DE2263310A1

DE2263310A1 - FAN WITH FLEXIBLE WINGS

Info

Publication number: DE2263310A1
Application number: DE2263310A
Authority: DE
Inventors: Shigeo Aiki; Masaharu Hayashi; Takanobu Hori
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1971-12-09
Filing date: 1972-12-23
Publication date: 1973-07-12
Also published as: JPS4872707A; DE2263310B2; US3915591A; JPS512647B2

Description

Gebläse mit flexiblen HügelnBlower with flexible hills

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Gebläse mit mehreren gegossenen Kunststoffflügeln und im besonderen auf ein Gebläse, dessen Flügel flexibel ausgebildet sind.The invention "relates to a fan having multiple cast Plastic blades and in particular a blower, whose wings are designed to be flexible.

Die schraubenförmig ausgebildeten Gebläse mit mehreren Flügeln, die in Fahrzeugmotoren eingesetzt werden, werden mit einer entsprechend der Geschwindigkeitssteigerung des Fahrzeuges jeweils größeren Geschwindigkeit angetrieben. Dadurch steigt auch infolge eines Anstieges der Luftgeschwindigkeit der Kraftbedarf an.The helical multi-blade fans that are used in vehicle engines are matched with a the increased speed of the vehicle driven at a higher speed. This also increases as a result an increase in air speed, the power requirement increases.

Obwohl bereits verschiedene Anstrengungen gemacht worden sind, bei einem Gebläse mit mehreren flexiblen Kunststoffflügeln den Kraftbedarf und das Geräusch, das sich mit dem erhöhten Luftdurchsatz steigert, zu vermindern,hat jedoch keiner dieser Versuche bislang zu einem zufriedenstellenden Ergebnis geführt.Although various efforts have been made in a fan with multiple flexible plastic blades However, none of these attempts has made it possible to reduce the power requirement and the noise that increases with the increased air throughput so far led to a satisfactory result.

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Der Erfindung lag danach die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Gebläse mit mehreren flexiblen Flügeln aus Kunststoff zu schaffen, bei welchem der Kraftbedarf und das Geräusch verringert werden ,während sich die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses erhöht.The invention was then based on the object of an improved To create blowers with several flexible blades made of plastic, in which the power requirement and the noise is reduced while the fan speed increases.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Anzahl flexibler Kunststoffflügel vorgesehen ist, die sich von einer Nabe, mit der sie aus einem Stück bestehen, nach außen erstrecken, wobei die Dicke eines jeden Flügels in aufeinanderfolgenden Schritten von der Vorderkante bis zur Hinterkante abnimmt, wodurch eine Anzahl von Teilflügeln gebildet wird, die sich hinsichtlich ihrer Dicke voneinander unterscheiden. Jeder der Flügel kann außerdem an seinem Fußteil eine Aussparung auf- ' weisen, so daß der rückwärtige Teil des Flügels nicht mit der Nabe in Verbindung steht.According to the invention, this object is achieved in that a number of flexible plastic wings are provided, which extend from a hub with which they are made in one piece, extend outwards, the thickness of each wing decreasing in successive steps from the leading edge to the trailing edge, whereby a number of sub-wings is formed which differ from one another in terms of their thickness. Everyone the wing can also have a recess on its foot part, so that the rear part of the wing does not with the Hub communicates.

Dementsprechend ist bei den dargestellten Ausführungsformen eine zentrale Nabe sowie eine Anzahl von Flügeln vorgesehen, die sich radial von dieser Nabe nach außen erstrecken und in einer gedachten Ebene liegen, die senkrecht zur Rotationsachse des Gebläses verläuft. Dabei besteht jeder der Flügel mit der Nabe aus einem Stück und ist nach vorne aus dieser Ebene herausgebogen. Die Dicke eines jeden Flügels nimmt von der Vorderkante ausgehend in aufeinanderfolgenden Schritten ab, so daß zwei oder mehr Teilflügel entstehen, die sich bezüglich ihrer Dicke voneinander unterscheiden. Dadurch wird ein flexibler, rückwärtiger Teil eines jeden Flügels gebildet, der durch die Zentrifugalkraft und die Berührung mit der Luft, während die Umdrehungsgeschwindigkeit des Gebläses erhöht wird, zurückbiegbarAccordingly, in the illustrated embodiments, a central hub and a number of blades are provided which extend radially outwardly from this hub and in a imaginary plane that runs perpendicular to the axis of rotation of the fan. Each of the wings consists of the hub in one piece and is bent forward out of this plane. The thickness of each wing decreases from the leading edge starting in successive steps, so that two or more partial wings arise, which differ in terms of their thickness differ from each other. This makes a more flexible, backward Part of each wing formed by centrifugal force and contact with the air, while the speed of rotation of the fan is increased, can be bent back

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ist. Um ein Zurückbiegen des rückwärtigen Teiles zu unterstützen, kann vorzugsweise an dem Fußteil eines.jeden Hügels des Gebläses eine Aussparung vorgeaäaen sein, so. daß der rückwärtige Teil von der Nabe getrennt ist und der Flügel nur über den vorderen Teil mit der Nabe verbunden ist.is. In order to support a bending back of the rear part, preferably on the foot part of each hill of the Blower be a recess vorgeaaen so. that the rear part is separated from the hub and the wing only over the front part is connected to the hub.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der beigefügten.Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt im einzelnen:The invention is described below with reference to the accompanying drawings are explained in more detail. It shows in detail:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wobei jedoch nur ein einziger Flügel voll dargestellt ist, während die übrigen Flügel nur andeutungsweise gezeichnet sind,Fig. 1 is a plan view of a preferred embodiment of the invention, but with only a single wing full is shown, while the other wings are only hinted at,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Gebläseflügel entlang der Schnittlinie II-II der Fig. Λ in Richtung der Pfeile gesehen, Fig. 2 is a cross section through a fan blade along the section line II-II of Fig. Λ seen in the direction of the arrows,

Fig. J einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform der Erfindung ,Figure J is a cross section of another embodiment of the invention ,

Fig. 4 eine graphische Darstellung, die den Luftdurchsatz in Abhängigkeit von der Rotationsgeschwindigkeit für ein herkömmliches Gebläse und das erfindungsgemäße Gebläse darstellt, undFig. 4 is a graph showing the air flow rate in Dependence on the speed of rotation for a conventional fan and the fan according to the invention represents, and

Fig. 5 Querschnitte durch weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 5 shows cross sections through further embodiments of the device according to the invention.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die anhand der in den Figuren 1 bis- 5 dargestellten Aus führung s form erläutert werden sol}, besitzt eine Habe 1 und eine Anzahl entsprechend geneigter Gebläseflügel 2, die mit der Nabe 1 aus einem Stück bestehen und sich von dieser radial nach außen erstrecken. Die Nabe und dieThe device according to the invention, which is to be explained with reference to the embodiment shown in FIGS. 1 to 5, has a hat 1 and a number of correspondingly inclined fan blades 2, which are made in one piece with the hub 1 and extend radially outward therefrom. The hub and the

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Flügel sind aus einem flexiblen Kunststoffmaterial gegossen und lassen sich durch herkömmliche Verfahren, wie z.B. ein Spritzgußverfahren, herstellen.Wings are molded from a flexible plastic material and can be removed by conventional methods such as injection molding, produce.

Die Nabe 1 besitzt eine zentrale öffnung 3» durch welche eine (nicht dargestellte) Welle hindurchzugreifen vermag, die üblicherweise von der Motorkurbelwelle über einen (nicht dargestellten) Keilriemen angetrieben wird. Um die öffnung 3 herum sind mehrere im Abstand voneinander befindliche Bohrungen 4- vorgesehen, die der Befestigung der Nabe 1 auf der Welle dienen. Jeder der Flügel besitzt an seinem Fußteil einen Einschnitt 5, so daß der rückwärtige Teil 6 von der Nabe getrennt ist und der übrige Teil des Flügels zu einem Führungsteil 8 wird. Der rück-'wärtige Teil 6 wird durch die Zentrifugalkraft und den Druck der Luft umgebogen, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses erhöht wird. Dementsprechend kann durch eine entsprechende Auswahl der Form und der Krümmung des Flügels 2 sowie seines Verbiegungswiderstandes, d.h. entsprechend der Auswahl der Querschnittsformen, der Luftstrom im wesentlichen konstant gehalten werden, wodurch trotz der Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit in Richtung des Pfeiles A des Gebläses der Kraftbedarf vermindert werden.The hub 1 has a central opening 3 »through which a (not shown) shaft able to reach through, usually is driven by the engine crankshaft via a V-belt (not shown). Around the opening 3 are several spaced holes 4- provided, which are used to attach the hub 1 on the shaft. Each of the wings has an incision 5 on its foot part, so that the rear part 6 is separated from the hub and the remaining part of the wing becomes a guide part 8. The rear one Part 6 is bent over by the centrifugal force and pressure of the air when the rotation speed of the fan is increased. Accordingly, by appropriate selection of the shape and curvature of the wing 2 and his Resistance to bending, i.e. the air flow is kept essentially constant in accordance with the selection of the cross-sectional shapes be, whereby despite the increase in the speed of rotation in the direction of arrow A of the fan, the power requirement be reduced.

Ein Gebläse dieser Art eignet sich besonders für Fahrzeugmotoren, bei welchen ein angemessener Luftstrom erforderlich ist, wenn der Motor mit der Leerlaufdrehzaiii läuft oder das Fahrzeug mit einer geringen Geschwindigkeit fährt, während mit steigender Geschwindigkeit des Fahrzeuges der Luftbedarf progressiv abnimmt. Wenn die gleiche Luftmenge von den Flügeln des Gebläses bei hoher Geschwindigkeit gefördert wird, ist ein beträcht-A fan of this type is particularly suitable for vehicle engines that require adequate airflow, when the engine is idling or the vehicle travels at a low speed, while the air requirement increases progressively as the vehicle speed increases decreases. If the same amount of air is pumped from the blades of the fan at high speed, there is a considerable

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licher Kraftbedarf erforderlich, wodurch der Betrieb des Fahrzeuges unwirtschaftlich wird. Bei einem Gebläse mit flexiblen Hügeln, wie es hier erläutert und beschrieben wurde, werden bei steigender Geschwindigkeit die Flügel 2 mehr und mehr abgeflacht, d.h. der Steigungswinkel rK. in Fig. 2 wird vermindertbei steigender Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses. Dem entsprechend behalten, wenn ein beträchtlicher Luftdurchsatz bei niedriger Geschwindigkeit erforderlich ist, die Flügel ihre ursprüngliche Form und fördern einen.maximalen.Luftstrom.. Wenn die Geschwindigkeit steigt und ein geringerer Luftdurchsatz erforderlich ist, nehmen die Flügel eine flachere Form an und fördern weniger Luft,,wodurch der Kraftbedarf und das Geräusch vermindert werden, die sonst natürlich mit dem steigenden Luftdurchsatz entsprechend erhöht bzw. verstärkt x^erden würden.Licher power requirement required, whereby the operation of the vehicle becomes uneconomical. In the case of a blower with flexible hills, as explained and described here, with increasing speed the wings 2 flattened more and more, i.e. the pitch angle rK. in Fig. 2 is decreased at increasing rotation speed of the fan. Accordingly, maintain a significant air flow when using low speed is required, the wings their original shape and promote a.maximum.airflow .. if the speed increases and a lower air flow is required, the blades take on a flatter shape and promote less air, which reduces the power requirement and the noise which would of course be increased or grounded to a greater extent with the increasing air throughput.

Gebläse mit flexiblen Flügeln sind bereits bekannt und werden auch in Fahrzeugen eingesetzt. Das erfindungsgemäße Gebläse ist jedoch dadurch gekennzeichnet, daß das Abflachen der Flügel in stärkerem Maße durchführbar ist, indem zwei oder mehr Flügelarten verschiedener Stärke miteinander verbunden werden, so daß der Querschnitt des sich ergebenden, zusammengesetzten Flügels sich in aufeinanderfolgenden Schritten verändert. Das Gebläse kann zweckmäßigerweise zusätzlich beim praktischen Einsatz mit einer Aussparung am Fuß eines jeden Flügels versehen sein, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Wenn der vordere Teil 8, wie in Fig. 2 dargestellt, mit einem vorgestellten hinteren Teil 6', der in Fig. 2 in einer strichpunktierten Linie gezeigt ist, verbunden würde, würde der herkömmliche Querschnitt eines Flügels entstehen, während ein anderer herkömmlicher Flügelquerschnitt gebildet würde, wenn man den rückwärtigen Teil 6Blowers with flexible blades are already known and are also used in vehicles. The fan according to the invention is, however, characterized in that the flattening of the blades is more feasible by joining two or more types of wings of different thicknesses together, so that the cross-section of the resulting composite wing changes in successive steps. That In practical use, the fan can also be provided with a recess at the foot of each wing as shown in FIG. If the front part 8, as shown in Fig. 2, with a presented rear Part 6 ', which is shown in Fig. 2 in a dash-dotted line, would be connected, the conventional cross-section of a Wing arise, while another conventional wing cross-section would be formed if the rear part 6

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mit einem anderen vorgestellten Vorderteil 8',der in einer gestrichelten Linie dargestellt ist, verbinden würde.with another presented front part 8 ', which is shown in a dashed line Line shown would connect.

Wenn im Betrieb das Gebläse in der in Richtung des Pfeiles Ä in Pig. 1 angedeuteten Richtung dreht und sich die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses erhöht, bewirkt die auftretende Zentrifugalkraft und der Luftdruck auf die flexiblen Flügel ein Abflachen der Flügel, im besonderen ihrer Fußbereiche, und zwar in steigendem Maße mit steigender Geschwindigkeit. Die Zentrifugalkraft greift im Schwerpunkt M des rückwärtigen Teiles 6 an, wie durch den Pfeil CF. in Fig. 1 dargestellt ist, während der Pfeil P in Fig. 2 den Luftdruck auf den rückwärtigen Teil 6 andeutet. Die Zentrifugalkraft und der Luftdruck bewirken gemeinsam eine Verringerung des Steigungswinkels <K, , wenn sich die Rotationsgeschwindigkeit des Gebläses erhöht, so daß die Flügel abgeflacht werden, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben wird. Die Verminderung des Winkels </v , d.h. das Abflachen der Flügel, führt zu einer Verringerung der Luftförderung, wodurch der Kraftbedarf sinkt. Diese Verminderung des geförderten Luftsbromes erhöht das Gebläsegeräusch gering. Die Zentrifugalkraft CF. läßt sich in eine horizontale Komponente H.C und eine vertikale Komponente V.C, wie in Fig. '. dargestellt, aufspalten. Die Horizontalkomponente H.C kann weiterhin in eine Umfangskomponente P.C. und eine Normalkomponente N.C, wie in Fig. 3 dargestellt ist, aufgespalten v/erden. Die Normalkomponente N.C bewirkt im wesentlichen eine Verdrehung des Flügels 2 um die Achse X des vorderen Teiles S. Dan Drehmoment um die Achse X ergibt sich zu 1 · N.C, wobei 1 den Hebelarm darstellt, der durch den Abstand der Achse X von dem Schwerpunkt M gebildet wird, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.If the fan is in operation in the direction of the arrow Ä in Pig. 1 rotates and the rotation speed of the fan increases, the centrifugal force and the air pressure on the flexible blades cause the blades to flatten, in particular their foot areas, to an increasing extent with increasing speed. The centrifugal force acts in the center of gravity M of the rear part 6, as indicated by the arrow CF. is shown in Fig. 1, while the arrow P in Fig. 2 indicates the air pressure on the rear part 6. The centrifugal force and the air pressure together cause a decrease in the pitch angle <K, as the rotational speed of the fan increases, so that the blades are flattened, as will be described in detail below. The reduction in the angle </ v, ie the flattening of the wings, leads to a reduction in air flow, which in turn reduces the power requirement. This reduction in the conveyed air mixture increases the fan noise slightly. The centrifugal force CF. can be divided into a horizontal component HC and a vertical component VC, as in Fig. '. shown, split. The horizontal component HC can furthermore be split up into a circumferential component PC and a normal component NC, as shown in FIG. 3. The normal component NC essentially causes a rotation of the wing 2 about the axis X of the front part S. The torque about the axis X results in 1 · NC, where 1 represents the lever arm that is created by the distance between the axis X and the center of gravity M. is formed, as can be seen from FIG. 3.

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Der Luftdruck P, wie er sich aus Pig. 2 ergibt, kann in eine Oberfrächenkomponente S.C. und eine Normalkomponente N.C, aufgeteilt werden. Die Normalkomponente U.C¹. bewirkt ebenfalls eine Schwenkung des Flügels 'um die Achse X.The air pressure P, as it is derived from Pig. 2 results can be divided into a surface component SC and a normal component NC. The normal component UC ¹ . also causes the wing to pivot about the X axis.

Die oben erläuterten beiden Normalkomponenten K.C. und I.C. bewirken gemeinsam eine Schwingung des Flügels 2 oder des hinteren {Teiles 6 um die Achse Σ in Richtung des Pfeiles B in Fig. 2, wenn das Gebläse in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1 mit erhöhter Rotationsgeschwindigkeit gedreht wird.The above two normal components K.C. and IC. together cause the wing 2 or the rear part 6 to oscillate about the axis Σ in the direction of arrow B in Fig. 2, when the fan is rotated in the direction of arrow A in Fig. 1 at an increased speed of rotation.

Es hat= sich als zweckmäßig für die Verringerung des Kraftbedarfes bei sich erhöhender Rotationsgeschwindigkeit im praktischen Einsatz der Erfindung herausgestellt, daß die Dicke desIt has proven to be useful for reducing the power requirement found with increasing rotation speed in the practical use of the invention that the thickness of the

rückwärtigen Teils weniger als etwa ^QP/o in Bezug auf die mittlere Dicke des vorderen Teiles betragen soll.rear part should be less than about ^ QP / o in relation to the mean thickness of the front part.

Bei Versuchen in der Praxis hat sich herausgestellt, daß das erfindungsgemäße Gebläse in ausreichendem Maße den Kraftbedarf zu verringern vermag. Dies wird in Fig. 4- dargestellt, wo ein Vergleich mit einem herkömmlich-en Gebläse gezogen wird. Die Fig. 4 zeigt, daß bei wachsender Gebläsegesehwindigkeit das erfindungsgemäße Gebläse weniger Luft fördert als ein herkömmliches Gebläse.In tests in practice it has been found that the fan according to the invention adequately meets the power requirement able to reduce. This is illustrated in Figure 4-, where a comparison is made with a conventional fan. the Fig. 4 shows that as the fan speed increases, the fan according to the invention conveys less air than a conventional one Fan.

In den Figuren 5 (a) und 5 (b) werden zwei;andere Ausführungsformen dargestellt, bei welchen zwei verschiedene Flügelarten miteinander verbunden werden, die einen zusammengesetzten Flügelquercchnitt in der Weise bilden, daß einer der Flügelteile unsymmetrisch in Bezug auf die Achse des anderen FlügelteilesIn Figures 5 (a) and 5 (b) two other embodiments are shown in which two different types of wings are connected to each other, which have a composite wing cross-section in such a way that one of the wing parts is asymmetrical with respect to the axis of the other wing part

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Es ist noch anzuführen, daß die Oberfläche des sich ergebenden Flügels an den Übergängen von der einen Flügelart zur anderen möglichst glatt sein soll, um während des Betriebes entstehende Wirbelströme möglichst gering zu halten.It should also be noted that the surface of the resulting wing at the transitions from one type of wing to the other should be as smooth as possible in order to keep eddy currents occurring during operation as low as possible.

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Claims

ή Fan with several flexible blades made of plastic, characterized by a central hub (1) and a number of blades (2), which extend radially from the hub in one to the

• fiotationsachse of the fan extend perpendicular plane outwards, wherein the wings (2) and the hub (1.) are made from one piece, while the wings (2) are made to the front the plane are bent out and each of the wings (2) from the front part (8) to the rear part (6) in its strength decreases in successive steps.

2. Blower according to claim 1, characterized in that each • of the blades (2) in the region of the hub (1) has a recess (5) which separates the rear part (6) from the hub (1).

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