufweisen, welche den Anforderungen der betreffenden
Kraftfahrzeug-Anwendung in Bezug auf Durchflussmenge und Druckanstieg
entsprechen. Zum Beispiel erfordern manche Anwendungen eine geringe
Durchflussmenge und einen hohen Druckanstieg, während andere Anwendungen eine
hohe Durchflussmenge und einen geringen Druckanstieg erfordern.
Der Lüfter
muss außerdem
den Beschränkungen
bezüglich
der Abmessungen Rechnung tragen, die durch die Umgebung im Kraftfahrzeugmotor
bedingt sind, welche normalerweise nicht mit Luftführung versehen
ist. Bekannte Lüfter,
welche diesen aerodynamischen Anforderungen und Beschränkungen
bezüglich
der Abmessungen genügen,
weisen normalerweise relativ hohe Werte der Flächenbelegung und des Gewichts
auf.
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Die
kritischen Leistungskenngrößen eines
Lüfters
können
durch zwei Kennlinien dargestellt werden, eine Kennlinie des statischen
Druckes und eine Wirkungsgradkennlinie. Eine Kennlinie des statischen
Druckes erhält
man, indem man den statischen Druckanstieg am Lüfter als Funktion des Volumendurchflusses
durch den Lüfter
aufzeichnet. Im Allgemeinen kann die Kennlinie des statischen Druckes
bekannter Lüfter
durch eine Gleichung zweiten oder dritten Grades mit einem überwiegend
negativen Anstieg approximiert werden. Der maximale Druckanstieg
tritt bei einer niedrigen Durchflussmenge und der minimale Druck
bei einer hohen Durchflussmenge auf.
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Die
Wirkungsgradkennlinie stellt den statischen Wirkungsgrad des Lüfters als
Funktion des Volumendurchflusses durch den Lüfter dar. Im Allgemeinen kann
die Kennlinie bekannter Lüfter
durch eine Gleichung zweiten Grades mit einem lokalen Maximum approximiert
werden. Normalerweise bildet das lokale Maximum einen relativ deutlich
ausgeprägten
Gipfelpunkt bei einer mittleren Durchflussmenge. Der schmale Bereich
des Volumendurchflusses, in welchem der dem Spitzenwert entsprechende
Wirkungsgrad erhalten bleibt, begrenzt das Spektrum der Anwendungen
in der Kraftfahrzeugtechnik, für
die solche Lüfter
eingesetzt werden können, gegenüber einem
Lüfter
mit einem ähnlichen
Spitzenwert des Wirkungsgrades, der jedoch eine breite und flache
Wirkungsgradkennlinie aufweist.
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Dementsprechend
ist es wünschenswert,
einen verbesserten Lüfter
zur Bewegung von Luft mit hohem Wirkungsgrad, geringer Flächenbelegung
und geringem Gewicht bereitzustellen. Es ist außerdem wünschenswert, einen eine geringe
Flächenbelegung
und ein geringes Gewicht aufweisenden Axiallüfter bereitzustellen, welcher
Leistungsmerkmale aufweist, die den von verschiedenen Anwendungen
in der Kraftfahrzeugtechnik gestellten Anforderungen genügen. Ferner
ist es wünschenswert,
einen Axiallüfter
bereitzustellen, der eine relativ breite und flache Wirkungsgradkennlinie
aufweist. Außerdem
ist es wünschenswert,
einen Lüfter
bereitzustellen, der in der Lage ist, ein weites Spektrum von kraftfahrzeugtechnischen
Anwendungen abzudecken.
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Im
US-Patent 3.416.725 wird ein Lüfter
beschrieben, der solche Flügel
aufweist, dass ein Flächenwinkel
am Flügel
bezüglich
einer Drehebene so beschaffen ist, dass eine Netto-Auftriebskraft
am Flügel
sowohl eine radiale Komponente aufweist, um das Drehen der Luft
zu unterstützen,
als auch eine axiale Komponente, die eine Erhöhung des Gesamtdruckes bewirkt,
wenn die Luft durch den Lüfter
strömt.
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Im
US-Patent 5.246.343 wird ein Lüfter
offenbart, der um eine Rotationsachse rotiert. Der Lüfter weist eine
Vielzahl von sich radial erstreckenden Lüfterflügeln auf, die so gestaltet
sind, dass sie einen Luftstrom erzeugen, wenn sie um die Rotationsachse
rotieren, wobei jeder Flügel
eine Verteilung der Sehnenlänge
aufweist, die sich entlang der Länge
des Flügels ändert, wobei
die Sehnenlänge
an einer bestimmten Stelle zwischen den Enden des Flügels einen
lokalen Minimalwert aufweist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen Lüfter,
der um eine Rotationsachse rotiert und eine Vielzahl von sich radial erstreckenden
Lüfterflügeln aufweist,
die so gestaltet sind, dass sie einen Luftstrom erzeugen, wenn sie
um die Rotationsachse rotieren. Jeder Flügel weist eine Verteilung der
Sehnenlänge
auf, welche sich entlang der Länge
des Flügels ändert, wobei
die Sehnenlänge
an einer bestimmten Stelle zwischen den Enden des Flügels einen
lokalen Minimalwert aufweist. Die zweite Ableitung der Sehnenlänge als
Funktion des von der Rotationsachse aus gemessenen Flügelradius
ist in einem bestimmten Abstand von der Nabe, der kleiner als die
Länge des
Flügels
ist, im Wesentlichen gleich null.
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Durch
die vorliegende Erfindung wird außerdem ein Fahrzeug-Kühlsystem bereitgestellt, das
einen Wärmetauscher,
der so gestaltet ist, dass er Wärme
von einem Fahrzeugsystem überträgt, und
einen angetriebenen Lüfter,
der so gestaltet ist, dass er Luft an dem Wärmetauscher vorbei bewegt,
umfasst. Der Lüfter umfasst
einen um eine Rotationsachse rotierenden Lüfter, der eine Vielzahl von
sich radial erstreckenden Lüfterflügeln aufweist,
die so gestaltet sind, dass sie einen Luftstrom erzeugen, wenn sie
um die Rotationsachse rotieren. Jeder Flügel weist eine Verteilung der
Sehnenlänge
auf, welche sich entlang der Länge
des Flügels ändert, wobei
die Sehnenlänge
an einer bestimmten Stelle zwischen den Enden des Flügels einen
lokalen Minimalwert aufweist. Die Sehnenlänge weist an einer bestimmten
Stelle zwischen den Enden des Flügels
einen lokalen Minimalwert auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
derselben umfassender verständlich,
die in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen gegeben wird, wobei gleiche Bezugszahlen gleiche Teile
bezeichnen und wobei:
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1 eine Vorderansicht einer
ersten Ausführungsform
eines Lüfters
ist, der eine Nabe, Lüfterflügel und
ein kreisförmiges
Band umfasst;
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2 eine Seitenansicht des
in 1 dargestellten Lüfters und
einer zusammen mit dem Lüfter
zu verwendenden Lüfterhalterung
ist;
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3 eine Rückansicht des in 1 dargestellten Lüfters ist;
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4A eine Schnittansicht der
Nabe, der Lüfterflügel und
des kreisförmigen
Bands entlang Linie 4A-4A in 3 ist;
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4B eine Schnittansicht der
Nabe, der Lüfterflügel und
des kreisförmigen
Bands entlang Linie 4B-4B in 3 ist;
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5A eine Schnittansicht eines
Lüfterflügels entlang
Linie 5A-5A in 1 ist;
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5B eine Schnittansicht eines
Lüfterflügels entlang
Linie 5B-5B in 1 ist;
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5C eine Schnittansicht eines
Lüfterflügels entlang
Linie 5C-5C in 1 ist;
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6 eine Vorderansicht einer
zweiten Ausführungsform
eines Lüfters
ist, der eine Nabe, Lüfterflügel und
ein kreisförmiges
Band umfasst;
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7 eine Seitenansicht des
in 6 dargestellten Lüfters ist;
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8 eine Rückansicht des in 6 dargestellten Lüfters ist;
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9A eine Schnittansicht der
Nabe, der Lüfterflügel und
des kreisförmigen
Bands entlang Linie 9A-9A in 6 ist;
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9B eine Schnittansicht der
Nabe, der Lüfterflügel und
des kreisförmigen
Bands entlang Linie 9B-9B in 8 ist;
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10A eine Schnittansicht
eines Lüfterflügels entlang
Linie 10A-10A in 6 ist;
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10B eine Schnittansicht
eines Lüfterflügels entlang
Linie 10B-10B in 6 ist;
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10C eine Schnittansicht
eines Lüfterflügels entlang
Linie 10C-10C in 6 ist;
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11 eine Vorderansicht einer
dritten Ausführungsform
eines Lüfters
ist, der eine Nabe, Lüfterflügel und
ein kreisförmiges
Band umfasst;
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12 eine Seitenansicht des
in 11 dargestellten
Lüfters
ist;
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13 eine Rückansicht
des in 11 dargestellten
Lüfters
ist;
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14A eine Schnittansicht
der Nabe, der Lüfterflügel und
des kreisförmigen
Bands entlang Linie 14A-14A in 11 ist;
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14B eine Schnittansicht
der Nabe, der Lüfterflügel und
des kreisförmigen
Bands entlang Linie 14B-14B in 11 ist;
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15A eine Schnittansicht
eines Lüfterflügels entlang
Linie 15A-15A in 11 ist;
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15B eine Schnittansicht
eines Lüfterflügels entlang
Linie 15B-15B in 11 ist;
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15C eine Schnittansicht
eines Lüfterflügels entlang
Linie 15C-15C in 11 ist;
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16 eine Draufsicht des Motorraums
eines Fahrzeugs ist, der einen Motor und ein Kühlsystem enthält.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden wird eine ausführliche
Beschreibung von drei Ausführungsformen
des Lüfters
gemäß der vorliegenden
Erfindung gegeben. Selbstverständlich
können
für die
Verwendung bei verschiedenen Anwendungen auch andere Ausführungsformen
angepasst oder gewählt
werden.
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Eine
erste Ausführungsform
eines Lüfters 100 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in den 1 bis 5C dargestellt. Es wird auf 1 Bezug genommen; der Lüfter 100 umfasst
eine kreisförmige
Nabe 102, vier Lüfterblätter 104 und
ein kreisförmiges
Band 106. Die Nabe 102 ist konzentrisch bezüglich einer
Rotationsachse 110 und hat einen sich radial von der Rotationsachse 110 aus
erstreckenden Radius 108. Die Lüfterflügel 104 sind in Umfangsrichtung
um die Nabe 102 herum verteilt und vorzugsweise in gleichen
Abständen
voneinander angeordnet. Die Flügel 104 erstrecken
sich radial von der Nabe 102 bis zum Band 106,
wobei der Abstand zwischen den beiden Enden der Flügel 104 als
Flügellänge bezeichnet
wird. Der Abstand zwischen der Rotationsachse 110 und Punkten
entlang der Flügel 104 wird
als Flügelprofilradius
R bezeichnet. Die Flügel 104 besitzen
einer Vorderkante 112, eine Hinterkante 114 und
eine Form, die so gestaltet ist, dass ein Luftstrom erzeugt wird,
wenn der Lüfter 100 um
die Rotationsachse 110 rotiert.
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Im
Allgemeinen wird der Lüfter 100 von
einer Welle (nicht dargestellt) getragen, mit der er fest verbunden
ist und die vollständig
oder teilweise durch eine Öffnung 116 in
der Nabe 102 hindurch verläuft. Die Welle kann jedoch
auch durch andere Mittel fest mit dem Lüfter 100 verbunden
sein, wie etwa mittels einer Schraube, die entlang der Rotationsachse 110 durch
die Nabe 102 hindurch- und in die Welle hineinführt. Die
Welle wird durch eine Energiequelle (nicht dargestellt) wie etwa
einen Elektromotor oder einen Fahrzeugmotor angetrieben und in Rotation
versetzt. Die Kupplung der Energiequelle mit der Welle kann über ein
geeignetes Rädergetriebe
oder einen Trieb wie etwa einen Riemen, eine Kette oder einen Antrieb
mit direkter Kupplung erfolgen.
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Wenn
die Welle durch die Energiequelle in Rotation um die Rotationsachse 110 versetzt
wird, wirkt ein Drehmoment auf die Nabe 102, die Flügel 104 und
das Band 106 ein, und der Lüfter 100 rotiert um
die Rotationsachse 110. Bei Rotation des Lüfters 100 erzeugen
die Flügel 104 einen
Luftstrom in einer Richtung, die im Großen und Ganzen entgegengesetzt
zur Richtung des mit "FAHRZEUGBUG" bezeichneten Pfeils
in 2 ist. Der Luftstrom
kann dazu dienen, Wärmeenergie
von einer Flüssigkeit
(z. B. einem Kühlmittel)
abzuleiten, die durch einen Wärmetauscher
(nicht dargestellt) fließt.
Der Lüfter 100 kann
sich in Strömungsrichtung
gesehen vor oder hinter dem Wärmetauscher
befinden, um den Luftstrom durch den Wärmetauscher hindurch zu drücken bzw.
zu saugen.
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Es
wird auf 2 Bezug genommen;
das Band 106 ist ein sich in Umfangsrichtung erstreckendes Band
mit L-förmigem
Profil, das mit der Nabe 102 konzentrisch ist und sich
radial außerhalb
der Nabe und in einem bestimmten Abstand von ihr befindet. Wie die 4A und 4B zeigen, kann sich das Band 106 teilweise axial
von der Nabe 102 weg erstrecken. Es wird erneut auf 2 Bezug genommen; das Band 106 kann
mit einer Lüfterhalterung 118 zusammenwirken,
die einen Ring 120 und einen Umfangsflansch 122 umfasst,
um unerwünschte
Komponenten des Luftstroms (d. h. Rückströmung) zwischen dem Lüfter 100 und
der Lüfterhalterung 118 zu
reduzieren oder zu beseitigen. Das Band 106, der Ring 120 und
der Umfangsflansch 122 sind, wenn sie zusammengebaut sind,
zueinander konzentrisch, wobei sie eine mechanische Dichtung bilden.
Ein Flansch 123 bietet die Möglichkeit einer Befestigung
der Lüfterhalterung 118 an
einem Wärmetauscher
oder einem tragenden Bauteil des Fahrzeugs. Die Lüfterhalterung 118 kann
ein mittig angeordnetes Lager oder einen Motorbock (nicht dargestellt)
für die
Montage eines Elektromotors umfassen.
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Es
wird auf 3 Bezug genommen;
die Nabe 102 umfasst ein Paar Verstärkungsholme 124, die
im Allgemeinen in der Nähe
der Vorderkante 112 und der Hinterkante 114 eines
jeden Flügels 104 angeordnet sind.
Es könnte
jedoch auch eine andere Anzahl von Holmen 124 für jeden
Flügel 104 verwendet
werden. Die Holme 124 verleihen dem Lüfter 100 Steifigkeit,
was dazu beiträgt,
Schwingungsgeräusche
während
des Betriebs des Lüfters 100 zu
mindern. Die Verstärkungsholme 124 halten
außerdem
die axiale Bewegung der Flügel 104 und
die Durchbiegung an der Spitze der Flügel in Grenzen. Lediglich
als Beispiel kann der Lüfter 100 ein
in einem Stück
geformtes Teil sein, das aus Polykarbonat 20% G. F. Hydex 4320 oder
aus mineralfaser- oder glasfaserverstärktem Polyamid 6/6 (z. B. Du
Pont Minlon 22C®)
hergestellt ist.
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Die
Flügel
104 sind
so gestaltet, dass sie dem Lüfter
100 im
Allgemeinen Leistungsmerkmale verleihen, die eine hohe Durchflussmenge
und einen geringen Druckanstieg umfassen. Jeder Flügel
104 weist
einen Sehnenlänge,
einen Sturzwinkel (camber angle), einen Staffelungswinkel (stagger
angle) und eine Querschnittsform auf, welche entlang der Länge des
Flügels
variieren. Die
5A–
5C zeigen Schnittansichten des
Flügels
104 entlang
der Linien 5A-5A, 5B-5B und 5C-5C in
1.
Eine Sehne C jedes Flügels
104 erstreckt
sich von der Vorderkante
112 zur Hinterkante
114.
Ein Staffelungswinkel ε ist
der Winkel zwischen einer zur Rotationsachse
110 parallelen
Linie
126, welche die Sehne schneidet, und einer Linie,
welche sich von der Vorderkante
112 zur Hinterkante
114 erstreckt.
Insbesondere hat jeder Flügel
104 die
folgenden Parameter: TABELLE
I
wobei R der radiale Abstand von der Rotationsachse
110 ist,
R/R
Spitze ein dimensionsloser radialer Abstand
auf der Basis der Flügelspitzenprofil-Radien
ist, C die Sehnenlänge
ist, ε der
Staffelungswinkel ist, θ der
Sturzwinkel ist und σ die
Flächenbelegung
(Flügeldichte,
Massivität)
C/S (wobei S der Flügelabstand
in Umfangsrichtung ist) im radialen Abstand R ist. Wie aus Tabelle
I ersichtlich ist, befindet sich die Spitze des Flügels R
Spitze in einem Abstand von 188,84 mm von
der Rotationsachse
110. Die Größe R/R
Spitze ist
ein dimensionsloser radialer Abstand, der für den Vergleich verschiedener
Lüfter
miteinander von Nutzen ist.
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Wie
aus Tabelle I ersichtlich ist, weisen die Flügel 104 eine Sehnenlängen-Verteilung
auf, welche entlang der Länge
der Flügel
variiert. Insbesondere hat die Sehnenlänge als Funktion des von der
Rotationsachse 110 aus gemessenen Flügelradius einen Wendepunkt
zwischen der Nabe 102 und dem Band 106 (d. h.
zwischen den Enden der Flügel 104).
In Tabelle I ist die Sehnenlänge
als Funktion des Flügelradius
angegeben, und die mathematische Funktion kann mit Hilfe eines geeigneten
Kurvenanpassungs-Verfahrens bestimmt werden. Wenn man mit RWP den Radius am Wendepunkt, mit RNabe den Radius der Nabe und mit RSpitze den Radius an der Spitze der Flügel bezeichnet,
gilt die folgende Beziehung: RNabe < RWP < RSpitze
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Der
Wendepunkt befindet sich an einer Stelle der Länge der Flügel 104, wo die zweite
Ableitung der Sehnenlänge
als Funktion des Flügelradius
gleich null ist.
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Es
gilt auch die folgende Beziehung: d2C/dR2 < 0,
wenn R < RWP; d2C/dR2 = 0, wenn R = RWP;
und d2C/dR2 > 0,
wenn R > RWP.
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Die
durch die Parameter in Tabelle I beschriebene Form der Flügel 104,
einschließlich
des Wendepunktes, ist dahingehend optimiert, dass sie einen hohen
Wirkungsgrad, eine niedrige Flächenbelegung
und ein niedriges Gewicht gewährleistet.
Der Lüfter 100 weist
außerdem
eine relativ breite und flache Wirkungsgradkennlinie auf.
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Die
Sehnenlänge
der Flügel 104 hat
einen lokalen Minimalwert an einer Stelle entlang der Länge der Flügel 104 zwischen
der Nabe 102 und dem kreisförmigen Band 106. Allgemein
tritt der lokale Minimalwert an einer Stelle entlang der Länge der
Flügel 104 zwischen
den Enden der Flügel 104 auf,
wo die erste Ableitung der Sehnenlänge als Funktion des Flügelradius
gleich null ist. Folglich tritt der lokale Minimalwert an einer
Stelle auf, an der gilt: dC/dR = 0.
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Ferner
befindet sich für
die Ausführungsform
des Lüfters,
die durch die Parameter von Tabelle 1 gekennzeichnet ist, und für die Ausführungsformen
von Lüftern,
die durch die Parameter der weiter unten beschriebenen Tabellen
II und III gekennzeichnet sind, der Wendepunkt an einer Stelle,
die näher
bei der Nabe 102 liegt als die Stelle des lokalen Minimums
der Sehnenlänge
(1).
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Wie
aus Tabelle I ersichtlich ist, ist der Wert der Flächenbelegung
(Flügeldichte,
Massivität)
des Lüfters 100 relativ
niedrig, wobei er bei verschiedenen Werten des radialen Abstands
R zwischen 0,17 und 0,52 variiert. Die Flächenbelegung des Lüfters 100 in
einem beliebigen radialen Abstand R kann unter Verwendung des Verhältnisses
C/S dargestellt werden, wobei C die Sehnenlänge und S der Flügelabstand
in Umfangsrichtung beim radialen Abstand R ist. Der niedrige Wert
der Flächenbelegung
ist ein Faktor im Zusammenhang mit dem erhöhten Wirkungsgrad und verringerten
Gewicht des Lüfters 100 im
Vergleich zu anderen Lüftern
mit ähnlichen
Leistungsmerkmalen. Der niedrige Wert der Flächenbelegung des Lüfters 100 ist
außerdem
unter Staudruckluft-Bedingungen vorteilhaft. Zum Beispiel ist der
Lüfter 100 in
der Lage, einen angemessenen Kühlluftstrom
zur Verfügung
zu stellen, wenn ein Fahrzeug angehalten wird oder sich langsam
bewegt und wenig oder keine Luft infolge der Fahrzeugbewegung durch
den Motorraum des Fahrzeugs gedrückt
wird. Wenn das Fahrzeug beschleunigt und Luft durch den Motorraum
gedrückt
wird, ermöglicht
die geringe Flächenbelegung
des Lüfters 100,
dass die durchgedrückte
Luft leicht durch den Lüfter 100 strömt, wobei
der Staudruckluft-Komponente wenig Widerstand geboten wird.
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Eine
zweite Ausführungsform
eines Lüfters 200 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in den 6 bis 10C dargestellt. Die Beschreibung
des Lüfters 200 ist
im Großen
und Ganzen zu der des Lüfters 100 ähnlich,
mit Ausnahme der hier erörterten
Unterschiede. Die Bezugszahlen in den 6 bis 10 entsprechen im Allgemeinen
den Bezugszahlen in den 1 bis 5C, mit dem Unterschied,
dass die Zahlen bei einer Basis 200 anstelle von 100 beginnen.
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Es
wird auf 8 Bezug genommen;
die Nabe 202 umfasst drei Verstärkungsholme 224, die
im Allgemeinen in der Nähe
der Vorderkante 212, der Hinterkante 214 und an
einer dazwischen befindlichen Stelle angeordnet sind. Die Holme 224 verleihen
dem Lüfter 200 Steifigkeit,
was dazu beiträgt,
Schwingungsgeräusche
während
des Betriebs des Lüfters 200 zu
mindern.
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Wie
der Lüfter
100 besitzt
der Lüfter
200 vier
Lüfterflügel
204.
Die Flügel
204 des
Lüfters
200 sind
so gestaltet, dass sie Leistungsmerkmale bewirken, die eine geringe
Durchflussmenge und einen hohen Druckanstieg umfassen. Insbesondere
hat jeder Flügel
204 die
folgenden Parameter: TABELLE
II
wobei R der radiale Abstand von der Rotationsachse
210 ist,
R/R
Spitze ein dimensionsloser radialer Abstand
auf der Basis der Flügelspitzenprofil-Radien
ist, C die Sehnenlänge
ist, ε der
Staffelungswinkel ist, θ der
Sturzwinkel ist und σ die
Flächenbelegung
(Flügeldichte)
C/S (wobei S der Flügelabstand
in Umfangsrichtung ist) im radialen Abstand R ist.
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Eine
dritte Ausführungsform
eines Lüfters 300 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist in den 11 bis 15C dargestellt. Die Beschreibung
des Lüfters 300 ist
im Großen
und Ganzen zu der des Lüfters 200 ähnlich,
mit Ausnahme der hier erörterten
Unterschiede. Die Bezugszahlen in den 11 bis 15 entsprechen im Allgemeinen
den Bezugszahlen in den 6 bis 10C, mit dem Unterschied,
dass die Zahlen bei einer Basis 300 anstelle von 200 beginnen.
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Der
Lüfter
300 weist
fünf Lüfterflügel
304 auf,
die so gestaltet sind, dass sie Leistungsmerkmale bewirken, die
eine geringe Durchflussmenge und einen hohen Druckanstieg umfassen.
Insbesondere hat jeder Flügel
304 die
folgenden Parameter: TABELLE
III
wobei R der radiale Abstand von der Rotationsachse
310 ist,
R/R
Spitze ein dimensionsloser radialer Abstand
auf der Basis der Flügelspitzenprofil-Radien
ist, C die Sehnenlänge
ist, ε der
Staffelungswinkel ist, θ der
Sturzwinkel ist und σ die
Flächenbelegung
(Flügeldichte)
C/S (wobei S der Flügelabstand
in Umfangsrichtung ist) im radialen Abstand R ist.
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Es
wird nun auf 16 Bezug
genommen; in einem Motorraum 400 eines Fahrzeugs ist ein
Motor 402 untergebracht, der so gestaltet ist, dass er
eine Lichtmaschine 404, eine Kühlmittelpumpe 406 und
einen Kältekompressor 408 über geeignete
Rädergetriebe
oder Triebe 410, 412 bzw. 414 antreibt.
Die Triebe können Riemen,
Ketten oder Antriebe mit direkter Kupplung umfassen. Die Lichtmaschine 404 ist über elektrische
Leiter 418 mit einer Batterie 416 verbunden.
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Im
Motorraum 400 ist außerdem
ein Fahrzeug-Kühlsystem 420 untergebracht,
welches eine Wärmetauscher-Baugruppe 422 und
ein aus einem Luftleitblech 424, einem Lüfter 426 und
einem Elektromotor 428 bestehendes Modul umfasst. Die Baugruppe 422 umfasst
einen oder mehrere Wärmetauscher,
wie etwa einen Motorkühlungs-Wärmetauscher 430 und
einen Klimaanlagen-Wärmetauscher 432,
die so gestaltet sind, dass sie Wärme von einem Fahrzeugsystem
auf an den Wärmetauschern
vorbei- oder durch sie hindurchströmende Luft übertragen. Ein Motorkühlmittel
(nicht dargestellt) wird mittels der Pumpe 406 umgewälzt, so
dass es über Schläuche 434 zwischen
dem Motor 402 und dem Motorkühlungs-Wärmetauscher 430 zirkuliert.
Ein Klimaanlagen-Kältemittel
(nicht dargestellt) wird mittels des Kältekompressors 408 umgewälzt, so
dass es über Schläuche 438 zwischen
einer Kühlschlange 436 und
dem Klimaanlagen-Wärmetauscher 432 zirkuliert.
Der Lüfter 426 ist
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgeführt,
wie oben ausführlich
beschrieben wurde.
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Dem
Elektromotor 428 wird von der Batterie 416 oder
der Lichtmaschine 404 über
die Leiter 418 elektrischer Strom zugeführt. Die Batterie 416 ermöglicht es,
den Elektromotor 428 unabhängig davon zu betreiben, ob
der Motor 402 läuft.
Ein Schalter (nicht dargestellt), der mit einem Motorraum- und Fahrzeuginnenraum-Temperaturfühler umfassenden
Steuerungssystem gekoppelt ist, steuert den Betrieb des Motors 428. Der
Motor 428 umfasst eine Welle (nicht dargestellt), welche
den Lüfter 426 antreibt,
so dass der Motor 428 für
eine drehbare Lagerung des Lüfters 426 sorgt
und ihn antreibt. In 16 sind
der Lüfter 426 und
der Motor 428 als in Strömungsrichtung gesehen nach
der Wärmetauscher-Baugruppe 422 angeordnet
dargestellt. Eine solche Anordnung wird als Saugsystem bezeichnet,
da Luft durch die Wärmetauscher-Baugruppe 422 gesaugt wird.
Der Lüfter 426 und
der Motor 428 könnten
sich jedoch auch in Strömungsrichtung
gesehen vor der Wärmetauscher-Baugruppe 422 befinden,
in einer Anordnung, die als Drucksystem bezeichnet wird, da Luft
durch den Wärmetauscher
gedrückt
würde.
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Das
Luftleitblech 424 erstreckt sich zwischen der Wärmetauscher-Baugruppe 422 und
dem Lüfter 426 und
lenkt einen vom Lüfter 426 erzeugten
Luftstrom an der Baugruppe 422 vorbei oder durch sie hindurch.
Das Luftleitblech 424 sorgt für eine mechanische Dichtung
für die
zwischen dem Lüfter 426 und
der Baugruppe 422 strömende
Luft und erhöht
dadurch den Wirkungsgrad des Kühlsystems.
Falls die Abmessungen des Motorraums 400 es ermöglichen,
könnte
sich ein Kanal zwischen dem Lüfter 426 und
der Baugruppe 422 erstrecken.
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Während des
Betriebs versorgt die die Lichtmaschine 404, die Batterie 416 und
die Leiter 418 umfassende elektrische Anlage den Motor 428 mit
elektrischem Strom. Wenn Strom zugeführt wird, versetzt der Motor 428 die
Welle (nicht dargestellt) in Rotation und bewirkt, dass die Flügel des
Lüfters 426 einen
Luftstrom in einer Richtung erzeugen, die im Großen und Ganzen entgegengesetzt
zur Richtung des mit "FAHRZEUGBUG" bezeichneten Pfeils
in 16 ist. Dieser Luftstrom
drückt
oder saugt Luft durch die Wärmetauscher-Baugruppe 422,
wodurch Wärmeenergie
von der durch die Baugruppe 422 fließenden Flüssigkeit abgeleitet wird.
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Obwohl
die in den ABBILDUNGEN dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsformen
gegenwärtig
bevorzugt werden, werden diese Ausführungsformen selbstverständlich nur
als Beispiele vorgeschlagen. Zum Beispiel können andere Ausführungsformen
eine andere Anzahl von Lüfterflügeln aufweisen,
oder sie können
Parameterwerte aufweisen, die sich von den für die hier beschriebenen drei
Ausführungsformen von
Lüftern
aufgelisteten unterscheiden. Außerdem
soll zum Beispiel die Genauigkeit der Parameterwerte in den Tabellen
I, II und III den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken. Die
Erfindung ist nicht auf irgendeine bestimmte Ausführungsform
beschränkt,
sondern soll sich auf verschiedene Modifikationen erstrecken, welche
trotzdem in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.
