专利名称：螺旋扇、包括该螺旋扇的发动机冷却装置和用于制造该螺旋扇的模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及螺旋扇、特别是用于发动机冷却的螺旋扇，还涉及包括该螺旋扇的发动机冷却装置，制造该螺旋扇的方法和能用于制造该螺旋扇的模具。
背景技术：
公知的是使用螺旋扇以沿交换器方向形成空气流，从而将放热的发动机的温度降低，发动机例如是汽车发动机或其他机车发动机。以公知的方式，这类螺旋扇包括中央毂部，也称为碗状部，绕该中央毂部通常称为叶片的扭曲元件均匀地分布。毂部被设计为牢固地装配的发动机的轴上。叶片的外部端部通常通过与毂同心的元件连接在一起，所述元件通常称为轮缘或壳体，其功能是为螺旋扇组件提供良好的结构刚度并确保不同叶片的相对的支撑。所述螺旋扇的例子例如可在专利申请W0-2007/107489A1中找到，其提出了一种新型的叶片轮廓，以便改善空气动力学和声学性能。在实际应用中，所述具有固体的单件的结构，且用聚合物材料制造，其可以通过注射模制方法强化和制造。所述方法简要地包括将聚合物材料以粘性状态注射到模具中，通常经由位于毂部区域中的一个或更多的注射模制端口注射，填充模具的材料从模具的对应于毂部的区域经由对应于叶片的区域朝向对应于壳体的区域而流动到模具中。结果，在壳体的区域中，在材料的两个相对流动彼此相遇的地方形成所谓的连结区域(j O i n e d -U parea)，所述流动来源于模具的对应于两个邻近叶片的两个区域。所述连结区域通常具有比螺旋扇的其余部分更低的机械强度，因为在所述区域中两个流动的混合不是完全均质的和紧密的，这是由于材料两个前部区域之间的温度差和强化材料纤维取向的差异造成的(在聚合物材料通过纤维加强法而被加强的情况下)。所述两个流动具有相对的位移方向，且所述区域倾向于为限定了所述区域的界面线中的气泡或杂质的聚集点，所述气泡或杂质在所述区域中比在模具的其他地方更难以经由通气孔除去。在实际应用中，在螺旋扇老化或经历了显著且重复的机械应力时，存在在具有减小机械强度的所述连结区域的其中一个区域中裂断的风险。
发明内容
本发明的主题是螺旋扇，其设计目的是使得所述缺陷最小化。由此本发明的目的是螺旋扇设计的改进，其具有更强机械性能。更具体地，本发明目的是提供一种螺旋扇，其壳体具有更强的机械性能，特别是在其连结区域中。本发明的主题是一种螺旋扇，其包括毂部、叶片和壳体，该壳体具有通过肘形件连接的两个侧部，叶片从毂部延伸到壳体。根据本发明，上述目标通过让壳体至少一个侧部的至少一部分的厚度朝向所述侧部的自由端部减小来实现。
更具体地，具有示出了，这种尺寸选择会以非常有利的方式影响位于壳体该区域中的连结区域的结合性，事实上这将造成在所述区域中螺旋扇机械强度的改进，迄今所知的是在机械方面该区域是比螺旋扇的其余部分更脆弱的区域。根据本发明，通过减小壳体至少一个侧部的厚度，可以改变朝向侧部的自由端部流到模具中的材料流动的速度，且两个相对流动以一速度相遇，所述速度在接近壳体侧部的自由端部时变小。由此，获得具有不同形状的连结区域，包括朝向侧部的自由端部分开的边缘。还有，已经示出了该不同的形状将导致所述区域中机械强度的极大地改进，导致与之前相比所述区域中破裂的风险减小。分开的边缘将有助于沿通气孔方向移除沿实质的V形的界面线的气泡和杂质，其所述分开边缘也将促进两个流动的混合，由此与在前部区域实质地平行的界面线相比增加抵抗破裂的抗力。本发明的主题还涉及用于在模具中注射模制螺旋扇的方法，该螺旋扇包括毂部，叶片和壳体，该壳体具有通过肘形件连接的两个侧部，叶片从毂部延伸到壳体，该方法中材料以流体状态注射在对应于毂部的模具区域中，从而材料通过经由对应于叶片的模具区域朝向对应于壳体的模具区域扩散来填充模具。根据本发明，注射到对应于壳体的模具区域中的材料的流动速度是调整过的，以便获得至少局部性地在壳体中且在每一个叶片之间具 有分开边缘的连结区域。本发明由此能证明其可以通过改变进入所述区域的材料的流动速度而改变连结区域的轮廓。可以想到改变所述速度的非限制性的两种方式可以选择朝向壳体的至少一个侧部区域的自由端部改变模具在该侧部区域中的通道横截面(特别是在厚度方向上)，因此具有减慢材料沿这个方向流动的进程的影响。也可以(替换地或除了前一方案以外)通过在期望减小流速的速度的区域中赋予更低的温度来改变在所述连结区域的区域中模具壁的温度分布。对应于壳体(4)的区域在沿壳体(4)的至少一个侧部(41、42)通道横截面在厚度方向上朝向该侧部的自由端部减小。本发明的主题还涉及螺旋扇的注射模具，该螺旋扇包括毂布，叶片和壳体，该壳体具有通过肘形件连接的两个侧部，叶片从毂延伸到壳体，该模具包括对应于毂部的区域，对应于每一个叶片的区域和对应于壳体的区域，该对应于壳体的区域在沿壳体的至少一个侧部的厚度方向上朝向其自由端部通道横截面减小。由于壳体侧部(一个或多个)厚度的这种减小导致的材料的流动减速可以改善连结区域的结合性，并因此改善其机械强度。本发明的主题还涉及包括如上所述或通过上述方法获得的至少一个螺旋扇的任何发动机冷却装置。
参考附随的附图，通过阅读下列的描述和附随的附图将会得知本发明的进一步特征和优点，其涉及两个具体的非限制性实施例，其中图I显示了根据现有技术的螺旋扇的透视图；图2a显示了属于根据现有技术的螺旋扇的壳体的横截面，图2b显示了根据现有技术的壳体的区域中连结区域的形成；图3a和3b显示了属于根据第一实施例的、根据所述实施例的第一变化例的(图3a)和根据所述实施例的第二变化例(图3b)的螺旋扇的壳体的横截面；图4显示了属于根据本发明的第二实施例的螺旋扇的壳体的横截面；图5显示了根据图2的现有技术的壳体的放大视图，示出了在通过注射模制制造螺旋扇时获得的所谓的连结区域；图6a、6b显示了根据本发明(根据图3a的、在模制过程不同阶段时的)的壳体部分的放大视图，以与图5相似的方式示出了所谓的连结区域的形状的发展变化过程；图7a、7b显示了根据本发明(根据图4的、在模制过程不同阶段时的)的壳体的放大视图，以与图6a，6b相似的方式示出了所谓的连结区域的形状的发展变化过程。所有的图是非常示意性且不必遵循比例，以有助于其阅读，所示的每一个元件在所有的图中保持相同的附图标记。
具体实施例方式图I显示根据现有技术的螺旋扇1，其以公知的方式包括具有中心轴线X的毂部
2、多个叶片3、连接到毂部的其一个端部和连接到壳体4的另一端部。壳体包括第一侧部41，该第一侧部实质上是圆柱形且与毂部2的轴线X同轴，且其限定了与叶片3的端部接触的面。壳体4包括第二侧部42，其相对于毂部2的轴线X从第一侧部41的一个边缘径向地延伸，所述两个侧部通过肘形件C连接。图2a显示了壳体4的一部分，其两个侧部41和42具有均一的且实质上相同的厚度el和e2。在基于适当粘性的聚合物的材料的模具中通过注射模制方法获得螺旋扇。在这种情况下聚合物属于由玻璃纤维强化的聚酰胺族。注射模制方法阶段没有进一步给出细节的情况，其方法本身是公知的。替换地，可以使用其他聚合物，特别是来自聚丙烯族的聚合物。如图I中的符号(箭头Fl)显示的，材料在毂部2的区域中注射模制在模具中，随后从毂部2朝向叶片3流动(箭头F2)。在叶片的另一端部，材料的流示意性地被分成在壳体4的区域中沿相对方向的两个材料流动(箭头F21，F21'，F22，F22')。还有，如图2b所示的，源于两个邻近叶片3的相对流动(箭头F22，F' 22)在壳体4的区域中、在分开所述叶片的部分处相遇。由此相遇的两个相对的材料流动的材料限定出所谓的连结区域ZR，该连结区域被逐渐填充有材料，所述两个相对的材料流动在其前部区域混合。从图5到7的所有附图中可以理解，所谓的连结区域(如所示的)是模具的缺乏材料、且两个流动相遇以填充所述空部的区域。在模制过程的一部分中，如图5所示，在壳体4的区域中，存在沿壳体厚度的、在其两个侧部41、42上的连结区域ZR，该区域由两个界面线11、12限定的区域，所述界面线是在模具逐渐被填充时材料彼此相遇的两个前部区域的线。可以看到所述的线是平行的或实质上相对于彼此平行，在螺旋扇高速旋转并经历在所述连结区域ZR中作用在壳体上的剪切或扭转应力时在机械上并不有利。自然地，通过在该部分完成以前从模具去除不完整的部分，图5(和下列图中)所示的连结区域在此处可由裸眼相对清楚地辨识出。该连结区域的轮廓也可以在完成的部分上裸眼看到，其是界面线的形式。通常，完成的部分中的连结区域的轮廓在材料的两个前部区域实质地平行时更容易看到，例如在根据图5的壳体的情况，且在材料的两个前部区域、不平行时略微不易看到或明显不易看到，例如在根据图6和7的壳体的情况。如果发生了螺旋扇在壳体4的区域中破裂，则最通常的情况是在完成的螺旋扇中其中一个所述连结区域ZR的轮廓的区域中，沿清洁的断开表面。本发明等同地包括通过朝向壳体4的侧部41、42中至少一个的自由端部减小该侧部的厚度来改变根据现有技术的所述螺旋扇。根据第一实施例，且如图3a和3b所示，壳体4的仅一个侧部具有从肘形件向其自由端部减小的厚度。在图3a的情况下，根据第一变化例，其是侧部42，即径向地延伸的侧部。在图3b的情况下下，根据第二变化例，其是侧部41，即与叶片3接触的侧部。根据第二实施例，且如图4所示，壳体4的两个侧部41、42的厚度el、e2朝向每一个侧部的自由端部减小。在所示的两个实施例中，壳体厚度的减小是逐渐的厚度el和/或e2逐渐从肘形 件C向侧部41、42的自由端部减小。替换地，侧部41、42中的一个或两者的厚度el和/或e2可以在所述侧部的仅一部分上减小，具体说是在肘形件C的邻近，例如至少在相关侧部的长度LI、L2的第一半上，且可以实质上在侧部的其他部分上是均匀的，具体说是在相关侧部的自由端部邻近。推荐的是避免每一个侧部的端部太窄，如果仅出于制造模具时的实用方面的原因的话，例如可以在肘形件附近选择略大的厚度el、e2，特别是比用在根据现有技术的螺旋扇中的厚度大10 %、20 %或30 %，且选择厚度的减小率，从而在端部中总的材料含量基本上是根据现有技术的螺旋扇的材料含量。因此可以维持螺旋扇基本上不变的重量。替换地，可以减小厚度而不是逐渐地减小，即阶梯式的。图6a显示了在第一模制阶段对应于根据图3a的变化例的连结区域ZR :可以看到已经厚度减小的侧部42上的连结区域(其缺乏材料)具有朝向侧部42的自由端部分开的边缘。两个界面线之间的角度a (根据现有技术其基本上是平行的)大约为90°。图6b显示了在第二模制阶段的同一连结区域，自然，没有图6a的情况那么大，两个分开的区域ZR1、ZR2不再连结在肘形件C的区域的表面处，且在侧部42上具有分开边缘的连结区域ZR2仍被保持。图7a显示了在第一模制阶段对应于根据图4的变化例的连结区域ZR。可以看到连结区域具有在每一个侧部41、42上的分开的边缘，每一个侧部41、42上界面线11、12之间的角度a大约为90°。图7b显示了在第二模制阶段的同一连结区域如图6b的情况那样，这里连结区域是在两个部分ZRl、ZR2，其不再在肘形件的区域中连结且其如图7a那样具有在每一个侧部41、42上的分开的边缘(每一个连结区域的两个界面线之间存在角度
a、a , ) o根据本发明的螺旋扇是一体式的。其通过注射模制获得且由此有利地具有连结区域，该连结区域具有至少局部地位于每一个叶片之间的壳体的区域中的分开边缘。根据本发明的壳体厚度的减小有利地是肘形件区域中壳体厚度和自由边缘区域中壳体厚度之间的至少30%。由此应理解,厚度被减小的侧部的部分中，最小厚度较最大厚度至少小30%。已经观察到，厚度减小越大，则连结区域的边缘分开的越多，自然地在模具制造和方法方面也会有限制，这导致厚度减小总体地受限，该减小特别至大约50%且最大至60或70%。
在根据本发明的所述实施例中，注射到对应于壳体的模具区域中的材料流动速度通过沿壳体至少一个侧部的厚度方向朝向该侧部的自由端部减少注射的材料流的通道横截面而调整。本发明并不限于如上所述的实施例，而是包括能重现所述必要特点的使用等同手段的任何变化例。例如，本发明包括用于制造螺旋扇的方法，其中连结区域的机械强度由注射模具区域中的温度差改进。
本发明涉及包括壳体的任何类型的螺旋扇，包括通过双注射模制制成且由几种不同(可能地经强化的)聚合物构成的螺旋扇。也可以应用到包括转子的螺旋扇，螺旋扇的本体包覆模制到该转子上。也可以应用到具有与如上所述的不同形状的壳体，其包括具有不同相对厚度、长度、形状或梯度的侧部。
权利要求
1.一种螺旋扇(I)，包括毂部(2)、叶片(3)和壳体(4)，该壳体(4)具有通过肘形件连接的两个侧部(41，42)，所述叶片(3)从毂部⑵延伸到壳体(4)，其中，壳体⑷的至少一个侧部(41，42)的至少一部分的厚度(el，e2)朝向所述侧部的自由端部减小。
2.如权利要求I所述的螺旋扇(I)，其特征在于壳体(4)的两个侧部(41，42)的厚度(el, e2)朝向每一个侧部的自由端部减小。
3.如前述任意一项权利要求所述的螺旋扇(I)，其特征在于壳体(4)包括大致圆柱形的第一侧部(41)，其与毂部(2)的轴线(X)同轴且限定出与叶片(3)的端部接触的面，且第二侧部(42)从所述第一侧部(41)的其中一个边缘径向地延伸。
4.如前述任意一项权利要求所述的螺旋扇(I)，其特征在于所述螺旋扇是单件式的。
5.如前述任意一项权利要求所述的螺旋扇(I)，其特征在于壳体(4)的厚度(el，e2) 的减小是渐进的。
6.如前述任意一项权利要求所述的螺旋扇(I)，其特征在于在肘形件区域中的壳体厚度和自由边缘区域中的壳体厚度之间，壳体⑷的厚度(el，e2)的减小至少是30%，特别是大约50%。
7.一种发动机冷却装置，其特征在于其包括如前述任意一项权利要求所述的至少一个螺旋扇(I)。
8.一种螺旋扇(I)的注射模具，该螺旋扇包括毂部(2)、叶片(3)和壳体(4)，该壳体具有通过肘形件连接的两个侧部(41，42)，叶片(3)从毂部(2)延伸到壳体(4)，该模具包括对应于毂部(2)的区域，对应于每一个叶片(3)的区域和对应于壳体(4)的区域，对应于壳体(4)的区域在沿壳体(4)的至少一个侧部(41、42)的厚度方向上朝向该侧部的自由端部通道横截面减小。
全文摘要
本发明涉及一种螺旋扇(1)，其包括毂部(2)、叶片(3)和壳体(4)。该壳体具有两个由肘形件连接的侧部(41、42)，该叶片(3)从毂部(2)延伸至壳体(4)。根据本发明，该壳体(4)的侧部(41、42)中的至少一个的至少一部分的厚度(e1、e2)朝向所述侧部的自由端部减小。
文档编号F01P5/02GK102741557SQ201080043612
公开日2012年10月17日 申请日期2010年9月28日 优先权日2009年9月29日
发明者S.图尔卡斯 申请人:法雷奥热系统公司