DE2441821C3 - Kühler-Gebläseaggregat für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühler-Gebläseaggregat für Brennkraftmaschinen, insbesondere Straßenfahrzeugmotoren, mit vor dem Motor angeordnetem, aus zwei bezüglich der Motorlängsmittelebene einander gegenüberliegenden, aufrecht stehenden Kühlerelementen bestehenden Kühler und einem vor diesem angeordneten, vom Motor angetriebenen Axialgebläse.

Bei Straßenfahrzeugmotoren, 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 Motortlächen gebildeten Strömungshindernisse muß das Gebläse einen gegenüber dem zur Überwindung des bloßen Kühlerwiderstandes erforderlichen Druck beträchtlich erhöhten Druck erzeugen. Infolgedessen liegt auch das Geräuscn eines solchen Gebläses wesentlich übe- jene*. 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 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.

Man kann zwar die Strömungsverhältnisse durch größere Abstände zwischen Kühler und Gebläse einerseits und Gebläse und Motor andererseits verbessern, doch ist dies mit einer erheblichen Vergrößerung der Baulänge verbunden, die nur in Ausnahmefällen in Kauf genommen werden kann. So ist beispielsweise aus der DT-PS 3 46 037 eine Kühler-Gebläseanordnung der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei der die beiden Kühlerelemente in einer Ebene in beträchtlichem Abstand vor dem Motor angeordnet sind und die Ableitung der Gebläseluft über zwischen dem Kühler und dem Motor schräg nach aufwärts führende Schächte erfolgt. Ein Teil der Kühlluft wird auch zwischen den beiden Kühlerelementen hindurch in den Motorraum geführt. In Anbetracht der erheblichen Baulänge der bekannten Anordnung ist deren Anwendung bei Straßenfahrzeugen im Hinblick auf die dort äußerst beengten Platzverhältnisse nur in Ausnahmefällen möglich.

Eine ähnliche Kühler-Gebläseanordnung ist aus der Zeitschrift »Diesel Railway Traction«, November 1951, S. 257, bekannt. Hier wird die aus dem Kühler strömende Luft in einen geschlossenen Kanal zwischen Kühler und Motor nach unten und unter dem Motor entlang zur Ausströmöffnung geleitet. Eine soiehe Anordnung ist sicherlich nur bei Schienenfahrzeugen möglich, die keiner großen Bodenfreiheit bedürfen, wie dies aber von Straßenfahrzeugen gefordert werden muß. Auch in dem letztgenannten bekannten Fall ergibt sich durch den abwärts führenden Abluftschacht eine beträchtliche Vergrößerung der gesamten Baulänge.

Aus der DT-PS 7 49 376 ist noch eine weitere Kühler-Gebläsebauart bekannt, bei welcher der Kühler in zwei Kühlerblöcke aufgeteilt ist, die zu beiden Seiten und in großem Abstand vom Motor angeordnet sind. Von einer solchen Konstruktion kann nur dann Gebrauch gemacht werden, wenn beidseits des Motors genügend Bauraum zur Verfügung steht. Bei modernen Straßenfahrzeugmotoren sind diese räumlichen Voraussetzungen jedenfalls nicht gegeben.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter gleichzeitiger Berücksichtigung sowohl aerodynamischer als auch akustischer Gesichtspunkte ein Kühler-Gebläseaggregat der eingangs genannten Art zu schaffen, daß sich in erster Linie für Straßenfahrzeugmotoren eignet und welches daher eine möglichst gedrängte Bauweise der aus Motor und Kühler-Gebläseaggregat bestehenden Baueinheit gewährleisten soll. In aerodynamischer Hinsicht wird die zusätzliche Forderung erhoben, die Druckverluste des Gebläses im Sinne eines günstigen Gebläsewirkungsgrades so klein als möglich zu halten. In akustischer Hinsicht wird, nicht zuletzt im Hinblick auf einen umweltfreundlichen Betrieb, eine möglichst geräuscharme Bauweise des Aggregates angestrebt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Kühlerelemente in an sich

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bekannter Weise im Winkel .zueinander angeordnet sind und daß sie in Ebenen liegen, die je mit der Motorlängsmittelebenc an der vom Motor abgewandten Seite einen spitzen Winkel einschließen und welche die Motorlängsmittelebenc im Bereich vor dem Motor schneiden.

Die Anordnung zweier Kühlerelemente in spitzen Winkeln zueinander ist zwar aus der US-PS 21 25 124 bekannt, doch schließen bei dieser Anordnung die beiden Kühlerelemente an der dem Motor zugewandten Seite einen spitzen Winkel ein. Dadurch entsteht zwar eine gedrängtere Bauweise, doch tritt eine erhebliche Verschlechterung der Abströmverhältnisse und damit des Gebläsewirkungsgrades ein. Mit den ungünstigen Abströmbedingungen ist weiters auch eine höhere Geräuschentwicklung verbunden.

Demgegenüber wird durch die erfindungsgemäße Gestaltung ein den strömungslechnischen und akustischen Gesichtspunkten gleichzeitig in optimaler Weise Rechnung tragendes Kühler-Gebläseaggregat gcschaffen. Durch die vorgesehene Anordnung der Kühlcrelemente sind eine völlig störungsfreie Zuströmung zum Gebläse und erheblich reduzierte Strömungswiderstände gewährleistet. Zufolge der Vergrößerung der Strömungsquerschnitte zwischen Motor und Kühler werden die Druckverluste wie auch die durch Strömungsbehinderung verursachten Geräusche erheblich reduziert, und zwar ohne Vergrößerung der Baulänge gegenüber bekannten Gebläse-Kühleranordnungen. Die günstigeren Strömungsverhältnisse sowohl 3c im Zu- als auch im Abluftweg des Gebläses erlauben es, den Gebläsedruck gegenüber den gebräuchlichen Werten erheblich zu senken, so daß er nur unwesentlich über dem zur Überwindung des bloßen Kühlwidcrstandes erforderlichen Druck liegt. Der Gebläsewirkungsgrad ist daher weitaus günstiger, als bei den üblichen Kühler-Lüfteranordnungen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Kühler-Gebläseaggregates sind die Kühlerelemente zu beiden Seiten einer an der Motorstirnseite befestigten Mittelkonsole angeordnet, die ein den Raum zwischen dem Gebläse und den Kühlerelementen nach oben und unten hin abschließendes Zwischengehäuse trägt, das an der dem Motor abgewandten Seite einen Flansch besitzt, an dem der Außenring des Gebläses befestigt ist und die in an sich bekannter Weise das Lager für die Gebläsewelle trägt. 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 Bauart es ermöglicht, den Spalt zwischen dem Laufrad und dem Außenring des Gebläses sehr klein zu halten, was zu einer weiteren Verbesserung des Gebläsewirkungsgrades führt.

Aus dem Dt-Gbm 16 88 539 ist es zwar bereits bekannt, die Gebläsewelle des Kühler-Lüfteraggregates einer Lokomotive auf einer Mittelkonsole zu lagern, doch gelten im Lokomotivbau ganz andere bauliche und räumliche Voraussetzungen als bei einem Straßenfahrzeug mit seinen sehr beengten Unterbringungsmöglichkeiten für Motor und Kühlersystem.

Wenn die Erfindung bei einem verschalten Motor mit von Kühlluft durchströmtem Zwischenraum zwischen Verschalung und Motoraußenflächen angewendet werden soll, 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, so daß die Leistung des Gebläses gegenüber der Normalausführung des Kühler-Gebläseaggregates nur geringfügig vergrößert zu werden braucht.

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht eines wassergekühlten .Sechszylinder-Dieselmotors, mit einem im Horizontalschnitl nach der Linie l-l der Fig.3 dargestellten Kühler-Gebläseaggregat nach der Erfindung,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt nach der Linie 11-11 gezeigte Vorderansicht des Motors nach Fig. 1,

Fig.3 eine Seitenansicht desselben Motors mit Schnittführung durch das Kühler-Geblüscaggregat nach der Linie lll-III in Fig. I,

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

F i g. 5 eine Vorderansicht in Richtung des Pfeiles V in F i g. 4,

F i g. 6 eine teilweise Seitenansicht des Motors entsprechend dem Pfeil Vl in F i g. 4 und

Fig. 7 eine der Darstellungsweise der F i g. J entsprechende, teilweise geschnittene Seitenansicht eines mit einer Verschalung versehenen Motors mit einem Kühler-Gebläseaggrcgat gemäß der Erfindung.

Der dargestellte Dieselmotor 1 trägt an der dem Schwungradflansch 2 abgekehrten Stirnseite das als in sich geschlossene Baueinheit ausgeführte Kühler-Gebläscaggregat 3 nach der Erfindung. Den tragenden Bauteil des Aggregates bildet eine Mittelkonsolc 4, die sich mit zwei unteren Tragarmen 5, 6 und zwei oberen Tragarmen 7, 8 am Motor 1 abstützt. Die Verbindung der Tragarme 5 bis 8 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.

In die als senkrecht stehender C-Profilträger 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 Kurbelwellenendc 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 Flansch besitzt, an dem der Außenring 17 des in seiner Gesamtheit mit 18 bezeichneten Gebläses befestigt ist.

Der Wasserkühler des Aggregates 3 besteht aus zwei getrennten, 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 α einschließen, welcher kleiner als 180° ist. Die beiden Kühlerelemente 19,20 sind mit den einander zugewendeten, inneren Seitenflächen an den Profil-

schenkein der Mittelkonsole 4 und mit den übrigen Umfangsflächen mit dem Zwischengehäuse 16 verbunden, so daß 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 Verteilleitung 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 Kühlerelementes 20 angeschlossen, welcher seinerseits mit dem linken unteren Wasserkasten 27 durch eine Leitung 28 verbunden ist.

Mit Bezugsnahme auf die in F i g. 1 bezeichneten Abmessungen ergeben sich durch die beschriebene Gestaltung des Kühler-Gebläseaggregates 3 gegenüber der allgemein gebräuchlichen Anordnung eines von einem Axialgebläses belüfteten Flachkühlers folgende neue vorteilhafte Effekte: Durch die Zweiteilung des Kühlers und die Schrägstellung der zwei Elemente 19, 20 sind bei gleichem Abstand c zwischen der Nabe des Gebläselaufradcs 11 und dem Kühler und bei gleichem axialen Abstand des Gebläses von der Motorstirnscite die Luftaustrittsquerschnitte al, 32, a3 zwischen Kühler und Motor erheblich größer als bei Verwendung eines üblichen, einteiligen Flachkühlcrs in der durch strichpunktierte Linien angedeuteten Position. Bei einem solchen Flachkühler ist der mit öl bezeichnete, für die Abströmung der Gebläseluft aus dem Kühler verfügbare Querschnitt erheblich kleiner und die aus dem Flachkühlcr in axialer Richtung austretende Luft erfährt durch die an der Motorstirnseite vorhandenen Strömungshindcrnissc eine starke, mit großen Druckverlusten verbundene Ablenkung in die radiale Richtung.

Demgegenüber tritt bei dem Kühlcr-Gebläscaggregat 3 nach der Erfindung die Luft bereits schräg zur Motorlängsmittclcbcnc 21 aus den Kühlcrlcmcnten 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 Gcbläsc-Kühleranordnungcn das Auslangen gefunden werden, was nicht nur mit einer Verringerung des Leistungsbcdarfcs des Gebläses, sondern auch mit einer verminderten Gcrüuschcntwicklung des Aggregates verbunden ist, da die vom Gebläse erzeugte Schullcistung proportional mit dem Gebläsedruck abnimmt.

In Fig.7 is*, noch ein weiteres Anwendungsbeispiel des erfindungsgemößcii Kühler-Gcblüseaggregates bei einem mit einer Verschalung 29,30 versehenen Motor dargestellt. Bei dieser Konstruktion stützt sich das Kühler-Geblnscuggrcgut 3 mit den gegenüber den vorerwähnten AusfOhrungsbcispiclen kürzer ausgebildeten unteren und oberen Tragarmen 5 bis 8 an der Vorderwand der Verschalung ab, die ihrerseits unter Zwischenschaltung körpcrschallisoliertcr Trngelcmcntc mit dem Motor 1 verbunden ist. Ein solches Tragelemcnt 31 ist an der Motorstirnscite, am Raderkastendek- kel befestigt, ersichtlich.

Um Relativbewegungen 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.

ίο Um Platz für die Gelenkwelle 33 bzw. für das vordere Gelenk 35 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 Ausführungsfall der F i g. 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 Hilfseinrichtungen.

Bei einem verschalten Motor wird üblicherweise der Zwischenraum zwischen der Verschalung und den Motoraußenflächen durch ein Gebläse belüftet, damit die überschüssige Motorwärmc abgeführt 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 Kühlluflteilstrom streicht dann entlang den Außcnwän-

den des Motors und tritt über eine nicht dargestellte öffnung der Verschalung aus.

Da die Verschalung 29,30 und das Kühlcr-Gcbläscaggrcgnt 3 eine Körpcrschnllisolicrung gegenüber dem Motor 1 aufweisen, sind außer der Verbindung zwischen

Gebläse und Motor auch alle übrigen Verbindungen zwischen Motor und Kühlcr-Gcbläscaggrcgat 3 bzw. Verschalung 29, 30 elastisch ausgebildet. Zu diesen elastischen Elementen zählen der als Gummischlauch ausgeführte obere Kühlcranschluß 22 bzw. die Abclich-

5« tung 40 bei dessen Durchtritt durch die Verschalung 29, 30.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Strömungsrichtung des Kühler-Gebläseaggregatesi gegenüber der in den Ausführungsbeispielen gewählten Anordnung um-

zukehren. Eine solche Strömungsumkehr wore beispielsweise bei Heckeinbau des Motors in einem Fahrzeug von Vorteil, weil in einem solchen Fall det Staudruck des Fahrtwindos zur Luftförderung durch den Kühler nicht ausnützbar ist und sich als günstigei

erweist, die Luft von der Stirnseite des Motors weg abzuführen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kühler-Gebläseaggregat für Brennkraftmaschinen, insbesondere Straßenfahrzeugmotoren, mit vor dem Motor angeordnetem, aus zwei bezüglich der Motorlängsmittelebene einander gegenüberliegenden, aufrechtstehenden Kühlerelementen bestehenden Kühler und einem vor diesem angeordneten, vom Motor angetriebenen Axialgebläse, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlerelemente (19, 20) in an sich bekannter Weise im Winkel zueinander angeordnet sind und daß sie in Ebenen liegen, die je mit der Motorlängsmittelebene (21) an der vom Motor (1) abgewandten Seite einen spitzen Winkel einschließen und welche die Motorlängsmittelebene (21) im Bereich vor dem Motor schneiden.

2. Kühler-Gebläseaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlerelemente (19,20) zu beiden Seiten einer an der Motorstirnseite befestigten Mittelkonsole (4) angeordnet sind, die ein den Raum zwischen dem Gebläse (18) und den Kühlerelementen (19, 20) nach oben und unten hin abschließendes Zwischengehäuse (16) trägt, das an der dem Motor (1) abgewandten Seite einen Flansch besitzt, an dem der Außenring (17) des Gebläses (18) befestigt ist und die in an sich bekannter Weise das Lager (9) für die Gebläsewelle (10) trägt.

3. Kühler-Gebläseaggregat nach Anspruch 1 oder

2, für einen verschalten Motor mit von Kühlluft durchsirömtem Zwischenraum zwischen Verschalung und Motoraußenflächen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Gebläseluft aus dem zwischen dem Gebläse (18) und den Kühlerelementen (19, 20) gelegenem Raum, z. B. über einen vom Zwischengehäuse (K'') oberhalb der Mittelkonsole (4) abzweigenden Verbindungsschacht (39), in den zwischen Verschalung. (20, 30) und Motoraußenflächen gelegenen Zv ischenraum geleitet ist.

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