DE19929978B4

DE19929978B4 - Lüfter mit Axialschaufeln

Info

Publication number: DE19929978B4
Application number: DE19929978A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. Aschermann; Uwe Dipl.-Ing. Blaß
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2019-07-01
Also published as: US6382915B1; DE19929978A1

Abstract

Lüfter mit Axialschaufeln (2, 22), insbesondere für Kühler von Kraftfahrzeugen, wobei die Axialschaufeln (2, 22) auf einer Lüfternabe (10, 31), befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im lufteintrittsseitigen Bereich der Nabe (10, 31), und im wesentlichen auf der Saugseite der Axialschaufeln (2, 22) Luftleitelemente (5, 27) angeordnet sind, wobei sich diese Luftleitelemente über einen axialen Bereich von der Vorderkante einer Axialschaufel bis zur Hinterkante einer benachbarten Axialschaufel erstrecken.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lüfter mit Axialschaufeln, insbesondere für Kühler von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder 2.

Lüfter mit Axialschaufeln wurden durch die DE 44 45 671 A1 und durch die EP 515 839 A1 der Anmelderin bekannt.

Der Axiallüfter nach der DE 44 45 671 A1 weist eine zylindrische Nabe auf, an welcher stirnseitig zur Verbesserung der Anströmung ein Luftleitring (auch Kalotte genannt) angeordnet ist. Durch diese Kalotte wird der Luftstrom in eine Hauptströmung über die Nabe und eine Nebenströmung über die Flüssigkeitsreibungskupplung geteilt, was jedoch bezüglich der Nebenströmung besondere konstruktive Maßnahmen und erhöhte Druckverluste mit sich bringt. Nach der EP 515 839 A1 weist die Lüfternabe eine sogenannte Nabenrampe auf der Druckseite der Axialschaufeln auf, wodurch zwar auf der Rückseite der Schaufeln die Strömung stabilisiert wird – allerdings sind die Strömungsverhältnisse auf der Vorderseite dieses Lüfters noch verbesserungsfähig, insbesondere, wenn der Lüfter auf einer Flüssigkeitsreibungskupplung befestigt ist. Das Problem einer solchen Anordnung von Flüssigkeitsreibungskupplung und Axiallüfter besteht darin, daß beide Strömungskomponenten, also die Kühlluftströmung über die Frontseite der Kupplung und die Anströmung für die Lüfternabe möglichst störungsfrei zusammengeführt werden.

Die DE 29 51 775 A1 offenbart ein Kühlgebläse mit einer Nabe sowie einer Anzahl von Gebläseflügeln, die sich von der Nabe radial nach außen erstrecken und deren Steigungswinkel im als Rotationsflügel wirkenden Fußbereich so groß ist, daß ein im wesentlichen konusförmiger Luftstrom gebildet wird, dessen imaginäre Spitze vor dem Gebläserad liegt, wobei der Steigungswinkel vom Fußbereich der Flügel zu deren Spitze allmählich kleiner wird.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Strömungsverhältnisse für Axiallüfter der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere die Kühlluftströmung für die Kupplung und die Anströmung für den Lüfter in wirkungsvoller Weise zu koordinieren.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen des Patentanspruches 1, bzw. des Patentanspruches 2

Auf der Vorderseite der Axialschaufeln, also im wesentlichen im saugseitigen Bereich sind, Luftleitelemente angeordnet, die einen Strömungskanal bilden und die Luft gezielt von der Vorderseite auf die Rückseite der Schaufeln, d. h. in den Bereich der zylindrischen Nabe bzw. in den Bereich der Nabenrampe führen. Die Nabenrampe wirkt sich somit förderlich für die durch die Luftleitelemente erzeugte Strömung aus, d. h. im Sinne einer Stabilisierung in hinteren Nabenbereich. Dadurch ergibt sich eine saubere und verlustarme Umströmung der Schaufelwurzeln im Nabenbereich.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Axiallüfter auf einer Flüssigkeitsreibungskupplung befestigt; durch die an der Flüssigkeitsreibungskupplung angeordneten, radial ausgerichteten Kühlrippen ergibt sich eine radial nach außen gerichtete Strömung, die mit der Anströmung der Axialschaufeln zusammentrifft. Dabei wirken die Luftleitelemente quasi wie die Schaufeln eines Radialgeblässes, in welches die Strömung radial eintritt und im wesentlichen tangential bzw. halbaxial wieder austritt. Die Luftleitele mente begrenzen somit einen Strömungskanal, der die Luftströmung direkt auf die Nabenrampe im Druckbereich der Axialschaufeln führt. Auf diese Weise ist eine effektive Luftströmung gewährleistet, d. h. einerseits zur Kühlung der Kupplung und andererseits zur Durchströmung des Axiallüfters.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Nabenbereich stirnseitig durch eine Kalotte abgedeckt ist, die die Luftleitelemente bzw. die von ihnen gebildeten Strömungskanäle frontseitig, d. h. zur Luftanströmseite hin abdeckt und strömungsgünstig verkleidet. Durch diese Kalotte wird einerseits die radial gerichtete Kühlluftströmung der Kupplung "eingefangen", andererseits wird der Nabenfrontbereich zur Verbesserung der Nabenströmung strömungsgünstig ausgebildet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben: Es zeigen
1 den Axiallüfter in einer Frontansicht, d. h. in Luftströmungsrichtung gesehen,
2 eine Teilansicht des Lüfters nach 1 im Bereich der Schaufelwurzel,
3 eine perspektivische Ansicht im Nabenbereich,
4 eine perspektivische Teilansicht des Axiallüfters von der Rückseite, d. h. entgegen der Luftströmungsrichtung gesehen,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Axiallüfter mit Kalotte und
6 den Lüfter gemäß 5 im Schnitt.
1 zeigt einen Axiallüfter 1, bestehend aus einer Nabe 10 mit acht Axialschaufeln 2, in einer Frontansicht, d. h. in Luftströmungsrichtung gesehen. Im radial inneren Bereich ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung 3 angeordnet, die auf ihrer Frontseite radial verlaufende Kühlrippen 4 aufweist. Der Axiallüfter 1 ist in nicht dargestellter Weise mit der Abtriebsseite der Flüssigkeitsreibungskupplung 3 verbunden. Dieses Aggregat, bestehend aus Axiallüfter und Flüssigkeitsreibungskupplung, dient der Förderung von Kühlluft durch den Kühler eines Kraftfahrzeuges für die Kühlung des Verbrennungsmotors. Im Bereich der Wurzeln der Axialschaufeln 2 sind schaufelförmige Luftleitelemente 5 angeordnet, die der Beeinflussung der Luftströmung dienen. Dabei ist jeder Schaufel 2 ein Luftleitelement 5 zugeordnet, welches sich in Umfangsrichtung etwa von einer Vorderkante 6 bis zur nächsten Vorderkante 6' der benachbarten Schaufel erstreckt. Die Drehrichtung des Lüfters ist durch einen Pfeil A angegeben.
2 zeigt eine Teilansicht des Axiallüfters 1, wiederum in Luftströmungsrichtung gesehen, d. h. mit Blick auf die Vorderseite der Kupplung 3 und des Lüfters 1. Im Wurzelbereich 2a der Axialschaufeln 2 ist auf deren Front-, d.h.
Saugseite eine Luftleitelement 5 angeordnet, welches sich leicht gekrümmt im wesentlichen in tangentialer Richtung erstreckt, und zwar beginnend im Bereich der Vorderkante 6 der Schaufel 2 und endend etwa im Bereich der benachbarten Schaufelvorderkante 6', wobei der radiale Abstand des Leitelements 5 von seinem vorderen Bereich 5a bis zu seinem Endbereich 5b entgegen der Drehrichtung (Pfeil A) zunimmt, so daß sich ein schaufelartiges Profil ergibt. Zwischen den jeweils vorderen Bereichen 5a und 5a' benachbarter Luftleitelemente 5 und 5' ist eine Durchtrittsöffnung 7 für die Luftströmung belassen. Radial innerhalb der Luftleitelemente 5 ist die Flüssigkeitsreibungskupplung 3 angeordnet, die eine Vielzahl von radial ausgerichteten Kühlrippen 4 aufweist, welche der Luftströmung eine etwa radial gerichtete Strömungskomponente erteilen, die durch Pfeile mit dem Buchstaben C gekennzeichnet ist. Diese Luftströmung C tritt in die Durchtrittsöffnung 7 ein, wird über die Luftleitelemente 5 in eine tangentiale und axiale Richtung umgelenkt und trifft dann auf die Saugseite der Schaufeln 2, was unten anhand der 4 erläutert wird.
3 zeigt in einer perspektivischen Teilansicht, wiederum im wesentlichen in Anströmrichtung gesehen, die Umlenkung der radialen Luftströmung in eine etwa tangential gerichtete Strömung, dargestellt durch die Pfeile D – diese Luftströmung D tritt durch die Durchtrittsöffnung 7 hindurch. Diese perspektivische Darstellung zeigt zusätzlich zu der Darstellung nach 2 die axiale Erstreckung der Luftleitelemente 5, und zwar einerseits für das Leitelement 5 dessen Unterseite 5c und für das Luftleitelement 5' dessen Oberseite 5d'. Man erkennt somit, daß sich diese Luftleitelemente 5 und 5' über einen axialen Bereich von der Vorderkante 6' einer Schaufel bis zur Hinterkante 8 einer benachbarten Schaufel erstrecken.
4 zeigt eine ergänzende Darstellung, d. h. eine Teilansicht des Axiallüfters von der Rückseite, d. h. im wesentlichen entgegen der Luftströmungsrichtung. Die Drehrichtung des Lüfters 1 ist durch den Pfeil A angedeutet. Die Lüfterschaufeln 2 und 2', hier exemplarisch dargestellt, weisen jeweils in ihrem Wurzelbereich eine sogenannte Nabenrampe 9 bzw. 9' auf, wie sie durch die EP-A 515 839 der Anmelderin bekannt wurde. Im Bereich der Vorderkante 6 der Axialschaufel 2 ist der Endbereich 5b des Luftleitelementes 5 befestigt. Das Luftleitelement 5 bildet somit mit der Nabenrampe 9 einen Strömungskanal, d. h. im Bereich einer tangentialen Überlappung Ü. Dadurch wird der Luftströmung (Pfeil E) eine definierte Richtung aufgezwungen, und es wird eine weitere Stabilisierung der Strömung auf der Druckseite der Schaufel 2 erreicht.
Die Lüfterschaufeln 2 und die zugehörigen Nabenrampen 9 sind mit der Nabe 10 verbunden, und zwar vorzugsweise als einstückiges Kunststoffspritzteil. Auch die Luftleitelemente 5 können an die Lüfterschaufeln 2 bzw. an die Nabe angespritzt werden. Da die Luftleitelemente 5 eine zweidimensionale Fläche bilden (vgl. Ansicht gemäß 1 und 2) können sie in axialer Richtung des Lüfters entformt werden.
5 und 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der stirnseitige Nabenbereich durch eine Kalotte 20 abgedeckt ist. Der Lüfter 21 weist Axialschaufeln 22 auf und ist auf einer Flüssigkeitsreibungskupplung 23 befestigt, die an ihrer Stirnseite radial verlaufende Kühlrippen 24 trägt. Die Kalotte 20 ist etwa ringförmig ausgebildet, und zwar mit einem kreisförmigen Innenausschnitt mit dem Durchmesser D_i und einer sägezahnförmigen Außenkontur 25, wobei die „Sägezähne" 26 ungefähr auf Lükke zu den Axialschaufeln 22 angeordnet sind. Der sägezahnförmige Verlauf 25 ist teilweise an den Verlauf von Leitschaufeln 27 (analog zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel) angepaßt. Damit bildet die Kalotte 20 einen frontseitigen Abschluß der Strömungskanäle, die durch die Leitschaufeln 27 gebildet werden. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 erstrecken sich die Leitschaufeln 27 in diesem Ausführungsbeispiel über einen größeren Umfangsbereich, der etwa das einfache bis eineinhalbfache der Schaufelteilung beträgt. Die Schaufelteilung ergibt sich hier bei acht Schaufeln zu 360:8 = 45 Grad. Die Vorderkante 27' jeder Leitschaufel 27 geht in eine Nase 28 über, die als Strömungsteiler wirkt. Der Nasenrücken dieser Nase 28 wird durch eine weitere Leitfläche 29 gebildet, die sich im schaufelrückwärtigen Bereich in der gestrichelt angedeuteten Nabenrampe 30 fortsetzt. Die Luftströmung ist durch die Pfeile S₁, S₂ und S₃ angedeutet: S₁ ist die im wesentlichen radial gerichtete, durch die Kühlrippen 24 der Kupplung erzeugte Kühlluftströmung, die durch die Leitschaufeln 27 und die Kalotte 20 „eingefangen" und zur Strömung S₂ und S₃ umgelenkt wird, die schließlich (was nicht mehr durch Pfeile angedeutet ist), auf die Rückseite der Schaufeln gelangt.
6 zeigt einen Schnitt längs der abgeknickten Linie V – V in 5, d. h. einen Axialschnitt durch Lüfter und Kupplung. Die Flüssigkeitsreibungskupplung 23 ist zur Vereinfachung schraffiert dargestellt, weist einen Außendurchmesser D_a auf und trägt auf ihrer Frontseite die radial ausgerichteten Kühlrippen 24. Der Lüfter 21 ist über eine Nabe 31 mit der Kupplung 23 verbunden. Auf der Front- bzw. Anströmseite des Lüfters ist der Nabenbereich durch die Kalotte 20 abgedeckt, die einen Innendurchmesser D_i aufweist. Die Luftanströmungsrichtung (ungestört) ist durch die Pfeile X gekennzeichnet. Im radial inneren Bereich, d. h. im Bereich der Kühlrippen 24 wird die zunächst axial gerichtete Luftströmung in eine Radialströmung S, umgelenkt, die in ihrem radial äußeren Bereich, gekennzeichnet durch die Pfeile S₂, durch die Kalotte 20 abgedeckt ist. In diesem Bereich tritt die Strömung S₂ in einen Strömungskanal 32, der radial außen durch die Leitschaufel 27 und radial innen durch die Leitfläche 29 begrenzt wird. Die Strömung gelangt so relativ ungestört in den hinteren Nabenbereich und vereinigt sich dort mit der Nabenströmung.

Claims

Lüfter mit Axialschaufeln (2, 22), insbesondere für Kühler von Kraftfahrzeugen, wobei die Axialschaufeln (2, 22) auf einer Lüfternabe (10, 31), befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im lufteintrittsseitigen Bereich der Nabe (10, 31), und im wesentlichen auf der Saugseite der Axialschaufeln (2, 22) Luftleitelemente (5, 27) angeordnet sind, wobei sich diese Luftleitelemente über einen axialen Bereich von der Vorderkante einer Axialschaufel bis zur Hinterkante einer benachbarten Axialschaufel erstrecken.
Lüfter mit Axialschaufeln (2, 22) insbesondere für Kühler von Kraftfahrzeugen, wobei die Axialschaufeln (2, 22) auf einer Lüfternabe (10, 31) befestigt sind und auf der Druckseite der Axialschaufeln (2, 22) eine entgegen der Drehrichtung (A) ansteigende Nabenrampe (9, 30) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenrampe (9, 30), in Luftströmungsrichtung gesehen, im wesentlichen auf der Saugseite der Axialschaufeln (2, 22) angeordnete Luftleitelemente (5, 27) vorgeschaltet sind, wobei sich diese Luftleitelemente über einen axialen Bereich von der Vorderkante einer Axialschaufel bis zur Hinterkante einer benachbarten Axialschaufel erstrecken.
Lüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitelemente (5, 27) als gekrümmte Leitschaufeln ausgebildet sind.
Lüfter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitschaufel (5) umfangsseitig von der Vorderkante (6) einer Axialschaufel (2) etwa bis zur Vorderkante (6') der benachbarten Axialschaufel (2') erstreckt (einfache Schaufelteilung).
Lüfter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitschaufel (27) umfangseitig über einen Bereich erstreckt, der größer als eine Schaufelteilung ist.
Lüfter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem vorderen Bereich (5a) einer Leitschaufel (5) und dem vorderen Bereich (5a') einer benachbarten Leitschaufel (5') eine Luftdurchtrittsöffnung (7) befindet.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß radial innerhalb der Lüfternabe (10, 31) eine Flüssigkeitsreibungskupplung (3, 23) angeordnet ist.
Lüfter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsreibungskupplung (3,23) radial verlaufende Kühlrippen (4,24) aufweist und einen nach außen gerichteten Luftstrom (C, D; S₁) erzeugt.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der stirnseitige Bereich der Nabe durch eine Kalotte (20) abgedeckt ist.
Lüfter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalotte (20) etwa ringförmig ausgebildet ist und eine kreisförmige innere Kontur sowie eine sägezahnförmige äußere Kontur (25) aufweist.
Lüfter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser D_i der Kalotte (20) dem Außendurchmesser D_a der Flüssigkeitsreibungskupplung (23) entspricht.