DE2411268A1

DE2411268A1 - Kuehleinrichtung, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2411268A1
Application number: DE2411268A
Authority: DE
Inventors: Harold D Beck; Thomas L Hanna
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Navistar Inc
Priority date: 1973-04-05
Filing date: 1974-03-08
Publication date: 1974-10-24
Also published as: FR2224319B1; JPS49129033A; NL158256B; AU6756674A; AU471445B2; SE405390B; BR7402686D0; GB1467659A; SU735161A3; CA989264A; FR2224319A1; IT1004095B; NL7404586A; US3858644A

Description

KÜHLEINRICHTUNG, INSBESONDERE FÜR KRAFTFAHRZEUGE

Die Erfindung bezieht sich auf eine, insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignete Kühleinrichtung, die aus einem Kühler, einem diesem nachgeschalteten Lüfter mit einem umlaufenden Lüfterrad und einer Lüfterverkleidung besteht, die einen dem Kühler zugewandten vorderen Einlaßteil und einen rückwärtigen Auslaßteil aufweist.

Die meisten Kraftfahrzeuge werden heutzutage durch Verbrennungskraftmaschinen angetrieben. Die zwangsläufig wärmeabgebenden Verbrennungskraftmaschinen weisen vielfach eine Wasserkühlung auf, bei der Wasser im Kreislauf durch die Antriebsmaschine geführt und auf diese Weise die sich entwickelnde. Wärme nach außen in die Atmosphäre abgeführt wird. Der zum Kühlen des Kühlwassers dienende Kühler wird einem Luftstrom ausgesetzt, der die Wärme aufnimmt und sie in die Atmosphäre ableitet. Zum Erzeugen des Luftstromes sind verschiedene Arten von Lüftern bekanntgeworden. So kennt man Lüfter, durch die aus der Atmosphäre Luft durch den Kühler angesaugt und entlang der Antriebsmaschine wieder in die Atmosphäre zurückgefördert wird. Diese Lüfter sind als Axialsauglüfter bekanntgeworden, bei denen die Luft axial durch den Kühler angesaugt und in dem Verbrennungskraftmaschinenraum abgegeben wird. Andere Lüfter wiederum arbeiten in der umgekehrten Weise, d.h. sie saugen Luft aus dem Verbrennungsmaschinenraum

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und/oder eine Luftverschmutzung für den Fahrer schädlich sind. Der Staub wirkt sich schädlich auf die Verbrennungskraftmaschine und deren Leistung" aus, während der Wärmeeinfluß und das Geräusch die Leistungsfähigkeit der Bedienungsperson beeinflussen. Bei Sauglüftern verwendet man oft Leitsysteme, um die von hinten durch den Sauglüfter angesaugte Luft umzuleiten. Jedoch sind vielfach solche Einrichtungen sehr kompliziert und sie bedingen auch zusätzliche Teile, Arbeit und einen Wartungsaufwand. Die in umgekehrter oder in Vorwärtsrichtung durch den Kühler gedrückte Luft hat den Nachteil, daß die Luft stark erhitzt wird, insbesondere aufgrund ihres Strömungsverlaufes entlang der heißen Antriebsmaschine. Je nach Abhängigkeit, wie schnell das Fahrzeug bewegt wird, ist zusätzliche Lüfterleistung notwendig, um den nach rückwärts geleiteten Luftstrom zu tiberwinden. Mit der Zunahme der dem Lüfter zugeführten Leistung vergrößert sich der Ölverbrauch und ebenso die Geräuschentwicklung. Aus Vorstehendem ergibt sich, daß beide bekannten Methoden von einem gewünschten optimalen Leistungsverhalten noch weit entfernt sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der durch einfache Ausgestaltung der Lüfterverkleidung gleichzeitig eine axiale und radiale Luftströmung erreicht wird.

Um diese Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Auslaßteil zum teilweise axialen und radialen Ableiten der Kühlluft aus einem zylindrischen Ringteil, einem radialen Verlängerungsteil und einem flachen Teil besteht, ferner sich eine von den Hinterkanten der umlaufenden Lüfterblätter des Lüfterrades erzeugte Ebene parallel zum radialen flachen Teil erstreckt und dabei im wesentlichen ein Verhältnis vorliegt, wonach RF = AW/3, CF = AW/3 und R = 2 AW/3 ist, wobei RF die Länge des radialen flachen Teils, CF die Länge des zylindrischen Ringteils, R der Abstand zwischen einem Bezugspunkt und dem radialen Verlängerungsteil und AW die projizierte axiale Breite des Lüfterrades ist. Für die vorliegende Erfindung ist somit wesentlich, daß der Auslaßteil derart ausgebildet ist, daß die abgeleitete Luft teilweise in axialer und teilweise in radialer Richtung strömt. Durch die Kombination des speziell gestalteten Auslaß-

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teils mit dem darin gelagerten, axialdurchströmten Lüfter , üessenLage ebenfalls sehr wesentlich ist, wird die Luft radial und axial aufgeteilt und fortgeleitet. Durch die gleichzeitige Ableitung der Luft entlang des Umfangs des Auslaßteils in axialer und radialer Richtung werden Behinderungen durch Bauteile usw. vermieden, aber eine opti-_ male Luftströmung beibehalten.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht nur bei einer Kühleinrichtung bei einem Fahrzeug Verwendet werden kann, sondern auch bei stationären Anlagen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert:

E s zeigen:

Fig. 1; eine Seitenansicht einer Verbrennungskraftmaschine mit der erfindungsgemäßen 'Kühleinrichtung in einem Fahrzeug,

Fig. 2: einen Schnitt durch die Kühleinrichtung,

Fig i 3: eine Aufsicht auf einen Ackerschlepper mit herkömmlicher Luftabführung und

Fig. 4: eine entsprechende Aufsicht auf einen Ackerschlepper mit Luftabführung gemäß der Erfindung,

Fig. 5: eine Rückansicht auf eine erste Ausfuhrungsform des Auslaßteils mit Unterbrechungen,

Fig. 6t eine Seitenansicht der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform,

Fig. 7; eine Rückansicht auf eine zweite Ausführungsform des . Auslaßteils und

Fig. 8t die zugehörige Seitenansicht.

In Fig. 1 ist eine in herkömmlicher Weise wassergekühlte Verbrennungskraftmaschine 10 dargestellt, die auf dem vorderen Teil eines Fahrgestellrahmens 12 eines Fahrzeuges 14 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses Fahrzeug ein Ackerschlepper. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch bei anderen, mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeugen oder einem transportablen oder stationären Antriebsaggregat mit einem Lüfter angewandt werden kann.

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Im vorderen Teil des Fahrzeuges ist ein Kühler 16 angeordnet, um die von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Wärme aufzunehmen. Der Kühler ist über Leitungen 18 und 20 mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden, so daß Kühlwasser zwischen dem Kühler 16 und den Kühlwasserräumen der Verbrennungskraftmaschine 10 strömen kann. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist von einer Blechhaube 22 umgeben, so daß ein¹Verbrennungsmaschinenraum 24 gebildet wird.

Am vorderen Teil der Verbrennungskraftmaschine 10 sitzt eine Lüfterwelle 26, über die Antriebskraft zu einem Lüfter 28 geleitet werden kann. Für die vorliegende Erfindung ist unwesentlich, in welcher We*ise die Antriebskraft dem Lüfter zugeführt wird; es können Riemen und Riemenscheiben verwendet werden. Bei dem Lüfter 28 handelt sich um einen umlaufenden Sauglüfter, der dem Kühler 16 gegenüberliegend angeordnet ist und normalerweise in axialer Richtung Luft durch den Kühler ansaugt und in axialer Richtung wieder abgibt. Diese axiale Luftströmung wird durch eine Verkleidung 30 geleitet. Die besondere Gestalt des vorderen Einlaßteils 32 der Verkleidung 30 ist abhängig von der Gestalt und Ausbildung des perforierten Wärmeaustauschteils des Kühlers. Die Art der Verbindung zwischen der Führungskante des vorderen Einlaßteils 32 und der rückwärtigen Seite 34 des Kühlers 16 ist abhängig von der besonderen Charakteristik dieser Bauteile, d.h. einige Verbindungen weisen Luftspalte auf, während andere im wesentlichen über den gesamten Umfang der Verbindung abgedichtet sind. In der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die gesamte perforierte Fläche im wesentlichen abgedichtet, so daß die Luft nur durch den Kühler strömen und nicht von anderen Richtungen zuströmen kann. Von der Vorderkante aus ist die Verkleidung entweder, wie dargestellt, kegelstumpfförmig konvergierend nach hinten zu einer rückwärtigen Kante 36 ausgebildet.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, erstreckt sich nach hinten und nach außen von der Kante 36 ein Auslaßteil 38. Die Verbindung zwischen dem Einlaßteil und dem Auslaßteil kann durch geeignete. Mittel

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erreicht werden. Wesentlich ist dabei, daß diese Verbindung verhältnismäßig frei von öffnungen und Zwischenräumen ist, die einen Luftzutritt ermöglichen. Der Auslaßteil 38 besitzt einen Ringteil 40, einen gewölbten Verlängerungsteil 42 und einen flachen Flanschteil 44. Der Ringteil 40 bildet die Einlaßöffnung für den Auslaßteil 33, während sich der Verlängerungsteil 42 nach hinten und gleichzeitig bogenförmig nach außen erstreckt, wobei ein Bezugspunkt für den Bogenradius mit 46 bezeichnet ist. Der bogenförmige Verlängerungsteil 42 ist somit glockenförmig ausgebildet und bildet somit eine Uberführungsflache bzw. kommt einer solchen nahe. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Verlängerungsteil 42 ein Teil mit einem konstanten Bogenradius. Der flache Planschteil 44 bildet die Hinterkante des Verkleidungsauslasses 38 und besitzt eine Hauptebene, die vertikal zu dem Ringteil 40 verläuft. Aus Vereinfachungsgründen kann der Ringteil 40 als zylindrischer Hals, der bogenförmige Verlängerungsteil 42 als radiale Verlängerung und der flache Flanschteil 44 als radiale Fläche bezeichnet werden. Insgesamt gesehen ist der Auslaßteil 38 in Gestalt eines Trichters ausgebildet.

Wie oben bereits erwähnt, ist der Lüfter 28 in der Nähe des Kühlers umlaufend gelagert, mit dem Zweck einen Kühlluftstrom zu erzeugen. Der Lüfter 28 weist mehrere Lüfterblätter 48 auf, von denen in der Zeichnung nur eins dargestellt ist. Wie aus Fig. hervorgeht, ist.der Lüfter 28 von dem Lüfterauslaßteil 38 umgeben. Die Anordnung des Lüfters 28 innerhalb der Verkleidung ist derart getroffen, daß eine von einer Führungskante 50 gebildete vordere Ebene mit dem Führungsteil des Ringteils 40 zusammenfällt und eine durch eine Hinterkante 52 gebildete, rückwärtige Ebene mit der radialen Fläche 44 parallel zusammenfällt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß in beiden Fällen eine Abweichung von plus oder minus 12 % von der projizierten Axialbreite AW des Lüfters möglich ist. Das bedeutet, daß bei einer Lageabweichung von 12 % der beiden Ebenen, die durch die Vorder- und Hinterkante "3er umlaufenden Lüfterblätter gebildet werden, immer noch eine zufriedenstellende Funktion gemäß der Erfindung erreicht wird,.d.h. innerhalb dieses Bereiches der abgelenkte Luftstrom immer noch im wesentlichen radial abgeleitet wird.

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Es wurde jedoch festgestellt, daß öie besten Ergebnisse erzielt werden, wenn die durch die Führungskante 50 gebildete vordere Ebene durch die Verbindungsebene zwischen dem konvergierenden Teil 36 und dem Ringteil 40 verläuft. Von noch größerem Einfluß auf das Ergebnis ist das Verhältnis zwischen der rückwärtigen Ebene, die durch die Hinterkante 52 gebildet wird, und dem flachen Teil 44. Die Maximalleistung wird erreicht, wenn die rückwärtige Ebene und die radiale Fläche 44 fluchten und parallel zueinander verlaufen. Abweichungen von dieser Lage zwingen den Luftstrom zu einer schnelleren Ablenkung als bei einer gleichen prozentualen Abweichung der vorderen Lage der vorderen Ebene.

-Zwischen den Parametern besteht folgendes Verhältnis: RF = AW/3, CF = AW/3 und R = 2AW/3, wobei RF die Länge der radialen Fläche 44, CF die Länge des zylindrischen Ringteils 40 und R der Radius des sich radial erstreckenden Verlängerungsteils 42 oder der Abstand von dem Bezugspunkt zu der Überführungsfläche und AW die pro j.i zierte axiale Breite des Lüfters 2 8 ist.

Die Fig. 3 und 4 zeigen, in welcher Weise die Luft von einem Lüfter abgeleitet werden kann, und zwar in Fig. 3 bei einer herkömmlichen Einrichtung und Fig. 4 bei einer verbesserten Einrichtung gemäß der Erfindung.

Die Lage des Lüfters 2 8 zu dem Auslaßteil 38-wird am besten durch den Abstand des Lüfters ausgedrückt, der sich über das Ende der Verkleidung nach hinten erstreckt. Es wurde gefunden, daß bei einer Abweichung X von Null beste Ergebnisse erzielt werden. Vernünftige Ergebnisse konnten jedoch auch noch dann erzielt werden, wenn X_p ungefähr gleich plus oder minus 12 % von AW ist. Wie sich aus dem Vorgegangenen ergibt, also auch dann noch, wenn die rückwärtige Kante mit der Fläche der radialen Fläche zusammenfällt oder aber innerhalb dieser genannten Toleranz liegt. Durch Änderung der Lage des Lüfters in Bezug auf den Lüfterauslaß ist es ferner möglich, den Luftstrom zu steuern, und zwar geradewegs nach hinten unter einem Winkel in radialer Richtung usw. und zwar je nach Bedarf und welcher Art der Vorzug gegeben wird.

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In Fig. 5 bis 8 sind verschiedene Ausführungen von Unterbrechungen dargestellt, über die der Luftstrom teilweise radial und.teilweise axial abgeführt werden kann. Somit ist es möglich, den gewünschten Luftaustritt aus dem Auslaßteil 38 zu steuern.

Die in Fig. 5 dargestellten Unterbrechungen 51, 51a erstrecken sich sowohl durch den flachen Teil 44 als auch den Verlängerungsteil 42. Die Unterbrechungen 51b und 51c, die in Fig. 7 dargestellt sind, erstrecken sich durch den flachen Teil 44 und den Verlängerungsteil 42. Gleichzeitig bilden sie eine Verlängerung des zylindrischen Ringteils 40.

In diesen Ausführungen als auch in den davon abgeleiteten Ausfuhr ungsformen wird in den Übergangszonen, wie eine solche zwischen den Unterbrechungen und den besonders gestalteten Teilen mit 53 bezeichnet ist, die radiale und axiale Luftströmung miteinander vermischt. Grundsätzlich erfolgt jedoch die Luftströmung in Axialrichtung.

Es versteht sich, daß eine Vielzahl von Unterbrechungen unterschiedlicher Gestalt und Lage vorgesehen sein können. Wird der zylindrische Ringteil 40 ausgeschnitten, wie bei 55 angedeutet, so ist es möglich, die axiale Luftströmung radial zu führen. Das bedeutet, daß die rückwärtige Kante 57 in einer Ebene liegen kann, die parallel zu einer Ebene liegt, die durch den radialen flachen Teil 44 verläuft, d.h. eine dritte Ebene, die vertikal zu der Kante 57 verlauft_#würde durch den Lüfter gehen und zwar irgendwo zwischen seiner vorderen und hinteren Ebene. Eine solche horizontale Verlagerung erlaubt eine weitere Steuerung der Luftströmung in der Nähe der Unterbrechungen.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß bei einem Lüfter mit ausschließlich radialer Abführung der Kühlluft durch Anbringung von Unterbrechungen gleichzeitig eine axiale Luftströmung erreicht werden kann. Solche axiale Luftströmung ist erwünscht, um die Luft um bauliche Hindernisse herumzuleiten oder durch begrenzte öffnungen zu führen oder aber direkt warme Luft von oder zu einem Fahrerstand usw. zu leiten. Die vorgenannten Zustände hindern sonst - sofern sie nicht korrigiert werden - eine Bewegung der Luft, eine Reduzierung des Gesamtwirkungs-

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grades, vielmehr führen sie zur Erzeugung eines höheren Geräuschpegels usw.

Erst durch die Mittel der Erfindung, nämlich die besondere Ausgestaltung des Auslaßteils mit den darin vorgesehenen Unterbrechungen wird den oben genannten Zuständen in optimaler Weise Rechnung getragen.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

( 1Λ Kühleinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend ^— aus einem Kühler, einem diesem nachgeschalteten Lüfter mit . einem umlaufenden Lüfterrad und einer Lüfterverkleidung, die einem dem Kühler zugewandten vorderen Einlaßteil und einen rückwärtigen Auslaßteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßteil (38) zum teilweisen axialen und radialen Ableiten der Kühlluft aus einem zylinderischen Ringteil (4o), einem radialen Verlängerungsteil (42) und einem radialen flachen Teil (44) besteht, daß ferner eine von den Hinterkanten umlaufender Lüfterblätter des Lüfterrades erzeugte Ebene sich parallel zum radialen flachen Teil (44) erstreckt und dabei im wesentlichen ein Verhältnis vorliegt, wonach RF = AW/3, CF = AW/3 und R = 2AW/3 ist, wobei RF die Länge des radialen flachen Teils (44), CF die Länge des zylinderischen Ringteils (4o), R der Abstand zwischen einem Bezugspunkt und dem radialen Verlängerungsteil (42) und AW die projizierte Breite des Lüfterrades (28) ist.
2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungen von dem Verhältnis innerhalb von plus oder minus 12 % der projezierten axialen Breite (AW) des Lüfterrades (28) liegen.
3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem sich vom Ringteil (4o) nach hinten und außen erstrekkenden, gewölbt ausgebildeten Verlangerungsteil (42) und dem sich vertikal zum Ringteil (4o) erstreckenden flachen Teil (44) neben einer radialen Luftströmung teilweise eine axiale Luftströmung ermögliche Unterbrechungen (51, 51a, 51b, 51c) vorgesehen sind.·

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4. Kühleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungen von diametral gegenüberliegenden, segmentartigen Abschnitten (51, 51a bzw. 51b, 51c) gebildet sind.
5. Kühleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der axialen Länge der Unterbrechungen entsprechende Bezugskante (57) zwischen den von den Hinterkanten (52) des Lüfterrades (28) und dessen entsprechenden Vorderkanten (5o) gebildeten Ebenen liegt.
6. Kühleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Vorderkanten (5o) der umlaufenden Lüfterblätter (48) erzeugte Ebene im wesentlichen mit der Ebene der Einlaßöffnung des Auslaßteils (38) zusammenfällt.
7. Kühleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßteil (32) und der Auslaßteil (38) über ihren Umfang dicht miteinander verbunden sind und daß der Einlaßteil (32) mit seiner Einlaßseite fest mit der Austrittsseite des Kühlers (16) verbunden ist.

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