DE2518498B2 - Luftfoerdereinrichtung an einem kuehler fuer brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Luftfördereinrichtung an einem Kühler für Brennkraftmaschinen, Insbesondere in Fahrzeugen, mit einem im Luftstrom (dem Kühler nachgeschalteten Axiallüfter, dessen umlaufendes Lüfterrad von einer Lüfterverkleidung Umgeben ist, die einen mit dem Kühler fest verbundenen forderen Einlaßteil und einen rückwärtigen Auslaßteil aufweist, der aus einem zylindrischen Ringteil, einem viertelbogenförmigen Verlängerungsteil und einem radial flachen Teil besteht, wobei sich eine von dem Hinterkanten der umlaufenden Lüfterblätter des Lüfterrades erzeugte Ebene parallel zum radial flachen Teil erstreckt.

Die in einer Verbrennungskraftmaschine entwickelte Wärme wird üblicherweise durch Übertragung an eine Flüssigkeit, meist Wasser oder einem Wassergemisch, und von dort an einen Luftstrom abgeleitet. Einen wesentlichen Bestandtel der Kühlvorrichtung nimmt hierbei das Aggregat für den Wärmeübergang zwischen der Flüssigkeit und der Luftatmosphäre ein. Üblicherweise strömt das erhitzte Wasser durch den Kühler, der dem kühlenden Luftstrom eines Lüfters ausgesetzt ist.

Um den Luftstrom zu leiten und die Wirksamkeit des Lüfters zu verbessern, ist normalerweise eine LüTterverkleidung mit in bestimmter Weise ausgestaltetem Lüfterauslaß vorgesehen. Bei dieser Anordnung haben sich bestimmte Werte als kritisch erwiesen, nämlich der Lüfterblattspielraum innerhalb der Lüfterverkleidung, die Rezirkulation der Luft im Nabenbereich des Lüfters, die Geräuschentwicklung und die für den Lüfter beanspruchte Antriebskraft. Dabei hat sich herausgestellt, daß eine Beziehung zwischen dem Umfangsspie!- raum der Lüfterblätter, der Antriebsleistung bzw. der Gebläseleistungsfähigkeit und der Geräuschentwi_Lklung besteht Es wird angenommen, daß Rezirkulation und Turbulenz im Umfangsbereich des Lüfters für die meisten Lüftergeräusche verantwortlich sind und am stärksten den Wirkungsgrad des Lüfters verringern.

Durch die DT-OS 14 28 273 ist es bekannt, das Gehäuse eines Axialgebläses mit einer radialen, sprunghaften Erweiterung zu versehen, an die sich ein axial verlaufender zylindrischer Auslaßteil anschließt Hierdurch entstehen hohe Spahverluste und in Folge der großen Strahlkontraknon auch starke Abfösungscr scheinungen, die einen schlechten Wirkungsgrad bcw irken und eine zusätzliche Geräuschquelle darstellen. Es wird daher mn der bekannten Bauart angestrebt, den Verlusten durch Strahlkontraktion entgegenzuwirken. die Geräuschbildung zu verringern und der Strömung eine radiale Komponente zu geben. Mit der bekannten Bauart *ird dies dadurch zu erreichen \ ersucht, daß die Lüfterblatter auf der Anströmseite an den l.üiicrbi.iüspitzen Ausnehmungen aufweisen und das Luftleitgehäuse in dem sich an die Ausnehmungen anschließenden Teil erweitert ausgebildet ist.

Eine Abströmung der Luft in radialer Richtung ergibt sich aber auch bei dieser Ausbildung nicht, da das Auslaßteil zylindrisch geformt ist und sich zumindest entlang dieses zylindrischen Auslaßteiles eine im wesentlichen axiale Strömung einstellt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Luftleitgehäuse der eingangs genannten Bauart mit seinem in besonderer Weise geformten Aublaßteil so zu gestalten, daß im Umfangsbereich des Lüfterrades Luftwirbel niedrigen Druckes erzeugt werden, wodurch Rezirkulation und Turbulenz in diesem Bereich und damit Geräuschentwicklung und Leistungsverbrauch reduzier! werden und eine radiale Luftabströmung gewährleistet ist, wobei der Coandaeffekt eimritt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Es wird hierdurch erzielt, daß durch Ablenkung des Druckgefälles oder das Auftreten des Coandaeffektes die vom Lüfter sonst erzeugte Turbulenz und Rezirkulation im Umfangsbereich des Lüfters weitgehend reduziert werden.

Der Coandaeffekt läßt sich an einem Flüssigkeitsstrahl nachweisen, wenn dieser an einer gebogenen oder flachen Platte entlangströmt. Der Strahl legt sich an die Platte an und folgt ihr, selbst wenn der resultierende Strömungspfad von der ursprünglichen Richtung des Sirahis stark abweicht. Dieser Effekt wird durch ein dynamisch stabiles und in diesem Zustand aufrechterhaltenes Druckgefälle über den Querschnitt des Strahles hervorgerufen, welches den Strahl an der Grenzfläche entlangströmen läßt. Tritt der Strahl beispielsweise aus einer Düse aus, zieht er ihn umgebende Flüssigkeit innerhalb einer »Miscbzone< < mit sich, sofern der Strahlausiritt im Bereich einer passend angeordneten Begrenzungswand vor sich geht und im angrenzenden Bereich Flüssigkeit nicht ohne weiteres nachströmen kann. An der dieser Wand abgelegenen entgegengesetz-

•en Seite des Strahles wird die mitgezogene Flüssigkeit leicht durch die umgebende Flüssigkeit ersetzt. Das Ergebnis ist eine rasche Entwicklung eines Druckabfalles im Querschnitt des Strahles und die Bildung eines Sprudels oder eines Wirbels mit niedrigem Druck, der bei passend angeordneter Begrenzungswand und bei den Druckverhältnissen der Umgebungsflüssigkeit auf der entgegengesetzten Strahlseite dazu führt, daß der Strahl abgebogen bzw. abgelenkt wird und de- Kontur der Begrenzungswand folgt. Hierbei zieht der der >o Oberfläche folgende Strahl den bis zu 20fachen Betrag an Luft mit sich, die in ihm enthalten ist.

Anhand eines Ausführungsbcispiels ist die Erfindung in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Schleppers mit einer Kühleinrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig·2 ein teilweiser Schnitt durch oie Lüfterverklei-4ung und den Lüfterauslaß nach der ersten Ausführungsform.

F i g. 3 und 4 Schnittdarstellungen ähnlich der F i g. 2 von z^wel abgewandelten Ausführungsfornien der Lüfterverkleidung.

In Fig. 1 ist eine in herkömmlicher Weise wassergekühlte Verbrennungskraftmaschine 10 dargestellt, die auf dem vorderen Teil eines Fahrgestellrahmens Π eines Fahrzeugs 14 angeordnet ist. Im dargestellten Ausfühfungsbeispiel ist dieses Fahrzeug ein Ackerschlepper. Die Erfindung kann jedoch auch bei anderen mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeugen oder einem transportablen oder stationären Antriebsaggregat mit einem Lüfter angewendet werden.

Im vorderen Teil des Fahrzeugs ist ein Kühler oder Wärmeaustauscher 16 angeordnet, um die \on der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Wärme aufzunehmen. Der Kühler ist über Leitungen 18 und 20 mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden, so daß das Kühlmedium - meist Wasser oder ein aus Wasser und einer anderen wärmeaufnehmenden Flüssigkeit wie /.. B. Anti-Frostschutz — zwischen dem Kühler 16 und den Kühlwasserräumen der Verbrennungskraftmaschine strömen kann. Die Wärme wird dann an den vom Lüfter erzeugten Luftstrom abgegeben.

Am vorderen Ende der Verbrennungskraftmaschine 10 sitzt eine Lüfterwelle 26, über welche die Antriebskraft zu einem Lüfter 29 geleitet wird. Für die vorliegende Erfindung ist es unwesentlich, in welcher Weise die Antriebskraft dem Lüfter zugeführt wird und welche besondere Lage der Lüfter in bezug auf die Verbrennungskraftmaschine hat. Bei dem Lüfter 29 handelt es sich um einen umlaufenden Sauglüfter, der dem Kühler 16 gegenüberliegend angeordnet ist und einen Luftstrom erzeugt, indem er den Kühlluftstrom durch den Kühler ansaugt und in axialer Richtung an einem Lüfterauslaß 28 wieder abgibt. Diese axiale Luftströmung wird durch eine Lüfterverkleidung geleitet. Die besondere Gestalt des vorderen Einlaßteils 34 dieser Lüfterverkleidung 32 ist abhängig von der <*> Gestalt und Ausbildung der Rückseite 36 des Kühlers. Die Vorderkante der Lüfterverkleidung 32 ist mit der Rückseite 36 des Kühlers je nach den Gegebenheiten des Fahrzeugs entweder unter Freilassung eines Luftspaltes oder in flexibler Weise oder völlig abgedichtet verbunden. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die gesamte perforierte Fläche des Kühlers im wesentlichen abgedichtet, so daß die Luft nur durch den Kühler und nicht von anderen Richtungen zuströmen kann. Von der Vorderkante der entweder, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt, trichterförmigen oder auch kastenförmigen Lüfterverkleidung 32 aus ist die Verkleidung nach hinten zu einem ringförmigen hinteren Teil 38 ausgebildet

F i g. 2 zeigt die Ausgestaltung des Lüfterauslasses 28 für die Erzeugung des Coandaeffektes. Kriterium hierfür ist, das eine Blase, ein Luftwirbel oder sonstwie ein Bereich niedrigen Druckes in unmittelbarer Nähe der Oberfläche erzeugt werden kann, an der der Luftstrom abgebogen bzw. umgelenkt werden soll.

Der Lüfter 29 weist mehrere Lüfterblätter 40 auf, von denen in der Zeichnung nur eines dargestellt ist. Die Lüfterblätter 40 können jeweils in einen Rand- oder Außenbereich 42, in einen Nabenbereich 44 und in einen mittleren Bereich 43 unterteilt werden. Bei einer üblicherweise verwendeten Standardausführung der L.üfterverkleidung mit Venture-Effekt entsteht beim Umlauf eine Turbulenz ir Randbereich 42 mit der Fok'e. daß Lüftergeräusche erzeugt werden und der Gebläsefördereffekt verschlechten wird. Im Nabenbereich trägt der Lufteinzug von rückwärts und die sich anschließende Rezirkulation zur Verschlechterung des Gebläsefördereffektes bei. Ls bleibt somit nur der mittlere Bereich 43 der Lüfterblätter 40 fur einen wirksamen Lufttransport. Aus bisher nicht nachweisbaren Gründen ist der Coandaeffekt bzw. eine hierauf abgestellte Lüfterverkleidung dafür verantwortlich, daß Turbulenzen im Randbereich der Lüfterbläuer reduziert werden, wodurch der Gebläsefordereftekt über den gesamten Lüfterquerschnm verbessert wird, so daß lur eine gegebene Kühlrate eine niedrigere Antriebsleistung erforderlich ist. Anhand von Versuchen läßt sich zeigen, daß ein mit hoher Geschwindigkeit in unmittelbarer Nähe einer den Coandaeffekt erzeugenden Wand aus einer Düse austretender Luftstrahl das bis zu 20fache Luftvolumen des eigenen Luftinhaltes mitreißt, und zwar aus der dieser Wand abgelegenen Seite des Luftstrahls befindlichen Umgebungsluft. Dieser Mitnahmeeffekt erklärt möglicherweise die Wirkung, daß zusätzliche Luft durch den Lüfter angesaugt wird, welche in den Bereich der den Coandaeffekt erzeugenden Oberfläche des Lüfterauslasses gelangt und dort mitgerissen wird.

Es hat sich versuchsweise ergeben, daß ein Luttwirbel einen Bereich niedrigen Druckes zu erzeugen imstande ist, wenn ein Luftstrahl mit hoher Geschw indigKeit über eine eigens angepaßte gekrümmte oder gebogene Oberfläche geleitet wird. Verwiesen wird hierzu auf die als DT-OS 24 11 225 offengclegte ältere Anmeldung. Es hat sich weiterhin ergeben, daß Bereiche niedrigen Drucke, durch eine Stufe oder Aushöhlung in der Oberfläche geschaffen werden, an welchen der Luftstrom abgebogen wird. Die Anordnung von Stufen nahe dem Lüfterauslaß für die Erzeugung des Coandaeffektes ist im Artikel »Applications of the Coanda Effect« von Imants Reba, Scientific American, Juni 1966 veranschaulicht. In diesem Bericht kommt abe- auch zum Ausdruck daß der Coandaeffekt noch nicht ganz zu erklären ist und wahrscheinlich noch nicht dadurch geschaffen wird, daß lediglich eine Stufe vorgesehen wird Die den Lüfterauslaß bildenden Abschnitte nach den Fig 2 bis 4 ermöglichen die Bildung von Luftwirbeln, jedoch trägt erst die besondere Lage des Lüfters in bezug auf den Lüfterauslaß zur Erzeugung des Coandaeffektes bei. Die Ausgestaltung der Lufterverkleidung nach den Ausführungsformen der F1 g. Λ J una

4 vereinigt glatte gekrümmte Flächen mit einem darin vorgesehenen Einzug, um mit Hilfe der Lüfterblätter den Coandaeffekt zu bewirken, d. h., um einen Wirbel niedrigen Druckes zu schaffen, wie er auftritt, wenn ein Luftstrom auf der den Coandaeffekt bewirkenden Oberfläche entgegengesetzten Seite des Luftstrahls Umgebungsluft mitreißt und der Oberfläche folgt.

Wie nun die Ausführungsform der Fig.2 zeigt, wird die den Coandaeffekt bewirkende Fläche durch den Abschnitt 28 gebildet, der sich an der rückwärtigen Kante des Einlaßteils 34 anschließt. Dieser Abschnitt 28 bildet gleichzeitig den Lüfterauslaß und besteht aus einem zylindrischen Ringteil 46 und einem viertelbogenförmigen Verlängerungsteil 48, der sich unter Bildung eines Stufenabsatzes 50 zur Erzeugung eines Luftwirbels niedrigen Druckes an den Ringteil 46 anschließt. Nach vorn geht der Ringteil 46 dicht in den hinteren Abschnitt 28 des trichterförmig nach hinten zulaufenden Einlaßteils 34 über. An der rückwärtigen Kante 52 des zylindrischen Ringteils 46 ist sodann der Stufenabsalz 50 angeformt. Der viertelbogenförmige Verlängerungsteil 48 erstreckt sich radial nach außen in eine Richtung, in der der entlangstreichende Luftstrom abgelenkt werden

Um optimale Strömungsverhältnisse zu erzielen, befindet sich der Übergang des Einlaßteils 34 in den zylindrischen Ringteil 46 in einer von den Vorderkanten 54 der umlaufenden Lüfterblcttcr 40 des Lüfters erzeugten Ebene. Der radial auslaufende Teil des viertelbogenförmigcn Verlangcrungsteils 48 läuft wiederum in eine von Hinterkanten 56 der umlaufenden Lüfterblätter 40 erzeugten Ebene ein. Etwaige Abweichungen dieser Anordnung innerhalb plus oder minus

S 12 % der projizierten axialen Breite A W des Lüfterrades, also dem Abstand zwischen Vorderkante 52 und Hinlerkante 56 des Lüfterblattes bringen immer noch eine zufriedenstellende Funktion der Erfindung mil sich. Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet

ίο sich von dem der F i g. 2 dadurch, daß der viertelbogenförmige Verlängerungsteil 48 unmittelbar in den zylindrischen Ringteil 46 übergeht und der die Wirbel niedrigen Druckes erzeugende Stufenabsai/. 50 am auslaufenden Ende 58 des Verlangcrungsteils 48 angeordnet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.4 ist anstelle eines exakten Stufenabsatzes /wischen dem Ringteil 46 und dem Verlängerungsteil 48 eine einwärts gerichtete Einbiegung oder Aushöhlung vorgesehen, in der Wirbel niedrigen Druckes erzeugt werden.

Um den Coandaeffekt zu erzielen, können je nach Ausbildung der Lüfterverklcidung auch mehrere Absiii ze oder Einbiegungen in der Lüfterverkleidung insbesondere im Lüfterauslaß vorgesehen sein, sofern dafür gesorgt ist, daß der Lüfterausiaß eine gebogene Abströmfläche aufweist, entlang welcher der Luftstrom im Zusammenwirken mit dem zentral angeordneten Lüfter in die gewünschte Richtung umgelenkt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

2δ 18 Patentansprüche:

1. Luftfördereinrichtung an einem Kühler für Brennkraftmaschinen, insbesondere in Fahrzeugen, mit einem im Luftstrom dem Kühler nachgeschalteten Axiallüfter, dessen umlaufendes Lüfterrad von einer Lüflerverkleidung umgeben ist, die einen mit dem Kühler fest verbundenen vorderen Einlaßteil und einen rückwärtigen Auslaßteil aufweist, der aus einem zylindrischen Ringteil, einem viertelbogenförmigen Verlängerungsteil und einem radial flachen Teil besteht, wobei sich eine von den Hinterkanten der umlaufenden Lüfterblätter des Lüfterrades erzeugte Ebene parallel zum radial flachen Teil erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß im viertelbogenförmigen Verlängerungsteil (48) des Auslaßteils (28) eine zum Mittelpunkt des Krümmungsradius (R) des viertelbogenförmigen Verlängerungsteils (48) hin gerichtete Verformung (50) vorgesehen ist.

2. Luftfördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung (50) als in Richtung des Krümmungsradius (R) und rechtwinklig hierzu abgebogener Stufenabsat/ ausgebildet ist.

3. Luftfördereinrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung (50) ais zum Mittelpunkt des Krümmungsradius (R) gerichtete Einbiegung oder Aushöhlung ausgebildet ist.

4. Luftfördereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenabsatz (50) im Übergang des axial verlaufenden zylindrischen Ringteiles (46) zum radial nach außen übergehenden Verlängerungsteil (48) des Lüfterauslasses (28) angeordnet ist.

5. Luftfördereinrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Stufenabsatz (50) am Auslaufende (58) des radial nach außen übergehenden Verlängerungsteils (48) angeordnet ist.

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