DE102006037628A1 - Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (2), umfassend einen von Luft durchströmbaren Kühlmittelkühler (3), einen in Luftströmungsrichtung (L) hinter dem Kühlmittelkühler (3) angeordneten Axiallüfter (4), eine zwischen dem Kühlmittelkühler (3) und dem Axiallüfter (4) angeordnete Zarge (5) mit einem Zargenring (6), in welchem der Axiallüfter (4) drehbar angeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, dass in Luftströmungsrichtung (L) hinter dem Axiallüfter (4, 4b) im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufende Strömungsleitelement (9), im Folgenden radiale Strömungsleitelemente (9) genannt, angeordnet sind.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 13.
- Eine derartige Kühlvorrichtung mit einem Axiallüfter wurde durch die
DE 44 38 184 C1 der Anmelderin bekannt, wobei der Axiallüfter motorfest angeordnet und von der Brennkraftmaschine – direkt oder indirekt – angetrieben wird. Der Axiallüfter ist von einer Lüfterzarge bzw. einem Zargenring umgeben, welcher ebenfalls motorfest angeordnet ist. Durch dieDE 33 04 297 C2 der Anmelderin wurde eine weitere Kühlvorrichtung mit motorfestem Axiallüfter bekannt, welcher einen mit den Lüfterblättern verbundenen Leitring bzw. Mantel aufweist, welcher mit einer motorfesten Einlaufdüse zusammenwirkt. Eine weitere Kühlvorrichtung mit motorfester Zarge und mit einem über eine Flüssigkeitsreibungskupplung angetriebenen Axiallüfter wurde durch dieDE 40 15 259 A1 bekannt. Bei den bekannten Kühlvorrichtungen ist der Axiallüfter relativ nahe am Motorblock angeordnet und arbeitet in einem Betriebspunkt mit relativ starker Drosselung. Dadurch ergibt sich im Axiallüfter eine halbaxiale bzw. halbradiale Strömung, im Abströmbereich des Lüfters staut sich die Luft vor dem Motorblock und anderen Aggregaten, und es kann zu einer Rezirkulation der ausgetretenen Luftströmung, d. h. einem Wiedereintritt in den Kühler kommen, was die Kühlleistung reduziert. - Bekannt sind auch Kühlvorrichtungen für Kraftfahrzeuge (
DE 42 22 264 A1 ), bei welchen der Axiallüfter nicht durch die Brennkraftmaschine, sondern durch einen Elektromotor angetrieben wird, welcher über einen Zargenring und eine Kühlerzarge mit dem Kühler verbunden ist. Auch bei dieser Anordnung können bei motornahem Einbau Rezirkulationserscheinungen mit den damit verbundenen Kühlleistungsminderungen auftreten. - Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Kühlvorrichtung der eingangs genanten Art die Lüftercharakteristik zu verbessern, eine Rezirkulation zu vermeiden und die Kühlleistung zu erhöhen.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind in Luftströmungsrichtung hinter dem Axiallüfter radiale Strömungsleitelemente angeordnet, d. h. Strömungsleitelemente, welche im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufen und somit einen abströmseitigen radialen Leitapparat bilden. Der Vorteil der radialen Strömungsleitelemente besteht darin, dass eine zusätzliche Verzögerung im Abströmfeld hinter dem Lüfter erreicht wird. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil eines zusätzlichen Druckrückgewinnes aus dem Drall, der sich in der Lüfterabströmung befindet. Ferner ist von Vorteil, dass die Strömungsführung um den Motorblock sowie umgebende Bauteile verbessert, damit der fahrzeugseitige Widerstand reduziert und eine Rezirkulation verhindert bzw. verringert wird.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So können die Strömungsleitelemente vorteilhaft am Zargenring befestigt bzw. – bei einer Herstellung aus Kunststoff – angespritzt werden.
- Die radialen Strömungsleitelemente sind gleichmäßig über den Umfang verteilt und vorzugsweise schaufelförmig ausgebildet. Dies ergibt den Vorteil eines maximalen Druckrückgewinnes aus der drallbehafteten Lüfteraustrittsströmung.
- Die radialen Strömungsleitelemente erstrecken sich vorzugsweise über den gesamten radialen Bereich der Lüfterblätter, d. h. vom Nabendurchmesser bis zum Lüfteraußendurchmesser. Die axiale Tiefe der radialen Strömungsleitelemente nimmt dabei von innen nach außen zu.
- Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Zargenring, in Luftströmungsrichtung gesehen, radial erweitert und bildet somit eine Strömungsleiteinrichtung nach Art eines Diffusors. Vorteilhafterweise können die radialen Strömungsleitelemente mit der Strömungsleiteinrichtung verbunden, d. h. vorzugsweise an dieser angespritzt sein. Damit ergibt sich der Vorteil einer einfachen Herstellung und Befestigung.
- Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung können sich die radialen Strömungsleitelemente von Nabendurchmesser des Lüfters bis zum Außendurchmesser der diffusorartigen Strömungsleiteinrichtung erstrecken – damit wird ein maximaler Effekt bezüglich Druckrückgewinnung und Strömungsumlenkung erreicht. Möglich ist jedoch auch, dass sich die radialen Strömungsleitelemente nur über den radialen Bereich der diffusorartigen Strömungsleiteinrichtung erstrecken, d. h. radial außerhalb des Lüfterdurchmessers. Eine derartige radial verkürzte Ausbildung der radialen Strömungsleitelemente kommt der halbaxialen Lüfterströmung entgegen.
- Die Aufgabe der Erfindung wird auch für eine Kühlvorrichtung gemäß Patentanspruch 13, d. h. mit einem elektromotorisch angetriebenen Lüfter gelöst, und zwar in der Weise, dass radial vom Zargenring abstehende Strömungsleitflächen vorgesehen sind. Letztere sind vorzugsweise in Umfangsrichtung – entgegen der Laufrichtung des Lüfters – gekrümmt und tragen somit zum Druckrückgewinn der drallbehafteten Lüfterabströmung bei. Vorteilhafterweise sind die radialen Strömungsleitflächen, welche eine teilzylindrische Form aufweisen, an den Zargenring angespritzt und können somit einstückig mit der Zarge bzw. dem Zargenring aus Kunststoff hergestellt werden. Mit den radialen Strömungsleitflächen wird der Vorteil erreicht, dass die Lüfterabströmung in radiale Richtung umgelenkt und ein Rückstau am Motorblock sowie anderen Bauteilen vermieden wird.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
-
1 einen Halbschnitt durch eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung, -
1a zeigt einen in Umfangsrichtung geführten Schnitt durch eine Lüfterschaufel, -
2 eine Ansicht auf die Kühlvorrichtung gemäß1 entgegen der Luftströmungsrichtung L, -
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Kühlvorrichtung mit elektromotorisch angetriebenem Lüfter und -
4 einen Teilschnitt in der Ebene IV-IV in3 . -
1 zeigt eine Kühlvorrichtung1 für eine Brennkraftmaschine2 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges. Die Kühlvorrichtung1 umfasst einen Kühlmittelkühler3 , einen Axiallüfter4 , eine Zarge5 , einen Zargenring6 und eine diffusorartige Strömungsleiteinrichtung7 , welche hier einstückig mit dem Zargenring6 ausgebildet ist. Der Kühler3 wird primärseitig von Kühlmittel eines nicht dargestellten Kühlkreislaufes für die Brennkraftmaschine und sekundärseitig von Umgebungsluft in Richtung eines Pfeiles L durchströmt. Der Lüfter4 weist eine Nabe4a und eine Axialbeschaufelung4b auf und wird von der Brennkraftmaschine2 auf nicht näher dargestellte Weise – direkt oder indirekt – angetrieben. Die Lüfternabe4a ist somit motorfest gelagert und kann beispielsweise über eine nicht dargestellte Flüssigkeitsreibungskupplung gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik angetrieben werden. Die Lüfternabe4a weist eine Rotationsachse a und einen Nabendurchmesser DN auf. Der Außendurchmesser der Lüfterschaufeln (Blattspitzen) ist mit DL gekennzeichnet. Der Zargenring6 einschließlich Strömungsleiteinrichtung7 ist über eine nicht dargestellte Halterung gegenüber dem Motorblock2 abgestützt. Die Zarge5 (auch Lüfterhaube genannt) ist am Kühler3 befestigt und wird über eine umlaufende Dichtlippe8 gegenüber dem Zargenring6 abgedichtet, wobei gleichzeitig ein Ausgleich bei Relativbewegungen zwischen Kühler3 und Zargenring6 möglich ist. Die als Diffuser ausgebildete Strömungsleiteinrichtung7 ist Gegenstand einer parallelen Patentanmeldung (internes Zeichen der Anmelderin: 06-B-059), welche vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung einbezogen wird. Es wird daher an dieser Stelle auf eine genaue Beschreibung der Ausbildung und Funktion der Strömungsleiteinrichtung7 verzichtet und stattdessen auf die genannte zeitgleiche Patentanmeldung verwiesen. In Strömungsrichtung hinter der Lüfterbeschaufelung4b , also in der Abströmung des Lüfters4 , sind – über den Umfang verteilt – eine Vielzahl von Strömungsleitelementen9 angeordnet, welche vorzugsweise mit dem Diffusor7 bzw. dem Zargenring6 verbunden, d. h. an diesem befestigt sind. Das in der Zeichnung dargestellte Strömungsleitelement9 weist eine gerade, in einer Radialebene angeordnete freie Vorderkante9a , eine gekrümmte freie Hinterkante9b sowie eine Verbindungskante9c mit dem Diffusor7 auf. Die radialen Strömungsleitelemente9 sind somit gegenüber dem Diffusor7 und dem Zargering6 abgestützt und damit motorfest angeordnet. Der Außendurchmesser des Diffusors7 ist mit DD bezeichnet. -
1a zeigt einen in Umfangsrichtung geführten Schnitt durch eine Lüfterschaufel4b und ein in Luftströmungsrichtung L dahinter angeordnetes Strömungsleitelement9 mit Vorderkante9a und Hinterkante9b . Die Darstellung zeigt, dass das Strömungsleitelement9 ein schaufelförmiges Profil mit einer Krümmung aufweist, welche der Krümmung der Lüfterschaufel4b entgegengesetzt ist. Die Lüfterschaufel4b bewegt sich in Umfangsrichtung entsprechend einem Pfeil u und erzeugt einen nicht dargestellten Abströmungsvektor, welcher auf die konkave Seite des Schaufelprofils9 trifft. Damit wird aus dem Drall in der Lüfterabströmung ein Druckrückgewinn erzeugt und die kinetische Energie der Strömung in statischen Druck umgewandelt. -
2 zeigt die Kühlvorrichtung1 gemäß1 als Ansicht in axialer Richtung und entgegen der Luftströmungsrichtung L. Die Strömungsleitelemente9 sind – wie die Darstellung zeigt – im Wesentlichen radial verlaufend, allerdings im hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit ihrer Hinterkante9b in Umfangsrichtung leicht gekrümmt. Im radial äußersten Bereich, d. h. außerhalb eines Durchmessers D1, sind die radialen Strömungsleitelemente9 verstärkt im oder entgegen der Laufrichtung des Lüfters gekrümmt. Diese beiden stärker gekrümmten Bereiche sind mit9d und9e bezeichnet. Die Drehrichtung des Lüfters ist durch einen Pfeil D gekennzeichnet. Die über den Umfang verteilte Anzahl von radialen Strömungsleitelementen9 entspricht in etwa der Anzahl der Lüfterblätter4b . - Die Wirkung der erfindungsgemäßen radialen Strömungsleitelemente
9 besteht im Wesentlichen darin, dass die in der Abströmung des Lüfters4 befindliche kinetische Energie in statischen Druck umgewandelt und die Strömung – auch in Verbindung mit dem Diffusor7 – in eine radiale Richtung umgelenkt wird, sodass schädliche Rückströmungstendenzen unterbunden werden. Darüber hinaus wird durch die gezielte Führung der Lüfterabströmung der fahrzeugseitige Widerstand reduziert. - Die radialen Strömungsleitelemente
9 erstrecken sich im dargestellten Ausführungsbeispiel von der Schaufelwurzel, d. h. vom Nabendurchmesser DN bis zum Außendurchmesser DD des Diffusors. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die radiale Erstreckung der Strömungsleitelemente9 zu variieren, beispielsweise derart, dass diese nur vom Lüfterdurchmesser DL bis zum Außendurchmesser DD des Diffusors reichen, also nur im radialen Bereich des Diffusors7 angeordnet sind. Die aus dem Lüfter4 austretende Strömung ist bekanntlich bereits eine halbradiale Strömung, die somit von den außen angeordneten Strömungsleitelementen „eingefangen" und einer weiteren radialen Umlenkung unterworfen wird. Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung die Form, Anzahl und Verteilung der radialen Strömungsleitelemente zu variieren. Dies ist dann von Vorteil, wenn im Motorraum hinter dem Lüfter unterschiedliche Abströmblockierungen vorliegen, die eine angepasste Führung der Lüfterabströmung erforderlich machen. -
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar eine Kühlvorrichtung10 , welche einen durch einen Elektromotor11 angetriebenen Axiallüfter12 , einen so genannten Sichellüfter aufweist. Der Lüfter12 läuft in einem Zargenring13 um, welcher Teil einer rechteckförmig ausgebildeten Zarge14 (Lüfterhaube) ist. Die Zarge14 wird mit einem nicht dargestellten Kühlmittelkühler verbunden. Der Sichellüfter12 kann als Mantellüfter ausgebildet sein und einen mit den Schaufelspitzen verbundenen Mantel12a aufweisen, welcher im Zargenring13 umläuft. Der Elektromotor11 ist über Streben15 mit dem Zargenring13 bzw. mit der Zarge14 verbunden. Zarge14 und Zargenring13 sind vorzugsweise einstückig als Kunststoffspritzteil ausgebildet. Am Außenumfang des Zargenringes13 sind gekrümmt ausgebildete, im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufende Strömungs leitflächen16 angeordnet, welche vorzugsweise am Zargenring13 angespritzt sind. Die Strömungsleitflächen16 sind als Zylinderflächen ausgebildet und nicht über den gesamten Umfang des Zargenringes13 verteilt, sondern nur so weit, dass sie nicht über den äußeren Rand des Rechteckquerschnittes der Zarge14 hinausragen. -
4 zeigt einen Teilschnitt entsprechend der Ebene IV-IV in3 . Der Lüfter12 , welcher in dem Zargenring13 umläuft, ist in dieser Darstellung weggelassen. Die Strömungsrichtung der Luft ist mit einem Pfeil L dargestellt. Stromabwärts des Zargenringes13 schließen die Strömungsleitflächen16 direkt an den Zargenring13 an; sie sind vorzugsweise zylindrisch gekrümmt, und zwar mit einer Zylinderachse, die parallel zur Mittelachse a des Zargenringes13 verläuft. Damit ist eine Ausformung von Zargenring13 und Strömungsleitflächen16 ohne weiteres möglich. - Die Wirkung der Strömungsleitflächen
16 besteht darin, dass die austretende Lüfterströmung in eine radiale Richtung umgelenkt, ein Druckrückgewinn erzielt und eine Rezirkulation vermieden wird.
Claims (16)
- Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (
2 ), umfassend einen von Luft durchströmbaren Kühlmittelkühler (3 ), einen in Luftströmungsrichtung (L) hinter dem Kühlmittelkühler (3 ) angeordneten Axiallüfter (4 ), eine zwischen dem Kühlmittelkühler (3 ) und dem Axiallüfter (4 ) angeordnete Zarge (5 ) mit einem Zargenring (6 ), in welchem der Axiallüfter (4 ) drehbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Luftströmungsrichtung (L) hinter dem Axiallüfter (4 ,4b ) im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufende Strömungsleitelemente (9 ), im Folgenden radiale Strömungsleitelemente (9 ) genannt, angeordnet sind. - Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Strömungsleitelemente (
9 ) am Zargenring (6 ) befestigt sind. - Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Strömungsleitelemente (
9 ) über den Umfang des Lüfters (4b ) verteilt angeordnet sind. - Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Strömungsleitelemente (
9 ) schaufelförmig ausgebildet sind. - Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die radialen Strömungsleitelemente (
9 ) über einen radialen Bereich vom Nabendurchmesser DN bis zum Lüfterdurchmesser DL erstrecken. - Kühlvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Strömungsleitelemente (
9 ) eine axiale Tiefe aufweisen, die von radial innen nach radial außen zunimmt. - Kühlvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Strömungsleitelemente (
9 ) Vorderkanten (9a ) aufweisen, die im Wesentlichen in einer Radialebene angeordnet sind. - Kühlvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitelemente (
9 ) hinterkanten (9b ) aufweisen, die in Umfangsrichtung gekrümmt sind. - Kühlvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zargenring (
6 ) luftabströmseitig radial zu einer als Diffusor ausgebildeten Strömungsleiteinrichtung (7 ) erweitert ist und dass die radialen Strömungsleitelemente (9 ) an der Strömungsleiteinrichtung (7 ) befestigt sind. - Kühlvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die radialen Strömungsleitelemente (
9 ) vom Nabendurchmesser DN bis zum Außendurchmesser DD des Diffusors (7 ) erstrecken. - Kühlvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die radialen Strömungsleitelemente (
9 ) vom Lüfterdurchmesser DL bis zum Außendurchmesser DD des Diffusors (7 ) erstrecken. - Kühlvorrichtung nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Strömungsleitelemente (
9 ,9d ,9e ) im radial äußeren Bereich des Diffusors (7 ) in Umfangsrichtung verstärkt vorwärts oder rückwärts gekrümmt sind. - Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (
2 ), umfassend einen von Luft durchströmbaren Kühlmittelkühler, einen in Luftströmungsrichtung (L) hinter dem Kühlmittelkühler angeordneten, von einem Elektromotor (11 ) antreibbaren Axiallüfter (12 ), eine zwischen dem Kühlmittelkühler und dem Axiallüfter (12 ) angeordnete Zarge (14 ) mit einem Zargenring (13 ), in welchem der Axiallüfter (12 ) drehbar angeordnet und mit dem Elektromotor (11 ) gegenüber der Zarge (14 ) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass radial außerhalb und lufftstromabwärts des Zargenringes (13 ) im Wesentlichen radial verlaufende Strömungsleitflächen (16 ) angeordnet sind. - Kühlvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitflächen (
16 ) am Zargenring (13 ) angespritzt sind. - Kühlvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitflächen (
16 ) in Umfangsrichtung gekrümmt sind. - Kühlvorrichtung nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitflächen (
16 ) zumindest teilweise über den Umfang des Zargenringes (13 ) verteilt angeordnet sind.
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