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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baumaschine, die mit einem Kühlsystem zur Versorgung eines Wärmetauschers wie beispielsweise eines Kühlers mit einem Axialluft-Gebläse ausgestattet ist. Eine Baumaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der
DE 69636771 T2 bekannt.
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Stand der Technik
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Im Allgemeinen wird in einer Baumaschine wie beispielsweise einem hydraulischen Bagger eine Hydraulikpumpe von einem Dieselmotor angetrieben, so dass die hydraulische Energie der Hydraulikpumpe für die Aushebearbeiten, das Fahren usw. verwendet kann. Daher sind Wärmetauscher wie beispielsweise ein Kühler zum Kühlen des Motors und ein Ölkühler zum Kühlen des Hydrauliköls sowie ein Kühlgebläse zum Bereitstellen von Kühlluft für diese Wärmetauscher gemeinsam mit dem Motor und der Hydraulikpumpe innerhalb des Motorraums angeordnet.
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Beispielsweise ist als technischer Hintergrund auf diesem technischen Gebiet die
JP 2010-270670 A bekannt. Ein Beispiel, in welchem ein Wärmetauscher für eine Baumaschine mittels eines kostengünstigen, dünnen Axialflusslüfterrades gekühlt wird, wurde in dieser
JP 2010-270670 A offenbart. Dieses Beispiel hat einen Aufbau, in welchem der Axialflusslüfter durch Leistung angetrieben wird, die über eine Riemenscheibe und einen Lüftergurt von einer Kurbelwelle des Motors aus übertragen wird. Der Wärmetauscher ist häufig stromaufwärts des Axialflusslüfterrades angeordnet. Nachdem die von außen durch die Ansaugöffnungen einströmende Luft den Wärmetauscher durchläuft, wird die Luft von einem Lüfterschlauch und einem Lüfterring zu dem Axialflussgebläse geleitet. Die von dem Axialflussgebläse unter Druck gesetzte Luft umfließt den Motor (die Motorstruktur) und wird dann durch eine Auslassöffnung nach außen gelassen.
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In den letzten Jahren wurden luftgekühlte Ladeluftkühler oder wassergekühlte EGR (Abgasrückgewinnungs-)Vorrichtungen als Einheiten zum Reduzieren der Abgase in Baumaschinen montiert, um auf die Abgasregelungen für in Baumaschinen montierte Dieselmotoren zu reagieren. Zudem wurden gemeinsame Kraftstoffleitungen montiert, um das Timing der Kraftstoffeinspritzung zu steuern und so die Abgasemission zu verringern.
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Die
DE 69636771 T2 beschreibt eine Baumaschine umfassend: einen Axialflusslüfter, welcher eine Mehrzahl von Schaufelteilen umfasst und um eine Achse rotiert; einen Lüfterring, der um den Axialflusslüfter herum angeordnet ist und den Luftfluss zu dem Axialflusslüfter leitet; einen Wärmetauscher, der bezogen auf den Axialflusslüfter stromaufwärts oder stromabwärts des Luftflusses angeordnet ist; und eine Struktur, die bezogen auf den Axialflusslüfter stromabwärts im Luftfluss angeordnet ist; wobei: der Lüfterring einen ansaugseitigen gerundeten Bereich umfasst, welcher einen Flusskanal auf der Ansaugseite reduziert, und einen ausblasseitigen gerundeten Teil, welcher den Flusskanal auf einer Ausblasseite erweitert; jedes der Schaufelteile so ausgestaltet ist, so dass es eine vordere Kante, eine hintere Kante und eine Spitze umfasst, um einen Vorwärtspfeilungswinkel θ aus einer axialen Mitte in Richtung einer Rotationsrichtung geneigt ist und in einer Position befestigt ist, in welcher sich das Schaufelstück an der Ansaugseite nach vorne biegt.
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Aus der
US 2004/0258530 A1 ist ein Axialflusslüfter bekannt, bei dem ein Schaufelteil angeordnet ist, mit einer vorderen und einer hinteren Kante und einer Spitze, die um einen Vorwärtspfeilungswinkel geneigt ist.
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Technisches Problem
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Für die vorgenannte Abgasemissionssteuerung wird zusätzlich ein als Zwischenkühler ausgebildeter Wärmetauscher zu einem Kühler und einem Ölkühler ergänzt, wie sie bisher verwendet wurden. Es ist ferner notwendig, die Wärmeabstrahlungsleistung des Kühlers zu verbessern, um die Wassergekühlte EGR-Vorrichtung weiter herunterkühlen zu können. Daher hat sich in neueren Baumaschinen die Flussrate für die zum Kühlen benötigte Luft erhöht. Zudem ist auch die Größe des Wärmetauschers entsprechend dem Anwachsen der Kühllast gewachsen. Die Anzahl der in einem begrenzten Bauraum innerhalb des Motorraums montierten Geräte ist jedoch ebenfalls angewachsen. Eine Vergrößerung der Größe des Wärmetauschers hat daher Grenzen. Im Fall einer Maschine, in welcher ein Frontalbereich des Wärmetauschers nicht weiter erhöht werden kann, kann die Größe des Wärmetauschers durch ein Erhöhen der Dicke des Wärmetauschers vergrößert werden.
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Wenn der Frontalbereich des Wärmetauschers vergrößert wird, wird jedoch der Wärmetauscher im Vergleich zu einem Lüfterrad relativ groß. Da ein Endbereich des Wärmetauschers einen Abstand zu dem Lüfterrad hat, fließt kaum Kühlluft in diesen Bereich. Es ist daher schwierig, die Wirkung der vergrößerten Größe des Wärmetauschers hinreichend auszunutzen. Die Vergrößerung des Durchmessers des Lüfterrads entsprechend dem Wärmetauscher kommt nur in Betracht, wenn dies der Bauraum hergibt. Die erhöhte Leistung zum Betreiben des Lüfters begrenzt jedoch die für die Baumaschine verfügbare Leistung.
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Andererseits muss der Raum in der Richtung des Rotationsschafts des Lüfters entsprechend schmaler gestaltet werden, wenn die Größe des Wärmetauschers durch die Vergrößerung der Dicke des Wärmetauschers erhöht wird. Wenn der Abstand zwischen dem Wärmetauscher und dem Lüfterrad entsprechend verringert wird, kann sich die Windgeschwindigkeitsverteilung der durch den Wärmetauscher fließenden Luft verschlechtern. Wenn der Abstand zwischen dem Lüfterrad und dem Motor reduziert wird, kann der aus dem Lüfter fließende Fluss leicht mit dem Motor kollidieren und so den Druckverlust in einem Flusskanal der Kühlluft erhöhen. Die Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters, die zum Erreichen der benötigten Flussrate notwendig ist, steigt daher an. Dadurch steigen auch die Schaftleistung des Lüfters und der Lärm an, so dass sich auch der Lärm der Baumaschine insgesamt erhöht und die Treibstoffverbrauchswerte sich verschlechtern.
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Im Fall der Baumaschine ist ferner ein Ansaugen der Kühlluft durch den Fahrtwind wie in einem Auto nicht zu erwarten. Die gesamte benötigte Flussrate der Kühlluft muss daher vom Gebläse angesaugt werden. Daher muss die Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters auf einen höheren Wert als in einem Auto eingestellt werden, so dass die Schaftleistung des Lüfters oder der Lärm schnell sehr hoch werden. Dies hat auch Einfluss auf den Treibstoffverbrauch oder den Lärm der Baumaschine insgesamt.
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Die
JP 2001/227497 A1 beschreibt einen Lüfterpropeller mit in den Luftstrom stromaufwärts ragenden distalen Spitzen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine hocheffiziente und leise Baumaschine bereitzustellen, in welcher die Windgeschwindigkeitsverteilung in einem Wärmetauscher hervorragend ist, so dass die aus einem Axialflusslüfter herausströmende Luft nicht mit einem Motor kollidiert.
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Diese Aufgabe wird mit einer Baumaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Nach der so aufgebauten Erfindung kann ein Zentripetalfluss auf der Ansaugseite des Axialflusslüfters ausgebildet werden und ein Zentrifugalfluss kann auf der Abflussseite desselben ausgebildet werden. Die Kühlluft kann daher mit einer guten Windgeschwindigkeitsverteilung bis zu einem Endbereich eines bezogen auf den Axialflusslüfter stromaufwärts oder stromabwärts des Luftflusses angeordneten, großen Wärmetauschers fließen. Zudem kann vermieden werden, dass die aus dem Axialflusslüfter herausfließende Luft mit einer Struktur, wie beispielsweise einem stromabwärts angeordneten Motor, kollidiert. Es ist daher möglich, einen Druckverlust durch Vergrößern des Flusskanals der Kühlluft zu vermeiden.
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Nach der Erfindung kann die Wärmeabstrahlungsleistung des Wärmetauschers verbessert werden und die heiße Luft um den Motor kann effizient ventiliert werden. Daher kann das Auftreten einer Überhitzung der Maschine oder des Hydrauliköls vermieden werden. Ferner kann dann, wenn die Wärmeabstrahlungsleistung des Wärmetauschers verbessert und der Druckverlust in dem Flusskanal der Kühlluft reduziert wird, die zum Kühlen benötigte Flussrate reduziert werden. Daher kann die Rotationsgeschwindigkeit des Axialflusslüfters verringert werden. Dies kann zum Verringern des Lärms, der Verbesserung der Treibstoffverbrauchseigenschaften durch eine Verringerung der Antriebskraft usw. beitragen.
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Zudem ist es in dem vorgenannten Aufbau bevorzugt, dass der Vorwärtspfeilungswinkel θ innerhalb eines Bereichs von nicht weniger als 5° und nicht mehr als 25° liegt. Durch diese Konfiguration kann selbst dann, wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Axialflusslüfters zum Erreichen einer Auslegungsflussrate (100 % Q) erhöht wird, das Ansteigen des in diesem Zeitpunkt erzeugten Lärms auf ein Niveau verringert werden (also + 3db oder weniger), das von niemandem wahrgenommen werden kann. Zudem kann selbst dann, wenn der Druckverlust sich erhöht, da die Kühlluft auf Widerstände der Struktur trifft, die auf der Abflussseite der Kühlluft angeordnet ist, eine Verringerung der Flussrate auf Werte unterhalb eines unteren zulässigen Grenzwerts (also -10 %) vermieden werden.
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Zudem ist es in der vorgenannten Konfiguration bevorzugt, dass ein zweiter Schnittpunkt, in welchem die Vorderkante jedes der Schaufelstücke sich mit der Spitze derselben schneidet, so angeordnet ist, dass sie von dem ansaugseitigen gerundeten Teil in Richtung stromaufwärts des Luftflusses vorspringt. Durch diese Konfiguration können der Zentripetalfluss auf der Ansaugseite des Axialflusslüfters und der Zentrifugalfluss auf der Abflussseite desselben glatter gestaltet werden. Daher kann die Wärmeabstrahlungsleistung des Wärmetauschers weiter verbessert werden.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Durch die Erfindung ist es möglich, eine hochgradig effiziente und leise Baumaschine bereitzustellen, in welcher die Windgeschwindigkeitsverteilung in einem Wärmetauscher so hervorragend gestaltet ist, dass die aus einem Axialflusslüfter herausfließende Luft nicht mit einem Motor kollidiert.
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Figurenliste
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- 1 eine äußere Perspektivansicht eines hydraulischen Baggers nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2 eine Querschnittsansicht eines Motorraums des hydraulischen Baggers aus 1.
- 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Hauptteile eines Axialflusslüfters und eines Lüfterrings gemäß 2.
- 4 ist eine vergrößerte Draufsicht des Hauptteils des Axialflusslüfters, der in 2 gezeigt ist.
- 5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einem Vorwärtspfeilungswinkel der jeweiligen Schaufeln des Axialflusslüfters gemäß 2 und dem relativen Lärm zeigt.
- 6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Vorwärtspfeilungswinkel der jeweiligen Schaufel des in 2 dargestellten Axialflusslüfters und einer Änderung der Flussrate von Luft im Zeitpunkt einer Vergrößerung des Druckverlustes zeigt.
- 7 eine Querschnittsansicht eines Motorraums eines hydraulischen Baggers nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden wird Bezug nehmend auf die Zeichnungen ein hydraulischer Bagger gemäß der Erfindung beschrieben, der ein Ausführungsbeispiel einer Baumaschine gemäß der Erfindung ist. Wie in 1 dargestellt, ist der hydraulische Bagger nach dem ersten Beispiel mit einer Raupenkette 24, einem oberen Schwenkkörper 26, der auf der Raupenkette 24 angeordnet ist, einer vorderen Arbeitsmaschine, die mit dem oberen Schwenkkörper 26 so verbunden ist, dass die vordere Arbeitsmaschine vertikal geschwenkt werden kann, um Baggerarbeiten usw. durchzuführen, und mit einer Kabine 25 als Bedienungsraum ausgestattet. Die vordere Arbeitsmaschine ist mit einem Schwenkarm 21 ausgestattet, der an dem oberen Schwenkkörper 26 befestigt ist, so dass der Schwenkarm 21 abgelassen und angehoben werden kann, einem Arm 22, der schwenkbar an dem vorderen Ende des Schwenkarms 21 befestigt ist, einer Schaufel 23, die schwenkbar an einem vorderen Ende des Arms 22 befestigt ist, sowie mit hydraulischen Zylindern, welche diese Bauteile antreiben. Zudem umfasst der obere Schwenkkörper 26 einen Motorraum 10 in seinem rückwärtigen Bereich. Die Bezugsziffer 27 bezeichnet ein Gegengewicht.
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Wie in 2 dargestellt, sind in dem Motorraum 10 ein Axialflusslüfter 2, ein Lüfterring 3, welcher einen Luftfluss zu dem Axialflusslüfter 2 leitet, ein Wärmetauscher 1, ein Motor (Struktur) und eine Batterie 9 angeordnet. Zudem sind in einem oberen Bereich des Motorraums 10 Ansaugöffnungen 7 vorgesehen, die als Einlässe/Auslässe für die Luft dienen, und Ausblasöffnungen 8 sind in dem oberen Bereich und in einem unteren Bereich des Motorraums 10 vorgesehen. Was die räumliche Beziehung zwischen dem Wärmetauscher 1, dem Axialflusslüfter 2 und dem Motor 4 betrifft, so ist der Wärmetauscher 1 bezogen auf den Axialflusslüfter 2 stromaufwärts im Luftfluss angeordnet und der Motor 4 ist bezogen auf den Axialflusslüfter 2 stromabwärts im Luftfluss angeordnet. Durch diese räumliche Beziehung muss der Axialflusslüfter einen Zentripetalfluss ausbilden, der auf der Seite stromaufwärts in Richtung der Mitte des Lüfters fließt, und er muss einen Zentrifugalfluss bilden, der auf der Seite stromabwärts in Zentrifugalrichtung des Lüfters fließt. Dazu werden in diesem Beispiel vorlaufende/nach vorne geneigte Schaufeln verwendet (wie diese später detailliert beschrieben werden).
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Der Wärmetauscher wird durch einen Kühler, einen Ölkühler und einen Zwischenkühler gebildet und diese Vorrichtungen sind parallel angeordnet. In den letzten Jahren gibt es eine Tendenz dahingehend, dass die Größe des Wärmetauschers 1 anwächst, um die Kühlleistung zu erhöhen. Auch in diesem Beispiel ist die gesamte äußere Form des Wärmetauschers 1 größer als diejenige des Axialflusslüfters 2.
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Der Motor 4 ist mit einer Kurbelwelle (Ausgangswelle 4a) ausgestattet. Die Leistung zum Drehen des Axialflusslüfters 2 wird über eine Riemenscheibe 5 und einen Lüfter von der Kurbelwelle 4a übertragen. Der Lüfter 2 wird mit einer Rotationsgeschwindigkeit gedreht, die mit Hilfe der Riemenscheibe 5 geeignet eingestellt wird.
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Als Nächstes wird der Axialflusslüfter 2 und der Lüfterring 3 detailliert beschrieben. Der Axialflusslüfter 2 wird durch eine säulenartige Nabe 2b gebildet, die an dem Rotationsschaft 2c befestigt ist sowie durch eine Mehrzahl von Schaufeln (Schaufelteilen) 2a, die um die Nabe 2b herum vorgesehen sind, wie dies in 2 gezeigt ist. Zudem ist der Lüfterring 3 ringförmig ausgebildet und ist um den Axialflusslüfter 2 herum vorgesehen und er hat einen ansaugseitigen gerundeten Teil 3a mit einer gekrümmten Oberfläche auf der Ansaugseite des Axialflusslüfters und einen abflussseitigen gerundeten Teil 3b mit einer gekrümmten Oberfläche auf der Abflussseite desselben, wie dies in 2 und 3 dargestellt ist. In dem Lüfterring 3 sind also sowohl der Kantenbereich auf der Ansaugseite als auch der Kantenbereich auf der Abflussseite jeweils als gerundete Formen ausgestaltet.
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Jede Schaufel 2a ist so ausgestaltet, dass sie eine vordere Kante 2g, eine Spitze 2e und eine hintere Kante 2d hat, wie dies in 3 gezeigt ist. In einem Zustand, in welchem der Axialflusslüfter 2 an einer Innenseite des Lüfterrings 3 befestigt ist, springt ein zweiter Schnittpunkt Q, in welchem die vordere Kante 2b auf Spitze 2e trifft, von dem ansaugseitigen gerundeten Teil 3a des Lüfterrings 3 aus um eine Länge L in Richtung der stromaufwärtigen Seite (Ansaugseite) vor und ein erster Schnittpunkt P, in welchem die hintere Kante 2d auf die Spitze 2e trifft, ist innerhalb eines Breitenbereichs W des auslassseitigen abgerundeten Teils 3b des Lüfterrings 3 angeordnet.
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Ferner wird die Form der jeweiligen Schaufel 2a detailliert beschrieben. Wie in 3 dargestellt springt die Schaufel 2a auf der Ansaugseite an einer Stelle vor, in welcher der Durchmesser größer ist. Die Schaufel 2a ist daher insgesamt geneigt (nach vorne gerichtet). Zudem ragt, wie in 4 dargestellt, die Schaufel 2a an einer Stelle, in der ihre radiale Position größer ist, weiter in die Rotationsrichtung vor (sie läuft vor). Der Vorwärtspfeilungswinkel beträgt θ. Jede Schaufel 2a des Axialflusslüfters, der in diesem Beispiel verwendet wird, ist daher eine vorlaufende/vorwärts geneigte Schaufel. Der hier genannte Vorwärtspfeilungswinkel θ ist ein Winkel, der angibt, wie weit die hintere Kante 2d der Schaufel 2a in die Rotationsrichtung ragt. Genauer gesagt entspricht der Vorwärtspfeilungswinkel θ einem Innenwinkel A eines Dreiecks AOP, welches durch die Verbindung eines Mittelpunkts A des Rotationsschafts 2c, eines dritten Schnittpunkts O, in welchem die hintere Kante 2d der Schaufel auf die Nabe 2b trifft, und dem ersten Schnittpunkt P gebildet wird.
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Als Nächstes wird der Luftfluss beschrieben, der durch den Axialflusslüfter 2 erzeugt wird. Jeder Pfeil in 2 und 3 zeigt den Luftfluss. Allgemein ist ein Axialflusslüfter mit vorlaufenden/vorwärts geneigten Schaufeln dadurch gekennzeichnet, dass ein Zentripetalfluss, der in Richtung des Rotationszentrum des Lüfters fließt, auf der stromaufwärtigen Seite (Ansaugseite) des Lüfters ausgebildet wird, so dass der Lüfter teilweise auch Luft aus lateralen Richtungen ansaugen kann. Wenn daher der Axialflusslüfter 2 rotiert, wird durch die Druckdifferenz zwischen vor und hinter dem Axialflusslüfter 2 ein Luftfluss erzeugt. Zunächst fließt die kühle Luft außerhalb des Motorraums 10 durch die Ansaugöffnungen 7 in den Motorraum 10. Wenn sie durch den Wärmetauscher 1 fließt, nimmt diese Luft Wärme von einem Fluid (beispielsweise Motorkühlwasser, Hydrauliköl, komprimierte Luft, etc.) innerhalb der Röhren des Wärmetauschers 1 auf und die Temperatur der Luft selbst erhöht sich. Anschließend schießt die Luft in den Axialflusslüfter 2, so dass ihr Druck erhöht wird, und fließt dann aus dem Axialflusslüfter 2 heraus. Die Luft fließt um den Motor 4 herum und wird dann aus den Auslassöffnungen 4 nach außerhalb des Motorraums 10 entlassen. Durch den so erzeugten Fluss ist es möglich, einen Luftfluss zu erzeugen, der bis zu dem Endbereich des Wärmetauschers 1 reicht, selbst wenn der Wärmetauscher größer als der Axialflusslüfter 2 ist. Es ist daher möglich, einen sehr effizienten Wärmeaustausch zu erreichen.
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Andererseits ist der Axialflusslüfter mit vorlaufenden/vorwärts geneigten Schaufeln dadurch gekennzeichnet, dass die Luft entlang des Rotationsschafts 2c in der Axialflussrichtung auf der stromabwärtigen Seite (Ausblasseite) des Lüfters leicht abfließt. Es ist daher möglich, dass die von dem Axialflusslüfter 2 abfließende Luft direkt mit dem Motor 4 kollidiert, so dass sich ein Druckverlust erhöht.
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Im Fall dieses Beispiels ist daher der erste Schnittpunkt P, in welchem die hintere Kante 2d auf die Spitze 2e trifft, innerhalb des Bereichs der Breite B des auslassseitigen abgerundeten Teils 3b des Lüfterrings 3 angeordnet, wie dies in 3 dargestellt ist. Auf diese Weise fließt die aus dem Axialflusslüfter 2 herausfließende Luft entlang des auslassseitigen abgerundeten Teils 3b des Lüfterrings 3, und zwar durch den Coanda-Effekt, so dass der Luftfluss in der radialen Richtung leicht zu einem Zentrifugalfluss wird. Daher wird vermieden, dass aus dem Axialflusslüfter 2 herausfließende Luft mit dem Motor 4 kollidiert, so dass eine Erhöhung des Druckverlustes vermieden wird. Zudem ist es, da der ausblasseitige abgerundete Teil 3b des Lüfterrings 3 auch als Diffusor dient, auch möglich, einen solchen Effekt zu erwarten, dass ein mit hoher absoluter Flussrate von dem an einem hinteren Ende der jeweiligen Schaufel 2a angeordneten ersten Schnittpunkt P aus abfließender Strom effektiv in seiner Geschwindigkeit gebremst wird, um so den statischen Druck zu erhöhen.
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Wie man aus der obigen Beschreibung sieht, kann in dem hydraulischen Bagger nach diesem Beispiel ein effektiver Wärmeaustausch durch eine gute Windgeschwindigkeitsverteilung in dem Wärmetauscher 1 erreicht werden und es kann vermieden werden, dass die herausfließende Luft an der stromabwärtigen Seite des Axialflusslüfters 2 mit dem Motor 4 kollidiert. Es ist so möglich, eine Flusskanalkonfiguration zu erreichen, die einen geringen Druckverlust zeigt.
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Andererseits kann in dem hydraulischen Bagger Lärm des Axialflusslüfters 2 oder des Motors 4 aus den offenen Bereichen (den Ansaugöffnungen 7 oder den Ausblasöffnungen 8) nach außen dringen, so dass der Umgebungslärm erhöht wird. Es ist daher notwendig, die Öffnungsbereiche wenn möglich auf einer Oberseite oder einer Unterseite des Motorraums 10 vorzusehen, um zu vermeiden, dass der Lüfterlärm oder der Motorlärm direkt auf irgendeine Person in der Umgebung des hydraulischen Baggers übertragen wird. Im Hinblick auf diesen Punkt werden das Einfließen (der Zentripetalfluss) aus der radialen Richtung des Axialflusslüfters 2 und der Ausfluss (Zentrifugalfluss) in die radiale Richtung gleichzeitig ermöglicht. Es ist daher vorteilhaft, die Öffnungsbereiche in dem oberen Bereich des Motorraums 10 lateral zum Rotationsschaft 2c des Axialflusslüfters 2 vorzusehen. Es ist auch möglich, einen Beitrag zur Lärmreduzierung in dem hydraulischen Bagger insgesamt zu leisten, während der Gesamtdruckverlust verringert wird.
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Wenn der Vorwärtspfeilungswinkel θ zu groß wird, werden der Zentripetalfluss auf der Ansaugseite des Axialflusslüfters 2 und ferner der Axialfluss auf der Ausblasseite desselben verstärkt, so dass es trotz der vorgenannten Konfiguration schwierig ist, den Zentrifugalfluss auf der Seite stromabwärts auszubilden. Zudem kann abhängig vom Wert des Vorwärtspfeilungswinkels θ der Wert des Lüfterlärms veränderlich sein und die Flussrate kann ebenfalls betroffen sein. Daher haben die Erfinder eine Simulationsanalyse wie folgt durchgeführt, um einen bevorzugten Winkelbereich des Vorwärtspfeilungswinkels θ zu erhalten.
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Zunächst haben die Erfinder eine Simulationsanalyse zum Lärm durchgeführt, wenn eine Auslegungs-Flussrate (100 % Q) erreicht wurde. Wenn beispielsweise der statische Druck des Axialflusslüfters 2 gering ist, muss die Rotationsgeschwindigkeit des Lüfters erhöht werden, um die Auslegungsflussrate (100 % Q) zu erreichen, die zum Kühlen notwendig ist. Ein Erhöhen der Rotationsgeschwindigkeit zum Erreichen der Auslegungsflussrate kann in eine Lärmveränderung umgerechnet werden, wie dies in 5 dargestellt ist. 5 zeigt die Änderung des Lärms bezogen auf den Vorwärtspfeilungswinkel 0 = 0°. Der Vorwärtspfeilungswinkel θ sollte so ausgelegt werden, dass der Lärm, wenn möglich, gering ist (also nahe θ = 0°). Es sei jedoch bemerkt, dass eine Lärmerhöhung von 3 db (zweifache Schallenergie) einer Niveaudifferenz entspricht, die von menschlichen Ohren als Lärmerhöhung nicht wahrgenommen werden kann. Es ist daher möglich, eine Lärmerhöhung zuzulassen, solange sie dieses Niveau nicht übertrifft. In dieser Hinsicht ergibt sich, dass im Wesentlichen das geringste Lärmniveau, das von einer Person wahrgenommen werden kann, für Vorwärtspfeilungswinkel θ erreicht wird, die nicht größer als ungefähr 25° sind. Es hat sich daher aus dieser Simulationsanalyse ergeben, dass der obere Grenzwert des Vorwärtspfeilungswinkels θ, innerhalb dessen sich der Lärm nicht um mehr als +3db erhöht, 25° beträgt.
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Als Nächstes haben die Erfinder eine Simulationsanalyse über die Verringerung der Flussrate durchgeführt, wenn der Druckverlust (Widerstand in einem Flusskanal) um 30 % relativ zu demjenigen im Zeitpunkt des Designs erhöht. Das Ergebnis der Simulationsanalyse ist in 6 dargestellt. Durch die Umgebung, in welcher die Baumaschine arbeitet, wird Müll, Staub, etc. in dem Wärmetauscher abgelagert. Der Axialflusslüfter arbeitet daher in einer solchen Umgebung, in welcher der Widerstand in dem Flusskanal sich allmählich erhöht. Praktisch wird nach einer gewissen Betriebszeit der Wärmetauscher oder ein Filter gereinigt, um Verstopfungen zu entfernen, um der Erhöhung des Widerstands in dem Flusskanal entgegenzuwirken. Mit Blick auf die Benutzerfreundlichkeit ist es wünschenswert, das Reinigungsintervall so lang wie möglich zu gestalten. Mit anderen Worten ist es wünschenswert, einen Axialflusslüfter zu verwenden, in welchem die Verringerung der Flussrate selbst dann so klein wie möglich gehalten werden kann, wenn der Widerstand in dem Flusskanal anwächst. Zu diesem Zweck ist es gemäß 6 wünschenswert, dass der Vorwärtspfeilungswinkel θ nicht kleiner als 5° und nicht größer als ungefähr 40° ist, wenn man von 10 % als dem zulässigen unteren Grenzwert für die Verringerung der Flussrate ausgeht.
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Aus den vorgenannten Ergebnissen der Simulationsanalyse hat sich ergeben, dass der Vorwärtspfeilungswinkel θ als Schwellenwert zur Erfüllung beider Designanforderungen nicht kleiner als 5° und nicht größer als 25° sein sollte. Der Vorwärtspfeilungswinkel θ der jeweiligen Schaufel 2a ist daher in dem Axialflusslüfter 2 nach dem Beispiel so gewählt, dass er nicht kleiner als 5° und nicht größer als 25° ist.
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Als Nächstes wird ein zweites Beispiel der Erfindung Bezug nehmend auf 7 beschrieben. 7 zeigt eine Querschnittsansicht eines Motorraums in einem hydraulischen Bagger nach dem zweiten Beispiel. In dem zweiten Beispiel werden Bauteile, die denjenigen des ersten Beispiels gleichen, entsprechend mit den gleichen Nummern bezeichnet und ihre Beschreibung wird weggelassen.
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In diesem Beispiel wird ein Axialflusslüfter 2 separat von einem Motor 4 angeordnet. Ein Wärmetauscher ist auf einer Stromabwärtsseite des Axialflusslüfters 2 angeordnet. Ansaugöffnungen sind in oberen und unteren Wandflächen eines Motorraums 10 stromaufwärts des Axialflusslüfters 2 angeordnet, insbesondere in den Seitenflächen bezogen auf den Rotationsschaft 2c des Axialflusslüfters 2. Der Axialflusslüfter 2 ist direkt mit einem hydraulischen Motor 1 verbunden und wird von diesem angetrieben. Ein Lüfterring 3 ist um den Axialflusslüfter 2 in der gleichen Weise wie im ersten Beispiel angeordnet.
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Wenn der Axialflusslüfter 2 rotiert, fließt die Luft durch die Ansaugöffnungen 2 in der Motorraum 10. Die Luft, die den Axialflusslüfter 2 durchlaufen hat, erfährt in dem Wärmetauscher 1 einen Wärmeaustausch. Die Luft wird dann durch die oberen und unteren Auslassöffnungen 3 stromabwärts ausgeblasen.
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Auch in der Konfiguration des zweiten Beispiels wird stromaufwärts des Axialflusslüfters 2 ein Zentripetalfluss erzeugt und stromabwärts desselben wird gleichzeitig ein Zentrifugalfluss erzeugt. Die Luft kann daher einfach durch die lateral zum Rotationsschaft 2c vorgesehenen Ansaugöffnungen 2 fließen. Zudem wird, wenn die aus dem Axialflusslüfter 2 herausfließende Luft in den Wärmetauscher 1 eintritt, diese auch die Endbereiche des Wärmetauschers 1 erreichen. Es kann so ein wirkungsvoller Wärmetauscher ermöglicht werden. Da die Ansaugöffnungen 7 und die Ausgasöffnungen 8 in der oberen Oberfläche und in der unteren Oberfläche des Motorraums 10 vorgesehen sind, kann vermieden werden, dass Lärm von dem Axialflusslüfter 2 oder dem Motor 11 die Ohren einer Person in der Umgebung des hydraulischen Baggers erreicht. Es ist daher möglich, einen Beitrag zur Lärmreduktion in der Umgebung des hydraulischen Baggers zu leisten.
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Obwohl die Wirkung der Erfindung mit Hilfe der vorgenannten Beispiele beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht immer auf diese beschränkt. Bei der Erfindung kann beispielsweise als Verfahren zum Antreiben des Lüfters oder für die Art des Wärmetauschers jedes Verfahren oder jede Art verwendet werden. Die Wirkung der Erfindung stellt sich auch bei anderen Baumaschinen als bei hydraulischen Baggern ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wärmetauscher 2
- 2
- Axialflusslüfter
- 2a
- Schaufel (Schaufelteil)
- 2c
- Rotationsschaft (Achse)
- 2d
- hintere Kante
- 2e
- Spitze
- 2g
- vordere Kante
- 3
- Lüfterring
- 3a
- ansaugseitiger abgerundeter Teil
- 3b
- ausblasseitiger abgerundeter Teil
- 4
- Motor (Struktur)
- P
- erster Schnittpunkt
- Q
- zweiter Schnittpunkt
- W
- Breite des ausblasseitigen abgerundeten Teils
- θ
- Vorwärtspfeilungswinkel
