DE202009009560U1

DE202009009560U1 - Kühlsystem

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Publication number: DE202009009560U1
Application number: DE200920009560
Authority: DE
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2019-07-11

Abstract

Kühlsystem (1) für einen Verbrennungsmotor (2) eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, umfassend
– eine um eine Rotationsachse (4) rotierende Lüfterwelle (3),
– an der Lüfterwelle (3) angeordnete Lüfterschaufeln (5),
– einen die Lüfterschaufeln (5) umgebenden Mantelring (6),
– einen Wärmeübertrager (7) zum Kühlen einer Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors (2), so dass von den Lüfterschaufeln (5) Luft durch den Wärmeübertrager (7) förderbar ist,
– vorzugsweise ein Antriebsmittel (8) für die Lüfterwelle (3),
dadurch gekennzeichnet, dass
in Strömungsrichtung der Luft vor den Lüfterschaufeln (5) ein Zuströmstabilisator (9) angeordnet ist zur Erzeugung einer radialen, zu dem Mantelring (6) gerichteten Strömungskomponente (10) der Luft an den Lüfterschaufeln (5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
In Kraftfahrzeugen werden Verbrennungsmotoren eingesetzt, um das Kraftfahrzeug anzutreiben. Der Verbrennungsmotor als Wärmekraftmaschine gibt dabei Abwärme ab, die mittels eines Kühlsystems an die Umgebung abgegeben wird. Das Kühlsystem umfasst dabei einen Wärmeübertrager. Durch den Wärmeübertrager strömt Kühlflüssigkeit, welche im Bereich von Verbrennungsräumen des Verbrennungsmotors Wärme aufnimmt und anschließend durch den Wärmeübertrager strömt zum Abgeben der Wärme an die Umgebungsluft des Kraftfahrzeuges. In Strömungsrichtung der Luft durch den Wärmeübertrager ist nach dem Durchströmen der Luft durch den Wärmeübertrager eine Lüfterwelle mit daran angeordneten Lüfterschaufeln vorhanden. Die Lüfterschaufeln werden dabei von einem Antriebsmittel angetrieben und befinden sich somit in einer Rotationsbewegung. Mittels der Lüfterschaufeln wird Luft durch den Wärmeübertrager geleitet.
Die Anforderungen an die Kühlleistung des Wärmeübertragers steigen dabei an bei einer gleichzeitigen Beschränkung des zur Verfügung stehenden Bauraumes für den Wärmeübertrager. Die Beschränkung des Bauraumes für den Wärmeübertrager betrifft dabei im Wesentlichen die Höhe und die Breite des Wärmeübertragers. Aus diesem Grund werden zunehmend Wärmeübertrager mit einer größeren Tiefe hergestellt, so dass beim Durchleiten der Luft durch den Wärmeübertrager eine stärkere Drosselung bzw. ein stärkerer Druckabfall innerhalb des Wärmeübertrages beim Durchleiten der Luft auftritt. Um weiterhin eine ausreichende Kühlleistung zu erhalten, ist deshalb die Förderleistung der an der Lüfterwelle angeordneten Lüfterschaufeln zu erhöhen. Bei einer hohen Drosselung der Luft beim Durchleiten durch den Wärmeübertrager besteht dabei die Gefahr eines Abreisens der Luftströmung an den Lüfterschaufeln, so dass damit eine Verringerung des Wirkungsgrades des Lüfters auftritt bzw. keine ausreichende Luftmenge mehr durch den Wärmeübertrager mittels des Lüfters geleitet werden kann. Dies betrifft insbesondere Nutzfahrzeuge, bei denen als Antriebsmittel für den Lüfter eine Viskokupplung genutzt wird, mittels der der Lüfter von der mechanischen Energie des Verbrennungsmotors unmittelbar angetrieben wird. Die Lüfterwelle ist hierzu beispielsweise mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mechanisch gekoppelt und die mechanische Kopplung kann mittels der Viskokupplung ganz oder teilweise gelöst werden. Bei Personenkraftwagen wird der Lüfter im Allgemeinen von einem Elektromotor angetrieben.
Die DE 90 16 496.2 U1 zeigt einen Axiallüfter für den Kühler einer Verbrennungsmaschine, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, der mit einem die Lüfterschaufeln umgebenden Mantel am Motor angebracht ist und mit seinem Mantel von einer am Kühler angebrachten Lüfterzarge in einem Abstand liegt, der von einer elastischen, Lüfterzarge und Mantel einfassenden Manschette überbrückt ist. Dabei ist an dem Mantel zugewandten Ende der Lüfterzarge eine düsenartige Verengung vorgesehen, die über das Ende der Lüfterzarge vorsteht, an ihrem Ende einen kleineren Durchmesser als der Lüfterdurchmesser auf der Eintrittseite aufweist und den Abstand zwischen Lüfterzarge und Mantel zumindest teilweise überbrückt.
Die DE 101 35 698 A1 zeigt eine Lüfteranordnung für einen Wärmetauscher eines Verbrennungsmotors mit einem Leitrad und einem strömungsabwärts im Bereich eines Luftführungselementes angeordneten Lüfterrades, wobei das Lüfterrad in axialer Richtung teilweise aus dem Luftführungselement herausragt.
Aus der DE 44 38 184 C1 ist ein Axiallüfter für den Kühler einer Verbrennungsmaschine, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, der mit einem die Lüfterschaufeln umgebenden Ortsmantel versehen und im Abstand zu einer am Kühler angebrachten Kühlerzarge angeordnet ist. Dabei mündet zwischen Kühlerzarge und Lüfter ein durch eine erste und eine im Abstand dazu angeordnete zweite Wand gebildeter ringförmiger Bypasskanal, der zur Druckseite des Lüfters offen ist und dessen der durch die Zarge geführten Hauptströme zugewandten Innenwand eine Krümmung derart aufweist, dass die zur Saugseite des Lüfters hin austretende Bypassströmung in Richtung der Hauptströmung umgelenkt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Kühlsystem zur Verfügung zu stellen, bei dem auch bei einer hohen Drosselung der Luft beim Durchleiten durch einen Wärmeübertrager zum Kühlen einer Kühlflüssigkeit eines Verbrennungsmotors ein hoher Wirkungsgrad eines Lüfters gewährleistet und ein Abreißen der Strömung an den Lüfterschaufeln verhindert wird. Das Kühlsystem soll zuverlässig im Betrieb arbeiten.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, umfassend eine um eine Rotationsachse rotierende Lüfterwelle, an der Lüfterwelle an geordnete Lüfterschaufeln, einen die Lüfterschaufeln umgebenden Mantelring, einen Wärmeübertrager zum Kühlen einer Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors, so dass von den Lüfterschaufeln Luft durch den Wärmeübertrager förderbar ist, vorzugsweise ein Antriebsmittel für die Lüfterwelle, wobei in Strömungsrichtung der Luft vor den Lüfterschaufeln ein Zuströmstabilisator angeordnet ist zur Erzeugung einer radialen, zu dem Mantelring gerichteten Strömungskomponente der Luft an den Lüfterschaufeln.
Der Zuströmstabilisator erzeugt in vorteilhafter Weise zu der in Richtung der Rotationsachse vorhandenen Strömungsrichtung der Luft eine zusätzliche radiale zu dem Mantelring gerichtete Strömungskomponente an den Lüfterschaufeln. Dadurch kann insbesondere an einem Endabschnitt der Lüfterschaufeln auch bei einer hohen Drosselung bzw. einem hohen Druckabfall beim Durchleiten der Luft durch den Wärmeübertrager ein Abreißen der Strömung an den Lüfterschaufeln verhindert werden. Damit ist auch bei einer hohen Drosselung der Luft an dem Wärmeübertrager ein hoher Wirkungsgrad des von den Lüfterschaufeln und der Lüfterwelle gebildeten Lüfters gewährleistet.
Insbesondere ist mittels des Zuströmstabilisators die radiale, zu dem Mantelring gerichtete Strömungskomponente der Luft, insbesondere im Wesentlichen ausschließlich, an einem Endabschnitt der Lüfterschaufeln erzeugbar und/oder der Zuströmstabilisator ist als ein Ring ausgebildet. Der Zuströmstabilisator ist hierzu in der Nähe des Mantelringes oder des Endabschnittes der Lüfterschaufeln im Strömungsraum vor den Lüfterschaufeln ausgebildet. Dadurch wird in dem Endabschnitt der Lüfterschaufeln eine starke radiale, zu dem Mantelring gerichtete Strömungskomponente der Luft zusätzlich zur Strömungskomponente im Wesentlichen in Richtung der Rotationsachse der Lüfterschaufeln erzeugt. Insbesondere im Endabschnitt der Lüfterschaufeln besteht bei einer hohen Drosselung der durch den Wärmeübertrager geleiteten Luft die Gefahr eines Abreißens der Strömung an den Lüfterschaufeln mit einer dahingehenden Absenkung des Wirkungsgrades des Lüfters bzw. einer Absenkung der Förderleistung des Lüfters.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der Endabschnitt der Lüfterschaufeln ein Abschnitt der Lüfterschaufeln, deren Abstand zu der Rotationsachse der Lüfterwelle wenigstens 50%, 70%, 80% oder 90% des maximalen Abstandes von der Rotationsachse zu dem Ende der Lüfterschaufeln beträgt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Ring geschlossen oder geöffnet. Die Ausbildung des Zuströmstabilisators als Ring ist im Allgemeinen erforderlich, weil sich die Lüfterschaufeln auf einer Kreisbahn bewegen und somit das Ende der Schaufeln einen Kreis bildet und gerade im Endabschnitt die Gefahr eines Abreißens der Strömung besteht, so dass hier im Allgemeinen der Zuströmstabilisator im Strömungsraum vor den Lüfterschaufeln auszubilden ist.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Zuströmstabilisator koaxial oder konzentrisch zu der Rotationsachse der Lüfterwelle ausgebildet.
Vorzugsweise ist der Zuströmstabilisator vollständig von der Luft umströmbar zur Ausbildung eines Strömungswirbels um den Zuströmstabilisator Der Zuströmstabilisator kann damit vollständig, abgesehen von einzelnen Befestigungselementen zum Befestigen des Strömungsstabilisators, von der Luft umströmt werden. Damit kann sich ein Strömungswirbel ausbilden, mittels dem die Luft an den Lüfterschaufeln mit einer zusätzlichen radialen, zu dem Mantelring gerichteten Strömungskomponente versetzt werden kann.
In einer Variante ist die Strömungsrichtung des Strömungswirbels an der den Lüfterschaufeln zugewandten Seite im Wesentlichen radial zu dem Mantelring gerichtet. Die den Lüfterschaufeln zugewandte Seite des Strömungswirbels ist somit dahingehend ausgerichtet, dass diese Strömung an dieser Sei te eine radiale, zu dem Mantelring gerichtete Strömungskomponente der Luft an den Lüfterschaufeln erzeugen kann.
Zweckmäßig bildet das Zentrum des Strömungswirbels im Wesentlichen einen wenigstens teilweise geschlossenen Kreis.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Zentrum des Strömungswirbels im Wesentlichen konzentrisch zu der Rotationsachse der Lüfterwelle ausgebildet.
Insbesondere ist der Zuströmstabilisator wenigstens teilweise außerhalb eines Lüfterschaufel-Zylinders angeordnet, wobei eine zentrische Längsachse des Lüfterschaufel-Zylinder die Rotationsachse der Lüfterwelle ist und der Radius des Lüfterschaufel-Zylinders der Abstand von der Rotationsachse zu einem äußersten Ende der Lüfterschaufeln ist. In vorteilhafter Weise wird damit durch den Zuströmstabilisator die Zuströmung der Luft zu den Lüfterschaufeln nur geringfügig behindert, weil der außerhalb des Lüfterschaufel-Zylinders angeordnete Teil des Zuströmstabilisators die Zuströmung der Luft zu den Lüfterschaufeln nicht oder nur sehr geringfügig behindert.
In einer ergänzenden Variante ist der Zuströmstabilisator zu wenigstens 50%, 80% oder 90% außerhalb des Lüfterschaufel-Zylinders angeordnet.
In einer weiteren Variante ist der Zuströmstabilisator in einem Schnitt parallel zu der Rotationsachse der Lüfterwelle, vorzugsweise ein teilweise gekrümmtes, plattenartiges Bauteil oder ist ein, vorzugsweise außenseitig teilweise gekrümmtes, Vollprofil. Ein plattenartiges Bauteil weist in einem Schnitt von zwei aufeinander senkrecht stehenden Achsen bei einer ersten Achse eine wesentlich größere Ausdehnung auf als in einer zweiten Achse. In der ersten Achse ist dabei die maximale Ausdehnung des plattenförmigen Bauteiles um das wenigstens 2-, 4-, 5- oder 8-fache größer als die maximale Ausdehnung des plattenförmigen Bauteiles in der zweiten Achse. Ein Vollprofil weist in einem Schnitt in Richtung einer ersten und einer zweiten Achse, die aufeinander senkrecht stehen, im Wesentlichen die gleiche maximale Ausdehnung auf. Die im Wesentlichen gleiche maximale Ausdehnung des Vollprofiles in der ersten und zweiten Achse unterscheidet sich dabei um weniger als das 2-fache. Die erste und zweite Achse ist insbesondere in einer Ebene angeordnet, wobei diese Ebene in der Rotationsachse der Lüfterwelle liegt.
In einer weiteren Variante ist der Wärmeübertrager von einer Kühlerhaube umgeben und mittels eines Verbindungsmittels, insbesondere ein elastisches Verbindungsteil oder einer Nut, eine Verbindung zwischen der Kühlerhaube und dem Mantelring besteht zur Ausbildung eines Strömungsraumes von dem Wärmeübertrager zu den Lüfterschaufeln.
In einer weiteren Ausgestaltung ist der Mantelring mit der Kühlerhaube und/oder dem Wärmeübertrager verbunden oder der Mantelring ist mit den Lüfterschaufeln verbunden.
Bei einer Verbindung des Mantelringes mit der Kühlerhaube und/oder dem Wärmeübertrager handelt es sich beim Lüfter um einen Axiallüfter und als Verbindungselement wird im Allgemeinen ein elastisches Verbindungsteil verwendet.
Bei einer Verbindung des Mantelringes mit den Lüfterschaufeln, so dass der Mantelring eine Rotationsbewegung zusammen mit den Lüfterschaufeln ausführt, handelt es sich bei dem Lüfter um einen Düsenmantellüfter und das Verbindungselement ist im Allgemeinen eine Nut. Dasjenige Bauteil, an dem die Nut ausgebildet ist, ist dabei entweder die Kühlerhaube, so dass die Nut mit dem Kühler verbunden ist und damit keine Schwingbewegungen zusammen mit dem Verbrennungsmotor ausführt, sofern das Antriebsmittel für die Lüfterwelle eine Kupplung zum mechanischen Antreiben der Lüfterwelle mittels des Verbrennungsmotors ist. An der Nut tritt dabei ein relativer großer Luftspalt, z. B. im Bereich zwischen 20 mm und 30 mm auf. Abweichend hiervon kann die Nut an einem Bauteil ausgebildet sein, das an dem Verbrennungsmotor befestigt ist und damit die Schwingbewegungen des Verbrennungsmotors mit ausführt, gemeinsam mit dem Lüfter, sofern der Lüfter mittels einer Kupplung angetrieben ist. In dieser letztgenannten Ausgestaltung ist der Luftspalt kleiner, z. B. im Bereich von 3 mm bis 5 mm, weil sowohl die Nut als auch der Mantel gemeinsam die Relativbewegungen des Lüfters mitausführen. Zur Anbindung dieses Bauteiles mit der Nut, welche mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, ist ein zusätzliches elastisches Verbindungsteil erforderlich, welche die Relativbewegung zwischen dem Verbrennungsmotor bzw. diesem Bauteil und dem nicht beweglichen Wärmeübertrager mit der Kühlerhaube ausgleicht.
Insbesondere weist der Zuströmstabilisator einen Abstand zu der Kühlerhaube und/oder dem Verbindungsmittel und/oder dem Mantelring auf zur Ausbildung eines Strömungskanales zwischen der Kühlerhaube und/oder dem Verbindungsmittel und/oder dem Mantelring und dem Zuströmstabilisator für den Strömungswirbel. Durch den Strömungskanal kann sich somit ein geschlossener Strömungswirbel bzw. Strömungskreis um den Zuströmstabilisator in vorteilhafter Weise ausbilden.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Antriebsmittel für die Lüfterwelle einen Elektromotor zum elektrischen Antreiben der Lüfterwelle oder eine Kupplung, insbesondere Viskokupplung, zum mechanischen Antreiben der Lüfterwelle mittels des Verbrennungsmotors. Bei Personenkraftwagen wird als Antriebsmittel für die Lüfterwelle im Allgemeinen ein Elektromotor und bei Nutzfahrzeugen oder Lastkraftwagen im Allgemeinen der Verbrennungsmotor als Antriebsmittel eingesetzt, weil der Verbrennungsmotor mittels einer Kupplung, insbesondere einer Viskokupplung oder auch einer pneumatischen, elektromagnetischen oder hydraulischen betätigbaren Kupplung mit der Lüfterwelle mechanisch gekoppelt ist. Dabei kann die mechanische Kopplung ganz oder teilweise aufgehoben werden, so dass dadurch auch eine Steuerung der Drehzahl der Lüfterwelle unabhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors möglich ist.
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt eines Kühlsystems in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen Längsschnitt des Kühlsystems in einem zweiten Ausführungsbeispiel und
3 einen Schnitt A-A gemäß 1.
In 1 ist ein Längsschnitt eines Kühlsystems 1 für einen Verbrennungsmotor 2 dargestellt. Durch einen Wärmeübertrager 7 wird mittels eines nicht dargestellten Kühlkreislaufes Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors 2 geleitet, so dass dadurch die bei der Verbrennung im Verbrennungsmotor 2 entstehende Abwärme an die Umgebung des Verbrennungsmotors 2 abgegeben werden kann. Der Verbrennungsmotor 2 dient zum Antrieb eines nicht dargestellten Nutzfahrzeuges bzw. Lastkraftwagens. An dem Wärmeübertrage 7 kann zusätzlich auch ein Kondensator einer Klimaanlage oder ein Ölkühler angeordnet sein (nicht dargestellt).
An einer Lüfterwelle 3 sind Lüfterschaufeln 5 angeordnet. Die Lüfterwelle 3 ist mittels eines Antriebsmittels 8 mechanisch mit einer Welle (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 2 gekoppelt. Das Antriebsmittel 8 ist dabei eine als Viskokupplung 26 ausgebildete Kupplung 25. Mittels der Viskokupplung 26 kann die Verbindung zwischen der Lüfterwelle 3 und der Welle des Verbrennungsmotors 2 ganz oder teilweise aufgehoben werden. Dadurch kann die Drehzahl der Lüfterwelle 3 unabhängig von der Drehzahl der Welle des Verbrennungsmotors 2 gesteuert werden, um die erforderliche Kühlleistung am Wärmeübertrager 7 unabhängig von der Drehzahl der Welle steuern zu können, weil die Kühlleistung des Wärmeübertragers 7 im Wesentlichen von der mittels den Lüfterschaufeln 5 durch den Wärmeübertrager 7 geleiteten oder geförderten Luftmenge abhängt. Der von den Lüfterschaufeln 5 und der Lüfterwelle 3 gebildete Lüfter 30 fördert mittels der Lüfterschaufeln 5 die Luft im Wesentlichen in Richtung einer Rotationsachse 4 der Lüfterwelle 3 in 1 in einer Richtung von links nach rechts. Der Wärmeübertrager 7 ist von einer Kühlerhaube 20 umschlossen, so dass sich zwischen dem Wärmeübertrager 7 der Kühlerhaube 20 und dem Lüfter 30 ein Strömungsraum 27 ausbildet. Am äußeren Ende der Lüfterschaufeln 5 ist koaxial zu der Rotationsachse 4 ein Mantelring 6 vorhanden. Der Mantelring 6 weist nur einen sehr geringen Abstand zu dem Ende der Lüfterschaufeln 5 auf und ist mittels einer Befestigungszarge 28 an dem Verbrennungsmotor 2 befestigt. Der Lüfter 30 ist somit ein Axiallüfter.
Der Verbrennungsmotor 2 führt dabei Schwingbewegungen innerhalb des Kraftfahrzeuges aufgrund einer elastischen Lagerung in dem Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) aus. Diese Schwingbewegungen des Verbrennungsmotors 2 werden somit von der Lüfterwelle 3, den daran befestigten Lüfterschaufeln 5 und dem Mantelring 6 aufgrund der Befestigung mittels der Befestigungszarge 28 am Verbrennungsmotor 2 mit ausgeführt. Der Wärmeübertrager 7 und die Kühlerhaube 20 führen diese Schwingbewegungen nicht aus, weil diese an dem Rahmen oder an der Karosserie des Kraftfahrzeuges befestigt sind (nicht dargestellt). Zum Ausgleich zwischen der feststehenden Kühlhaube 20 und dem mit schwingenden Mantelring 6 ist ein als elastisches Verbindungsteil 22 ausgebildetes Verbindungsmittel 21 vorhanden zur Verbindung der Kühlerhaube 20 mit dem Mantelring 6. Das elastische Verbindungsteil 22, z. B. ein Gummiring, kann die Relativbewegung zwischen dem Mantel ring 6 und der Kühlerhaube 20 ausgleichen und dabei das Einleiten von Fremdluft in den Strömungsraum 27 verhindern.
Innerhalb des Strömungsraumes 27 ist ein Zuströmstabilisator 9 mittels nicht dargestellter Befestigungselemente an dem Wärmeübertrager 7 und/oder an der Kühlerhaube 20 befestigt. Der Zuströmstabilisator 9 dient zur Erzeugung einer radialen, zu dem Mantelring 6 gerichteten Strömungskomponente 10 der Luft an den Lüfterschaufeln 5. Dadurch kann auch bei einer hohen Drosselung der durch den Wärmeübertrager 7 geleiteten Luft ein Abreißen der Strömung an den Lüfterschaufeln 5, insbesondere an einem Endabschnitt 11 der Lüfterschaufeln 5, verhindert werden, so dass dadurch auch bei eine starken Drosselung der Luft am Wärmeübertrager 7 eine hohe Förderleistung des Lüfters 30 gewährleistet und damit auch eine ausreichende Kühlung des Verbrennungsmotors 2 möglich ist. Der Zuströmstabilisator 9 ist dabei beispielsweise aus Kunststoff oder Metall hergestellt und stellt in dem Schnitt gemäß 1 ein Vollprofil 29 dar. Der Zuströmstabilisator 9 bildet dabei einen Ring 12 mit einer Öffnung 13, d. h. der Ring 12 ist nicht vollständig geschlossen. In dem Schnitt A-A gemäß 1, der senkrecht zu der Zeichenebene von 1 ausgebildet und in 3 dargestellt ist, ist somit die Öffnung 13 in 3 sichtbar. In der Darstellung in 3 sind die Lüfterschaufeln 5 und der Mangelring 6 nicht gesondert dargestellt. Aufgrund der Öffnung 13 des Ringes 12 ist somit im Schnitt gemäß 1 unten der Zuströmstabilisator 9 nicht vorhanden. Um den Zuströmstabilisator 9 bildet sich ein Strömungswirbel 14 aus. Die den Lüfterschaufeln 5 zugewandte Seite 15 des Strömungswirbels 14 ist somit in radialer Richtung in Richtung zu dem Mantelring 6 ausgerichtet. Dadurch kann mittels des Strömungswirbels 14 im Endabschnitt 11 der Lüfterschaufeln 5 die radiale Strömungskomponente 10 der Luft an den Lüfterschaufeln 5 zusätzlich zu der Strömungsrichtung der Luft in Richtung der Rotationsachse 4 erzeugt werden. Aufgrund der Ausbildung des Zuströmstabilisators 9 in Form eines Ringes 12 ist auch ein Zentrum 16 des Strömungswirbels 14 im Wesentlichen ein wenigstens teilweise geschlossener Kreis 31 (3). Der Zuströmstabilisator 9 ist in einem Abstand zu der Kühlerhaube 20 ausgebildet, so dass sich zwischen dem Zuströmstabilisator 9 und der Kühlerhaube 20 ein Strömungskanal 24 ausbildet. Aufgrund des Strömungskanales 24 ist ein vollständiges und geschlossenes Umströmen des Zuströmstabilisators 9 mit dem Strömungswirbel 14 möglich.
Ein Lüfterschaufel-Zylinder 17 ist in 1 strichliert dargestellt. Der Radius des Lüfterschaufel-Zylinders 17 entspricht dem Abstand eines Endes der Lüfterschaufeln 5 zu der Rotationsachse 4. Der Zuströmstabilisator 9 als Vollprofil 29 ist dabei vollständig außerhalb des Luftschaufel-Zylinders 17 ausgebildet. Eine Längsachse 18 des Lüfterschaufel-Zylinders 17 entspricht dabei der Rotationsachse 4 der Lüfterwelle 3. Aufgrund der Ausbildung des Strömungsstabilisators 9 außerhalb des Lüfterschaufel-Zylinders 17 stellt der Strömungsstabilisator 9 nur eine geringe Strömungsbarriere innerhalb des Strömungsraumes 27 für die aus dem Wärmeübertrager 7 austretende Luft dar, so dass in vorteilhafter Weise der Strömungsstabilisator 9 nur zu geringen Strömungsverlusten innerhalb des Strömungsraumes 27 führt.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Kühlsystems 1 dargestellt. Im Nachfolgenden werden im Wesentlichen nur die Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 beschrieben. Der Mantelring 6 ist fest mit den Lüfterschaufeln 5 verbunden und führt damit eine Rotationsbewegung gemeinsam mit den Lüfterschaufeln 5 aus. Damit handelt es sich bei dem Lüfter 30 um einen Düsenmantellüfter. Der Mantelring 6 und die Lüfterschaufeln 5 führen in analoger Weise zu dem ersten Ausführungsbeispiel, die Schwingbewegungen des Verbrennungsmotors 2 aufgrund der Fixierung an dem Verbrennungsmotor 2 mit aus. Die Kühlerhaube 20 und der Wärmeübertrager 7 sind fest an dem Rahmen oder der Karosserie des Nutzfahrzeuges befestigt, so dass diese keine Schwingbewegungen ausführen. Zum Ausgleich der Relativbewegung zwischen der Kühlerhaube 20 und dem Mantelring 6 ist an der Kühlerhaube 20 eine Nut 23 als Verbindungsmittel 21 ausgebildet. Der sich zwischen der Nut 23 und dem Mantelring 6 ausbildende Spalt liegt ungefähr im Bereich von 20 mm bis 30 mm, um einen ausreichenden Bewegungsspielraum für den schwingenden Mantelring 6 und die feststehende Nut 23 zur Verfügung zu haben. Der Zuströmstabilisator 9 ist dabei als ein plattenartiges Bauteil 19 in dem Schnitt gemäß 2 ausgebildet. Der Zuströmstabilisator 9 in dem zweiten Ausführungsbeispiel ist dabei ein vollständig geschlossener Ring (nicht dargestellt), so dass bei einem analogen Schnitt gemäß 1 der Ring 12 keine Öffnung 13 aufweist. Der Zuströmstabilisator 9 ist somit in 2 sowohl im Bereich eines oberen Endes des Lüfters 30 als auch im Bereich eines unteren Endes des Lüfters 30 im Strömungsraum 27 angeordnet. Der Zuströmstabilisator 9 führt in analoger Weise zu dem ersten Ausführungsbeispiel zu einem Strömungswirbel 14, der in dem Endabschnitt 11 der Lüfterschaufeln 5 eine zusätzliche radiale Strömungskomponente 10 der Luft in Richtung zu dem Mantelring 6 führt. Dadurch kann bei der hohen Drosselung der Luft an dem Wärmeübertrager 7 ein Abreißen der Strömung an den Lüfterschaufeln 5 in vorteilhafter Weise verhindert werden.
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem 1 erhebliche Vorteile verbunden. Der in dem Strömungsraum 27 angeordnete Zuströmstabilisator 9 führt insbesondere im Endabschnitt 11 der Lüfterschaufeln 5 zu einer zusätzlichen radialen Strömungskomponente der Luft an den Lüfterschaufeln 5. Dadurch kann auch bei einem hohen Strömungswiderstand oder einer hohen Drosselung der Luft an dem Wärmeübertrager 7 ein Abreißen der Strömung an den Lüfterschaufeln 5 verhindert werden. In einfacher Weise kann damit auch bei einer hohen Drosselung der Luft an dem Wärmeübertrager 7 ein hoher Wirkungsgrad des Lüfters 30 gewährleistet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 9016496 U1 [0004]
- DE 10135698 A1 [0005]
- DE 4438184 C1 [0006]

Claims

Kühlsystem (1) für einen Verbrennungsmotor (2) eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, umfassend – eine um eine Rotationsachse (4) rotierende Lüfterwelle (3), – an der Lüfterwelle (3) angeordnete Lüfterschaufeln (5), – einen die Lüfterschaufeln (5) umgebenden Mantelring (6), – einen Wärmeübertrager (7) zum Kühlen einer Kühlflüssigkeit des Verbrennungsmotors (2), so dass von den Lüfterschaufeln (5) Luft durch den Wärmeübertrager (7) förderbar ist, – vorzugsweise ein Antriebsmittel (8) für die Lüfterwelle (3), dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung der Luft vor den Lüfterschaufeln (5) ein Zuströmstabilisator (9) angeordnet ist zur Erzeugung einer radialen, zu dem Mantelring (6) gerichteten Strömungskomponente (10) der Luft an den Lüfterschaufeln (5).
Kühlsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Zuströmstabilisators (9) die radiale, zu dem Mantelring (6) gerichtete Strömungskomponente (10) der Luft, insbesondere im Wesentlichen ausschließlich, an einem Endabschnitt (11) der Lüfterschaufeln (5) erzeugbar ist und/oder der Zuströmstabilisator (9) als ein Ring (12) ausgebildet ist.
Kühlsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring (12) geschlossen oder geöffnet ist.
Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuströmstabilisator (9) koaxial oder konzentrisch zu der Rotationsachse (4) der Lüfterwelle (3) ausgebildet ist.
Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuströmstabilisator (9) vollständig von der Luft umströmbar ist zur Ausbildung eines Strömungswirbels (14) um den Zuströmstabilisator (9).
Kühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des Strömungswirbels (14) an der den Lüfterschaufeln (5) zugewandten Seite (15) im Wesentlichen radial, zu dem Mantelring (6) gerichtet ist.
Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zentrum (16) des Strömungswirbels (14) im Wesentlichen einen wenigstens teilweise geschlossenen Kreis (31) bildet.
Kühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrum (16) des Strömungswirbels (14) im Wesentlichen konzentrisch zu der Rotationsachse (4) der Lüfterwelle (3) ausgebildet ist.
Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuströmstabilisator (9) wenigstens teilweise außerhalb eines Lüfterschaufel-Zylinders (17) angeordnet ist, wobei eine zentrische Längsachse (18) des Lüfterschau fel-Zylinder (17) die Rotationsachse (4) der Lüfterwelle (3) ist und der Radius des Lüfterschaufel-Zylinders (17) der Abstand von der Rotationsachse (4) zu einem äußersten Ende der Lüfterschaufeln (5) ist.
Kühlsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuströmstabilisator (9) zu wenigstens 50%, 80% oder 90% außerhalb des Lüfterschaufel-Zylinders (17) angeordnet ist.
Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuströmstabilisator (9) in einem Schnitt parallel zu der Rotationsachse (4) der Lüfterwelle (3) ein, vorzugsweise teilweise gekrümmtes, plattenartiges Bauteil (19) ist oder ein, vorzugsweise außenseitig teilweise gekrümmtes, Vollprofil (29) ist.
Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (7) von einer Kühlerhaube (20) umgeben ist und mittels eines Verbindungsmittels (21), insbesondere ein elastisches Verbindungsteil (22) oder einer Nut (23), eine Verbindung zwischen der Kühlerhaube (20) und dem Mantelring (6) besteht zur Ausbildung eines Strömungsraumes (27) von dem Wärmeübertrager (7) zu den Lüfterschaufeln (5).
Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelring (6) mit der Kühlerhaube (20) und/oder dem Wärmeübertrager (7) verbunden ist oder der Mantelring (6) mit den Lüfterschaufeln (5) verbunden ist.
Kühlsystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuströmstabilisator (9) einen Abstand zu der Kühlerhaube (20) und/oder dem Verbindungsmittel (21) und/oder dem Mantelring (6) aufweist zur Ausbildung eines Strömungskanales (24) zwischen der Kühlerhaube (20) und/oder dem Verbindungsmittel (21) und/oder dem Mantelring (6) und dem Zuströmstabilisator (9) für den Strömungswirbel (14).
Kühlsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmittel (8) für die Lüfterwelle (3) einen Elektromotor zum elektrischen Antreiben der Lüfterwelle (3) oder eine Kupplung (25), insbesondere Viskokupplung (26), zum mechanischen Antreiben der Lüfterwelle (3) mittels des Verbrennungsmotors (2) umfasst.