一种用于提高风扇外环强度的方法技术

一种可在热塑性聚合物的环型风扇的注塑期间影响材料的流动的方法，使得在相反方向上流动的材料的主要部分优选相互间旁路地流过或相互间以一定角度发生碰撞，而非相互间以１８０度的角度发生碰撞而形成熔合线。与仅仅使流峰发生碰撞并冷却相比，这种旁路流动可以导致更好的材料混合或整体化。在一个实施例中，增加了风扇环件的位于熔合线区域中的部分的厚度，从而减少了相互间以１８０度的角度发生碰撞的材料量。或者，可在环型风扇上增设一个或多个附件，其可在模塑条件期间影响材料的流动。在将环型风扇装入到冷却系统中之前除去各个附件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及风扇驱动系统，更具体地涉及具有提高的风扇环件熔合线强度的塑料风扇。
技术介绍
本专利技术与冷却风扇例如在冷却工业发动机或汽车发动机中所驱动并使用的风扇有关。更具体地说，本专利技术的某些方面涉及到环型风扇(ring fan)，而其它特征涉及到风扇的叶片设计。在大多数工业发动机和汽车发动机的应用中，使用了由发动机驱动的冷却风扇，其通过制冷剂散热器来抽吸空气。通常通过连接在发动机曲轴上的皮带传动机构来驱动该风扇。典型的冷却风扇包括安装在中心毂衬上的多个叶片。例如，可将毂衬构造成用来提供与皮带传动机构相连的旋转连接。风扇叶片的尺寸和数量由具体应用的冷却要求来确定。例如，小型汽车的风扇可以只需要4个只有9英寸直径的叶片。在大型应用中，需要更多数量的叶片。在一个典型的重型汽车的应用中，在风扇设计中包括9个叶片，这些叶片具有704毫米的外径。除了叶片的数量和直径之外，特定风扇的冷却能力还由风扇在其工作速度下所能产生的气流体积来决定。这一气流体积依赖于具体的叶片几何形状，例如叶片的面积和曲率或轮廓，以及风扇的旋转速度。当冷却风扇的尺寸和气流容量增大时，风扇尤其是叶片所承受的负载也会增大。另外，更高的旋转速度以及穿过风扇的更大气流可能会导致叶片的去俯仰(de-pitching)和显著的噪音问题。为了在一定程度上解决这些问题，一些冷却风扇的设计包含了环绕在风扇周围的环件。具体地说，叶尖连接在环件上，其为叶尖提供了稳定性。尤其在环件与沿着环件周围布置的U形罩相结合时，环件还有助于降低叶尖处的涡流。因此，环型风扇的设计消除了先前无支撑的冷却风扇结构中遇到的结构难点。然而，由于环型风扇所具有的增大强度和提高振动的特征，因此这些风扇的额定工作条件已经被提高，从而再次对环型风扇的性能极限造成了冲击。而且，外周环件的质量惯性提高了施加在叶片-环件界面上的向心力。因此，仍需要研究用于提高环型风扇的冷却气流容量且同时提高其强度的方法。这种需求随着需要提高风扇的工作转速以满足大型工业发动机和汽车发动机日益提高的冷却要求而变得尤其强烈。
技术实现思路
本专利技术涉及一种方法，其可在聚合物优选是热塑性聚合物的环型风扇的注塑期间影响材料的流动，使得在成型期间在相反方向上流动的材料的主要部分优选沿着熔合线(也称为汇合线)相互间旁路地流过，或者相互间以一定的角度发生碰撞，而非相互间以180度的角度发生碰撞。与仅仅使流峰发生碰撞并冷却相比，这种旁路流动可以导致更好的材料混合或整体化。本专利技术为实现这种结果提出了两种不同的方法。在一种方法中，增加了风扇环件的位于熔合线附近的那一部分的厚度，从而使熔融原材料在熔合线区域内流过或产生涡动，以减少在这一部分处发生碰撞的材料总量。或者，可在熔合线附近的位置处在环型风扇的外环上增设一个或多个可在模塑条件期间影响材料流动的附件。在将环型风扇装入到冷却系统中之前除去这种附件。通过参考结合附图所作的下述详细描述，可以最佳地理解本专利技术本身及其优点。附图说明图1显示了根据现有技术的环型风扇；图2是图1中所示环型风扇的背面透视图；图3是在模塑条件期间流过图1所示外环的熔融原材料的放大的特写图；图4是在根据本专利技术一个优选实施例的环型风扇的模塑条件期间流过外环的熔融原材料的放大的特写图；图5是根据本专利技术另一优选实施例的具有多个可拆卸附件的环型风扇的特写平面图。图6是显示了用来提高风扇的外环强度的方法的流程图。具体实施例方式出于更好地理解本专利技术原理的目的，下面将参考图中所示的实施例并用专用的语言来介绍这些实施例。然而应当理解，并不因此而限制了本专利技术的范围。本专利技术包括了所示装置和所述方法中的任何变化和其它修改，以及对本专利技术原理的进一步应用，这些都是本专利技术所属领域的技术人员通常能想到的。现在来看图1和2，根据现有技术的典型环型风扇10包括多个安装在中心毂衬12上的叶片11。如图1所示，毂衬12可包括装配螺栓孔13，其构造成用来将风扇安装到已知设计的风扇驱动组件上。风扇10还包括固定在各风扇叶片11的叶尖17上的外环15，以及固定在各叶片11的叶根19上的内环16。内环16、外环15和叶片11优选由高强度的可模塑聚合物材料形成，该材料优选在传统的已知工艺中围绕着金属毂衬12进行注塑。所使用的典型塑料包括聚酰胺(例如尼龙6和商标名为Zytel Nytel的尼龙)或聚丙烯。这些塑料通常利用约15％到50％、优选15％到30％之间的纤维增强材料来增强。纤维增强材料通常为短玻璃纤维的形式，但是也可使用长玻璃纤维。各叶片11包括位于环型风扇10的有效入口处的前表面22。同样，各叶片也包括位于环型风扇背面的相对的后表面25(见图2)。在优选实施例中设有5个叶片11，各叶片都具有从叶根19到叶尖17的基本上均匀的厚度。在另一实施例中，各叶片11的厚度可在从叶片的前缘11a到后缘11b上变化。各叶片11优选采用翼型结构，其在环型风扇10在其标准转速工作范围内以及在其系统限制的预期范围内工作时可提供最大量的气流。参见图2，可以看到，风扇10的外环15包括张开的缘边28，其通常设置在风扇的输出面上。张开的缘边28限定了径向向外的展开面29，其以渐进的曲率远离各叶片11的叶尖17。风扇10限定了位于风扇叶片前缘11a处的入口侧，以及位于后缘11b处的相反的出口侧。外环15的张开缘边28设置在风扇10的出口侧。图3显示了根据现有技术的环型风扇10的外环15的特写放大图，其显示了在传统模塑工艺期间用于形成外环15的熔化(即熔融)原材料的流峰50，60。在该工艺中，熔融形式的原材料在压力作用下经由形成于模具中的浇口而引入到与相应叶根19附近的内环16相对应的位置处。对于如图1和2所述由聚酰胺形成的塑料风扇10来说，含有纤维的熔融聚酰胺(即原材料)经由浇口以约218到226摄氏度(424到439华氏度)的温度并以约为500吨到1500吨之间的压力注入。包含于模具中的浇口通常在约1到4毫米(0.039英寸到约0.157英寸)直径的范围内。原材料可在模具中冷却以形成硬塑料，然后将模具打开以释放出所形成的风扇10。当将原材料注入模腔中时，熔融的原材料沿着最小阻力的路径流动。这样，原材料的一部分形成了内环16。由来自两个相邻浇口的流峰50和60所表示的熔融原材料的另一部分从相应的浇口中流出来，从叶根19到叶尖17地穿过相邻叶片11，并进入到外环15中以形成外环15。流峰50，60在外环15内流动，从叶尖17流向距各叶尖17大致相等距离的中间区域，并且大致相互平行且平行于外环15的内周23和外周27。流峰50，60沿着几乎垂直于环型风扇10结构的切线方向的相当平坦的区域55(该平坦区域55在这个中间区域内垂直于外环15的内周23和外周27的切向而延伸)相遇并凝固(即流峰50，60直接相互碰撞)。换句话说，流峰50，60限定了相互间约180度的角度α，其中外环15的厚度t沿其长度和宽度从叶尖区域至中间区域都是恒定的。在外环15中的每对相邻叶片11之间，流峰50和60的相遇和凝固产生了熔合线75(也称为汇合线)。如普通技术人员所认识到的那样，相对于离心力所致的弯曲应力而言，这些熔合线75通常代表外环15的最弱部分。虽然部件的几何形状会影响汇合线75的形状，但是通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提高在风扇驱动系统中所用的风扇（１０）的外环（１５）的强度的方法，所述风扇具有连接在所述外环（１５）和内环（１６）之间的多个叶片（１１），所述方法包括：形成具有内腔的原型模具，所述内腔对应于所述风扇（１０）的尺寸和形状，其中 所述外环（１５）的厚度是恒定的，所述模具具有设置在所述内环（１６）周围的多个浇口，所述多个浇口中之一紧密连接在所述内环（１６）上的对应于所述多个风扇叶片（１１）中的一个叶片的位置处；通过所述多个浇口中的各浇口以所需的温度和压力向所述 原型模具同时引入一定量的熔融原材料至所述内腔中；使所述一定量的熔融原材料在所述原型模具中冷却，以形成原型风扇（１０）；和确定所述原型风扇（１０）内的所述多个风扇叶片的各相邻对之间的熔合线（７５）在所述外环（１５）上的位置，所 述熔合线（７５）对应于所述原型风扇的所述外环（１５）在所述多个风扇叶片的相邻对之间的最弱部分，其中所述外环（１５）的所述最弱部分形成于所述一定量熔融原材料的一部分的第一流峰（５０）和所述一定量熔融原材料的第二部分的第二流峰（６０）发生碰撞的位置处，所述第一流峰（５０）大致在第一方向上沿着所述外环（１５）从所述多个风扇叶片（１１）中的一个叶片流向所述多个风扇叶片（１１）中的相邻一个叶片，所述第二流峰（６０）大致在第二方向上沿着所述外环（１５）从所述多个风扇叶片（１１）的所述相邻一个叶片流向所述多个风扇叶片（１１）中的所述一个叶片，所述第一方向相对于所述第二方向限定了角α，所述角α约为１８０度；改造所述原型模具的所述内腔以形成一个模具，其中所述模具可形成这样一种风扇，使得当所述第一流峰（５０）与所述第二流峰 （６０）发生碰撞时，所述角α小于约１８０度；通过所述多个浇口中的各个浇口以所需的温度和压力向所述模具同时引入一定量的熔融原材料至所述内腔中；在所述模具中冷却所述一定量的熔融原材料，以形成风扇；和从所述模具中取出风扇（ １０）。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JB斯塔格，DE布克利，
申请(专利权)人：博格华纳公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]