DE102015216335A1

DE102015216335A1 - Lüfter für eine Kühleranordnung

Info

Publication number: DE102015216335A1
Application number: DE102015216335.0A
Authority: DE
Inventors: Uwe Aschermann
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2015-08-26
Publication date: 2017-03-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Düsenmantellüfter (1) für eine Kühleranordnung eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein mehrere Laufschaufeln (4) aufweisendes Lüfterrad (2) zur drehbaren Anordnung an einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs, eine Lüfterzarge (3) zur Befestigung an einem Kühler des Fahrzeugs, die einen vom Kühler zum Lüfterrad (2) führenden Kanal (6) definiert und die an einer zum Lüfterrad (2) führenden Einlassöffnung (8) eine ringförmig umlaufende Düsenkontur (7) aufweist, die von einem die Einlassöffnung (8) einfassenden Randbereich (9) der Lüfterzarge (3) in Richtung einer Saugseite (12) des Lüfterrads (2) absteht, und wenigstens ein Diffusorsegment (19), das sich nur über einen Teil des Umfangs der Einlassöffnung (8) erstreckt und das an einer vom Kanal (6) abgewandten Außenseite (15) der Lüfterzarge (3) an der Lüfterzarge (3) befestigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lüfter, vorzugsweise einen Mantellüfter und insbesondere einen Düsenmantellüfter, für eine Kühleranordnung eines Kraftfahrzeugs.
Aus der DE 10 2011 121 624 A1 ist ein Mantellüfter bekannt, der ein mehrere Laufschaufeln aufweisendes Lüfterrad zur drehbaren Anordnung an einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs sowie eine Lüfterzarge zur Befestigung an einem Kühler des Fahrzeugs aufweist. Die Lüfterzarge definiert einen vom Kühler zum Lüfterrad führenden Kanal und weist einen Randbereich auf, der eine zum Lüfterrad führende Einlassöffnung in der Umfangsrichtung einfasst. Am Randbereich ist eine umlaufende Mantelstruktur ausgebildet, die an einer vom Kühler abgewandten Seite vom Randbereich absteht. Diese Mantelstruktur überdeckt die Laufschaufeln in der Axialrichtung zumindest teilweise, so dass die Laufschaufeln radial innerhalb dieser Mantelstruktur angeordnet sind.
Bei dem bekannten Mantellüfter sind an der Lüfterzarge in der Umfangsrichtung verteilt mehrere Leitschaufeln angeordnet, die jeweils radial und axial von der Lüfterzarge abstehen und die eine Strömungsleitfunktion besitzen, um im Betrieb des Mantellüfters den vom Lüfterrad geförderten Luftstrom besser ableiten zu können, wodurch sich die Gefahr unerwünschter Rückströmungen reduziert.
Aus der DE 10 2009 015 104 A1 ist ein Axiallüfter bekannt, der ebenfalls ein mehrere Laufschaufeln aufweisendes Lüfterrad zur drehbaren Anordnung an einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs aufweist. Der bekannte Axiallüfter ist außerdem mit einer Lüfterzarge ausgestattet, die im Unterschied zu einem Mantellüfter zur Befestigung an der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Diese motorfeste Lüfterzarge ist mit einem in der Umfangsrichtung umlaufenden Zargenring ausgestattet, der die Laufschaufeln in der Axialrichtung zumindest teilweise überdeckt, so dass die Laufschaufeln radial innerhalb dieses Zargenrings angeordnet sind. Beim bekannten Axiallüfter sind außen an der Lüfterzarge entlang mehrerer Umfangssegmente jeweils mehrere Leitschaufeln angeordnet, die radial und axial von der Lüfterzarge abstehen. Diese Leitschaufeln bewirken im Betrieb des Axiallüfters ebenfalls eine Ausrichtung und/oder Umlenkung und/oder Verzögerung der Abströmung, um letztlich die Effizienz des Axiallüfters zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen Lüfter eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Effizienz auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, den jeweiligen Lüfter als Düsenmantellüfter auszugestalten, der sich dadurch charakterisiert, dass die zur Befestigung an einem Kühler des Fahrzeugs vorgesehene Lüfterzarge an einer zum Lüfterrad führenden Einlassöffnung eine ringförmig umlaufende Düsenkontur aufweist, die von einem die Einlassöffnung einfassenden Randbereich der Lüfterzarge in Richtung einer Saugseite des Lüfterrads absteht. Während ein herkömmlicher Mantel die Laufschaufeln des Lüfterrads radial außen einfasst, ist diese Düsenkontur, die einen düsenförmigen Mantel definiert, an der Saugseite des Lüfterrads, also stromauf davon angeordnet. Hierdurch dient die Düsenkontur zur gezielten Strömungsführung zur Saugseite des Lüfterrads. Ein derartiger Düsenmantellüfter zeichnet sich durch eine besonders hohe Effizienz aus. Die Düsenkontur zeichnet sich durch einen durchströmbaren Querschnitt aus, der sich in der Strömungsrichtung, also in Richtung zum Lüfterrad hin verjüngt. In der Regel stehen die Laufschaufeln radial über die Düsenkontur über und sind davon axial beabstandet.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der hier vorgestellte Düsenmantellüfter außerdem mit wenigstens einem Diffusorsegment ausgestattet sein, das sich nur über einen Teil des Umfangs der Einlassöffnung erstreckt und das an einer von dem durch die Lüfterzarge definierten, vom Kühler zum Lüfterrad führenden Kanal abgewandten Außenseite der Lüfterzarge an der Lüfterzarge befestigt ist. Mit Hilfe eines derartige Diffusorsegments kann gezielt entlang eines Umfangsabschnitts des Lüfterrads bzw. der Einlassöffnung eine gewünschte Diffusorwirkung realisiert werden, um die Abströmung des vom Lüfterrad geförderten Luftstroms im Bereich dieses Umfangssegments zu beeinflussen. Durch die Beeinflussung der Luftströmung gezielt in nur einem einzigen Umfangssegment oder in mehreren separaten Umfangssegmenten lässt sich die Abströmung hinsichtlich der jeweiligen Einbausituation optimieren. Beispielsweise lässt sich die Abströmung so gezielt um Strömungshindernisse herumführen, um das Abströmen des Luftstroms zu verbessern, was letztlich die Effizienz des Lüfters erhöht.
Ein derartiges Diffusorsegment kann sich in der Umfangsrichtung über mindestens 20° erstrecken. Die Umfangsrichtung bezieht sich dabei auf eine Rotationsachse des Lüfterrads. Bevorzugt erstreckt sich das jeweilige Diffusorsegment in einem Bereich von einschließlich 30° bis einschließlich 60°, insbesondere in einem Bereich von einschließlich 40° bis einschließlich 50°. Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der sich das jeweilige Diffusorsegment über 45° erstreckt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform können zwei oder mehr Diffusorsegmente vorgesehen sein, die in der Umfangsrichtung verteilt entlang des Umfangs der Einlassöffnung an der Lüfterzarge angeordnet sind. Besonders zweckmäßig ist dabei eine Ausführungsform, bei der sich alle Diffusorsegmente zusammen nicht über den gesamten Umfang der Einlassöffnung erstrecken. Mit anderen Worten, die Erstreckung in Umfangsrichtung aller einzelnen Umfangssegmente ist in der Summe kleiner als 360°.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können zumindest zwei verschiedene Diffusorsegmente vorgesehen sein. Die unterschiedlichen Diffusorsegmente können sich beispielsweise durch ihre Erstreckung in der Umfangsrichtung voneinander unterscheiden. Ferner können die Diffusorsegmente jeweils für unterschiedliche Diffusorwirkungen ausgelegt sein. Ebenso ist denkbar, eines der Diffusorsegmente mit Leitschaufeln auszustatten. Ferner ist denkbar, bei zwei Diffusorsegmenten, die jeweils mit Leitschaufeln ausgestattet sind, die Leitschaufeln mit unterschiedlicher Anzahl und/oder unterschiedlichen Größen und/oder unterschiedlichen Anstellwinkeln vorzusehen.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das jeweilige Diffusorsegment Befestigungselemente aufweisen, die mit an der Lüfterzarge ausgebildeten komplementären Gegenbefestigungselementen zum Befestigen des jeweiligen Diffusorsegments an der Lüfterzarge zusammenwirken. Hierdurch lassen sich diese Diffusorsegmente bei Bedarf besonders einfach auch nachträglich montieren.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die Gegenbefestigungselemente an der Lüfterzarge in der Umfangsrichtung verteilt angeordnet sein, und zwar derart, dass das jeweilige Diffusorsegment wahlweise an mehreren verschiedenen Umfangspositionen an der Lüfterzarge befestigt werden kann.
Mit anderen Worten, an der Lüfterzarge sind mehr Gegenbefestigungselemente vorgesehen als zum Befestigen eines derartigen Diffusorsegments erforderlich sind. Hierdurch ist es möglich, das jeweilige Diffusorsegment an verschiedenen Umfangspositionen anzubringen, wodurch der hier vorgestellte Düsenmantellüfter besonders einfach an unterschiedliche Einbausituationen angepasst werden kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, die Gegenbefestigungselemente über den gesamten Umfang verteilt an der Lüfterzarge vorzusehen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die Befestigungselemente und die Gegenbefestigungselemente als Steckverbindung in Axialrichtung oder in Umfangsrichtung oder als Bajonettverbindung zusammenwirken. Optional kann eine Verrastung in die Befestigung integriert sein, die durch die Befestigungselemente und die Gegenbefestigungselemente gebildet ist. Durch die Verrastung kann eine Endposition gesichert werden, die beim Herstellen der Steckverbindung am Ende der Axialbewegung bzw. am Ende der Drehbewegung in Umfangsrichtung das Diffusorsegment an der Lüfterzarge sichert. Eine Bajonettverbindung charakterisiert sich gegenüber einer reinen Steckverbindung dadurch, dass zwei unterschiedliche Bewegungsrichtungen nacheinander durchgeführt werden müssen. Typischerweise erfolgt zunächst eine Axialbewegung, auf die eine Drehbewegung folgt. Somit lässt sich das jeweilige Diffusorsegment zunächst axial auf die Lüfterzarge aufstecken und anschließend in der Umfangsrichtung dazu verdrehen, um seine Endposition zu erreichen. In dieser Endposition kann wiederum eine Verrastung wirken, um die Endposition zwischen Diffusorsegment und Lüfterzarge zu sichern.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest ein solches Diffusorsegment an einem von der Lüfterzarge entfernten Diffusorbereich eine Diffusorkontur aufweisen, die sich in Axialrichtung mit zunehmendem Abstand von der Einlassöffnung aufweitet. Diese Aufweitung bezieht sich dabei auf den Abstand der Diffusorkontur von der Rotationsachse, der mit zunehmendem Axialabstand von der Einlassöffnung zunimmt. Die Diffusorkontur schafft somit eine lokale Strömungsverzögerung, die mit einem gezielten lokalen Druckanstieg einhergeht. Hierdurch lässt sich die Abströmung am gesamten Umfang des Lüfterrads beeinflussen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das jeweilige Diffusorsegment zwischen der Lüfterzarge und dem Diffusorbereich einen Rückströmbereich aufweist, durch den hindurch sich im Betrieb des Lüfters eine Rückströmung von einem Druckbereich zur Saugseite des Lüfterrads ausbildet. Dieser Druckbereich befindet sich dabei an der Außenseite der Lüfterzarge und an einer vom Lüfterrad abgewandten Rückseite des Diffusorsegments. Eine derartige gezielte Rückströmung im Bereich des Diffusorsegments führt zu einer Beschleunigung der Luftströmung in einem radial außenliegenden Randbereich der Einlassöffnung. Diese Maßnahme führt somit zu einer Stabilisierung der Lüfterkennlinie, und zwar in besonderer Weise bei starker Drosselung. Somit kann das Verhalten des Lüfters bei größeren Strömungswiderständen verbessert werden. Insbesondere kann der Druckaufbau des Lüfterrads bei kleinen Volumenströmen verbessert werden.
Gemäß einer Weiterbildung können im Rückströmbereich mehrere radial durchströmbare Rückströmöffnungen vorgesehen sein. Hierdurch wird die Ausbildung besagter Rückströmung besonders einfach möglich.
Gemäß einer anderen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Rückströmbereich an einer dem Lüfterrad zugewandten Vorderseite des Diffusorsegments eine flächige Führungskontur aufweist, in der mehrere radial durchströmbare Rückströmöffnungen ausgespart sind. Die flächige Führungskontur bildet am Diffusorsegment eine Art Mantelsegment, das die Laufschaufeln in der Axialrichtung zumindest teilweise überdeckt, so dass die Laufschaufeln radial innerhalb dieses Mantelsegments bzw. dieser Führungskontur angeordnet sind. Hierdurch besitzt das Diffusorsegment im Bereich seiner Führungskontur eine effiziente Strömungsführungsfunktion. Ferner führt die Positionierung der Rückströmöffnungen in dieser Führungskontur außerdem zu einer gezielten Führung der Rückströmung.
Gemäß einer anderen Weiterbildung kann an oder in wenigstens einer dieser Rückströmöffnungen zumindest ein Strömungsleitelement angeordnet sein, das radial ausgerichtet ist oder in einem Bereich von ±30° zur Radialrichtung geneigt ausgerichtet ist. Mit Hilfe eines derartigen Strömungsleitelements erfolgt eine Ausrichtung der Rückströmung beim Durchströmen der jeweiligen Rückströmöffnung. Hierdurch lässt sich die Effizienz der Rückströmung verbessern.
Bei einer anderen Ausführungsform kann der Diffusorbereich über mehrere in der Umfangsrichtung verteilte Distanzelemente axial beabstandet von der Lüfterzarge angeordnet sein, so dass Zwischenräume, die sich in der Umfangsrichtung zwischen benachbarten Distanzelementen befinden, radial durchströmbare Rückströmöffnungen bilden. Hierdurch kann insbesondere eine quasi freie radiale Zuströmung zu den Laufschaufeln realisiert werden, um die Ausbildung der vorgenannten Rückströmung zu verbessern. Außerdem kann durch diese Maßnahme die Positionierung des Diffusorbereichs besser an eine Druckseite des Lüfterrads angepasst werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann zumindest ein solches Diffusorsegment mehrere Leitschaufeln aufweisen, die im Betrieb des Lüfters in eine von einer Druckseite des Lüfterrads abströmende Hauptströmung des Lüfters hineinragen. Hierdurch kann mit Hilfe dieser Leitschaufeln effizient eine Strömungsleitfunktion realisiert werden, um je nach Einbausituation die Abströmung vom Lüfterrad zu verbessern. Die Leitschaufeln können dabei insbesondere von dem zuvor genannten Diffusorbereich abstehen und sich dabei axial sowie radial erstrecken.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können die Leitschaufeln ein gekrümmtes Profil aufweisen, so dass sie zumindest eine konkav gekrümmte Seite aufweisen. Diese Konkavseite ist dabei einer Rotationsrichtung des Lüfterrads zugewandt. Hierdurch können die Leitschaufeln eine Drallkomponente des abströmenden Luftstroms signifikant reduzieren, was ein vereinfachtes Abströmen unterstützt. Üblicherweise besitzen auch die Laufschaufeln ein gekrümmtes Profil, so dass sie zumindest eine konkav gekrümmte Seite besitzen. Diese Konkavseite ist zweckmäßig der Druckseite des Lüfterrads zugewandt und ist bei den Laufschaufeln bevorzugt an einer in der Rotationsrichtung vorausgehenden Seite angeordnet, so dass in diesem bevorzugten Fall die Konkavseiten der Leitschaufeln den Konkavseiten der Laufschaufeln zugewandt sind.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können die Leitschaufeln an einer vom Lüfterrad zugewandten Vorderseite der Diffusorsegmente angeordnet und an einem Diffusorbereich des Diffusorsegments ausgebildet sein. Hierdurch wirken die Leitschaufeln parallel zum Diffusorbereich, wodurch die strömungsleitende Wirkung besonders effizient ist.
Bei einer anderen Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei solche Leitschaufeln oder alle Leitschaufeln geometrisch verschieden ausgestaltet sind. Hierdurch kann das jeweilige mit solchen Leitschaufeln ausgestaltete Diffusorsegment für verschiedene Einbausituation optimal an die jeweilige Strömungssituationen am Lüfter angepasst werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des hier vorgestellten Düsenmantellüfters, die unabhängig von den vorstehend beschriebenen Diffusorsegmenten und somit auch ohne diese Diffusorsegmente realisierbar ist, kann das Lüfterrad ein ringförmiges umlaufendes Deckband aufweisen, das die Laufschaufeln im Bereich ihrer Schaufelspitzen miteinander verbindet. Bei dieser Ausführungsform weist die Lüfterzarge an ihrer Außenseite radial zur Düsenkontur beabstandet einen ringförmig umlaufenden Steg auf. Hierdurch wird an der Außenseite der Lüfterzarge ein ringförmiger umlaufender Ringraum radial zwischen dem Steg und der Düsenkontur ausgebildet. Zweckmäßig ist das Deckband des Lüfterrads nun so ausgestaltet, dass es an der Saugseite des Lüfterrads axial über die Leitschaufeln übersteht, so dass das Deckband axial in besagten Ringraum eingreift bzw. eintaucht. Hierdurch wird ein Rückströmkanal mit Mehrfachumlenkung definiert, durch den Luft aus einem radial außen am Lüfterrad liegenden Bereich in Richtung Deckband strömen kann, am Deckband in Richtung Ringraum umgelenkt wird, im Ringraum zwischen Steg und Düsenkontur um das Deckband herum gelenkt wird und anschließend aus dem Ringraum quasi axial zur Saugseite des Lüfterrads gelenkt wird. Dort bewirkt die Rückströmung eine Stabilisierung der Hauptströmung des Lüfters in einem radial außenliegenden Randbereich.
Das Deckband ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform radial außen konkav gekrümmt, während es radial innen konvex gekrümmt ist. Auf diese Weise besitzt bereits das Deckband eine Diffusorkontur. Insbesondere können bei einer bevorzugten Ausführungsform, bei der wenigstens ein Diffusorsegment der vorstehend beschriebenen Art zum Einsatz kommt, Diffusorsegment und Deckband so aufeinander abgestimmt sein, dass die Diffusorkontur des Diffusorsegments die Diffusorkontur des Deckbands quasi verlängert.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung können die weiter oben genannten Rückströmöffnungen axial beabstandet vom vorstehend genannten Steg und dem Deckband radial gegenüberliegend angeordnet sein. Hierdurch kann die Rückströmung beim Diffusorsegment gezielt im Bereich des Deckbands zugeführt werden, was die Effizienz der Rückströmung verbessert.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung können sich die Distanzelemente axial etwa über das gesamte Deckband erstrecken. Hierdurch ist das Deckband quasi frei radial anströmbar. Was eine effiziente Rückströmung begünstigt.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung können die Gegenbefestigungselemente am Steg ausgebildet sein. Hierdurch erhält der Steg eine Doppelfunktion, da er einerseits mit Hilfe des Deckbands zur Ausbildung des Rückströmkanals dient, während er andererseits zum Befestigen der Diffusorsegmente genutzt werden kann. Die Gegenbefestigungselemente können jedoch auch bezüglich des Stegs separat vorgesehen sein und vorzugsweise an einer vom Ringraum abgewandten Seite des Stegs an der Lüfterzarge angeordnet sein.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 eine isometrische Schnittansicht eines Lüfters mit Lüfterrad im Bereich eines Diffusorsegments,
2 eine isometrische Schnittansicht wie in 1, jedoch bei weggelassenem Lüfterrad,
3 eine isometrische Schnittansicht wie in 1, jedoch in einer anderen Blickrichtung,
4 eine Schnittansicht des Lüfters beim Montieren des Diffusorsegments,
5 eine vergrößerte Ansicht eines Details V aus 4,
6 eine weitere isometrische Ansicht des Lüfters bei einer weiteren Blickrichtung,
7 eine isometrische Schnittansicht wie in 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform des Diffusorsegments.
Entsprechend 1 umfasst ein Düsenmantellüfter 1, der im Folgenden verkürzt als Lüfter 1 bezeichnet werden kann, ein Lüfterrad 2 und eine Lüfterzarge 3. Das Lüfterrad 2 besitzt mehrere Laufschaufeln 4, die jeweils von einer Nabe 5 des Lüfterrads 2 ausgehen. Zweckmäßig sind die Laufschaufeln 4 integral an der Nabe 5 ausgeformt. Im vorliegenden Zusammenhang ist die Formulierung "integral ausgeformt" gleich zu verstehen wie "einteilig hergestellt" oder "einstückig hergestellt". Insbesondere handelt es sich beim Lüfterrad 2 um ein spritzgeformtes Kunststoffbauteil, bei dem alle integralen Bestandteile, also insbesondere die Nabe 5 und die Laufschaufeln 4, in einem einzigen Spritzwerkzeug ausgeformt werden. Integrale Bestandteile sind somit das Gegenteil von separaten Bestandteilen, die gegebenenfalls angebaut werden. Das Lüfterrad 2 ist im Einbauzustand des Lüfters 1 an einer hier nicht gezeigten Brennkraftmaschine eines hier ebenfalls nicht gezeigten Fahrzeugs drehbar angeordnet. Üblicherweise ist das Lüfterrad 2 über eine Kupplung, vorzugsweise über eine Viskokupplung, mit einem Antriebsstrang der Brennkraftmaschine antriebsverbunden. Die Lüfterzarge 3 ist im montierten Zustand des Lüfters 1 an einem hier nicht gezeigten Kühler des Fahrzeugs befestigt. Die Lüfterzarge 3 definiert dabei einen vom Kühler zum Lüfterrad 2 führenden Kanal 6. Ferner weist die Lüfterzarge 3 eine Düsenkontur 7 auf, die an einer Einlassöffnung 8 ringförmig umlaufend ausgebildet ist und von einem Randbereich 9 der Lüfterzarge 3 absteht. Der Randbereich 9 umfasst die Einlassöffnung 8 in der Umfangsrichtung 10, die sich auf eine in den 6 und 7 angedeutete Rotationsachse 11 des Lüfterrads 2 bezieht. Die Düsenkontur 7 steht dabei in Richtung einer Saugseite 12 des Lüfterrads 2 vom Randbereich 9 ab. Diese Saugseite 12 ist im montierten Zustand des Lüfters 1 dem Kühler zugewandt, während eine Druckseite 39 des Lüfterrads 2 üblicherweise einem Motorblock der Brennkraftmaschine zugewandt ist.
Bemerkenswert ist, dass die Laufschaufeln 4 die Düsenkontur 7 und somit die Einlassöffnung 8 radial überragen, so dass radial außenliegende Schaufelspitzen 13 der Laufschaufeln 4 radial außerhalb der Düsenkontur 7 und radial außerhalb der Einlassöffnung 8 liegen.
Die Düsenkontur 7 charakterisiert sich durch einen Einlaufbereich 45, in dem sich der durchströmbare Querschnitt in der Strömungsrichtung, also in Richtung zum Lüfterrad 2 verjüngt.
Im gezeigten bevorzugten Beispiel besitzt das Lüfterrad 2 außerdem ein ringförmig umlaufendes Deckband 14, das die Laufschaufeln 4 im Bereich ihrer Schaufelspitzen 13 miteinander verbindet. Zweckmäßig ist das Deckband 14 integral an den Leitschaufeln 4 ausgeformt. Ferner besitzt die Lüfterzarge 3 hier an ihrer vom Kanal 6 abgewandten Außenseite 15 radial beabstandet zur Düsenkontur 7 einen ringförmig umlaufenden Steg 16. Radial zwischen dem Steg 16 und der Düsenkontur 7 ist ein ringförmig umlaufender Ringraum 17 ausgebildet. Das Deckband 14 steht axial über die Laufschaufeln 4 über und taucht in diesen Ringraum 17 ein. Hierdurch wird ein nicht näher bezeichneter Rückströmkanal definiert, der im Betrieb des Lüfters 1 die Ausbildung einer Rückströmung 18 ermöglicht, die in 1 durch Pfeile angedeutet ist.
Zusätzlich oder alternativ kann der hier vorgestellte Lüfter 1 zumindest ein Diffusorsegment 19 aufweisen, das bezüglich der Lüfterzarge 3 ein separates Bauteil repräsentiert und das sich nur über einen Teil des Umfangs der Einlassöffnung 8 erstreckt. Das Diffusorsegment 19 ist an der Außenseite 15 der Lüfterzarge 3 an der Lüfterzarge 3 befestigt. Im gezeigten Beispiel erstreckt sich das Diffusorsegment 19 über etwa 45° des Umfangs. Erkennbar ist das Diffusorsegment 19 im Bereich des Stegs 16 an die Lüfterzarge 3 angebaut.
Zweckmäßig können zwei oder mehr derartige Diffusorsegmente 19 vorgesehen sein, die in der Umfangsrichtung 10 verteilt entlang des Umfangs der Einlassöffnung 8 an der Lüfterzarge 3 angeordnet sind. Bevorzugt ist dabei eine Ausführung, bei der sich alle Diffusorsegmente 19 zusammen über weniger als 360° erstrecken. Das bedeutet, dass zumindest ein Umfangsabschnitt ohne ein derartiges Diffusorsegment 19 vorliegt. Sofern zwei oder mehr Diffusorsegmente 19 vorhanden sind, können zumindest zwei Diffusorsegmente 19 verschieden ausgestaltet sein.
Zum Befestigen des jeweiligen Diffusorsegments 19 an der Lüfterzarge 3 weist das jeweilige Diffusorsegment 19 Befestigungselemente 20 auf, die zumindest in den 4 und 5 erkennbar sind. An der Lüfterzarge 3 sind dazu komplementäre Gegenbefestigungselemente 21 vorgesehen, die zumindest in den 4 bis 6 erkennbar sind. Die Befestigungselemente 20 wirken mit den Gegenbefestigungselementen 21 zum Befestigen des Diffusorsegments 19 an der Lüfterzarge 3 zusammen. Zweckmäßig kann vorgesehen sein, dass die Gegenbefestigungselemente 21 an der Lüfterzarge 3 in der Umfangsrichtung 10 derart verteilt angeordnet sind, und zwar derart, dass das jeweilige Diffusorsegment 19 an mehreren verschiedenen Umfangspositionen an der Lüfterzarge 3 befestigt werden kann. Im gezeigten Beispiel sind die Befestigungselemente 20 und die Gegenbefestigungselemente 21 als Steckverbindung ausgestaltet, die in der Axialrichtung 22 wirkt. Die Axialrichtung 22 bezieht sich dabei auf die Rotationsachse 11, verläuft also parallel zur Rotationsachse 11. Die durch das Befestigungselement 20 und das Gegenbefestigungselement 21 gebildete Steckverbindung wird im Folgenden mit 23 bezeichnet. In diese Steckverbindung 23 kann zweckmäßig eine Verrastung 24 integriert sein. Beispielsweise ist das jeweilige Gegenbefestigungselement 21 durch einen Rasthaken 46 gebildet, der sich parallel zum Steg 16 erstreckt und eine Rastnase 25 besitzt. Diese Rastnase 25 kann im eingesteckten Zustand an einer Rastkontur 26 eingreifen, die hierzu am Befestigungselement 20 des Diffusorsegments 19 ausgebildet sein kann. Gezeigt ist hier ein Beispiel mit axialer Steckverbindung 23. Denkbar ist auch eine Steckverbindung in Umfangsrichtung. Ferner ist auch denkbar, eine Bajonettverbindung vorzusehen, bei der das jeweilige Diffusorsegment 19 erst axial auf die Lüfterzarge 3 aufgesteckt wird und anschließend in der Umfangsrichtung gedreht wird, um die gewünschte Endposition zu erreichen, die dann wiederum mittels einer entsprechenden Verrastung gesichert werden kann.
Wie sich insbesondere 6 entnehmen lässt, kann das Diffusorsegment 19 an seiner in 6 dem Betrachter zugewandten Rückseite 31 mehrere Rippen 47 zur Aussteifung aufweisen, die in 6 vertikal verlaufen. Gemäß 6 sind die Gegenrastelemente 21 bzw. die Rasthaken 46 hinsichtlich ihrer in der Umfangsrichtung 10 gemessenen Breite auf den in der Umfangsrichtung 10 gemessenen Abstand benachbarter Rippen 47 abgestimmt, so dass das jeweilige Gegenrastelement 21 bzw. der jeweilige Rasthaken 46 in den Abstand zwischen zwei in der Umfangrichtung 10 benachbarten Rippen 47 axial eingreift und darin in der Umfangsrichtung 10 durch die Rippen 47 formschlüssig gehalten ist. Hierdurch ergibt sich eine Drehsicherung des Diffusorsegments 19 relativ zur Lüfterzarge 3. In diesem Beispiel gibt der gleichmäßige Abstand der Rippen 47 in der Umfangsrichtung 10 ein Rastermaß vor, das eine variable Positionierung des Diffusorsegments 19 entlang des Umfangs der Einlassöffnung 8 gemäß diesem Rastermaß ermöglicht.
Gemäß den 1 bis 4 und 7 kann das jeweilige Diffusorsegment 19 an einem von der Lüfterzarge 3 entfernten Diffusorbereich 27 eine Diffusorkontur 28 aufweisen, die sich in der Axialrichtung 22 mit zunehmendem Abstand von der Einlassöffnung 8 aufweitet. Ferner weist das Diffusorsegment 19 zwischen der Lüfterzarge 3 und dem Diffusorbereich 27 einen Rückströmbereich 29 auf. Durch diesen Rückströmbereich 29 hindurch kann sich im Betrieb des Lüfters 1 die zuvor genannte Rückströmung 18 ausbilden. Die Rückströmung 18 strömt dabei von einem Druckbereich 30, der sich an der Außenseite 15 der Lüfterzarge 3 und an der vom Lüfterrad 2 abgewandten Rückseite 31 des Diffusorsegments 19 befindet, zur Saugseite 12 des Lüfterrads 2.
Bei den hier gezeigten Ausführungsformen sind zur verbesserten Rückströmung 18 im Rückströmbereich 31 mehrere radial durchströmbare Rückströmöffnungen 32 vorgesehen. Bei der in den 1 bis 6 gezeigten Ausführungsform besitzt der Rückströmbereich 31 an einer dem Lüfterrad 2 zugewandten Vorderseite 33 des Diffusorsegments 19 eine flächige Führungskontur 34. In dieser Führungskontur 34 sind mehrere radial durchströmbare Rückströmöffnungen 32 ausgespart. Somit sind bei dieser Ausführungsform sämtliche Rückströmöffnungen 32 durch Aussparungen in der Führungskontur 34 ausgebildet. Wie sich insbesondere den 2 bis 4 und 6 entnehmen lässt, kann optional in diesen Rückströmöffnungen 32 ein Strömungsleitelement 35 angeordnet sein, das bevorzugt im Wesentlichen radial ausgerichtet ist. Zweckmäßig kann dieses Strömungsleitelement 35 gegenüber der Radialrichtung 36, die sich auf die Rotationsachse 11 bezieht, einen Neigungswinkel aufweisen, der vergleichsweise klein ist und z.B. in einem Bereich von 15° bis 45°, vorzugsweise in einem Bereich von 15° bis 35° liegt. Im Beispiel schließen die Strömungsleitelemente 35 radial innen bündig mit der Führungskontur 34 ab. Die Strömungsleitelemente 35 stehen somit radial nach außen an der Rückseite 31 des Diffusorsegments 19 vom Rückströmbereich 29 ab.
Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform ist der Diffusorbereich 27 über mehrere in der Umfangsrichtung 10 verteilte Distanzelemente 37 axial beabstandet von der Lüfterzarge 3 angeordnet. Zwischenräume, die sich in der Umfangsrichtung 10 zwischen benachbarten Distanzelementen 37 befinden, bilden die vorstehend genannten, radial durchströmbaren Rückströmöffnungen 32.
Bei allen hier gezeigten Ausführungsformen ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das jeweilige Diffusorsegment 19 mehrere Leitschaufeln 38 aufweist. In den Beispielen sind jeweils genau vier Leitschaufeln 38 vorgesehen. Diese Leitschaufeln 38 sind am Diffusorsegment 19 so angeordnet, dass sie im Betrieb des Lüfters 1 in eine von der Druckseite 39 des Lüfterrads 2 abströmende Hauptströmung 40, die in 1 durch Pfeile angedeutet ist, hineinragen. Hierdurch können die Leitschaufeln 38 die Hauptströmung 40 im Bereich des Diffusorsegments 19 beeinflussen. Obwohl sich eine Anzahl von vier Leitschaufeln 38 als besonders vorteilhaft erwiesen hat, ist klar, dass bei einer anderen Ausführungsform auch weniger als vier oder mehr als vier Leitschaufeln 38 vorgesehen sein können. Grundsätzlich können diese Leitschaufeln 38 alle geometrisch identisch ausgestaltet sein und auch gleichförmig bzw. gleichmäßig am Diffusorsegment 19 angeordnet sein. Für eine optimierte Anpassung an unterschiedliche Anwendungsfälle können jedoch auch geometrisch verschiedene Leitschaufeln 38 zum Einsatz kommen. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Leitschaufeln 38 ungleich bzw. ungleichmäßig am Diffusorsegment 19 angeordnet sind, z.B. mit verschiedenen Abständen voneinander und/oder mit verschiedenen Anstellwinkeln zur Luftströmung.
Insbesondere den 2 und 3 lässt sich entnehmen, dass besagte Leitschaufeln 38 zweckmäßig ein gekrümmtes Profil aufweisen, das zumindest eine Konkavseite 41 und in der Regel auch eine Konvexseite 42 aufweist, die voneinander abgewandt sind. Die Leitschaufeln 38 sind dabei so gekrümmt, dass die Konkavseite 41 einer Rotationsrichtung 43 des Lüfterrads 2 zugewandt ist. Im Unterschied dazu sind die ebenfalls gewölbten Laufschaufeln 4 so angeordnet, dass ihre der Druckseite 39 zugewandten Konkavseiten 44 in der Rotationsrichtung 43 vorausgehen. Somit sind die Konkavseiten 44 der Laufschaufeln 4 den Konkavseiten 41 der Leitschaufeln 38 zugewandt. Die Leitschaufeln 38 sind an der Vorderseite 33 des Diffusorsegments 19 im Diffusorbereich 27 angeordnet, so dass sie von der Diffusorkontur 28 abstehen. Zweckmäßig sind die Leitschaufeln 38 integral am Diffusorsegment 19 ausgeformt.
Des Weiteren ist hier vorgesehen, dass die zuvor genannten Rückströmöffnungen 32 bei der in den 1 bis 6 gezeigten Ausführungsform axial beabstandet zum Steg 16 angeordnet sind, derart, dass sie dem Deckband 14 radial gegenüberliegen. Durch den zuvor genannten Neigungswinkel der Strömungsleitelemente 35 kann die Rückströmung im Ringkanal 17 mit einem Drall beaufschlagt werden, was die Effizienz der Rückströmung verbessert.
Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform erstrecken sich die Distanzelemente 37 im Wesentlichen über die gesamte axiale Höhe des Deckbands 14. Hierdurch kann das Deckband 14 über seine gesamte axiale Höhe durch die Rückströmöffnungen 32 radial angeströmt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011121624 A1 [0002]
DE 102009015104 A1 [0004]

Claims

Düsenmantellüfter für eine Kühleranordnung eines Kraftfahrzeugs, – mit einem mehrere Laufschaufeln (4) aufweisenden Lüfterrad (2) zur drehbaren Anordnung an einer Brennkraftmaschine des Fahrzeugs, – mit einer Lüfterzarge (3) zur Befestigung an einem Kühler des Fahrzeugs, die einen vom Kühler zum Lüfterrad (2) führenden Kanal (6) definiert und die an einer zum Lüfterrad (2) führenden Einlassöffnung (8) eine ringförmig umlaufende Düsenkontur (7) aufweist, die von einem die Einlassöffnung (8) einfassenden Randbereich (9) der Lüfterzarge (3) in Richtung einer Saugseite (12) des Lüfterrads (2) absteht, – mit wenigstens einem Diffusorsegment (19), das sich nur über einen Teil des Umfangs der Einlassöffnung (8) erstreckt und das an einer vom Kanal (6) abgewandten Außenseite (15) der Lüfterzarge (3) an der Lüfterzarge (3) befestigt ist.
Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass zwei oder mehr Diffusorsegmente (19) vorgesehen sind, die in der Umfangsrichtung (10) verteilt entlang des Umfangs der Einlassöffnung (8) an der Lüfterzarge (3) angeordnet sind, – dass sich alle Diffusorsegmente (19) zusammen nicht über den gesamten Umfang der Einlassöffnung (8) erstrecken.
Lüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei verschiedene Diffusorsegmente (19) vorgesehen sind.
Lüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, – dass das jeweilige Diffusorsegment (19) Befestigungselemente (20) aufweist, die mit an der Lüfterzarge (3) ausgebildeten, komplementären Gegenbefestigungselementen (21) zum Befestigen des jeweiligen Diffusorsegments (19) an der Lüfterzarge (3) zusammenwirken, – dass die Gegenbefestigungselemente (21) an der Lüfterzarge (3) in der Umfangsrichtung (10) verteilt angeordnet sind, derart, dass das jeweilige Diffusorsegment (19) an mehreren verschiedenen Umfangspositionen an der Lüfterzarge (3) befestigt werden kann.
Lüfter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente (20) und die Gegenbefestigungselemente (21) als Steckverbindung (23) in Axialrichtung (22) oder in Umfangsrichtung (10) oder als Bajonettverbindung zusammenwirken.
Lüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, – dass zumindest ein solches Diffusorsegment (19) an einem von der Lüfterzarge (3) entfernten Diffusorbereich (27) eine Diffusorkontur (28) aufweist, die sich in Axialrichtung (22) mit zunehmendem Abstand von der Einlassöffnung (8) aufweitet, – dass dieses Diffusorsegment (19) zwischen der Lüfterzarge (3) und dem Diffusorbereich (27) einen Rückströmbereich (29) aufweist, durch den hindurch sich im Betrieb des Lüfters (1) eine Rückströmung (18) von einem Druckbereich (30), der sich an der Außenseite (15) der Lüfterzarge (3) und an einer vom Lüfterrad (2) abgewandten Rückseite (31) des Diffusorsegments (19) befindet, zur Saugseite (12) des Lüfterrads (2) ausbildet.
Lüfter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Rückströmbereich (29) mehrere radial durchströmbare Rückströmöffnungen (32) vorgesehen sind.
Lüfter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückströmbereich (29) an einer dem Lüfterrad (2) zugewandten Vorderseite (33) des Diffusorsegments (19) eine flächige Führungskontur (34) aufweist, in der mehrere radial durchströmbare Rückströmöffnungen (32) ausgespart sind.
Lüfter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in wenigstens einer solchen Rückströmöffnung (32) wenigstens ein Strömungsleitelement (35) angeordnet ist, das radial ausgerichtet ist oder in einem Bereich von ±30° zur Radialrichtung (36) geneigt ausgerichtet ist.
Lüfter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusorbereich (27) über mehrere in der Umfangsrichtung (10) verteilte Distanzelemente (37) axial beabstandet von der Lüfterzarge (3) angeordnet ist, so dass Zwischenräume, die sich in der Umfangsrichtung (10) zwischen benachbarten Distanzelementen (37) befinden, radial durchströmbare Rückströmöffnungen (32) bilden.
Lüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein solches Diffusorsegment (19) mehrere Leitschaufeln (38) aufweist, die im Betrieb des Lüfters (1) in eine von einer Druckseite (39) des Lüfterrads (2) abströmende Hauptströmung (40) des Lüfters (1) hineinragen.
Lüfter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (38) ein gekrümmtes Profil aufweisen, dessen Konkavseite (41) einer Rotationsrichtung (43) des Lüfterrads (2) zugewandt ist.
Lüfter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (38) an einer dem Lüfterrad (2) zugewandten Vorderseite (33) des Diffusorsegments (19) angeordnet und an einem Diffusorbereich (27) des Diffusorsegments (19) ausgebildet sind.
Lüfter nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei solche Leitschaufeln (38) geometrisch unterschiedlich ausgestaltet sind.
Lüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, – dass das Lüfterrad (2) ein ringförmig umlaufendes Deckband (14) aufweist, das die Laufschaufeln (4) im Bereich ihrer Schaufelspitzen (13) miteinander verbindet, – dass die Lüfterzarge (3) an ihrer Außenseite (15) radial zur Düsenkontur (7) beabstandet einen ringförmig umlaufenden Steg (16) aufweist, – dass das Deckband (14) axial in einen Ringraum (17) eingreift, der radial zwischen dem Steg (16) und der Düsenkontur (7) ausgebildet ist.
Lüfter nach Anspruch 15 sowie nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückströmöffnungen (32) axial beabstandet vom Steg (16) und dem Deckband (14) radial gegenüberliegend angeordnet sind.
Lüfter nach den Ansprüchen 15 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Distanzelemente (37) axial etwa über das gesamte Deckband (14) erstrecken.