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Die
Erfindung betrifft eine Luftführungsanordnung
zum Kühlen
eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Zur
Kühlung
des Verbrennungsmotors im Motorraum eines Fahrzeugs werden üblicherweise Fahrzeuglüfter eingesetzt,
welche den Motorblock mit Kühlluft
umströmen.
Solche Fahrzeuglüfter
sind beispielsweise aus der
DE-U1-8207204 ,
der
DE-U1-8614073 ,
der
DE-C2-3304297 oder
der
DE-A1-4140987 bekannt.
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Die
Kühlluft
wird dabei üblicherweise
mittels einer Verbindungsmanschette von der Lüfterhaube, auch als Zarge oder
Motorzarge bekannt, zum Motorzargenring geleitet.
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Bei
Nutzfahrzeugen besteht das Problem, dass bei den großen Abmessungen
des Fahrzeuglüfters
der erforderliche Durchsatz an Kühlluft
nicht erreicht wird. Gerade bei leistungsstarken Verbrennungsmotoren
ist jedoch eine besonders leistungsfähige Kühlung Voraussetzung. Für zusätzliche
Lüfter oder
Wärmetauscher
für eine
bessere Kühlung
fehlt jedoch der notwendige Bauraum im Fahrzeug.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung einer Luftführungsanordnung zur Kühlung eines
Verbrennungsmotors, welche bauraumsparend insbesondere bei Nutzfahrzeugmotoren
hoher Leistung eine zuverlässige
Kühlung
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Günstige
Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu
entnehmen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Luftführungsanordnung
zum Kühlen
eines Verbrennungsmotors, insbesondere eine Luftführungsanordnung
in einem Nutzfahrzeug, bei der ein Luftstrom von Kühlluft von einem
Kühlmodul
aus über
eine die Kühlluft
einschließende
Lüfterhaube
zu einem Fahrzeuglüfter leitbar
ist, ist erfindungsgemäß der Kühlluftstrom räumlich getrennt
von einer Abdichtung geführt,
die zwischen Lüfterhaube
und Fahrzeuglüfter
angeordnet ist. Dadurch kann der Luftstrom gezielt auf ausgewählte Bereiche
des Fahrzeuglüfters
geleitet werden. Die Kühlluft
kann ungehindert auf den Fahrzeuglüfter und dessen Lüfterrad
treffen. Die Luftströmung
kann optimiert werden und die Abströmung in den Motorumströmungsraum
verbessert werden. Bei Verwendung eines entsprechenden Fahrzeuglüfters kann zusätzlich eine
weitere Verbesserung der Abströmung
der Kühlluft
in den Motorumströmungsraum
erreicht werden. Grundsätzlich
kann jede Art von Fahrzeuglüftern
in Verbindung mit der Luftführungsanordnung
eingesetzt werden, besondere Vorteile ergeben sich jedoch bei der
Kombination mit so genannten halb-axialen Lüftern, mit denen bei der geförderten Kühlluft ein
merklicher radialer Anteil der Luftströmung erreichbar ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Luftführungsanordnung
wird der Einsatz leistungsstarker Verbrennungsmotoren besonders
in Nutzfahrzeugen möglich.
Durch die verbesserte Luftführung
ergibt sich insgesamt eine höhere
nutzbare Kühlleistung.
Soweit von Kühlluft
oder einem Luftstrom und dergleichen die Rede ist, kann selbstverständlich auch
ein anderes Kühlmedium
als Luft denkbar sein.
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Bevorzugt
kann die Lüfterhaube
eine Düsenkontur
umfassen, welche die Kühlluft
gezielt auf ein Lüfterrad
des Fahrzeuglüfters
lenkt. Dadurch kann eine gesteuerte Luftführung erfolgen. Es kann zuverlässig vermieden
werden, dass Kühlluft
am Lüfter vorbei
gelenkt wird. Die Düsenkontur
ist bevorzugt auf einen etwaigen außenumfänglich am Lüfterrad angeordneten Lüftermantel
abgestimmt, so dass die Düsenkontur
einen Durchmesser aufweist, der mit dem des Lüftermantels an einem Kontaktbereich oder
einem Übergangsbereich
zwischen Düsenkontur
und Fahrzeuglüfter
weitgehend übereinstimmt. Der
Durchmesser der Düsenkontur
unterscheidet sich vorzugsweise um höchstens 20% und ist vorzugsweise
höchstens
gleich groß wie
der Lüftermantel,
damit der Kühlluftstrom
vollständig
auf das Lüfterrad
gelangt, welches die Kühlluft
durch den Lüfter zum
Verbrennungsmotor fördert.
Die Abdichtmanschette befindet sich daher vorteilhaft nicht im Strömungsfluss,
und die Kühlluft
kann ohne räumliche Hindernisse
zum Fahrzeuglüfter
geleitet werden. Durch die gesteuerte Luftströmung kann ein gezieltes thermisches
Management durch den Motorraum und entlang eines Antriebsstrangs
des Fahrzeugs betrieben werden, das in diesen Bereichen zusätzlich zur
Reduzierung von Bauteiltemperaturen genutzt werden kann, da nunmehr
die Kühlluftmenge
und die Luftströmung
durch eine derartige Eindüsung
innerhalb der Lüfterhaube
in Richtung Fahrzeuglüfter
beherrschbar ist.
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Im
Bereich der durchmesserkleineren Düsenkontur kann die Lüfterhaube
zweckmäßigerweise einen
durchmessergrößeren Ring oder
Bund aufweisen, der eine Auflagefläche einer äußeren Dichtmanschette bildet.
Zweckmäßigerweise
ist der Ring oder Bund außen
an die Lüfterhaube
angesetzt. Der Luftstrom kann mittels der Düsenkontur, die sich radial
innerhalb der Dichtmanschette befindet, sicher an der Dichtmanschette
vorbeigeleitet und gezielt auf das Lüfterrad gelenkt werden.
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Vorteilhaft
kann zwischen einem Motorzargenring und der Lüfterhaube ein Abdeckring angeordnet
sein. Dessen Ringfläche
steht quer, etwa senkrecht, zum Luftstrom. Günstigerweise kann der Abdeckring
in axialer Richtung auf seiner dem Verbrennungsmotor zugewandten
Seite einen Bund zum Aufstecken auf den Motorzargenring aufweisen.
Dabei ergibt sich eine besonders kompakte und anwenderfreundliche
Ausgestaltung, wenn die äußere Dichtmanschette
an einem Außenumfang
des Abdeckrings angeordnet ist. Der Abdeckring kann zudem einfacher
montiert und demontiert werden, wenn die äußere Dichtmanschette umklappbar
an dem Abdeckring angeordnet ist. Günstigerweise ist die Dichtmanschette
in den Abdeckring integriert, beispielsweise anvulkanisiert.
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Vorteilhaft
kann an einem Innenumfang des Abdeckrings eine Dichtlippe angeordnet
sein, welche in der Verlängerung
zu der Düsenkontur
liegt und vorzugsweise radial außen angeordnet ist. Es muss
kein Kontakt zwischen der Dichtlippe und der Düsenkontur bestehen. Durch die
Dichtlippe kann ein verringertes offenes Spaltmaß zwischen der Lüfterhaube
und dem Fahrzeuglüfter,
insbesondere dessen Lüfteraußenmantel,
erreicht werden. Dadurch kann eine Rückströmung der Kühlluft vermindert oder sogar vermieden
werden. Vorteilhaft kann die Dichtlippe in den Abdeckring integriert
sein, beispielsweise anvulkanisiert. Bei Verschleißerscheinungen
der Dichtmanschette und/oder der Dichtlippe kann der Abdeckring
einfach ausgetauscht werden, ohne dass eine Demontage von Lüfterhaube
und Motorzargenring erforderlich ist. Weiterhin kann nach vorheriger Demontage
des Abdeckrings und der Lüfterhaube
im Bedarfsfall eine Demontage des Fahrzeuglüfters und/oder einer Lüfterkupplung
erfolgen, ohne dass der Motorzargenring demontiert werden muss.
Beim Wiedereinbau des Fahrzeuglüfters
und der Lüfterkupplung
entfällt
daher vorteilhaft eine üblicherweise aufwändige Justierung
des Motorzargenrings.
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Zwischen
Abdeckring und Fahrzeuglüfter kann
vorteilhaft eine rückströmungsmindernde
Anordnung vorgesehen sein. Eine Rückströmung und/oder eine unerwünschte Umluftführung zwischen
dem Außenmantel
des Fahrzeuglüfters
und Motorzargenring kann dadurch unterbunden werden. Dies kann durch
ein Labyrinth oder eine ähnliche
Geometrie, etwa einen überlangen
Spalt, erreicht werden.
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Vorteilhaft
für eine
günstige
Gestaltung der Abströmung
der Kühlluft
ist ferner, wenn ein Zargenringhalter einen möglichst geringen Querschnitt
im Luftstrom benötigt
und als Luftleitblech die Luftströmung positiv beeinflusst. Die
entsprechende Befestigungsschnittstelle kann günstigerweise in den Motorzargenring
integriert sein, wobei der Zargenringhalter möglichst bündig abschließen kann.
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Der
bevorzugte Fahrzeuglüfter
weist eine zentralen Nabe mit einer Nabenachse und einem die Nabe
umgebenden Lüfterrad
mit Blättern
auf, die sich radial von der Nabe weg erstrecken, wobei sich die Nabe
von ihrer Strömungseintrittseite
her in ihrem Radius kegelförmig
erweitert und benachbarte Blätter
entfernt von der Nabe miteinander verbunden sind. Dadurch, dass
vorzugsweise jedes Blatt mit seinem vorlaufenden und nachlaufenden
Blatt verbunden ist, können
die Blätter
mechanisch stabilisiert und eine saubere Spaltführung der Strömung erreicht werden.
Die Blätter
können
radial innerhalb des Lüfterrads
verbunden sein, etwa mittels einem oder mehreren Zwischenringen,
wobei mehrere Verbindungen auf verschiedenen Radien vorgesehen sein können, und
es kann alternativ oder zusätzliche
ein Deckmantel als Ring um den Außenumfang der Blätter gelegt
sein. Durch die halb-axialen Ausgestaltung des Fahrzeuglüfters sind
im Motorraum keine weiteren Wärmetauscher
oder Lüfter
notwendig.
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Mit
einem derartigen Fahrzeuglüfter
ist ein vorteilhafter hoher Druckaufbau im Bereich von 1 bis 3 kPa
oder mehr möglich.
Gleichzeitig erfolgt auch eine Förderung
von Kühlluft
durch den Fahrzeuglüfter,
so dass eine sehr effiziente Kühlluftzufuhr
in den Bereich hinter dem Fahrzeuglüfter möglich ist. Der bevorzugte Fahrzeuglüfter stellt
einen halb-axialen Lüfter
dar, der neben einem hohen Luftdurchsatz in axialer Richtung eine
deutliche radiale Komponente der Kühlluftströmung sicherstellt. Gerade in
Kombination mit der erfindungsgemäßen Luftführungsanordnung ergibt sich
eine besonders günstige
und effiziente Kühlung.
Durch die radiale Komponente ist gewährleistet, dass auch ein großflächiger Verbrennungsmotor,
vor dem der Fahrzeuglüfter
beispielsweise angeordnet ist, von Kühlluft umströmt werden kann.
Gleichzeitig ist der Aufbau des Fahrzeuglüfters sehr kompakt und bringt
entsprechende Bauraumvorteile mit sich. Damit gelingt die Kühlung von
Antriebsmaschinen hoher Leistung, wie sie etwa für Nutzfahrzeuge eingesetzt
werden, die strenge Abgasvorschriften einhalten müssen. Durch
die Stabilisierung der Blätter
des Lüfterrads
gelingen weiterhin das Einhalten vorgegebener Anströmwinkel
und ein Beibehalten des Wirkungsgrads und der aerodynamischen Kennwerte.
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Vorteilhaft
sind die Blätter
am Außenumfang des
Lüfterrads
mit einem Ring verbunden. Diese Ausgestaltung ist fertigungstechnisch
vorteilhaft. Zusätzlich
ist eine vorteilhafte Spaltabdichtung, beispielsweise zu einem Motorzargenring
im Einbauzustand möglich.
Dadurch, dass jedes Blatt mit seinem vorlaufenden und nachlaufenden
Blatt verbunden ist, können
die Blätter
mechanisch stabilisiert und eine saubere Spaltführung der Strömung erreicht
werden. Die Blätter
können
radial innerhalb des Lüfterrads verbunden
sein, etwa mittels einem oder mehreren Zwischenringen, es können mehrere
Verbindungen auf verschiedenen Radien vorgesehen sein und es kann
alternativ oder zusätzliche
ein Deckmantel als Ring um den Außenumfang der Blätter gelegt
sein.
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Zweckmäßigerweise
erweitert der Ring sich in seinem Radius in derselben Richtung wie
die Nabe. Ist die Neigung der Nabe größer als die des Rings, verringert
sich der durchströmbare
Querschnitt des Fahrzeuglüfters
mit dem Vorteil eines noch besseren Druckaufbaus.
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Vorteilhaft
weisen die Blätter
eine Blatttiefe entlang der Nabenachse auf. Die Blätter können prinzipiell
gerade oder gekrümmt
verlaufen. Bevorzugt weisen die Blätter jedoch eine sichelförmige Ausgestaltung
auf. Durch den sichelförmigen
Verlauf vorzugsweise ihrer Vorderkante ist eine besonders effiziente
Strömungsführung möglich. Der
sichelförmige Verlauf,
auch Sichelung genannt, bezieht sich auf rückwärts gekrümmte Blätter, die entgegen der Umfangsrichtung
gesichelt sind.
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Die
Vorderkante des einzelnen Blatts kann besonders vorteilhaft mit
einem senkrechten Ansatz aus der Nabe beginnen und am äußeren Radius
des Blatts an einem Punkt enden, der zwischen 15% bis 75%, vorzugsweise
20% bis 70%, einer Sehnenlänge
des Blatts bei Frontalansicht des Lüfterrads liegt. Dadurch wird
die bevorzugte Sichelung des Blatts gebildet.
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Die
Blätter
können
günstigerweise
in Frontalansicht des Lüfterrads
eine flächige Überdeckung
ihrer Vorderkanten und/oder rückwärtigen Kanten
aufweisen. Dies trägt
zu einem vorteilhaften aeroakustischen Verhalten des Fahrzeuglüfters bei,
der damit trotz des hohen Druckaufbaus vorteilhaft leise ist. Die Schallemission
des Fahrzeuglüfters
nimmt trotz deutlicher Durchsatzsteigerung gegenüber Axiallüftern kaum zu. Durch die gesteuerte
Kühlmedienströmung kann
ein gezieltes thermisches Management durch den Motorraum und entlang
eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs eingesetzt werden und zusätzlich zur Reduzierung
von Bauteiltemperaturen im Strömungsweg
des Kühlmediums
beitragen.
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Die
flächige Überdeckung
eines Blatts zum jeweils vorlaufenden und nachlaufenden Blatt kann günstigerweise
jeweils 5% bis 25%, bevorzugt 10% bis 20% betragen. Dabei entspricht
die flächige Überdeckung
mit dem vorlaufenden und nachlaufenden Blatt von beispielsweise
10% bis 20% in Frontalansicht einem Überdeckungsverhältnis von
1,2 bis 1,4. Durch die Überdeckung
ist eine günstige
Strömungsführung bei
vorteilhaft niedrigen Schallemissionen möglich.
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Eine
axiale Erstreckung des Rings kann mindestens so groß sein wie
die der Blätter.
Damit ist eine besonders stabile Verbindung möglich. Der Ring kann dann in
Einbaulage des Fahrzeuglüfters
in einem Motorraum vorteilhaft mit einer Lüfterzarge zusammenwirken, um
Leckagen zu vermindern.
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Alternativ
kann eine axiale Erstreckung des Rings geringer sein als die der
Blätter.
Bevorzugt kann der Ring ein Längenverhältnis über die
Blatttiefe zwischen 0,15 und 1, bevorzugt zwischen 0,2 und 1 aufweisen.
Vorteilhaft können
die Blätter
den Ring nicht nur axial, sondern auch radial überragen. Dadurch ist eine
weitere Verbesserung der Strömungsführung und
des Druckaufbaus möglich.
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Zweckmäßigerweise
beginnt der Ring an der Strömungseintrittseite
des Fahrzeuglüfters
bzw. der Nabe und/oder der Vorderkante der Blätter. Die Strömungseintrittseite
ist die der Strömung
zugewandte Seite der Nabe und kann auch als Anströmseite der Nabe
bezeichnet werden.
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Vorzugsweise
weist die Nabe einen Neigungswinkel zwischen 20° und 35°, bevorzugt zwischen 25° und 30°, zur Nabenachse
auf. Ein günstiges
Nabenverhältnis
liegt zwischen 0,1 und 0,55, bevorzugt zwischen 0,15 und 0,5. Bevorzugt
weisen die Blätter
eine Blatttiefe entlang der Nabenachse zwischen 0,05 bis 0,25 m,
bevorzugt zwischen 0,07 und 0,2 m, auf.
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Weist
der Ring einen Neigungswinkel zwischen 2° und 20°, bevorzugt zwischen 5° und 15°, zur Nabenachse
auf, kann eine geringfügige
Verengung des durchströmbaren
Querschnitts erreicht werden, was weiter zu einem besseren Druckaufbau beiträgt. Dies
gilt insbesondere mit den vorgenannten Parametern für das Nabenverhältnis sowie
die Blatttiefe bzw. die Einbautiefe des Lüfterrads. Die Blätter können um
die Nabe äquidistant
verteilt sein, was den Zusammenbau vereinfacht. Gegebenenfalls kann
auch bei Bedarf eine unsymmetrische Anordnung gewählt werden.
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Besonders
günstig
ist, wenn das Lüfterrad mindestens
neun und höchstens
siebzehn Blätter aufweist.
Vorteilhaft ist dabei eine ungerade Anzahl von Blättern. Damit
sind vorteilhafte aerodynamische und aeroakustische Eigenschaften
des Fahrzeuglüfters
erreichbar.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand
eines in der Zeichnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert, ohne
auf dieses Ausführungsbeispiel
beschränkt
zu sein.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
Schnitt durch eine bevorzugte Luftführungsanordnung;
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2 eine
Detailansicht einer bevorzugten Luftführung aus 1 in
Schrägansicht;
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3a,
b; eine Ansicht einer Kühlanordnung (3a)
und einen Schnitt durch die Mitte der Kühlanordnung (3b);
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4 eine
Ansicht eines bevorzugten Fahrzeuglüfters mit einem Deckmantel
am Außenumfang;
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5 eine Draufsicht auf verschiedene Lüfterräder mit
ungesichelten Blättern
(5a) und mit in unterschiedlicher Stärke gesichelten
Blättern (5b-5d);
und
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6 einen
Schnitt durch einen Motorraum mit einer vereinfacht dargestellten,
bevorzugten Luftführungsanordnung
zur Veranschaulichung der Bemaßung
des Fahrzeuglüfters.
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In
den Figuren sind funktionell gleichartige Elemente mit gleichen
Bezugszeichen beziffert.
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1 zeigt
zur Erläuterung
der Erfindung eine bevorzugte Luftführungsanordnung 50 zum Kühlen eines
Verbrennungsmotors 28 (6), insbesondere
in einem Nutzfahrzeug, wobei in 2 ein Detail
des Übergangs
von der Lüfterhaube 24 zum Fahrzeuglüfter 10 herausgehoben
ist. Dargestellt ist in 1 die obere Hälfte der
Luftführungsanordnung 50.
Das Bezugszeichen 52 gibt die normale Fahrtrichtung an.
Ein Kühlluftstrom 84 gelangt
von einem Kühlmodul 34 aus über eine
die Kühlluft
einschließende
Lüfterhaube 24 zu
einem Fahrzeuglüfter 10. Das
Kühlmodul 34 umfasst übliche,
nicht näher
bezeichnete Kühleinheiten
des Fahrzeugs, wie etwa einen Kondensator einer Klimaanlage, einen
Ladeluftkühler
zur Kühlung
der Verbrennungsluft für
den Verbrennungsmotor 28, sowie einen Kühlmittelkühler zur Kühlung eines Kühlmittels
des Verbrennungsmotors 28.
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Der
Kühlluftstrom 84 ist
räumlich
getrennt von einer durch einen Abdeckring 70, eine Dichtmanschette 60 und
eine Dichtlippe 62 gebildete Abdichtung 60, 62, 70 geführt, die
zwischen Lüfterhaube 24 und
Fahrzeuglüfter 10 bzw.
einem Motorzargenring 40, welche den Fahrzeuglüfter 10 umgibt,
angeordnet ist. Der Kühlluftstrom 84 gelangt
direkt auf ein Lüfterrad 12 des
Fahrzeuglüfters 10.
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Die
Lüfterhaube 24 umfasst
an ihrem dem Fahrzeuglüfter 10 zugewandten
Ende eine Düsenkontur 54.
Vorzugsweise ist die Lüfterhaube 24 so geformt,
dass sich an ihrem freien Ende deren Durchmesser verkleinert und
so die Düsenkontur 54 bildet. Die
Düsenkontur 54 ist
durchmesserkleiner ausgebildet als ein durchmessergrößerer Ring 56,
der im Bereich der sich in Strömungsrichtung 38 im
Durchmesser verjüngenden
Düsenkontur 54 außenumfänglich an
die Lüfterhaube 24 aufgesetzt
ist. Düsenkontur 54 und
Ring 56 sind durch einen Hohlraum 58 beabstandet
und zum Fahrzeuglüfter 10 hin
offen.
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Der
Ring 56 bildet eine Auflagefläche für ein nicht näher bezeichnetes
freies Ende der äußeren Dichtmanschette 60,
die an einem Außenumfang
des Abdeckrings 70 angeordnet ist. Die äußere Dichtmanschette 60 ist
dabei montagefreundlich umklappbar an dem Abdeckring 70 angeordnet,
was durch einen Pfeil gekennzeichnet ist. Ein Abstützbuckel 64 ist auf
der Manschette 60 ausgebildet, wobei die Ringfläche 66 des
Abdeckrings 70 eine Abstützfläche für die Dichtmanschette 60 bildet.
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An
einem Innenumfang des Abdeckrings 70 ist die elastische
Dichtlippe 62 angeordnet, welche radial außen und
in Verlängerung
der Düsenkontur 54 angeordnet
ist oder zumindest einen großen
Teil eines Spalts 68 zwischen einem freien Ende der Düsenkontur 54 und
einer stromab gelegenen Rückseite
des Abdeckrings 70 abdeckt.
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Der
Abdeckring 70 steht mit seiner flachen Ringfläche quer
zur Strömungsrichtung 38 und
weist auf seiner dem Fahrzeuglüfter 10 zugewandten
Seite einen sich in axialer Richtung erstreckenden Bund 72 auf.
Mit dem Bund 72 kann der Abdeckring 70 einfach auf
den Motorzargenring 40 aufgesteckt werden.
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Der
Motorzargenring 40 ist vorzugsweise motorfest und die Lüfterhaube 24 kühlmodulfest,
mit seinem Außenrand 26 auf
dem Kühlmodul 34,
befestigt.
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Innerhalb
des äußeren Bunds 72 des
Abdeckrings 70 ist zur Verminderung einer Rückströmung ein
durchmesserkleinerer Bund 74 angeordnet. Der Fahrzeuglüfter 10 weist
einen als Lüftermantel
ausgebildeten Ring 18 auf, der sich in Strömungsrichtung 38 in
seinem Durchmesser erweitert und der von einem zylinderförmigen Ring 48 umgeben
ist; die beiden Ringe 18, 48 sind an ihrer stromab
liegenden Seite miteinander verbunden.
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Der äußere Ring 48 ist
parallel zu einem Motorzargenring 40, der den äußeren Ring 48 umgibt. Der
innere Bund 74 erstreckt sich zwischen den Ring 18 und
den Ring 48 so, dass eine Art Labyrinth gebildet ist, welches
eine Rückströmung oder
eine Umluftführung
vom Motorumströmungsraum
stromab hinter dem Fahrzeuglüfter 10 und
dem Bereich stromauf vor dem Fahrzeuglüfter 10 unterbindet.
Es ergibt sich ein Spaltmaß 80 zwischen
den Ring 18 und Bund 74, Bund 74 und
Ring 48 sowie Ring 48 und Motorzargenring 40,
das vorzugsweise mehrere Millimeter lang ist, beispielsweise 7 mm.
Ein Spalt 78 zwischen dem Lüfteraußenring 48 und dem
Abdeckring 70 ist kleiner als das Spaltmaß 80 und
beträgt
beispielsweise 3 mm. Zwischen der stromab gelegenen Rückseite
des Abdeckrings 70 und dem freien Ende der Düsenkontur 54 liegt
ein Spalt 68, der größer ist
als das Spaltmaß 80 und
beispielsweise 25 mm beträgt.
Der Spalt 68 ist groß genug,
dass der Abdeckring 70 bei der Demontage Richtung Lüfterhaube 24 vom
Motorzargenring 40 abgezogen und aus der Luftführungsvorrichtung 50 entnommen
werden kann. Die genauen Werte sind jeweils an die Geometrieverhältnisse der
Luftführungsanordnung
leicht anzupassen.
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Erkennbar
ist in der 1, dass das Lüfterrad 12 den
Motorzargenring 40 axial überragt. Bei dem Teil des Lüfterrads 12,
welches über
den Motorzargenring 40 übersteht,
weisen die Blätter 24 mit
ihren Blattenden einen größeren Durchmesser
auf als innerhalb des Motorzargenrings 40. Dadurch ergibt sich
ein abgestufter Durchmesser des Fahrzeuglüfters 10, was mit
Radien d1 und d2 angedeutet ist. Durch den abgestuften Außendurchmesser
(2·d2, 2·d1) des
Fahrzeuglüfters 10 kann
der Motorzargenring 40 an seinem Innendurchmesser reduziert
werden. Bei einem beispielhaften Lüfteraußendurchmesser an den freien
Blattenden von 2·d2
= 813 mm und einem reduzierten Durchmesser 2·d2 = 803 mm ist eine Platzersparnis
von 10 mm möglich,
und der Innendurchmesser des Motorzargenrings 40 kann beispielsweise
bei 817 mm liegen.
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Die 3a und 3b zeigen
eine dreidimensionale Ansicht der bevorzugten Luftführungsanordnung 50 der 1 und 2,
wobei 3a die Totalansicht mit geschlossener
Lüfterhaube 24 und 3b eine
in der Mitte aufgeschnittene Ansicht zeigt. Zur Beschreibung der
Elemente wird zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen auf die
vorstehenden Figurenbeschreibungen verwiesen.
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Deutlich
erkennbar ist der Überstand
der Blätter 14 des
Lüfterrads 12 sowie
die leichte Demontierbarkeit des Abdeckrings.
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Wird
die Dichtmanschette 60 in Richtung Motorzargenring 40 umgeklappt
und der Abdeckring 70 vom Motorzargenring 40 nach
vorne Richtung Lüfterhaube 24 abgezogen,
kann der Abdeckring 70 einfach zwischen Motorzargenring 40 und
Lüfterhaube 24 beispielsweise
nach oben entnommen werden.
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Einen
beispielhaften Fahrzeuglüfter 10 der erfindungsgemäßen Luftführungsanordnung
zeigt 4. Eine Mehrzahl von Blättern 14 ist an einer zentralen,
kegelstumpfförmigen
Nabe 16 angeordnet. Zur Vermeidung von unerwünschten
Schwingungen ist eine ungerade Anzahl von Blättern günstig, vorzugsweise mindestens
neun oder mehr Blätter 14. Deren
Stirnseite bzw. Strömungseintrittseite 36 ist dem
zuströmenden
Kühlmedium,
vorzugsweise Kühlluft,
ausgesetzt.
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Die
Blätter 14 weisen
eine seitliche Überdeckung
ihrer in radialer Richtung weisenden Vorderkanten 20 und
rückwärtigen Kanten 22 auf.
Das Überdeckungsverhältnis für das jeweilige Blatt 14 an seiner
jeweiligen Vorderkante 20 durch die rückwärtige Kante 22 des
nachlaufenden Blatts 14 und an seiner rückwärtigen Kante 22 durch
die Vorderkante 20 des vorlaufenden Blatts 14 liegt
im Bereich zwischen 1,1 bis 1,5, entsprechend jeweils 5% bis 25%,
vorzugsweise 1,2 bis 1,4, entsprechend 10% bis 20% seiner Fläche in Frontalansicht
des Lüfterrads 12.
Die Blätter 14 weisen
eine Steigung entlang der Nabe 16 in Richtung deren Nabenachse 42 auf
mit einer relativ großen
Blatttiefe in axialer Richtung.
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Die
beispielsweise symmetrisch um die Nabe 16 verteilten Blätter 14 sind
an ihren außenumfänglichen
Enden von einem kegelstumpfartig verlaufenden, als Deckmantel ausgebildeten
Ring 18 umgeben und um die Nabe 16 vorzugsweise äquidistant verteilt.
Der Ring 18 verbindet die einzelnen Blätter 14 miteinander
und stabilisiert diese mechanisch.
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Erkennbar
ist, dass die Nabe 16 ausgehend von ihrer Strömungseintrittseite 36 sich
wie der als Deckmantel ausgebildete Ring 18 in Strömungsrichtung 38 erweitert,
wobei der Ring 18 steiler ausgebildet sein kann als die
Nabe 16. Die axiale Erstreckung des Rings 18 ist
ungefähr
gleich der axialen Höhe
der Nabe 16 und etwa gleich der Blatttiefe. Die Blatttiefe ist
zweckmäßigerweise
etwas geringer als die axiale Höhe
von Nabe 16 und Ring 18. Der Ring 18 weist seinen
kleinsten Radius an der Strömungseintrittseite 36 der
Nabe 16 auf.
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In
der gezeigten Ausgestaltung ist eine axiale Erstreckung des Rings 18 mindestens
so groß ist wie
die der Blätter 14,
so dass das gesamte Lüfterrad 12 mit
seinen Blättern 14 axial
innerhalb des Rings 18 angeordnet ist. Der Ring 18 weist
dann ein Längenverhältnis über die
Blatttiefe von 1 auf.
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Alternativ
kann die axiale Erstreckung des Rings 18 geringer sein
als die der Blätter 14,
wie in den 2 und 3 ausgeführt ist,
wobei die Blätter 14 den
Ring 18 radial nach außen überragen,
was die Strömungsführung der
Kühlluft
weiter verbessert.
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Der
Ring 18 weist vorzugsweise ein Längenverhältnis über die Blatttiefe zwischen
0,15 und 1, bevorzugt zwischen 0,2 und 1 auf. Die Nabe 16 weist
einen Neigungswinkel α zwischen
20° und
35°, bevorzugt
zwischen 25° und
30°, zur
Nabenachse 42 auf, während
der Ring 18 mit einen Neigungswinkel zwischen 2° und 20°, bevorzugt
zwischen 5° und
15°, zur
Nabenachse 42 steiler als die Nabe 16 verläuft.
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Die 5a-5d zeigen
in Draufsicht von der Strömungseintrittseite 36 her
gesehen verschiedene, besonders bevorzugte Lüfterräder 12 mit ungesichelten
Blättern
(5a) und mit in unterschiedlicher Stärke gesichelten
Blättern
(5b-5d). Der nabenseitige Anschluss 44 der
Blätter 14 lässt die
Steigung der Blätter 14 entlang
der Nabe 16 erkennen. Besonders bevorzugt ist eine Zahl
von Blättern 14 zwischen 9 und 17;
hier sind beispielhaft dreizehn Blätter 14 im jeweiligen
Lüfterrad 12 dargestellt.
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Die
Blätter 14 weisen
in den 5b-5d jeweils
eine sichelartige Ausgestaltung der Vorderkanten 20 auf,
die am einzelnen Blatt 14 mit einem senkrechten Ansatz 46 aus
der Nabe 16 beginnt und am äußeren Radius des Blatts 14 an
einem Punkt endet, der zwischen 15% bis 75%, vorzugsweise 20% bis
70%, einer Sehnenlänge
des Blatts 14 bei Frontalansicht des Lüfterrads 12 liegt.
Die Sichelung der Blätter 14 bezieht
sich auf rückwärts gekrümmte Blätter 14,
entgegen der Umfangsrichtung gesichelt. 5b zeigt
beispielhaft eine Sichelung von 30%, 5c eine
von 50% und 5d eine von 70%.
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Der
Fahrzeuglüfter 10 ist
in eine motorfest gelagerte Zarge 24 eingebaut. Die Lüfterhaube 24 in eingebautem
Zustand im Motorraum eines Fahrzeugs gemäß einer bevorzugten Lüfteranordnung
ist in 6 im Schnitt gezeigt, wobei die Darstellung vereinfacht
ist und eine Düsenkontur 54 gemäß 1 nicht
dargestellt ist. Der Aufbau des Fahrzeuglüfters 10 mit Nabe 16 und
Ring 18 ist in 4 erläutert, so dass zu dessen Beschreibung
auf die vorangehende Figurenbeschreibung verwiesen wird.
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Ein
außenumfänglich um
die Lüfterflügel 14 angeordneter,
als Deckmantel ausgebildeter Ring 18 verläuft parallel
zu einem einen motorfesten Motorzargenring 40. Zwischen
dem lüfterseitigen
Ring 18 und dem Motorzargenring 40 ist ein enger
Spalt ausgebildet. In diesem Fall ist der Ring 18 nicht
von einem weitern zylindrischen Außenring 48 umgeben. An
ihrem Außenrand 26 ist
die Lüfterhaube 24 an
einer Kühleranordnung 34 mit üblichen,
nicht näher
bezeichneten Wärmetauschern
befestigt, wie in 1 näher erläutert ist.
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Der
Fahrzeuglüfter 10 ist
in der Lüfterhaube 24 eingebaut,
die zwischen der Kühleranordnung 34 und
einem Motorblock eines Verbrennungsmotors 28 angeordnet
ist. Deutlich erkennbar ist der kegelstumpfartige Verlauf des als
Deckmantel ausgebildeten Rings 18 und der Nabe 16.
Innerhalb der Nabe 16 kann beispielsweise ein Antriebsmotor
des Fahrzeuglüfters 10 angeordnet
sein. Der Fahrzeuglüfter 10 kann
auch vom Verbrennungsmotor 28 angetrieben sein.
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Durch
die gegenseitige Überdeckung
und die Sichelung der Blätter 14 wird
vorteilhaft erreicht, dass eine Schallemission im Wesentlichen in
den Motorraum Richtung Verbrennungsmotor 28 geleitet wird
und nicht nach außen
Richtung Kühleranordnung 34.
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Ein
durchströmter
Querschnitt des Fahrzeuglüfters 10 ist
in axialer bzw. Strömungsrichtung 38 praktisch
konstant oder verjüngt
sich durch die unterschiedliche Steilheit von Ring 18 und
Nabe 16 etwas mit dem Vorteil eines weiter verbesserten
Druckaufbaus.
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Vorteilhaft
beträgt
ein Nabenverhältnis
b/a zwischen 0,1 und 0,55, bevorzugt zwischen 0,15 und 0,5, wobei
a für den
anströmseitigen
Nabenradius steht und b für
den Radius bis zum als Reckmantel ausgebildeten Ring 18.
Die Blätter 14 weisen
eine Blatttiefe c entlang der Nabenachse 42 zwischen 0,05
bis 0,25 m, bevorzugt zwischen 0,07 und 0,2 m, auf.
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Im
eingebauten Zustand kann zur Erhöhung der
Kühlleistung
kann stromab hinter dem Fahrzeuglüfter 10 eine zeichnerisch
nicht ausgeführte
drallmindernde Nachleitvorrichtung angeordnet sein.
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Ein
Strömungsverlauf
des bevorzugten Fahrzeuglüfters 10 in
der gezeigten bevorzugten Lüfteranordnung
führt Kühlluft zu,
die stromauf des Fahrzeuglüfters 10 parallel
verläuft
und dann in den Fahrzeuglüfter 10 gelangt
und eine vorteilhafte Abströmung
in den Motorraum mit hohen Geschwindigkeiten zeigt. Die Blätter 14 in
Kombination mit der Nabe 16 und dem außenumfänglich an den Blättern 14 angeordneten
Ring 18 erteilen der mit hohem Durchsatz geförderten
Strömung
eine deutlich radiale Komponente. Dadurch ist die Strömung nach
dem Durchtritt durch den Fahrzeuglüfter 10 in Kanäle 30, 32 um
den Motorblock des Verbrennungsmotors 28 leitbar. Auch bei
großen
Außendurchmessern
um 850 mm und sich in axialer Richtung erstreckenden Blatttiefen
von bis zu 140 mm wird die Kühlluft
mit hohem Durchsatz und hohem Druckaufbau gefördert und ermöglicht den
Einsatz auch leistungsstarker Verbrennungsmotoren.