DE2441821A1 - Kuehler-geblaeseaggregat fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Patentanwalt

7 Stuttgart 1
tfflpWstraße 6 - Postfach 51

Dipl.Ing.Dr.Dr.h.c.Hans LIST Graz, (Österreich)

Kühler-Gebläseaggregat für Brennkraftmaschinen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kühler-Gebläseaggregat für Brennkraftmaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, mit vor dem Motor angeordnetem, von einem Axialgebläse belüfteten Kühler.

Bei Fahrzeugmotoren, Baumaschinen oder stationären Anlagen ist es heute allgemein üblich, das Laufrad des Axialgebläses auf einer am Motor gelagerten Welle, z.B. der Wasserpumpen-Antriebswelle, in sehr geringem Abstand von der Motorstirnseite zu befestigen und den knapp vor dem Gebläse angeordneten Wasserkühler gesondert am Rahmen abzustützen. Diese Anordnung ist aber mit erheblichen strömungstechnischen Nachteilen verbunden. Wegen des geringen Abstandes zwischen dem Kühler und dem Gebläse und den ungünstigen Abströmverhältnissen durch die von den Motorflächen gebildeten Strömungshindernisse muß das Gebläse einen gegenüber dem zur Überwindung des bloßen Kühlerwiderstandes erforderlichen Druck beträchtlich erhöhten Druck erzeugen. Infolge dessen liegt auch das Geräusch eines solchen Gebläses wesentlich über jenen Werten, die sich für dieselbe Luftmenge bei Überwindung des reinen Kühlerwiderstandes unter idealen Zu- und Abströmbedingungen ergeben würden.

Wenn außerdem ein den Raum zwischen Kühler und Gebläse abschließendes Gehäuse vorhanden ist, welches üblicherweise mit dem Rahmen starr verbunden wird, muß

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als weiterer Nachteil ein relativ schlechter Gebläsewirkungsgrad in Kauf genommen werden, weil dann die Notwendigkeit besteht, in Anbetracht der Relativbewegungen zwischen Motor und Rahmen wie auch im Hinblick auf die an sich groben Herstellungstoleranzen im Lüfterbau, das Gebläse mit verhältnismäßig großem Laufradspalt auszuführen.

Theoretisch bestünde die Möglichkeit, die Strömungsverhältnisse durch größere Abstände zwischen Kühler und Gebläse einerseits und Gebläse und Motor andererseits zu verbessern, doch erweist sich dies wegen der erheblich vergrößerten Baulänge einer solchen Anordnung in der Praxis als undurchführbar.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein die Nachteile der bekannten Ausführungen vermeidendes Kühler-Gebläseaggregat der eingangs genannten Art zu schaffen, welches sowohl den aerodynamischen Erfordernissen als auch dem Gesichtspunkt einer möglichst geräuscharmen Bauweise voll Rechnung trägt. Die Lösung dieses Problems besteht erfindungsgemäß darin, daß das Gebläse an der m>m Motor abgewandten Seite des Kühlers angeordnet ist und der Kühler aus wenigstens zwei bezüglich der Motorlängsmittelebene einander gegenüberliegenden," aufrecht stehenden Kühlerelementen besteht, die je mit der Motorlängsmittelebene an der vom Motor abgewandten Seite einen spitzen Winkel einschließen.

Diese Anordnung gewährleistet eine völlig störungsfreie Zuströmung zum Gebläse und erheblich reduzierte Strömungswiderstände an der Gebläsedruckseite. Durch die Zweiteilung des Kühlers und die Schrägstellung der Kühlerelemente werden nämlich die Strömungsquerschnitte zwischen Motor und Kühler gegenüber den bekannten Anordnungen mit einteiligem ebenen Kühler wesentlich vergrößert und damit die Druckverluste wie auch die durch Strömungsbehinderung verursachten Geräusche erheblich herabgesetzt, und zwar ohne Vergrößerung der Baulänge gegenüber den bekannten Gebläse-Kühleranordnungen. Die verbesserten Strömungsbedingungen sowohl im Zu- als auch im Abluftweg des Gebläses erlauben es, den Gebläsedruok gegenüber

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den gebräuchlichen Werten erheblich zu senken, sodaß er nur unwesentlich über dem zur Überwindung des reinen Kühlerwiderstandes erforderlichen Druck liegt. Der Gebläsewirkungsgrad ist daher weitaus günstiger als bei den üblichen Kühler-Lyfteranordnungen.

Es ist zwar bereits eine Kühlanlage für Diesellokomotiven bekannt, welche aus zwei einander in Sch ragst, ellung gegenüberliegenden Kühlerblocks besteht, welche von Axialgebläsen belüftet werden, doch ist dieses Aggregat von der Brennkraftmaschine vollkommen getrennt angeordnet, sodaß sich die der Erfindung zugrundeliegenden Probleme nicht stellen. Die beiden Axialgebläse sind dabei mit vertikalen Wellen in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordnet und die beiden Kühlerblocks bilden eine gleichfalls in I"ahrzeuglängsrichtung sich erstreckende dachartige Abdeckung derbeiden Gebläse. Der Antrieb der Gebläse erfolgt auf hydro-. statischem Weg, Für die Zu- und Abströmung sind Jalousien sowohl an den Seitenwänden als auch am Dach der Lokomotive vorgesehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an der Motorstirnseite, ggf. unter Zwischenschaltung körperschallisolierender Elemente, eine das lager für die Gebläsewelle aufweisende Mittelkonsole befestigt, die ein Zwischengehäuse trägt, das den Raum zwischen dem Gebläse und den Kühlerelementen nach oben und unten hin abschließt und das an der dem Motor abgewandten Seite einen Plansch besitzt, an dem der Außenring des Gebläses befestigt ist. Damit bildet das Kühler-Gebläseaggregat eine kompakte, in sich starre Baueinheit, die mit geringem.Montageaufwand an den Motor angebaut und von diesem getrennt werden kann, und deren starre Bauweise es ermöglicht, den Spalt zwischen dem Laufrad und dem Außenring des Gebläses sehr klein zu halten, was zu einer weiteren Verbesserung des Gebläsewirkungsgrades führt. Die Zwischenschaltung körperschall!solierfnder Elemente an den Befestigungsstellen der Mittelkoiiisole am Motor empfiehlt sich, um die Einleitung von ..'"■■

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Körperschall vom Motor in das Kühler-Gebläseaggregat und die damit verbundene Geräuschabstrahlung von den Oberflächen dieser Baueinheit zu unterbinden.

Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal kann die Gebläsewelle in an sich bekannter Welse am motorseitigen Ende eine über Keilriemen von der Kurbelwelle angetriebene Keilriemenscheibe tragen. Mit den selben Keilriemen kann, wie üblich, gleichzeitig auch die Lichtmaschine oder irgendeine andere Hilfsmaschine der Brennkraftmaschine angetrieben werden.

In besonderen .Fällen kann es sich aber auch als vorteilhaft erweisen, einen Gebläseantrieb vorzusehen, bei dem erfindungsgemäß die Gebläsewelle mit einer Abtriebswelle des Motors über eine Gelenkwelle, eine elastische Kupplung od..dgl. antriebsverbunden ist. Einem derartigen Antrieb ist in solchen Fällen der Vorzug zu geben, wenn durch eine sehr elastische Verbindung zwischen dem Kühler-Gebläseaggregat und dem Motor oder bei vom Motor unabhängiger Abstützung der Kühler-Gebläseelnheit, z.B. am Rahmen des betreffenden Fahrzeugs, größere Relativbewegungen zwischen der Gebläsewelle und dem Motor zu erwarten sind.

Wenn die Erfindung bei einem verschalten Motor mit von Kühlluft durchströmtem Zwischenraum zwischen Verschalung und" Motoraußenflächen angewendet wird, ergeben sich besondere Vorteile dadurch, daß ein Teil der Gebläseluft aus dem zwischen dem Gebläse und den Kühlerelementen gelegenen Raum, z.B. über einen vom Zwischengehäuse oberhalb der Mittelkonsole abzweigenden Verbindungsschacht, in den zwischen Verschalung und Motoraußenflächen gelegenen Zwischenraum geleitet ist, Erfahrungsgemäß beträgt die zur Durchlüftung des Zwischenraumes zwecks Abfuhr der überschüssigen Motorwärme benötigte Luftmenge nur einen Bruchteil der zur Wasserkühlung erforderlichen Gesamtluftmenge, sodaß die Leistung des Gebläses gegenüber der Normalausführung des Kühler-Gebläseaggregates nur geringfügig vergrößert zu werden braucht.

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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnungen hervor. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht eines wassergekühlten S echs^jsy lind erDieselmotors, mit einem im Horizontalschnitt nach der Linie I-I der Fig. 3 dargestellten Kühler-Gebläseaggregat nach der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt nach der Linie II-II gezeigte Vorderansicht des Motors nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht desselben Motors mit Schnittführung durch das Kühler-Gebläseaggregat nach der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Draufsicht des gleichen Motors,

Fig. 5 eine Vorderansicht in Richtung des Pfeiles V in Fig.4_t

Fig. 6 eine teilwefee Seitenansicht des Motors entsprechend dem Pfeil VI in Fig. 4 und

Fig. 7 eine der DarstäLlungsweise der Fig. 3 entsprechende, teilweise geschnittene Seitenansicht eines mit einer Verschalung versehenen Motors mit einem Kühler-Gebläseaggregat gemäß der Erfindung.

Der dargestellte Dieselmotor 1 trägt an der dem Schwungradflansch 2 abgekehrten Stirnseite das als in sich geschlossene Baueinheit ausgeführte Kühller-Gebläseaggregat 3 nach der Erfindung. Den tragenden Bauteil des Aggregates bildet eine Mittelkonsole 4» die sicnmit zwei unteren Tragarmen 5»6 und zwei oberen Tragarmen I₉ 8 am Motor ·1 abstützt. Die Verbindung der Tragarme 5 bis θ mit dem Motor 1 ist hier der Einfachheit halber starr dargestellt, doch empfiehlt es sich, zur Vermeidung der Einleitung von Körperschall aus dem Motor in das Kühler-Gebläseaggregat 3 zwischen Motor und Tragarme jeweils körperschallisolierende Elemente zwischenzuschalten.

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In die als senkrecht stehender C-Prof11träger mit zur Motorseite hin divergierenden Profilschenkeln ausgebildete Mittelkonsole 4 ist das Lagergehäuse 9 für die Gebläsewelle 10 eingebaut, die am vorderen Ende das.als Axialrad ausgeführte Gebläselaufrad 11 und am hinteren Ende die Keilriemenscheibe 12 trägt. Der Antrieb des Gebläses erfolgt über einen Keilriemen 13 von der am vorderen Kurbelwellenende angeordneten Keilriemenscheibe 14 aus. Mit dem selben Keilriemen 13 wird gleichzeitig auch die Lichtmaschine 15 angetrieben.

An der Mittelkonsole 4 ist ein Zwischengehäuse 16 befestigt, das an seiner Vorderseite einen Plansch besitzt, an dem der Auße^jaring 17 des in seiner Gesamtheit mit 18 bezeichneten Gebläses befestigt ist.

Der Wasserkühler des Aggregates 3 besteht aus zwei ge-r trennten, aufrechtstehenden Kühlerelementen 19 und 20, die einander in symmetrischer Anordnung bezüglich der Motorlängsmittelebene 21 gegenüberstehen und die an der vom Motor 1 abgewandten Seite miteinander einen Winkel et einschließen, welcher kleiner als 180° ist. Die beiden Kühlerelemente 19» sind mit den einander zugewendeten, inneren Seitenflächen an den Profilschenkeln der Mittelkonsole 4 und mit den übrigen Umfangsflächen mit dem Zwischengehäuse 16 verbunden, sodaß die vom Gebläse 18 angesaugte Kühlluft ausschließlich durch die Kühlerelemente 19, 20 austreten kann.

Das am Zylinderkopf des Motors 1 austretende Kühlwasser wird, über eine etwa in der Motorlängsmittelebene 21 gelegene Verifeellleitung 22 den beiden oberen Wasserkästen 23 und 24 der Kühlerelemente 19» 20 zugeführt. Aus Platzgründen ist die zur. Verbindung zwischen Kühler und Wasserpumpe des Motors dienende Saugleitung 25 direkt an dem einen, in der Frontalansicht nach Fig. 2 rechts gelegenen unteren Wasserkasten 26 des Kühlerelements 20 angeschlossen, welcher seinerseits mit dem linken unteren Wasserkasten 27 durch eine Leitung 28 verbunden ist.

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Mit Bezugsnahme auf die in Pig. 1 "bezeichneten Abmessungen ergehen sich durch die beschriebene Gestaltung des Kühler-Gebläseaggregates 3 gegenüber der allgemein gebräuchlichen Anordnung eines von einem Axialgebläse belüfteten Flachkühlers folgende neue vorteilhafte Effekte: Durch die Zweiteilung des Kühlers und die Schrägstellung der zwei Elemente 19, 20 sind bei gleichem Abstand c zwischenjder Nabe des Gebläselaufrads 11 und dem Kühler und bei gleichem axialen Abstand des Gebläses von der Motorstirnseite die Luftaustrittsquerschnitte al, a2, a3 zwischen Kühler und Motor erheblich größer als bei Verwendung eines üblichen, einteiligen Flachkühlers in der durch strichpunktierte Linien angedeuteten Position. Bei einem solchen Flachkühler ist der mit "b1 bezeichnete, für die Abströmung der Gebläseluft aus'dem Kühler verfügbare Querschnitt erheblich kleiner und die aus dem Flachkühler in axialer Richtung austretende Luft erfährt durch die an der Motorstirnseite vorhandenen Strömungshindernisse eine starke, mit großen Druckverlusten verbundene Ablenkung in die radiale Richtung.

Demgegenüber tritt bei dem Kühler-Gebläseaggregat 3 nach der Erfindung die Luft bereits schräg zur Motorlängsmittelebene 21 aus den Kühlerelementen 19» 20 aus und braucht bei der Umströmung des Motors 1 nicht mehr so stark umgelenkt zu werden. Es kann daher mit einem weitaus niedrigeren Gebläsedruck als bei den üblichen Gebläse-Kühleranordnungen das Auslangen gefunden werden, was nicht nur mit einer'Verringerung des Leistungsbedarfs des Gebläses, sondern auch mit einer verminderten Geräuschentwicklung des Aggregats verbunden ist, da die vom Gebläse erzeugte Schalleistung proportional mit dem Gebläsedruck abnimmt.

In Fig. 7 ist noch ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühler-Gebläseaggregates bei einem mit einer

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Verschalung 29, 30 versehenen Motor dargestellt. Bei dieser Konstruktion stützt sich das Kühler-Gebläseaggregat 3 mit den gegenüber den vorerwähnten Ausführungsbeispielen kürzer ausgebildeten unteren und oberen Tragarmen 5 bis 8 an der Vorderwand der Verschalung ab, die ihrerseits unter Zwischenschaltung körperschallisolierender Tragelemente mit dem Motor 1 verbunden ist» Ein solches Tragelement 31 ist an der Motorstirnseite, am Räderkastendeckel befestigt, ersichtlich;

Um Relätivbewegungen zwischen dem starr mit der Verschalung 29, 30 verbundenen Kühler-Gebläseaggregat 3 gegenüber dem Motor 1 zu ermöglichen, erfolgt der Antrieb des Gebläselaufrades 11 über eine Gelenkwelle 33. Diese ist motorseitig mit einer aus dem Räderkasten 32 austretenden Welle 34 und gebläseseitig mit der gegenüber den vorerwähnten Ausführungen verkürzt ausgebildeten Gebläsewelle 10! verbunden. Um Platz für die Gelenkwelle 33 bzw. für das vordere Gelenk zu schaffen, ist das Lagergehäuse 9' verkürzt ausgeführt und näher an das Gebläselaufrad 11 herangerückt. Das hintere Wellengelenk 36 befindet sich innerhalb der Verschalung. Die Unterbringung des motornahen Wellengelenkes 36 innerhalb der Verschalung hat den Vorteil, daß bei Verwendung von körperschallisolierenden Wellengelenken, beispielsweise von Gummigelenken, der durch die Abdichtung 37 der Verschalung tretende Wellenteil nur mehr' wenig Körperschall vom Motor her aufweist. Da die Gebläsewelle 10' nun direkt mit einer aus dem Motor herausragenden Welle 34 gekuppelt ist, dient der Keilriemen 13* beim Ausfuhrungsfall der Pig. 7 nur zum Antrieb der Lichtmaschine 15, gegebenenfalls aber auch zum Antrieb nicht dargestellter Geräte, z.B. der Kühlwasserpumpe, eines Luftkompressors, einer Hydraulikpumpe oder anderer Hilfseinrichtunen.

Bei einem verschalten Motor wird üblicherweise der Zwischenraum zwischen der Verschalung und den Motoraußenflächen durch ein Gebläse belüftet, damit die überschüssige Motorwärme ab-

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geführt und die Verschalung gegen Überhitzung durch Wärmestauungen geschützt wird. Im vorliegenden Fall wird zu diesem Zweck ein Teil der vom Gebläse 11 geförderten Kühlluft über eine oberhalb der Mittelkonsole 4 vorgesehene öffnung 38 des Zwischengehäuses 16' über einen Verbindungsschacht 39 in den von der Verschalung 29, 30 umschlossenen Raum geleitet. Dieser Kühlluftteilstrom streicht dann entlang den Außernwänden des Motors und tritt über eine nicht dargestellte öffnung der Verschalung aus.

Da die Verschalung 29, 30 und das Kühler-Gebläseaggregat 3 eine Körperschallisolierung gegenüber dem Motor T aufweisen, sind außer der Verbindung zwischen Gebläse' und Motor auch alle übrigen Verbindungen zwischen Motor und Kühler-Gebläseaggregat 3 bzw. Verschalung 29, 30 elastisch ausgebildet. Zu diesen elastischen Elementen zählen der als Gummischlauch ausgeführte obere Kühleranschluß 22 bzw. die Abdichtung 40 bei dessen Durchtritt durch die Verschalung 29, 30.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Strömungsrichtung des Kühler-Gebläseaggregates gegenüber der in den Ausführungsbeispielen gewählten Anordnung umzukehren. Eine solche Strömungsumkehr wäre beispielsweise bei Heckeinbau des Motors in einem Fahrzeug von Vorteil, weil in einem solchen Fall der Staudruck des Fahrtwindes zur Luftförderung durch den Kühler nicht ausnützbar ist und sich als günstiger erweist, die Luft von der Stirnseite des Motors weg abzuführen.

Patentansprüche;

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Kühler- Gebläseaggregat für Brennkraftmaschinen, insbesondere ,Fahrzeugmotoren, mit vor dem Motor angeordnetem, von einem Axialgebläse belüfteten Kühler, dadurch gekennzeichnet , daß das Gebläse (18) an der vom Motor (1) abgewandten Seite des Kühlers angeordnet ist und der Kühler aus wenigstens zwei bezüglich der Motorlängsmittelebene (21) einander gegenüberliegenden, aufrechtstehenden Kühlerelementen (19, 20) besteht, die je mit der Motorlängsmitteleberß(21) an der vom Motor (1) abgewandten Seite einen spitzen Winkel einschließen.

   2. Kühler-Gebläseaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Motorstirnseite, ggf. unter Zwischenschaltung körperschallisolierender Elemente, eine das Lager (9) für die Gebläsewelle (10) aufweisende Mittelkonsole (4) befestigt ist, die ein Zwischengehäuse (16) trägt, das den Raum zwischen dem Gebläse (18) und den Kühlerelementen (19_f 20) nach oben und unten hin abschließt und das an der dem Motor (1) abgewandten Seite einen Flansch besitzt, an dem der Außenring (17) des Gebläses (18) befestigt ist.

   3. Kühler-Gebläseaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläsewelle (10) in an sich bekannter Weise am motorseitigen Ende eine über Keilriemen (13) von der Kurbelwelle angetriebene Keilriemenscheibe (12) trägt.

   4« Kühler-Gebläseaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläsewelle (10) mit einer Abtriebswelle (34) des Motors (1) über eine Gelenkwelle (33)ι eine elastische Kupplung od dgl. antriebsverbunden ist (Mg. 7).

   5, Kühler-Gebläseaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4» für einen verschalten Motor mit von Kühlluft durchstömtem Zwischenraum zwischen Verschalung und Motoraußenflächen,

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   dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Gebläseluft aus dem zwischen dem Gebläse (18) und den Ktihlerelementen (19, 20) gelegenen Raum, z.B. über einen vom Zwischengehäuse (16·) oberhalb der Mi^telkonsole (4) abzweigenden Verbindungsschacht (39), in den zwischen Verschalung (20,30) und Motoraußenflächen gelegenen Zwischenraum geleitet ist. .

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