DE19713712C1

DE19713712C1 - Radialventilator, insbesonders als Lüfter für die Kühlanlage eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE19713712C1
Application number: DE19713712A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Ing Ehlers; Bernhard Dipl Ing Stephan
Original assignee: Laengerer and Reich GmbH and Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 1997-04-03
Filing date: 1997-04-03
Publication date: 1998-04-16
Anticipated expiration: 2017-04-04
Also published as: DE59809554D1; ES2206921T3; WO1998045600A1; EP0912832A1; EP0912832B1; US6164909A; JP2000513067A

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialventilator, insbesondere als Lüfter für die Kühlanlage eines Kraft fahrzeuges, umfassend ein Laufrad mit Radialschaufeln, eine düsenartig geformte Deckscheibe, einen daran befestigten Luftleitring, einen Laufradboden sowie eine stationäre Einlaufdüse.

Mit diesen Merkmalen versehene Radialventilatoren sind aus den DE 44 31 839 A1 und DE 44 31 840 A1 bekannt. Bei Radiallaufrädern aus Kunststoff ist die Ausformbarkeit des gekrümmten Deck scheibeneintritts aus dem Spritzgußwerkzeug schwierig oder unmöglich. Die Krümmung des Deck scheibeneintritts an die ebenfalls gekrümmte Einlaufdüse ist zur Reduzierung der Spaltverluste, die durch Abriß der Luftströmung entstehen, aber erforderlich. Deshalb ist in diesen beiden Dokumen ten vorgesehen, separate Luftleitringe herzustellen, die an der Deckscheibe anliegend befestigt sind. Diese Luftleitringe sind jedoch ausschließlich aus fertigungstechnischen Gründen notwendig, wie oben erläutert. Um die durch den Luftspalt zwischen stationärer Einlaufdüse und rotierendem Laufrad auftretenden Leistungsverluste zu reduzieren, sind an der Deckscheibe des Laufrades in einem Fall Schaufelfortsätze vorgesehen und in dem anderen Fall einzelne Hilfsschaufeln am Deckscheibeneintritt angeordnet. Diese Teile können zu einer Wirkungsgradverbesserung führen. Wenn für den Antrieb des Radialventilators die energieökonomisch günstige Variante - direkt vom Motor des Fahrzeuges - gewählt wird, treten Probleme auf, die darin bestehen, daß der Motor und somit auch das Laufrad und die übrigen daran befestigten rotierenden Teile gegenüber der statio nären Einlaufdüse Bewegungen in axialer und radialer Richtung ausführen, die größer als 10 mm sein können. Deshalb muß der Luftspalt so groß gewählt werden, daß diese Toleranzen ausgegli chen werden können, bzw. die Berührung zwischen den Teilen mit Sicherheit verhindert wird. Dies wiederum beeinträchtigt deutlich den Wirkungsgrad des Ventilators, weil die durch den zu großen Spalt verursachten Leistungsverluste enorm sind. Hier können die oben genannten Hilfsschaufeln und Schaufelfortsätze keine ausreichende Abhilfe schaffen, weil mit größerem Abstand bzw. Spalt auch der Abstand der Hilfsschaufeln größer wird, was deren Wirkung deutlich reduziert. Man hilft sich hier eher mit elastischen Abdeckungen, die die Verluste durch den größeren Luftspalt vermin dern können - die aber trotzdem enorm groß bleiben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Radialventilator, insbesondere als Lüfter für die Kühlanlage eines Fahrzeuges vorzuschlagen, der deutlich größere Toleranzen zwischen rotieren dem Laufrad und stationärer Einlaufdüse zuläßt, ohne den Wirkungsgrad des Ventilators wesentlich zu verschlechtern.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß der die Spaltströmung bewirkende Luftspalt zwischen der Deckscheibe und einem mitrotierenden Luftleitring ausgebildet ist. Der Luftspalt sollte über den gesamten Umfang gleichmäßig dimensioniert sein. Der Luftleitring einer ersten Variante besitzt im Querschnitt gesehen einen zur Deckscheibe weisenden unteren teilkreisförmigen Abschnitt und einen zwischen der Deckscheibe und der stationären Einlaufdüse positionierten etwa vertikalen Abschnitt. Der Luftleitring einer zweiten Variante besitzt zusätzlich einen oben an den vertikalen Abschnitt anschließenden zur Einlaufdüse weisenden etwa horizontalen Abschnitt.

Der horizontale Abschnitt des Luftleitring es und der gesamte Luftleitring haben einen deutlichen Abstand von der stationären Einlaufdüse, so daß hierdurch der Toleranzausgleich zwischen den rotierenden und feststehenden Teilen des Radialventilators möglich ist, ohne den Wirkungsgrad des Ventilators merklich zu verschlechtern. Dieser Spalt oder Abstand des Luftleitringes von der Ein laufdüse ist mit geeigneten Abdeckungen versehen, die in den Ansprüchen 9 bis 11 angegeben sind. Die verschiedenen Ausführungen der Abdeckung richten sich danach, welche Ausführungs form des Luftleitringes ausgewählt wird. Bei der Ausführungsform des Luftleitringes ohne oberen horizontalen Abschnitt, sind elastische Elemente, beispielsweise Bürsten, Gummielemente oder dgl. entweder an der Einströmdüse oder an dem vertikalen Abschnitt des Luftleitringes angeordnet. Die andere Ausführungsform besitzt ein um die Einströmdüse angeordnetes kreisringförmiges Teil.

In zahlreichen Versuche wurde nachgewiesen, daß der Wirkungsgrad dem Vergleich mit anderen Radialventilatoren, die die Möglichkeiten des größeren Toleranzausgleiches nicht besitzen, stand halten kann.

Wesentlich ist, daß somit der energieökonomisch günstigste Antrieb von der Kurbelwelle des Mo tors ausgewählt werden kann, was sich auf die Gesamtenergiebilanz des Fahrzeuges oder der Anlage positiv auswirkt.

Der die Spaltströmung bewirkende minimale Luftspalt zwischen der Deckscheibe und dem mitlau fenden Luftleitring bleibt trotz möglicher Bewegungen zwischen den feststehenden und den rotie renden Teilen immer konstant und kann deshalb auch seine positiven Wirkungen, die darin beste hen, daß der Abriß der Oberflächenströmung an der Deckscheibe verhindert wird, ständig entfalten. Günstig ist ferner, wenn dieser Spalt zwischen Deckscheibe und Luftleitring sich zum Laufrad hin verengt, weil dies zu einer Düsenwirkung führt, was die zuvor beschriebene Wirkung verbessert. An der engsten Stelle, am Ende des Spaltes, kann die Spaltbreite vorzugsweise zwischen 2 und 5 mm betragen.

Die Verbindung zwischen der Deckscheibe und dem mitrotierenden Luftleitring kann eine lösbare Verbindung, beispielsweise Schraubverbindung, sein oder auch eine unlösbare, beispielsweise eine Schweißverbindung oder Klebeverbindung. Am Umfang verteilt sind entsprechende Verbindungs stege vorgesehen.

Der gute Wirkungsgrad des Radialventilators wird ferner dadurch unterstützt, daß das kragenförmi ge Ende der Einlaufdüse, das die Luft von der Saugseite zur Druckseite leitet, im Querschnitt vier telkreisförmig oder etwas geringer als der Viertelkreis ausgebildet ist. Die Tangente des Viertelkrei ses strakt wiederum mit dem teilkreisförmigen unteren Abschnitt des Luftleitringes. Ferner strakt die Tangente des teilkreisförmigen Abschnittes des Luftleitringes mit dem teilkreisförmigen Abschnitt der Deckscheibe. Gerade diese zuletztgenannte Ausbildung dient ebenfalls der optimalen Spalt strömung, d. h. sie bewirkt, daß die Luftströmung nicht von der Deckscheibe abgelöst wird und schädliche Verwirbelungen erzeugt.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den Patentansprüchen. Ferner ergeben sich Merkmale und Wirkungen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, die Bezug nimmt auf die beiliegenden Zeichnungen. Die für die vorliegende Erfindung wichtigen Einzelheiten sind nachfol gend mit den Bezugsziffern 1 bis 21 versehen.

Es zeigen:

Fig. 1 Seitenansicht eines Radialventilators in der Kühlanlage eines Kraftfahrzeuges;

Fig. 2 Kühlanlage mit Radialventilator von hinten gesehen;

Fig. 3 Einzelheit "X" aus Fig. 1 in einer 1. Variante;

Fig. 4 wie Fig. 3 - mit einer Spaltabdeckung;

Fig. 5 Einzelheit "X" aus Fig. 1 in einer 2. Variante - mit Spaltabdeckung;

Fig. 6 Ähnlich der Fig. 4 - mit einer anderen Spaltabdeckung.

Die Fig. 1 und 2 sind schematisiert dargestellt und zeigen eine kastenartig aufgebaute Kühlanlage 2, in der sich der Radialventilator 1 befindet, dessen Laufrad 3 um die Achse 29 rotiert. Dabei wird die Luft axial angesaugt und radial auf die Kühler 23; 24; 25; 26 der Kühlanlage 2 umgelenkt. Die kastenartige Kühlanlage 2 besteht hier beispielsweise aus einem oberen Ladeluftkühler 23, aus rechts und links angeordneten Kühlmittelkühlern 24 und unten angeordnetem Ölkühler 25 und Kon densator 26, die in Luftströmungsrichtung hintereinander liegend angeordnet sind. Solche Kühlan lagen sind häufig in größeren Kraftfahrzeugen anzutreffen.

Der Antrieb des Radialventilators 1 erfolgt vom Motor 27 des Kraftfahrzeuges. Vorliegend erfolgt die Übertragung des Drehmomentes auf den Radialventilator 1 über einen Keilriementrieb 28. In ande ren Anwendungsfällen kann der Radialventilator 1 direkt über eine Kupplung mit der Kurbelwelle des Motors 27 verbunden sein. Der direkte Antrieb vom Motor 27 auf den Radialventilator 1 ist energieökonomisch die günstigste Variante. Allerdings benötigt diese Variante einen größeren Ab stand (Spalt 18) zwischen stationären und rotierenden Teilen, weil durch Temperaturschwankungen und durch den Lauf des Motors verursachte Schwingungen zu Lageveränderungen führen, die aus geglichen werden müssen. Dabei darf es logischerweise nicht zu Berührungen der Teile kommen und auch die Leistung des Radialventilators 1 darf darunter nicht wesentlich leiden, weil ansonsten nicht sichergestellt wäre, daß die projektierte Kühlleistung in Phasen größten Kühlbedarfes auch erreicht werden würde. Alldem trägt die folgende Ausführung Rechnung.

Hier ist der in Fig. 1 mit "X" gekennzeichnete Bereich von großer Bedeutung und in den Fig. 3 bis 6 als Schnittdarstellung in zwei Varianten abgebildet. Unterhalb der einzelnen Fig. 3 bis 6 verläuft jeweils horizontal die gedachte Laufradachse 29. Mit dem Bezugszeichen 18 ist der Spalt bezeich net, der jetzt einen deutlich größeren Toleranzausgleich zwischen der stationären Einströmdüse 8 und dem Laufrad 3 mit dem mitrotierenden Leitring 6 gestattet, als das beim Stand der Technik der Fall ist. Dies ist in den Fig. 3 bis 6 erkennbar aus den Kreisen mit gestrichelter Linienführung. In den Fig. 3 bis 6 haben gleiche Teile gleiche Bezugszeichen, die der besseren Übersichtlichkeit halber nur in der Fig. 3 vollständig angegeben worden sind.

In den Fig. 3 4 und 6 besteht der Luftleitring 6 aus dem unteren kreisförmigen Abschnitt 11, dem vertikalen Abschnitt 13 und dem oberen horizontalen Abschnitt 14.

In den Fig. 4 bis 6 sind nur die dort wesentlichen Teile mit Bezugszeichen versehen worden. Aus den Abbildungen geht hervor, daß zwischen der Deckscheibe 5 und dem Luftleitring 6 Verbin dungsstege 21 angeordnet sind. Von solchen Verbindungsstegen 21 sind mehrere gleichmäßig am Umfang verteilt vorgesehen. In den Schnittdarstellungen ist jeweils nur ein Verbindungssteg 21 dargestellt. Es versteht sich, daß der nicht gezeigte Querschnitt der Verbindungsstege 21 eine strömungsgünstige Form besitzt. Erkennbar ist der sich verengende Luftspalt 10 zwischen dem Luftleitring 6 und der Deckscheibe 5. Am zum Laufrad 3 weisenden Ende 9 des Luftspaltes 10 soll die Breite des Luftspaltes 3 mm betragen. Dadurch wird eine gute Sogwirkung für den von oben aus dem Laufrad 3 abströmenden Teilluftstrom erzielt. Der Teilluftstrom, der eigentlich als Lei stungsverlust zu werten ist und bei allen Radialventilatoren auftritt, wird über den Luftspalt 10 in die Hauptströmung zurückgeführt. Die Zurückführung erfolgt so, daß der Teilluftstrom entlang der inne ren Oberfläche der Deckscheibe 5 geleitet wird. Dadurch werden Verwirbelungen des Luftstromes weitestgehend vermieden. Um diese Wirkung zu unterstützen, liegt die Tangente 16 des teilkreis förmigen Kragens 15 der Einströmdüse 8 in einer Flucht mit dem teilkreisförmigen Abschnitt 11 des Luftleitringes 6. Die Tangente 17 des teilkreisförmigen Abschnittes 11 fluchtet etwa mit dem Teil kreis 12 der Deckscheibe 5. Die zuvor beschriebene Sogwirkung zieht den größten Teil des Teil luftstromes ab, so daß der relativ große Spalt 18, der den gewünschten Toleranzausgleich ermög licht, keine wesentliche schädliche Wirkung hinsichtlich Leistungsverlust entfalten kann. Um diese schädlichen Wirkungen weiter zu reduzieren, sind in den Fig. 4 bis 6 verschiedene Möglichkeiten für Spaltabdeckungen eingezeichnet worden. In Fig. 4 ist als Spaltabdeckung das kreisringartige Teil 19 vorgesehen, daß um den Kragen 15 der Einströmdüse 8 angeordnet ist. Das kreisringartige Teil 19 kann ein nachgiebiger Kunststoff sein. Im Unterschied dazu zeigt die Fig. 6 eine elastische Spaltabdeckung 20. Es handelt sich hier um einen Ring aus Gummi. Dieser Ring hat einen etwas größeren Durchmesser als der von dem oberen horizontalen Abschnitt 14 des Laufringes 6 gebilde te Durchmesser. Der Ring ist an der Einströmdüse 8 befestigt und erstreckt sich in axialer Richtung bis über das Ende des horizontalen Abschnittes 14.

Die Fig. 5 zeigt die vorteilhafte Variante, bei der der Luftleitring 6 nur aus dem vertikalen Abschnitt 13 und dem unteren teilkreisförmigen Abschnitt 11 besteht. Dieser Luftleitring 6 hat bei vergleichbar guten Wirkungen geringere Fertigungskosten. Zur Abdeckung des Spaltes 18 ist hier eine aus bür stenartigen Teilen bestehende elastische Abdeckung 20 vorgesehen, die ringförmig angeordnet ist. Diese Abdeckung 20 ist ebenfalls an der Einströmdüse 8 befestigt und erstreckt sich in axialer Richtung bis dicht an den vertikalen Abschnitt 13 des Luftleitringes 6.

Bezugszeichenliste

1

Radialventilator

2

Kühlanlage

3

Laufrad

4

Radialschaufeln

5

Deckscheibe

6

Luftleitring (LR)

7

Laufradboden

8

Einströmdüse

9

Ende des Luftspaltes

10

Luftspalt zwischen Leitring und Deckscheibe

11

Teilkreis am Leitring

12

Teilkreis an Deckscheibe

13

vertikaler Abschnitt am LR

14

horizontaler Abschnitt am LR

15

kragenförmiges Ende an Einströmdüse

16

Tangente zwischen Viertelkreis und teilkreisförmigem Abschnitt LR

17

Tangente vom Abschnitt LR zum Teilkreis Deckscheibe

18

Spalt zwischen LR und Einströmdüse

19

kreisringförmiges Teil

20

elastische Spaltabdeckung

21

Verbindungsstege LR-Deckscheibe

22

Strömungspfeile

23

Ladeluftkühler

24

Kühlmittelkühler

25

Ölkühler

26

Kondensator

27

Motor

28

Keilriemen

29

Achse des Laufrades

Claims

1. Radialventilator (1), insbesondere als Lüfter für die Kühlanlage (2) eines Kraftfahrzeuges, umfas send ein Laufrad (3) mit Radialschaufeln (4), eine düsenartig geformte Deckscheibe (5), einen dar an befestigten Luftleitring (6), einen Laufradboden (7) sowie eine stationäre Einströmdüse (8), da durch gekennzeichnet, daß zwischen der Deckscheibe (5) und dem mitrotierenden Luftleitring (6) ein radialer Luftspalt (10) ausgebildet ist.

2. Radialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Luftspalt (10) durch die Überdeckung zwischen Deckscheibe (5) und Luftleitring (6) gebildet ist und vorzugsweise dü senartig, zum Laufrad (3) hin konisch verläuft sowie am Ende (9) eine Breite zwischen 2 und 5 mm aufweist, die am gesamten Umfang vorzugsweise konstant ist.

3. Radialventilator nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Verbin dungsstege (21) am Umfang verteilt zwischen Luftleitring (6) und Deckscheibe (5) angeordnet sind.

4. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftleitring (6), im Querschnitt gesehen, einen zur Deckscheibe (5) weisenden unteren etwa teilkreisförmigen Abschnitt (11), einen zwischen dem Auslauf der Deckscheibe (5) und der stationä ren Einströmdüse (8) positionierten etwa vertikalen Abschnitt (13) und einen oberen zur Einlaufdüse (8) weisenden etwa horizontalen Abschnitt (14) besitzt.

5. Radialventilator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überdeckung zwischen dem Ende eines kragenförmigen Abschnittes (15) der stationären Ein strömdüse (8) und dem oberen horizontalen Abschnitt (14) des Luftleitringes (6) vorgesehen ist.

6. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftleitring (6) im Querschnitt gesehen, einen zur Deckscheibe (5) weisenden unteren etwa teilkreisförmigen Abschnitt (11) und einen zwischen dem Auslauf der Deckscheibe (5) und der stationären Einström düse (8) positionierten etwa vertikalen Abschnitt (13) aufweist.

7. Radialventilator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das kragenförmige Ende (15) der stationären Einströmdüse (8) im Querschnitt viertelkreisförmig oder etwas geringer als der Viertelkreis ausgebildet ist.

8. Radialventilator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangente (16) des Viertelkreises mit dem teilkreisförmigen unteren Abschnitt (11) des Luftlei tringes (6) strakt und dessen Tangente (17) mit dem teilkreisförmigen Abschnitt (12) der Deck scheibe (5) fluchtet.

9. Radialventilator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Spalt (18) zwischen der stationären Einströmdüse (8) und dem mitrotierenden Leitring (6) elasti sche und/oder starre Mittel zur Abdeckung (19; 20) des Spaltes (18) vorgesehen sind.

10. Radialventilator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß um das Ende (15) der stationä ren Einströmdüse (8) ein kreisringförmiges Teil (19) angeordnet ist.

11. Radialventilator nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß an der Einströmdüse (8) oder an dem mitrotierenden Leitring (6) eine den gesamten Umfang umfassende elastische Spaltabdeckung (20) angeordnet ist.