DE2442174B2 - Kuehler-geblaeseaggregat fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Kuehler-geblaeseaggregat fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
35
Die Erfindung betrifft ein Kühler-Gebläseaggregat für Brennkraftmaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren,
mit einem Axialgebläse und mit einem radialen Luftführungsschacht, der von einem Kühler umgrenzt
ist
Bei Kühler-Gebläseanordnungen allgemein üblicher Ausführung, wie sie bei Fahrzeugmotoren, Baumaschinen
oder stationären Anlagen verwendet werden, besteht im allgemeinen die Tendenz einer möglichst
billigen Ausbildung des Gebläses, dessen Laufrad meist aus Blechteilen zusammengesetzt, zum Teil aber sogar
einstückig aus Kunststoff hergestellt wird. In der Regel ist das Gebläse auf einer am Motor gelagerten
Antriebswelle in sehr geringem Abstand vom Motor befestigt und der ebenfalls knapp vor dem Gebläse
angeordnete Kühler ist im allgemeinen am Rahmen abgestützt Bei Vorhandensein eines den Raum zwischen
Kühler und Gebläse abschließenden Gehäuses ist dieses meist starr am Rahmen befestigt, sodaß sich die
Notwendigkeit ergibt, in Anbetracht der Ralativbewegungen zwischen Motor und Rahmen wie auch im
Hinblick auf die verhältnismäßig groben Herstellungstoleranzen, einen großen Laufradspalt vorzusehen.
Durch diese Vernachlässigung aerodynamischer Grundsätze ergibt sich zwangläufig ein relativ schlechter
Wirkungsgrad solcher Gebläse. Wegen des geringen Abstandes und der ungünstigen Abströmverhältnisse
muß das Gebläse einen erheblich höheren Druck als notwendig erzeugen, der etwa doppelt so hoch liegt als
der für die Überwindung des reinen Kühlerwiderstandes erforderliche Druck. Das Geräusch derartiger Lüfter
liegt deshalb auch um etwa 1OdB höher, als sich für dieselbe Luftmenge bei Überwindung des reinen
Kühterwiderstandes mit aerodynamisch hochwertigem
Gebläse und idealen Zu- und Abströmbedingungen ergeben würde. Die beengten räumlichen Verhältnisse
bei Fahrzeugmotoren lassen aber die Verwirklichung dieser Idiallösung nicht zu. Während nämlich auf der
vom Motor abgewandten Seite des Kühlers verhältnismäßig günstige Strömungsbedingungen herrschen,
müßte der Abstand zwischen dem Gebläse und dem Motor ganz erheblich vergrößert werden, da Einzelhindernisse,
welche die Zu- oder Abströmung der Gebläseluft beeinträchtigen, zu einer beträchtlichen
Geräuscherhöhung führen
Günstigere Verhältnisse liegen bei Kühler-Gebläseanordnungen vor, wie sie beispielsweise in der DT-PS
8 46 037 und der GB-PS 10 85 416 beschrieben sind und bei denen sich das Gebläse an der vom Motor
abgewendeten Seite des Kühlers befindet Das Gebläse ist dann von dem die Strömung störenden Motor weiter
entfernt und die Störungen werden außerdem durch den dazwischenliegenden Kühler gemilderL Nachteilig an
dieser Anordnung ist es aber, daß der Geläseantrieb durch den Köhler hindurchgeführt werden muß,
wodurch sich höhere Herstellungskosten und erschwerte Montagebedingungen ergeben. Weiters kann auch
bei dieser bekannten Ausführung der Abstand zwischen Kühler und Motor nicht so gering gehalten werden, wie
es aus Gründen einer möglichst platzsparenden Bauweise wünschenswert wäre, weil sonst die Strömung
zwischen Kühler und Motor zu stark gestört und die aus Geräuschgründen angestrebte Reduzierung des vom
Gebläse zu erzeugenden Druckes verhindert würde.
Weiters ist es bekannt, das Geräusch von Kühler-Gebläseaggregaten durch schalldämmende Kapselung
derselben und durch vorgesetzte, luftschallabsorbierend ausgekleidete Zu- und Abluftschächte zu verringern. Da
die geförderten Luftmengen groß sind, ergeben sich große Schachtquerschnitte, die bei der heute üblichen
Kühler-Gebläseanordnung zwar vor dem Kühler, nicht aber in dem engen Zwischenraum zwischen Gebläse
und Motor untergebracht werden können. Die axiale Baulänge einer derartigen Kühler-Gebläse-Gruppe
wird daher merklich größer, wenn schallabsorbierende Schächte vorgesehen werden, und zwar nicht nur wegen
des Schachtes vor dem Kühler, sondern auch wegen der Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Gebläse
und Motor.
Aus der MTZ 31 (1970). Nr. 4, S. 157 bis 160, ist noch
ein weiteres Kühler-Gebläseaggregat bekannt, welches in die schalldämmende Kapselung des Motors selbst
miteinbezogen ist. Der sonst zwischen dem Gebläse und
dem Motor erforderliche luftschallabsorbierend ausgekleidete Schacht ist in diesem bekannten Fall in den
Bereich des Kupplungsgehäuses verschoben, wo im allgemeinen mehr Bauraum zur Verfügung steht, Ein
wesentlicher Nachteil dieser bekannten Anordnung liegt jedoch darin, daß die gesamte Kühlluft zwischen
Motor und Kapselwand hindurchgeführt werden muß, was einen unnötig großen Abstand der den Motor
umschließenden Kapselwände erforderlich macht, da in der Regel etwa ein Zehntel der durch den Kühler zu
fördernden Luftmenge für die Belüftung dieses Kapselbereiches ausreicht.
Aus der US-PS 28 63 645 ist es weiterhin bekannt, bei einem Axialgebläse einen radial gerichteten Luftführungsschacht
vorzusehen, der von einem Ringkühler begrenzt wird.
Schließlich ist durch die FR-PS 3 82 789 eine Wärmetauscheranordnung bekannt geworden, bei wel-
eher der von einem Axialgebläse radial belüftete Kühler
unter anderem aus zwei am Umfang des Laufrades angeordneten ebenflächigen Kühlerelementen gebildet
wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Kühler-Gebläseaggregat der eingangs genannten Art
zu schaffen, welches die Nachteile der vorgenannten bekannten Anordnung vermeide, und das sich bei
optimaler Ausnutzung des zur Verfugung stehenden Bauraumes durch seine geräuscharme Bauweise auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine in ϊ *ei schallabsorbierend ausgekleidete, den Zu-
und Abluftschacht des Gebläses bildende Kammern unterteilte Kapsel, in der das Axialgebläse zentral
zwischen den beiden Kammern angeordnet ist, und die im Bereich einer der beiden Kammern umfangseitig den
Kühler trägt
Diese Konstruktion vereinigt die bekannten Vorzüge eines Axialgebläses mit den Vorteilen einer, vor allem in
axialer Richtung äußerst platzsparenden Bauweise bei hoher akustischer Wirksamkeit der Kapselung. Durch
die Kombination eines Axialgebläses mit Kühlerelementen.die nicht axial, sondern radial angeordnet und
durchströmt werden, ergibt sich eine axiale Baulänge des Aggregates, die nicht größer als bei der üblichen
Kühler-Gebläseanordnung ist. Der gesamte axiale Platzbedarf ist aber bei der erfindungsgemäßen
Anordnung wesentlich geringer, da das Aggregat mit der Rückwand der Kapsel endigt, wogegen bei den
üblichen Anordnungen zwischen dem Gebläse und festen Hindernissen, z. B. der Stirnseite des betreffenden
Motors, ein ausreichender Platz für die Luftströmung freigelassen werden muß. Man kann also das Kühler-Gebläseaggregat
nach der Erfindung unmittelbar an die Motorstirnseite anbauen, ggf. aber auch mit einer aus
akustischen oder sonstigen Gründen vorgesehenen Verschalung des Motors kombinieren. Dabei besteht
sowohl die Möglichkeit einer starren Verbindung der Kühler-Gebläsegruppe mit dem Motor, die einen
direkten starren Anschluß der Gebläsewelle an einem Wellenende des Motors zuläßt, als auch die Möglichkeit
einer elastischen und körperschallisolierten Befestigung des Aggregates am Motor bzw. am Fahrzeugrahmen
oder Fundament, wobei der Antrieb dann über eine Gelenkwellenverbindung zwischen der Gebläsewelle
und dem Motor erfolgen kann. Allenfalls ist aber auch jede andere Antriebsart, wie z. B. hydrostatischer
Antrieb oder Elektroantrieb anwendbar.
Daß auch die radialen Abmessungen des erfindungsgemäßen Kühler-Gebläseaggregates verhältnismäßig
klein gehalten werden können, ist auf die Verwendung eines Axialgebläses zurückzuführen, da bekanntlich ein
Axialgebläse als die schnelläufigste Strömungsmaschine bei vorgegebener Fördermenge den kleinsten Außendurchmesser
aufweist. Es ist daher auch bei relativ kleinem Durchmesser der Kapsel im Bereich zwischen
dem Laufrad und dem umfangseitig angeordneten Kühler genügend Raum für die Unterbringung eines
luftschallabsorbierend ausgekleideten, luftschalldämmenden
Schachtes vorhanden.
Die Erfindung ermöglicht weiters eine aerodynamisch hochwertige Ausführung des Gebläses mit sehr
engem Laufradspalt, da ja keine Relativbewegungen zwischen dem Laufrad und dem Außenring des
Gebläses stattfinden. Dadurch ergibt sich auch bei leitradloser und daher die geringstmögliche axiale
Baulänge aufweisender Ausbildung des Gebläses ein sehr günstiger Gebläsewirkungsgrad.
Durch die umfangseitige Anordnung des Kühlere and
die radiale Strömung in der zwischen Kühler und Gebläse gelegenen Kammer ergeben sich relativ große
Strömungsquerschnitte und geringe Ströinuiigsverlusic,
die durch .strömungsgünstige Formgebung der schallabsorbierenden Auskleidung der Kammer noch weiter
reduziert werden können.
Die hohe akustische Wirksamkeit der Kapselung
Die hohe akustische Wirksamkeit der Kapselung
ίο folgt daraus, daß sich das lustschallabsorbierende
Material direkt vor und hinter dem Gebläse befindet, also vor allem zwischen Gebläse und Kühler, und nicht
wie bisher allgemein üblich, vor dem Kühler und hinter dem Lüfter, bzw. bei umgekehrter Strömungsrichtung
der Luft, vor dem Lüfter und hinter dem Kühler. Wegen der umfangseitigen Anordnung des Kühlers ist weiters
die Verbindung zwischen der Rückwand und Zwischenwand der Kapsel so weit nach außen gelegt, daß
geräuscherhöhende Störungen der Strömung durch die Verbindungselemente weitgehend vermieden werden.
Dabei wirkt der scheibenförmige Ringraum zwischen den fuftschallabsorbierenden Belägen der Rückwand
und der Zwischenwand der Kapsel bei entsprechender Dimensionierung asl 7ingdiffusor. Der damit erreichbar
Druckrückgewinn ersetzt in gewissem Ausmaß die Wirkung eines Leitrades und begüngstigt ebenfalls den
Wirkungsgrad des Gebläses.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest der den Zuluftschacht enthaltende
Teil der Kapsel zylindrisch ausgebildet und weist an seiner Stirnseite eine ringförmige Luft-Eintriffsöffnung
auf. Damit sind nicht nur zentral-symmetrische Zuströmbedingungen zum Gebläse geschaffen, sondern es
kann durch die stirnseitige Anordnung der Eintrittsöff-
.15 nung wie bisher bei Fahrzeugen der Staudruck des
Fahrwindes zur Luftförderung mit herangezogen werden. Abweichend hiervon besteht natürlich auch die
Möglichkeit einer radialen Zuströmung der Luft vom Umfang der Kapsel her.
Vorteilhafterweise kann der den Kühler tragende Teil der Kapsel eckigen, z. B. rechteckförmigen Umriß
aufweisen und kann der Kühler aus zwei oder mehreren am Umfang dieses Kapselteiles angeordneten, ebenflächigen
Kühlerelementen bestehen. Diese Anordnung zeichnet sich durch die geringen Herstellungskosten
üblicher blockförmiger Kühlerelemente aus. Die nicht von Kühlerelementen besetzten Umfangswände, beispielsweise
die obere und untere Wand des genannten Kapselteiles, werden dann gleichfalls mit luftschallabsorbierendem
Material ausgekleidet.
Schließlich ist es auch von Vorteil, wenn die schallabsorbierende Auskleidung der Kapsel in an sich
bekannter Weise von Lochblechen gehalten ist. Diese dienen gleichzeitig der Halterung und dem Schutz des
luftschallabsorbierenden Materials.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen Axialschnitt eines Kühler-Gebläseaggregates nach der Erfindung,
F i g. 2 einen Schnitt durch das Aggregat nach der Linie 11-11 und
F i g. 3 einen der F i g. 2 entsprechenden Schnitt einer zweiten Ausführungsform einer Kühler-Gebläseeinheit
nach der Erfindung.
(·:■ Das Kühler-Gebläseaggregat nach F i g. 1 und 2 ist als
im wesentlichen zylindrische, durch eine Zwischenwand 1 in zwei schallabsorbierend ausgekleidete Kammern 2
und 3 unterteilte Kapsel 4 ausgebildet. Die Zwischen-
wand 1 weist eine zentrale, durch einen Ring 5 eingefaßte öffnung auf, in die das in der Kapsel 4 zentral
gelagerte Laufrad 6 eines Axialgebläses 7 eingesetzt ist, dessen Welle mit 8 und dessen Lagerstelle in der Kapsel
mit 9 bezeichnev ist. Das Laufrad 6 bildet mit dem Gebläseaußenring 5 einen unter ausschließlicher Berücksichtigung
der Herstellungstoleranzen so eng als möglich gehaltenen Laufradspalt 10.
Bei der im vorliegenden Fall angenommenen und durch Pfeile gekennzeichneten Durchströmungsrichtung
des Gebläse-Kühleraggregates bildet der dem Gebläse 7 vorgelagerte Teil 11 der Kapsel das
Luftzuführungsgehäuse, dessen äußere Stirnwand 12 eine ringförmige Luft-Eintrittsöffnung 13 aufweist. Der
hinter dem Gebläse 7 gelegene Teil 14 der Kapsel 4 umfaßt die kreisförmige Rückwand 15 und den zwischen
dieser und der Zwischenwand 1 umfangseitig angeordneten,
kreisringförmigen Wasserkühler 16 des Aggregates. Die Befestigung der Rückwand 15 und des Kühlers
16 erfogt durch eine Anzahl am Umfang der Kapsel gleichmäßig verteilter Schrauben 17. Der Wasserzulauf
zum Kühler 16 ist mit 19 und der Wasserablauf mit 18 bezeichnet.
Die bereits erwähnte, schallabsorbierende Auskleidung der beiden Kammern 2 und 3 der Kapsel 4 besteht
aus schallabsorbierenden Belägen 20, die in an sich bekannter Weise durch Lochbleche 21 gehalten und
gegen mechanische Beschädigung geschützt sind. Diese Beläge 20 bedecken sämtliche freien Innnenflächen der
beiden Kammern 2 und 3, sodaß letztere akustisch hochwirksame Ein- und Austrittschalldämpfer für die
Gebläseluft bilden.
Im Gegensatz zu den üblichen Gebläse-Kühleranordnungen erfolgt die Abströmung an der Druckseite des
Gebläses 7 nicht in axialer Richtung, sondern es erfolgt eine Umlenkung der Gebläseluft innerhalb der K ammer
3 in die radiale Richtung, so daß der Kühlluftstrom in gleichmäßiger Verteilung über den gesamten Umfang
der Kapsel 4 in radialer Richtung durch den Kühler 16 hindurchtritt Durch die ebenfalls kreissymmetrische
Ausbildung des Luftzuführungsgehäuses 11 ergeben sich auch eintrittseitig zentralsymmetrische Strömuingsverhältnisse
mit reiativ großen Strömungsquerschnitten und geringen Druckverlusten. Durch die Umlenkung
der abströmenden Gebläseluft in der Kammer 3 und durch die Verwendung eines Axialgebläses 7 ergibt sich
für das Kühler-Gebläseaggregat eine sehr geringe axiale Baulänge, wobei auch der bei den üblichen
Kühler-Gebläseanordnungen zur Verringerung des Strömungswiderstandes und der Geräuschentwicklung
einzuhaltende Abstand zwischen dem Kühler und der Stirnseite des Motors in Fortfall kommt Dadurch ist die
gesamte axiale Abmessung des Motors samt der Kühler-Gebläsegruppe gegenüber den bekannten Bauarten, die geräoschstark sind,incht größer.
Wenn das Küäüer<5ebl2seaggregat nach der Erfindung bei «inem Fahrzeagtnotor Anwendung findet,
erweist dich die Anordnängder nngfötmigen Loft-Entrittsöffnung
13 an der Stirnseite der Kapsel als besonders vorteilhaft, weil dann der Fahrtwind die
Förderwirkung des Gebläses 7 aktiv unterstützt. Bei ortsfesten Brennkraftmaschinen konnte die
Lufteintrittsöffnung, abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel, auch am Umfang des Luftzuführungsgehäuses
11 vorgesehen werden.
Wie in der rechten Bildhälfte der Fig. 1 mit strichpunktierten Linien 22 angedeutet, könnten zwecks
ίο Verbesserung der Strömungsverhältnisse die zur Halterung
der schallabsorbierenden Beiäge 70 vorgesehenen Lochbleche 21 rotationssymmetrisch räumlich gekrümmte
Oberflächen erhalten, wodurch sich geringere Druckverluste und eine erhöhte Schalldämmung ergeben
würden. Eine Erhöhung der akustischen Wirkung ist aber darüberhinaus auch durch rotationssymmetrisch
oder sternförmig angeordnete, zusätzliche Zwischenwände aus luftschallabsorbierendem Material zu erzielen.
Schließlich könnte auch noch innerhalb der Kammer 3 in dem außerhalb des Lauiraddurchmessers
gelegenen ringförmigen Bereich zwischen der Rückwand 15 und der Zwischenwand 1 ein radiales Leitrad
angeordnet werden, durch das ein Teil der Energie der Umfangsgeschwindigkeit in Druck umgesetzt und damit
der Gebläsewirkungsgrad noch weiter verbessert werden könnte.
Die Ausführung des Kühler-Gebläs<:aggregates nach
Fig.3 weicht von der Konstruktion nach Fig. 1 und 2
nur insofern ab, als hier der hinter dem Gebläse 7 gelegene Teil 14 der Kapsel quadratischen Umriß
aufweist und der Wasserkühler aus zwei wasserseitig miteinander verbundenen, blockförmig·^ Kühlerelementen
16' besteht, welche die vertikalen Seitenwände dieses Kapselteiles 14 bilden. In diesem Fall ist die
Kammer 3 der Kapsel 4 nach oben und unten hin durch Begrenzungswände 23 und 24 abgeschlossen, die wie die
übrigen Innenwände der Kpasel mit durch Lochbleche 21 gehaltenen schallabsorbierenden Belägen 20 versehen
sind.
Zuluftseitig ergeben sich auch bei der Konstruktion nach Fig.3 dieselben Strömungsverhältnisse wie beim
erstgenannten Ausführungsbeispiel. Abluftseitig besteht nur der Unterschied, daß die Abströmung nicht über den
gesamten Umfang des Kapselteiles 14, sondern nur nach
den seitlich angeordneten Kühlerelementen 16 hin erfolgt. Auch hier besteht die Möglichkeit einer
Vergleichmäßigung der Abströmung zu den beiden Kühlerelementen durch den Einbau von Leitwänden in
die Kammer 3.
Prinzipiell besteht die Möglichkeit die Strömungsrichtung sowohl bei den dargestellten als auch bei
weiteren im Rahmen der Erfindung gelegenen Ausführungen des Kühler-Gebläseaggregatos umzukehren,
sodaß sich deriCühler an der Gebläsesaagseite befindet
Die für die Erfindung typischen Vorteile einer gedrängten Bauweise und einer lurtien akustischen
Wirksamkeit der Kapselung bleiben auch für diese Art
der Durchströmung gewahrt
Kierzn 1 Blatt Zeicngen
Claims (4)
1. Kühler-Gebläseaggregat für Brennkraftmaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, mit einem
Axialgebläse mit einem radialen Luftführungsschacht der von einem Kühler umgrenzt ist,
gekennzeichnet durch eine in zwei schallabsorbierend ausgekleidete, den Zu- und Abluftschacbt
des Gebläses bildende Kammern (2, 3) unterteilte Kapsel (4), in der das Axialgebläse (7) zentral
zwischen den beiden Kammern (2,3} angeordnet ist, und die im Bereich einer der beiden Kammern
umfangsei tig den Kühler (16,16') trägt
2. Kühler-Gebläseaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zumindest der
den Zuluftschacht enthaltende Teil (U) der Kapsel (4) zylindrisch ausgebildet ist und an seiner
Stirnseite eine ringförmige Luft-Eimrittsöfrnung (13)
aufweist.
3. Kühler-Gebläseaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kühler (J6 ')
tragende Teil (14) der Kapsel (4) eckigen, z. B. rechteckförmigen, Umriß aufweist und der Kühler
aus zwei oder mehreren am Umfang dieses Kapselteiles (14) angeordneten ebenflächigen Kühlerelementen
(1Θ) besteht
4. Kühler-Gebläseaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
schallabsorbierende Auskleidung (20) der Kapsel in an sich bekannter Weise von Lochblechen (2t)
gehalten ist.
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