DE1576705C3 - Kuhlvorrichtung fur flussigkeits gekühlte Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Bei einer bekannten Kühlvorrichtung der die Erfindung betreffenden Art (schweizerische Patentschrift 94 297) in Form eines von der Kühlluft zentrifugal durchströmten Ringkühlers mit einem zentrisch angeordneten Radialgebläse-Laufrad und einem Kühlluft-Leitapparat, der in Axialrichtung hintereinanderliegende Leitkanäle bildet, ist der Leitapparat dem Laufrad in bezug auf die Ansaugrichtung vorgeschaltet. Der Leitapparat dient hier dazu, die zylindrische Laufradeintrittsfläche des als Trommelläufer ausgebildeten Laufrades mittels axial hintereinanderliegenden Leitkanälen mit konstantem Querschnitt gleichmäßig zu beaufschlagen. Die Lufteintrittsfläche des bekannten Ringkühlers weist gegenüber der Luftaustrittsfläche des Laufrades die gleiche Breite auf — ein Leitapparat zwischen diesen Flachen ist nicht vorgesehen.

Bei einem bekannten Gerät zur Erzeugung von Heißluft, das nicht unter den Gattungsbegriff der Erfindung fällt, sind zentrisch zur Polachse eines Spiralgehäuses ein Radialgebläse-Laufrad sowie konzentrisch um das Laufrad ein ringförmiger Heizkörper angeordnet. Hier ist zwischen Laufrad und Heizkörper ein Leitapparat vorgesehen, der mit seinen spiralförmig verlaufenden Luftkanälen konstanter axialer Weite jedoch nur in Umfangsrichtung wirkt. Auch ist bei dem bekannten Heißluft-Gerät die Breite des Laufrades kleiner als die Breite des ringförmigen Heizkörpers — dieser Breitenunterschied ist aber offensichtlich lediglich aus Gründen der wegen der ungünstigen Lagerung der Laufradwelle nur in einer Gehäusestirnwand angestrebten Leichtbauweise so gewählt. Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung, bei der die Kühlluft nach dem Austritt aus dem Kühlerblock radial im wesentlichen frei abströmen kann, wird beim bekannten Heißluft-Gerät am Austritt des ringförmigen Heizkörpers mittels eines Spiralgehäuses eine hohe Druckenergie am ganzen Ringumfang aufgebaut. Auf diese Druckverhältnisse ist die Leitapparatausbildung mittels Spiralkanälen abgestellt. Die bekannte Leitapparatanordnüng läßt radial zwischen Laufrad und Leitapparat einen strömungstechnisch ungünstigen weiten Ringraum frei, in dem hohe Wirbelverluste entstehen.

Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist die Luftführung von der Eintrittsseite des Radialgebläses zur Austrittsseite des Ringkühlers strömungstechnisch so gelöst, daß die Luftwege kurz und die Druckverluste gering sind. Infolge der Kreisringform des Kühlerblockes erweitern sich seine Luftkanäle auf natürliche Weise diffusorartig von innen nach außen, so daß die Druckverluste gering sind und die infolge Erwärmung eintretende Volumenvergrößerung der Luft durch die Luftkanalerweiterung kompensiert ist.

Um auch in Umfangsrichtung des Laufrades sowohl einen stoßfreien Übergang der Kühlluft in den Ringkühler als auch eine gleichmäßige Beaufschlagung der Kühlereintrittsfläche zu erzielen, wird nach einem weiterbildenden Erfindungsmerkmal vorgeschlagen, daß die einzelnen Leitkanäle durch Leitschaufeln in Umfangsrichtung nach außen zu diffusorartig sich erweiternd begrenzt sind.

Zur Vergrößerung der Gesamtfläche für den Wärmeaustausch bei der eng und kompakt bauenden Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung kann nach einem ebenfalls weiterbildenden Erfindungsmerkmal noch vorgesehen sein, daß die Kühlflüssigkeit in an sich bekannter Weise zusätzlich über die als Wärmetauscher ausgebildeten Leitschaufeln mit dem Kühlluftstrom der Leitkanäle im Wärmeaustausch steht. Eine Ausführungsform einer auf diese Weise arbeitenden erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln in an sich bekannter Weise Hohlräume aufweisen, die von der Kühlflüssigkeit durchströmt sind.

ίο Bei einem nicht unter den Gattungsbegriff der Erfindung fallenden bekannten mehrstufigen Kreiselverdichter (österreichische Patentschrift 67 307) werden zur Kühlung der verdichteten Luft die Leitschaufeln von einer Kühlflüssigkeit durchströmt, wobei die so als Wärmetauscher wirkenden Leitschaufeln einzeln oder in Gruppen in Reihe im Kühlstrom liegen, so daß relativ stromab liegende Leitschaufeln gegen ein geringeres Temperaturgefälle arbeiten als stromauf zu letzterem liegende Leitschaufeln.

Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung wird jedoch eine gleichmäßige Kühlwirkung über den gesamten Umfang des Ringkühlers angestrebt. Zu diesem Zweck wird nach einem gleichfalls weiterbildenden Erfindungsmerkmal vorgeschlagen, daß die Hohlräume der Leitschaufeln in Parallelanordnung an einen ersten Ringkanal und an einen zweiten an sich bekannten Ringkanal angeschlossen sind und daß der erste Ringkanal mit einem austrittsseitigen Wasserkasten des Ringkühlers in Verbindung steht und der zweite Ringkanal einen Anschluß für den Austritt der Kühlflüssigkeit aus der Kühlvorrichtung aufweist.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der erfmdungsgemäßen Kühlvorrichtung ist eine einfache Zu- und Ableitung der Kühlflüssigkeit zur Vorrichtung dadurch geschaffen, daß der Anschluß des zweiten Ringkanals für den Austritt der Kühlflüssigkeit und der Anschluß des eintrittsseitigen Wasserkastens für den Eintritt der Kühlflüssigkeit in die Kühlvorrichtung in Umfangsrichtung des Ringkühlers an derselben Stelle angeordnet sind oder einen nur geringfügigen Abstand voneinander aufweisen. Zur Vermeidung umständlicher Rückführungsleitungen ist es bei diesem Ausführungsbeispiel zweckmäßig, daß der Anschluß des zweiten Ringkanals für den Austritt der Kühlflüssigkeit aus der Kühlvorrichtung und der Anschluß des eintrittsseitigen Wasserkastens für den Eintritt der Kühlflüssigkeit in die Kühlvorrichtung auf derselben Stirnseite des Ringkühlers liegen.

Um auch das Leitungssystem für die Wärmetauscherfunktion der Leitschaufeln in die scheibenförmige Kontur des Ringkühlerblockes in platzsparender Weise mit einzubeziehen, kann gemäß einem weiterbildenden Erfindungsmerkmal die Anordnung so getroffen sein, daß wenigstens einer der mit den Hohlräumen der Leitschaufeln in Verbindung stehenden Ringkanäle zwischen einer axial äußeren Leitscheibe des Leitapparates und der benachbarten, den Ringkühler an einer Stirnseite abdeckenden Gehäusedeckscheibe liegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt durch das scheibenförmige Gehäuse der Kühlvorrichtung und

F i g. 2 eine Draufsicht der Kühlvorrichtung nach F i g. 1, teilweise im Schnitt.

Innerhalb des ringförmigen Kühlerblockes 10 ist

ein zweiflutiges Radialgebläse 11 angeordnet, das die Kühlluft axial ansaugt. Die Kühlluft tritt radial aus dem Gebläse 11 aus und wird durch einen zwischen Gebläse 11 und Kühlerblock 10 eingeschalteten Leitapparat 12 gleichmäßig auf die innere Mantelfläche des Kühlerblockes 10 verteilt. Der Leitapparat 12 ist mit in Richtung der Gebläseachse 38 diffusorartig sich erweiternden Leitkanälen 16 versehen, die die schmale Luftaustrittsfläche 39 des Gebläses 11 mit der breiten Lufteintrittsfläche 40 des Kühlerblockes 10 verbinden. Der Leitapparat 12 ist in Richtung der Gebläseachse 38 durch zwei Stirnringscheiben 46 abgeschlossen, zwischen denen die Leitkanäle 16 untereinander abteilende ringförmige Leitbleche 15 angeordnet sind. In die Leitkanäle 16 sind Leitschaufein 13 so eingeschaltet, daß die von den Leitschaufeln eingeschlossenen Kanalabschnitte 41 sich radial zur Gebläseachse 38 diffusorartig erweitern und die Luftströmung von den rückwärts gekrümmten Laufradschaufeln 18 a und 18 b aus über die Kanalabschnitte 41 in die geneigt zur Radialen verlaufenden Luftkanäle 17 des Kühlerblockes 10 hinein stoßfrei ist. Auch die Luftkanäle 17 erweitern sich radial zur Gebläseachse 38 diffusorartig. Auf Grund seiner Diffusorwirkung wandelt der Leitapparat 12 einen hohen Anteil der kinetischen Energie der Luft an der Luftaustrittsfläche 39 in Druckenergie an der Lufteintrittsfläche 40 um, so daß die Luftgeschwindigkeit in den Luftkanälen 17 des Kühlerblockes 10 stark reduziert ist und die Kühlvorrichtung trotz kleinen Durchmesser-Abmessungen mit' einem hohen zeitlichen Luftdurchsatz betrieben werden kann.

Zur Erhöhung der Kühlleistung der Kühlvorrichtung sind die Leitschaufeln 13 mit Hohlräumen 14 versehen, die ebenfalls von der Kühlflüssigkeit durchströmt werden.

Die Kühlflüssigkeit nimmt folgenden Weg: Der ringförmige Kühlerblock 10 ist durch die beiden diametral sich gegenüberliegenden Wasserkästen 22 e und 26 in zwei Ringhälften 42 und 43 unterteilt. Die Wasserkästen sind durch die halbringförmigen Wasserkanäle 19 in den Ringhälften miteinander verbunden. Die Kühlflüssigkeit tritt durch einen Zulaufstutzen 25 in den Wasserkasten 26 ein und fließt durch die Wasserkariäie 19 in beiden .Ringhälften 42 und 43 in den Wasserkasten 22 e. .....

Zwischen den Stirnringscheiben 46 und den benachbarten Deckscheiben 28 und 29 des Kühlerblökkes 10 ist .je ein Wasserringkanal 23 bzw. 20 eingeschlossen. Die Hohlräume 14 sind parallel zueinander zwischen die beiden Wasserringkanäle 20 und 23 eingeschaltet. Die Deckscheiben 28 und 29 sind durch Spannschrauben 30 gegeneinander verspannt.

Von dem Wasserkasten 22 e aus strömt die Kühlflüssigkeit über einen Verbindungsstutzen 21 in den Wasserringkanal 20. Nach Durchströmen der Hohlräume 14 wird die Kühlflüssigkeit mittels des Wasserringkanals 23 einem an letzterem angeschlossenen Ablaufstutzen 24 zugeführt.

Mittels der Wasserringkanäle 20 und 23 konnten Zu- und Ablaufstutzen 25 und 24 sowohl in Umfangsrichtung des Kühlerblockes 10 an der gleichen Stelle als auch auf der gleichen Stirnseite (Deckscheibe 28) des Kühlerblockes 10 angeordnet werden, so daß besondere Rückführungsleitungen nicht erforderlich sind.

Die Deckscheibe 28 weist eine zentrische Öffnung 31 auf, in die ein Lagergehäuseteil 32 für eine Antriebswelle 33 eingesetzt ist. Das Gehäuseteil 32 ist mit Führungskanälen 34 für die Kühlluft versehen. Die Antriebswelle 33 ist mit dem Pumpenrad 35 einer in der Laufradnabe 36 des Gebläses 11 angeordneten hydrodynamischen Kupplung fest verbunden. Die Füllung der hydrodynamischen Kuppr lung ist in Abhängigkeit von der Temperatur der Kühlflüssigkeit regelbar. Das Turbinenrad 37 dieser Kupplung ist mit der Laufradnabe 36 einteilig ausgeführt.

Wie weiter aus der F i g. 1 zu entnehmen ist, sind alle Teile der Kühlvorrichtung wie Kühlerblock 10, Gebläse 11, Leitapparat 12, Wasserringkanäle 20 und 23 und Gebläsekupplung 35, 37 innerhalb der Deckscheiben 28 und 29 angeordnet, obwohl letztere 'in ihren Abmessungen nicht oder nur unwesentlich über die Baukontur des eigentlichen Kühlerblockes 10 hinausgehen. .

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

J 2 . an einer Stirnseite abdeckenden Gehäusedeck- ■ · ... scheibe (28 bzw. 29) liegt. " Patentansprüche: v b

1. Kühlvorrichtung für flüssigkeitsgekühlte 5

Brennkraftmaschinen in Form eines von der

Kühlluft zentrifugal durchströmten Ringkühlers

mit einem zentrisch angeordneten Radialge- - .

bläse-Laufrad und einem Kühlluft-Leitapparat, Die Erfindung bezieht sich auf eine Kühlvorrich-

der in Axialrichtung hintereinanderliegende Leit- io tung für flüssigkeitsgekühlte Brennkraftmaschinen, in

kanäle» bildet, dadurch gekennzeich- Form eines von der Kühlluft zentrifugal durchström-

net, daß der Leitapparat (12) zwischen der in ten Ringkühlers mit einem zentrisch angeordneten

Axialrichtung schmalen, zylindrischen Luftaus- Radialgebläse-Laufrad und einem Kühlluft-Leit-

trittsfläche des Laufrades- (11) und der in Axial- apparat, der in Axialrichtung hintereinanderliegende

richtung breiteren zylindrischen Lufteintritts- 15 Leitkanäle bildet.

fläche des Ringkühlers (10) angeordnet ist, so Die Entwicklung der Brennkraftmaschinen hoher

daß die in Axialrichtung gemessene Weite der Leistung hat in bezug auf den Bauraum zu einer ho-

Leitkanäle (16) nach außen hin zunimmt. hen Leistungskonzentration geführt. Das gilt jedoch

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch nicht für die Hilfsaggregate und besonders nicht für gekennzeichnet, daß die einzelnen Leitkanäle 20 die Kühlvorrichtung. Das Raumverhältnis von Ma-(16) durch Leitschaufeln (13) in Umfangsrich- schine zu Kühlvorrichtung wurde dadurch immer untung nach außen zu diffusorartig sich erweiternd günstiger. Bei Kampffahrzeugen besteht die zusätzbegrenzt sind. liehe Forderung nach extrem flacher Bauweise der

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gesamten Antriebsanlage. Für die Unterbringung gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit in an sich as einer Kühlvorrichtung konventioneller Bauart mit bekannter Weise zusätzlich über die als Wärme- ebenem Kühlerblock und Druck oder Saugaxialgetauscher ausgebildeten Leitschaufeln (13) mit blase ergibt sich eine Vergrößerung des zur Verfüdem Kühlluftstrom der Leitkanäle (16) in War- gung stehenden Maschinenraumes, die den taktischen meaustausch steht. Forderungen zuwiderläuft.

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch 30 Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe begekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (13) in an steht darin, eine Kühlvorrichtung zu schaffen, die sich bekannter Weise Hohlräume (14) aufweisen, sich durch einen kleinen flachen Bauraum, geringes die von der Kühlflüssigkeit durchströmt sind. Gewicht sowie durch einen kleinen Leistungsbedarf

5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch auszeichnet. Weiterhin soll eine derartige Kühlvorgekennzeichnet, daß die Hohlräume (14) der 35 richtung eine maximale Wärmeabfuhr gewährleisten. Leitschaufeln (13) in Parallelanordnung an einen Die erläuterte Aufgabe ist gemäß der Erfindung ersten Ringkanal (20) und an einen zweiten an dadurch gelöst, daß der Leitapparat zwischen der in sich bekannten Ringkanal (23) angeschlossen Axialrichtung schmalen, zylindrischen Luftaustrittssind und daß der erste Ringkanal (20) mit einem fläche des Laufrades und der in Axialrichtung breiteaustrittsseitigen Wasserkasten (22 e) des Ring- 40 ren zylindrischen Lufteintrittsfläche des Ringkühlers kühlers (10) in Verbindung steht und der zweite angeordnet ist, so daß die in Axialrichtung gemes-Ringkanal (23) einen Anschluß (24) für den Aus- sene Weite der Leitkanäle nach außen hin zunimmt, tritt der Kühlflüssigkeit aus der Kühlvorrichtung Bei der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung ist aufweist. die Lufteintrittsfläche des Ringkühlers breiter als die

6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5,· dadurch 45 Luftaustrittsfläche des Laufrades. Durch diese Ausgekennzeichnet, daß der Anschluß (24) des zwei- legung ist erreicht, daß der kleine Eintrittsquerschnitt ten Ringkanals (23) für den Austritt der Kühl- des Laufrades im wesentlichen gleich dem Austrittsflüssigkeit und der Anschluß (25) des eintrittssei- querschnitt des Laufrades gewählt werden kann, wotigen Wasserkastens (26) für den Eintritt der durch den Wirkungsgrad verschlechternde Luftver-Kühlflüssigkeit in die Kühlvorrichtung in Um- 50 zögerungen im Laufrad mit vorzugsweise radialer fangsrichtung des Ringkühlers (10) an derselben Durchströmung vermieden sind. Ferner ist mit dieser Stelle angeordnet sind oder einen nur geringfügi- Maßnahme ein großer Querschnitt (große Breite!) für gen Abstand voneinander aufweisen. den Ringkühler trotz kleinem Außendurchmesser ge-

7. Kühlvorrichtung nach einem oder beiden schaffen. Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Kühlder Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, 55 vorrichtung zwischen die breitere Lufteintrittsfläche daß der Anschluß (24) des zweiten Ringkanals des Ringkühlers und die schmalere Luftaustritts-(23) für den Austritt der Kühlflüssigkeit aus der fläche des Laufrades ein Mehrfachdiffusormit sich Kühlvorrichtung und der Anschluß (25) des ein- nach außen axial erweiternden Diffusorkanälen eintrittsseitigen Wasserkastens (26) für den Eintritt geschaltet. Durch diese Anordnung ist es möglich, der Kühlflüssigkeit in die. Kühlvorrichtung auf 60 das relativ kleine Laufrad mit hohem zeitlichem Luftderselben Stirnseite des Ringkühlers (10) liegen. durchsatz zu betreiben, da die hohe Austrittsge-

8. Kühlvorrichtung nach einem oder mehreren schwindigkeit des Laufrades so verzögert wird, daß der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, die Luftgeschwindigkeit im Ringkühler auf solche daß wenigstens einer der mit den Hohlräumen Werte begrenzt wird, die die Druckverluste des Ring-(14) der Leitschaufeln (13) in Verbindung ste- 65 kühlers nicht unzulässig hoch werden lassen. Weiterhenden Ringkanäle (20 bzw. 23) zwischen einer hin ist durch diese Anordnung eine gleichmäßige Beaxial äußeren Leitscheibe (46) des Leitapparates aufschlagung der Kühlereintrittsfläche in bezug auf (12) und der benachbarten, den Ringkühler (10) ihre Breite gewährleistet.