DE29903619U1

DE29903619U1 - Lüfter für einen Motor, insbesondere einen LKW-Motor

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Publication number: DE29903619U1
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Authority: DE
Original assignee: ALU KUNSTSTOFF TECHNIK fur AU
Current assignee: ALU KUNSTSTOFF TECHNIK fur AU
Priority date: 1999-03-01
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2009-03-02

Description

Lüfter für einen Motor, insbesondere einen LKW-Motor

Die Erfindung betrifft einen Lüfter für einen Motor, insbesondere einen LKW-Motor, für einen Betrieb bei mittlerer bis hoher Drosselung des Luftstroms, mit einer für die Aufnahme einer mechanischen Kupplung nach vorne offenen Nabe und mehreren davon im wesentlichen radial abstehenden Schaufeln.

Solche Lüfter kommen vor allem bei LKWs zum Kühlen des Motors zum Einsatz. Mittels des Lüfters wird ein Luftvolumenstrom durch die Kühlereinheit des Fahrzeugs und zum Motor gefördert, um diesen zu kühlen. Dabei ist vom Lüfter ein Druckunterschied zu überwinden, wobei der Lüfter einen um so größeren Volumenstrom fördert, je kleiner der zu überwindende Druckunterschied ist. Im Fahrzeug resultiert der zu überwindende Druckunterschied vor allem von dem Wasser- und Ladeluftkühler sowie von dem Kondensator der Klimaanlage, die vor dem Lüfter angeordnet sind. Man spricht hier von einer Drosselung des Luftstroms. Bei einem Einsatz im LKW bzw. allgemein in einem Kraftfahrzeug wird der Lüfter bei mittlerer bis hoher Drosselung betrieben.

Ziel ist stets, einen möglichst großen Volumenstrom durch den Kühler hindurch zu fördern, der Lüfter muss also eine hinreichend hohe Leistung besitzen. Die Anforderungen im Bereich der Motorkühlung steigen jedoch, wobei dies sowohl hinsichtlich der Kühlung von Kfz-Motoren als auch der Kühlung von stationären Motoren gilt. Als limitierende Faktoren sind jedoch in der Regel die jeweiligen Einbausituationen im Fahrzeug oder aber am zu kühlenden stationären Motor zu beachten.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Lüfter anzugeben, der gegenüber bisher bekannten Lüftern die Förderung eines größeren Volumenstroms ermöglicht, der also leistungsstärker im Vergleich zu baugleichen oder ähnlichen Lüftern ist.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Lüfter der eingangsgenannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verhältnis des Außendurchmessers der Nabe zum Außendurchmesser des Lüfters im Bereich von 0,25 bis 0,55 liegt und

dass die Nabe eine zum Schaufelbereich weisende abgerundete Nabenkante aufweist.

Die Leistungssteigerung wird beim erfindungsgemäßen Lüfter einerseits durch die Wahl eines gegenüber bisher bekannten Lüftern großen Nabendurchmessers erzielt, wie sich aus den angegebenen Verhältniswerten entnehmen lässt. Je weniger der Luftstrom gedrosselt wird, desto mehr ändert sich die Durchströmungsrichtung von einer diagonalen Durchströmung bei fehlender oder geringer Drosselung hin zu einer axialen Durchströmung. Bei einem Betrieb eines Lüfters mit mittlerer bis starker Drosselung findet fast ausschließlich eine diagonale Durchströmung statt. Ein großen Nabendurchmesser begünstigt dabei die diagonale Durchströmung, da der Luftstrom schon vor dem Eintritt in den Lüfter weiter nach außen, also in radiale Richtung geleitet wird. Hierdurch nimmt der diagonal durchströmende Volumenstrom zu, d.h., es kann mehr Luft gefördert werden. Die erfindungsgemäß vorgesehene Abrundung der Nabenkante bewirkt überdies, dass eine Ablösung der diagonalen Strömung an der Eintrittskante der Nabe vermieden oder zumindest deutlich reduziert wird. Hierdurch wird der Rückströmbereich, also der Bereich, innerhalb welchem bereits durch den Lüfter geförderte Luft zurückströmt und erneut umgelenkt wird, verkleinert. Dies ermöglicht eine nochmalige Erhöhung des geförderten Luftstroms und damit eine weitere Leistungssteigerung.

Das Nabenverhältnis sollte insbesondere zwischen 0,28 und 0,5 liegen, wobei der Nabendurchmesser vor allem für den Einsatz zur Kühlung großer Motoren wie dem eines LKWs oder großer stationärer Motoren > 300 mm sein sollte.

Der Radius der Rundung an der Nabenkante sollte erfindungsgemäß > 10 mm sein, und insbesondere im Bereich zwischen 10 mm und 40 mm liegen. Die Wahl des jeweiligen Durchmessers hängt im Wesentlichen von den baulichen Gegebenheiten ab, da mit zunehmendem Radius in der Regel auch die axiale Länge der Nabe zunimmt. Alternativ zum runden, kreisbogenartigen Konturverlauf kann die Rundung an der Nabenkante auch eine querschnittlich gesehen elliptische Kontur aufweisen. Als besonders zweckmäßig hat es sich femer erwiesen, wenn sich erfindungsgemäß an dem Rundungsbereich zum Nabeninneren hin eine im

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wesentlichen ebene Ringfläche anschließt. Hierdurch wird erreicht, dass im Innenbereich der Nabe entstehende Turbulenzen durch den größeren Abstand zum Rundungsbereich dort keinen negativen Einfluss ausüben können. Die Breite der Ringfläche sollte erfindungsgemäß > 10 mm betragen.
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Wie beschrieben handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Lüfter um einen solchen, welcher über eine mechanische Kupplung, in der Regel eine Visko-Kupplung oder eine Reibscheibenkupplung betrieben wird, wobei die jeweilige Kupplung im Nabeninneren angeordnet wird. Um möglichst viele unterschiedliche Kupplungen integrieren zu können sollte der Innendurchmesser der Nabe erfindungsgemäß wenigstens 150 mm, insbesondere wenigstens 200 mm betragen. Je größer der Innendurchmesser gewählt wird, desto mehr unterschiedliche Kupplungstypen können integriert werden. Zur Befestigung der Kupplung weist der Lüfter bekanntermaßen eine eingespritzte Metallscheibe auf, die sich in axialer Richtung gesehen etwa in der Mitte der Nabe befindet, und an welcher die jeweilige Kupplung angebracht wird. Im Falle einer Visko-Kupplung wird diese vorderseitig angeordnet, im Falle einer Reibscheibenkupplung rückseitig.

Weiterhin soll der erfindungsgemäße Lüfter im Hinblick auf seine deutlich verbesserte Leistungscharakteristik auch bei höheren Drehzahlen einsetzbar sein. Bekannte Lüfter grösseren Durchmessers werden zumeist mit einer Umfangsgeschwindigkeit bis ca. 130m/s betrieben. Eine Erhöhung der Umdrehungszahl führt jedoch auch zu einer Zunahme der Belastung. Um diese Belastungen aufzufangen sind erfindungsgemäß mehrere von der inneren Mantelfläche der Nabe vorspringende und zu einem innenseitig verlaufenden Ringsteg verlaufende Versteifungsrippen vorgesehen. Die bei der Rotation des Lüfters von der Schaufel auf die Nabe übertragenen Kräfte werden somit teilweise von der äußeren Mantelfläche der Nabe getragen, zusätzlich aber auch von den erfindungsgemäß vorgesehenen Versteifungsrippen innerhalb der Nabe. Dabei kann der Ringsteg erfindungsgemäß in einem mittleren Bereich bezogen auf die axiale Länge der Nabe vorgesehen sein, wobei die Versteifungsrippen beidseitig des Ringstegs zur Vorder- und Rückseite des Lüfters weisend ausgebildet sind. Da die vorderseitigen Rippen, also die Rippen, die zur Lufteintrittsseite der Nabe weisen, geringeren BeIa-

stungen ausgelegt sind als die rückseitigen Rippen können die vorderseitigen Versteifungsrippen dünner als die rückseitigen ausgebildet sein. Weiterhin können erfindungsgemäß von den zur Rückseite weisenden Versteifungsrippen diejenigen im Bereich der Schaufelhinterkante stärker sein als diejenigen im Bereich der Schaufelvorderkante. Pro Schaufel können jeweils vier Versteifungsrippen, gegebenenfalls auf jeweils einer Seite des Ringstegs, vorgesehen sein. Zusätzlich kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Versteifungsrippen mittels Versteifungsstegen miteinander verbunden sind, wobei bevorzugt die rückseitigen Versteifungsrippen mittels der Stege zusätzlich versteift sein sollten.

Um die Leistungscharakteristik im Hinblick auf den Druckaufbau im Lüfter variieren zu können kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass der Winkel der Schaufelvorderkante im Bereich der Nabe zwischen 0° und 14° und am freien Schaufelende zwischen 0° und 10° liegt, und dass der Winkel der Schaufelhinterkante im Bereich der Nabe und am freien Schaufelende im Bereich zwischen 30° und 70° liegt. Die Winkel liegen in einer Zylinderebene, deren Mittelachse die Rotationsachse ist. Die jeweiligen Winkel der leicht verwundenen Schaufeln können damit hinreichend variiert werden, um dem jeweiligen Anforderungsprofil gerecht zu werden. Wird beispielsweise der Eintrittswinkel der Schaufelvorderkante an der Nabe zu 12° und am freien Schaufelende zu 6° gewählt, wird ein günstiges Verhalten bei starker Drosselung des Luftstroms erreicht. Wird weiterhin ein Austrittswinkel an der Nabe zu 68° und am freien Schaufelende zu 63° gewählt, so kann hierdurch insgesamt ein hoher Druckaufbau erreicht werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Anordnung eines Lüfters zur

Kühlung eines LKW-Motors,

Fig. 2A, 2B zwei Prinzipskizzen zur Darstellung des Einflusses des Nabendurchmessers
auf die Durchströmung des Lüfters,

Fig. 3A, 3B zwei Prinzipskizzen zur Darstellung des Einflusses einer abgerundeten Nabenkante,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Lüfters mit

Blick auf die Vorderseite,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht der Rückseite des Lüfters aus Fig. 4.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Kühler-Lüfter-Systems in einem LKW. Der Lüfter 1 ist bekanntermaßen über eine Antriebswelle mit dem zu kühlenden Motor 2 verbunden. Mittels des rotierenden Lüfters 1 wird Kühlluft (Pfeile A) durch einen Kühlergrill 3 sowie ein nachgeschaltetes Kühlerpaket 4, z.B. einen Wasserkühler gefördert und dem Motor 2 zugeführt. Die geförderte Luft (Pfeile B) umströmt den Motor 2 und kühlt diesen. Der Lüfter 1 selbst ist in einer Zarge 5 des Kühlerpakets 4 aufgenommen. Die Anordnung ist an sich bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden muss.

Die Figuren 2A und 2B zeigen in anschaulicher Weise den Einfluss des Nabendurchmessers auf die Durchströmung des Lüfters. Fig. 2A zeigt dabei einen Lüfter 1a, dessen Nabendurchmesser 6a im Vergleich zur in Fig. 2B gezeigten Nabe 6b des Lüfters 1b deutlich geringer ist. Wie mittels der eingezeichneten Luftströmungspfeile dargestellt begünstigt der größere Durchmesser der Nabe 6b des Lüfters 1b bei starker Drosselung des Luftstroms durch das vorgeschaltete Kühlerpaket die diagonale Durchströmung des Lüfters deutlich. Bedingt durch den größeren Nabendurchmesser wird die durch das Kühlerpaket 4 geförderte Luft weiter nach außen geführt, so dass die Luft zwangsläufig den Lüfter deutlich diagonaler durchströmt als im Fall der Modifikation nach Fig. 2A. Weiterhin wird hierdurch der Rückströmbereich nahe der Nabe, dargestellt durch den jeweiligen Pfeil Ra bzw. Rb, im Falle der Modifikation mit größerem Nabendurchmesser etwas reduziert, was sich auf die Förderleistung des Lüfters ebenfalls positiv auswirkt. Bei gleichem Lüfterdurchmesser D_L kann also bei einem größeren Nabendurch-

messer und damit größeren Durchmesserverhältnis Dn/D_l mehr Luft gefördert werden. Das Verhältnis sollte bevorzugt zwischen 0,28 und 0,5 liegen.

Die Figuren 3A und 3B zeigen den qualitativen Einfluss der Form der Nabenkante auf den Rückströmbereich. Gezeigt sind wiederum zwei Lüfter 1c (Fig. 3A) und 1d (Fig. 3B). Die Eintrittskante 7c der Nabe 6c des Lüfters 1c ist rechtwinklig ausgebildet, die Nabenkante 7d der Nabe 6d ist demgegenüber abgerundet ausgebildet. Wie anhand der Strömungspfeile deutlich wird verringert sich der Rückströmbereich bei der Modifikation nach Fig. 3B deutlich, da bedingt durch die Abrundung der Nabenkante 7d eine Strömungsablösung in diesem Bereich vermieden wird. Es kann also deutlich mehr Luft durch den Lüfter 1d gefördert werden. Je höher die vom Lüfter zu überwindende Druckdifferenz ist, d.h. je stärker also die Drosselung ist, desto gravierender wirkt sich der von der Abrundung hervorgerufene Effekt aus. Wie die Figuren 3A, 3B zeigen bedingt die Abrundung, dass die Länge der Nabe, gesehen in axialer Richtung, etwas zunimmt. Der Radius ist folglich entsprechend der baulichen Gegebenheiten zu wählen. Der mit der Rundung erzielbare Effekt ist jedoch um so größer, je größer der Rundungsradius gewählt wird. Dabei kann die Abrundung bis in den Bereich der Schaufeln hineinragen oder aber vor der Eintrittskante der Schaufeln enden. Ersteres ist hinsichtlich der Reduzierung des Rückströmbereichs etwas vorteilhafter.

Fig. 4 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Lüfters 8. Dieser besteht aus der Nabe 9 sowie mehreren, insgesamt neun daran angeformten und im wesentlichen radial davon abstehenden Schaufeln 10. Ersichtlich ist die Nabe 9 im Bereich der zum Schaufelbereich hinweisenden Nabenkante 11 mit einer Rundung versehen. An diese Rundung schließt sich zum Nabeninneren hin eine Ringfläche 12 an, die wenigstens ca. 10 mm breit sein sollte. Hierdurch wird vermieden, dass etwaige Turbulenzen im Nabeninneren, wo die Visko-Kupplung, mittels welcher der Lüfter mit dem Motor gekoppelt ist, angeordnet ist, sich auf den Bereich der Nabenkante auswirken können. Wie Fig. 4 ferner zu entnehmen ist, ist an der Innenwandung der Nabe 9 ein vorspringender Ringsteg 13 vorgesehen, zwischen welchem und der Nabeninnenwand 14 eine Vielzahl von Versteifungsrippen 15 vorgesehen sind. Beim gezeigten Lüfter sind pro Schaufel vier

Versteifungsrippen angeordnet. Im Nabeninneren befindet sich ferner eine nicht gezeigte Metallplatte zur Befestigung der Kupplung.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Rückseitenansicht des Lüfters 8 aus Fig. 4. Ersichtlich sind auch an dieser Seite mehrere zwischen der Nabeninnenwand 14 und dem Ringsteg 13 verlaufende Versteifungsrippen 16 vorgesehen, auch dort jeweils vier Versteifungsrippen pro Schaufel. Diese Versteifungsrippen 16 sind, da die Belastungen, die auf die Nabe wirken, dort größer sind als im Bereich der Nabenvorderseite dicker als die Versteifungsrippen 15. Der Ort der größten BeIastung liegt im Bereich der Austrittskanten 17 der Schaufeln 10, weshalb die in diesem Bereich befindlichen Versteifungsrippen 16a gegenüber den anderen Versteifungsrippen 16 etwas stärker dimensioniert sind.

Wie beschrieben kommt es zur Erzielung der Leistungssteigerung des erfindungsgemäßen Lüfters neben der Abrundung der Nabenkante auch auf das Verhältnis des Außendurchmessers der Nabe zum Außendurchmesser des Lüfters insgesamt an. Nachfolgend werden einige Beispiele für zu wählende Naben- und Lüfterdurchmesser gegeben:

1. Lüfter für LKW-Motoren und stationäre Motoren:

Außendurchmesser Nabe: 344 mm
Außendurchmesser Lüfter: 690 mm -1200 mm

Ein solcher Lüfter eignet sich insbesondere für LKW-Motoren, wobei in diesem Fall der Außendurchmesser des Lüfters insgesamt 1000 mm nicht überschreiten sollte. Vor allem zur Kühlung stationärer Motoren werden noch größere Lüfter gewünscht. In einem solchen Fall sind Durchmesser bis ca. 1200 mm denkbar.

2. Lüfter für stationäre Motoren:

Außendurchmesser Nabe: 450 mm
Außendurchmesser Lüfter: 900 mm -1200 mm

Dieser Lüfter ist speziell für den Einsatz bei stationären Motoren geeignet, der große Nabendurchmesser lässt einen Einsatz zur Kühlung von LKW-Motoren kaum zu.
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Kleinerer Lüfter für Fahrzeuge mit Motoren mittlerer Leistung:

Außendurchmesser Nabe: 200 mm
Außendurchmesser Lüfter: 400 mm - 700 mm
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Es ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei den angegebenen Lüftern nur um Ausführungsbeispiele handelt. Die Durchmesser der Nabe und des Lüfters insgesamt sind je nach Anwendungsfall zu wählen.

Claims

Schutzansprüche

1. Lüfter für einen Motor, insbesondere einen LKW-Motor, für einen Betrieb bei mittlerer bis hoher Drosselung des Luftstroms, mit einer für die Aufnahme einer mechanischen Kupplung nach vorne offenen Nabe und mehreren davon im wesentlichen radial abstehenden Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Außendurchmessers der Nabe (Dn) zum Außendurchmesser des Lüfters (Dl) im Bereich von 0,25 bis 0,55 liegt, und dass die Nabe (9) eine zum Schaufelbereich weisende abgerundete Nabenkante (11) aufweist.

2. Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen 0,28 und 0,5 liegt.

3. Lüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Nabe ^ 300 mm ist.

4. Lüfter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Rundung an der Nabenkante ^ 10 mm ist, und insbesondere im Bereich zwischen 10 mm und 40 mm liegt.

5. Lüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rundung an der Nabenkante eine querschnittlich gesehen im wesentlichen elliptische Kontur aufweist.

6. Lüfter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Rundungsbereich zum Nabeninneren hin eine im wesentlichen ebene Ringfläche (12) anschließt.

7. Lüfter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Ringfläche (12) > 10 mm ist.

8. Lüfter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Nabe wenigstens 150 mm, insbesondere wenigstens 200 mm beträgt.

9. Lüfter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere von der innernen Mantelfläche (14) der Nabe (9) vorspringende und zu einem innenseitig verlaufenden Ringsteg (13) laufende Versteifungsrippen (15, 16) vorgesehen sind.

10. Lüfter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringsteg (13) in einem mittleren Bereich bezogen auf die axiale Länge der Nabe (9) vorgesehen ist, und dass die Versteifungsrippen (15, 16) beidseitig des Ringstegs (13) zur Vorder- und zur Rückseite des Lüfters (8) weisend ausgebildet sind.

11. Lüfter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Vorderseite des Lüfters weisenden Versteifungsrippen (15) dünner als die zur Rückseite weisenden Versteifungsrippen (16) ausgebildet sind.

12. Lüfter nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass von den zur Rückseite weisenden Versteifungsrippen (16) diejenigen im Bereich der Schaufelhinterkante (17) stärker sind als diejenigen im Bereich der Schaufelvorderkante(18).

13. Lüfter nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass pro Schaufel (10) jeweils vier Versteifungsrippen (15, 16), gegebenenfalls auf jeweils einer Seite des Ringstegs (13) vorgesehen sind.

14. Lüfter nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsrippen mittels Versteifungsstegen miteinander verbunden sind.

15. Lüfter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Schaufelvorderkante im Bereich der Nabe zwischen 0° und 16° und am freien Schaufelende zwischen 0° und 10° liegt, und dass der Winkel der Schaufelhinterkante im Bereich der Nabe und am freien Schaufelende im Bereich zwischen 30° und 70° liegt.