DE3514207A1 - Dynamo having a rotor wheel for sucking in cooling air for motor vehicles - Google Patents
Dynamo having a rotor wheel for sucking in cooling air for motor vehiclesInfo
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Abstract
Description
Lichtmaschine mit einem Lüfterrad Alternator with a fan wheel
zum Ansaugen von Kühlluft für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Lichtmaschine mit einem Lüfterrad zum Ansaugen von Kühl luft für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. for sucking in cooling air for motor vehicles The invention relates to an alternator with a fan for sucking in cooling air for motor vehicles according to the preamble of claim 1.
Derart aufgebaute Lichtmaschinen sind bei Kraftfahrzeugen allgemein bekannt.Alternators constructed in this way are common in motor vehicles known.
Fig. 1 zeigt in einer Explosionsdarstellung den Aufbau einer solchen bekannten Lichtmaschine Die wesentlichen Bestandteile, auf die es bei der Beurteilung der vorliegenden Erfindung ankommt sind die lüfterseitige Stirnwand 1 des Lichtmaschinengehäuses, der Rotor 2, das Lüfterrad 3 sowie die Antriebsscheibe 4. Fig. 1 shows an exploded view of the structure of such known alternator The essential components on which to judge the present invention is the fan-side end wall 1 of the alternator housing, the rotor 2, the fan wheel 3 and the drive pulley 4.
Das Lüfterrad 3 ist zwischen die Stirnwand 1 des Lichtmaschinengehäuses und die Antriebsscheibe 4 montiert und kühlt die Lichtmaschine durch Ansaugen von Luft durch die Lichtmaschine hindurch.The fan wheel 3 is between the end wall 1 of the alternator housing and the drive pulley 4 assembles and cools the alternator by suction Air through the alternator.
Die Lüfterräder, die üblicherweise für diese Anwendung benutzt werden, sind aus gezogenem Metall, wobei teilweise auch Kunststoffe oder Kunststoff-Stahl-Kombinationen verwendet werden. Beschränkungen bei der Herstellung machen es schwierig, den Wirkungsgrad und das Geräusch dieser Lüfterräder in den Griff zu bekommen, so daß diese Lüfterräder häufig bei hohen Drehzahlen eine ganz erhebliche Geräuschquelle des Verbrennungsmotors sind.The fan wheels that are commonly used for this application are made of drawn metal, with some plastics or plastic-steel combinations used will. Manufacturing limitations make efficiency difficult and to get a grip on the noise of these fan wheels, so that these fan wheels often a very significant source of noise from the internal combustion engine at high speeds are.
Hinzu kommt,daß diese Lüfterräder in der Regel einen sehr schlechten Wirkungsgrad haben, im wesentlichen bedingt durch die Form der Leitschaufeln und zusätzlich noch durch die in dem Spalt zwischen dem Lüfterrad und der Stirnwand der Lichtmaschine rezirkulierende Luft.In addition, these fan wheels usually have a very bad one Have efficiency, essentially due to the shape of the guide vanes and additionally by the one in the gap between the fan wheel and the end wall the alternator recirculating air.
Wirkungsgrade von 8 - 10% sind für solche Lüfterräder typisch.Efficiencies of 8-10% are typical for such fan wheels.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einmal den Wirkungsgrad erheblich zu steigern und zum anderen die durch das Lüfterrad erzeugten Geräusche möglichst gering zu halten.Proceeding from this, the invention is based on the object, once to increase the efficiency considerably and on the other hand the generated by the fan wheel To keep noise as low as possible.
Gelöst wird diese Aufgabe zum überwiegenden Teil durch eine Ausgestaltung der Luftaustrittsöffnung in der lüfterseitigen Stirnwand des Lichtmaschinengehäuses nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.This task is solved for the most part by a design the air outlet opening in the fan-side end wall of the alternator housing according to the characterizing features of claim 1.
Zusätzlich zu den nach den Unteransprüchen 2 - 8 hierzu noch erzielbaren Verbesserungen tragen auch noch die Maßnahmen nach den Ansprüchen 9 und 10, die sich auf besondere Ausbildungen des Lüfterrades beziehen, zu einer weiteren Wirkungsgradverbesserung sowie Geräuschminderung bei.In addition to those still achievable according to the dependent claims 2-8 Improvements also carry the measures according to claims 9 and 10, the refer to special designs of the fan wheel, for a further improvement in efficiency as well as noise reduction.
Zur Kühlung der Lichtmaschine durch die Lichtmaschine durchströmende Luft läßt sich grundsätzlich folgendes sagen.To cool the alternator through the alternator flowing through Air can basically be said as follows.
Für diese Art der Kühlung ist maßgebend, daß der größte Widerstand für den Luftstrom durch den sich drehenden Rotor gegeben ist, über den die Luft fließen muß. Der Rotor befindet sich gemeinsam mit dem Lüfterrad auf einer Antriebswelle und beide Teile drehen sich in gleicher Richtung. Auf diese Weise wird die den Rotor überstreichende Luft in Rotation versetzt. Da die Rotationsrichtung mit der Drehrichtung des Lüfterrades übereinstimmt, hat die Luft beim Eintritt in das Lüfterrad eine ganz erhebliche Rotationsgeschwindigkeit. Für das Lüfterrad, bei dem die äußeren Leitschaufeln in Drehrichtung gesehen nach hinten geneigt sind - die Neigung nach hinten ist aus Geräuschgründen erwünscht - bedeutet die rotierend in das Lüfterrad eintretende Luft eine Wirkungsgradverminderung. Die Wirkungsgradverminderung ergibt sich daraus, daß die Luft durch die nach hinten geneigten Leitschaufeln entgegengesetzt der Eigenrotation der Luft aus dem Lüfterrad herausgetrieben wird. Zur Steigerung des Kühlluftmengenstromes wäre es ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Mittel erforderlich, entweder den Durchmesser des Lüfterrades zu vergrößern oder die Neigung der Leitschaufeln müßte in der Richtung geändert werden, daß die Leitschaufeln stärker radial ausgerichtet sind. Eine solche Neigungsänderung würde jedoch zu einer unerwünschten Geräuscherhöhung führen.The decisive factor for this type of cooling is that the greatest resistance for the air flow through the rotating rotor is given, over which the air must flow. The rotor is located together with the fan wheel on a drive shaft and both parts rotate in the same direction. In this way, it will make the rotor sweeping air set in rotation. Since the direction of rotation with the direction of rotation of the fan wheel coincides with the air entering the fan wheel very significant rotation speed. For the fan wheel, where the outer Guide vanes are inclined backwards in the direction of rotation - the inclination after rear is desirable for noise reasons - means rotating in the fan wheel incoming air a reduction in efficiency. The efficiency reduction results result from the fact that the air is opposed by the backward sloping guide vanes the self-rotation of the air is driven out of the fan wheel. To increase of the flow of cooling air, it would be necessary without the use of the agents according to the invention, either to increase the diameter of the fan wheel or to increase the inclination of the guide vanes would have to be changed in the direction that the guide vanes are more radially aligned are. However, such a change in inclination would lead to an undesirable increase in noise to lead.
Desgleichen würde auch eine Durchmesservergrößerung des Lüfterrades, die häufig aus Einbaugründen gar nicht möglich ist, eine ähnliche Geräuscherhöhung verursachen.Likewise, an increase in the diameter of the fan wheel, which is often not possible for installation reasons, a similar increase in noise cause.
Die vorstehende Betrachtung zeigt die Bedeutung der mit den erfindungsgemäßen Mitteln angestrebten Vermeidung einer Rotation der die lüfterseitige Stirnwand des Lichtmaschinengehäuses verlassenden Kühlluft. Die erfindungsgemäßen Mittel sind dabei die in der Stirnwandöffnung angeordneten flachen Leitschaufeln, mit denen der rotierende Kühlluftstrom axial ausgerichtet wird.The above consideration shows the importance of the with the invention Means aimed at avoiding a rotation of the fan-side end wall of the Alternator housing leaving cooling air. The invention middle are the flat guide vanes arranged in the front wall opening with which the rotating cooling air flow is aligned axially.
Je nach der in den einzelnen Unteransprüchen 2 - 7 angegebenen Ausbildung der Form der Leitschaufeln läßt sich diese axiale Ausrichtung mehr oder weniger gut erreichen.Depending on the training specified in the individual subclaims 2-7 The shape of the guide vanes can change this axial alignment to a greater or lesser extent reach well.
Die nach den Unteransprüche 9 und 10 lüfterradseitig vorgesehenen Maßnahmen verbessern die erfindungsgemäße Wirkung noch zusätzlich.According to the dependent claims 9 and 10 provided on the fan wheel side Measures further improve the effect according to the invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 2 eine Ansicht auf die lüfterseitiae Stirnwand der Lichtmaschine nach Linie II - II in Fig. 3 Fig. 3 einen Schnitt durch die lüfterseitige Stirnwand des Lichtmaschinengehäuses nach Linie III - III in Fig. 2 zusätzlich mit einem Schnitt durch das auf die Lichtmaschine montierte Lüfterrad.Embodiments of the invention are shown in the drawing. 2 shows a view of the end wall of the alternator on the fan side along line II - II in Fig. 3 Fig. 3 shows a section through the fan-side end wall of the alternator housing according to line III - III in Fig. 2 with an additional section by the fan wheel mounted on the alternator.
Fig. 4 - 7 zeigen Schnitte nach den Linien IV - IV, V - V, VI - VI, VII - VII in Fig. 2 Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch das Lüfterrad nach den Linien VIII -VIII in Fig. 3 In Fig. 2 sind in den Abschnitten A - D verschiedene Varianten der Ausbildung der lüfterseitigen öffnung in der Stirnwand 1 des Lichtmaschinengehäuses dargestellt. Fig. 4 - 7 show sections along the lines IV - IV, V - V, VI - VI, VII - VII in Fig. 2 Fig. 8 shows a section through the fan wheel along the lines VIII -VIII in Fig. 3 In Fig. 2 in the sections AD are different Variants of the design of the fan-side opening in the end wall 1 of the alternator housing shown.
Abschnitt A zeigt den Stand der Technik entsprechend der Ausführung in Fig. 1. Mit den Pfeilen R ist in allen Figuren jeweils die Drehrichtung des Rotors 2 angegeben. Die Strömungsrichtung des Kühlluftstromes ist jeweils mit durch den Buchstaben L gekennzeichneten Pfeilen angegeben.Section A shows the state of the art according to the design in Fig. 1. The arrows R indicate the direction of rotation of the rotor in each of the figures 2 specified. The direction of flow of the cooling air flow is through the Arrows marked with the letter L indicated.
In Abschnitt B ist eine Variante der erfindungsgemäßen flachen Leitschaufel 5 dargestellt. Weitere Varianten der Leitschaufeln 5' und 5" sind in den Abschnitten C und D wiedergegeben. Die einfachste Ausführung stellt die Variante 5' dar. Hierbei sind die Leitschaufeln 5' lediglich als flache Platten radial in Richtung der Achse des Rotors 2 ausgerichtet. Für die Umlenkung des Kühlluftstromes aus der Rotationsbewegung in die axiale Richtung sind die Leitschaufeln 5 mit ihrer radialen Krümmung günstiger. Am wirsamsten sind die axial gekrümmten Leitschaufeln 5'' in Abschnitt D.Section B shows a variant of the flat guide vane according to the invention 5 shown. Further variants of the guide vanes 5 'and 5 "are in the sections C and D reproduced. The simplest version is the variant 5 '. Here are the guide vanes 5 'only as flat plates radially in the direction of the axis of the rotor 2 aligned. For deflecting the flow of cooling air from the rotational movement in the axial direction, the guide vanes 5 with their radial curvature are more favorable. The axially curved guide vanes 5 ″ in section D.
Alle Arten der Leitschaufeln 5, 5', 5'' können entweder integraler Bestandteil der Stirnwand 1 sein, indem die Stirnwand in dieser Form gegossen ist oder die Leitschaufeln nachträglich aus dem Stirnwandmaterial herausgearbeitet sind. Es ist jedoch auch möglich, die Lagerplatte 6 für die Antriebswelle des Rotors 2 über lediglich einzelne in die Stirnwand 1 integrierte Rippen 7 an den Außenumfang der Stirnwand 1 anzubinden und die Leitschaufeln 5, 5', 5'' als Einzelteile, die z. B. aus Kunststoff sein können, in die verbleibenden Zwischenräume 8 einzusetzen.All types of guide vanes 5, 5 ', 5' 'can either be integral Be part of the end wall 1 by casting the end wall in this form or the guide vanes are subsequently machined from the end wall material. However, it is also possible to use the bearing plate 6 for the drive shaft of the rotor 2 via only individual ribs 7 integrated into the end wall 1 on the outer circumference the end wall 1 and the guide vanes 5, 5 ', 5' 'as individual parts that z. B. can be made of plastic, to be used in the remaining spaces 8.
Dabei ist es selbstverständlich möglich, jeweils die in einen Zwischenraum 8 passenden Leitschaufeln 5, 5', 5'' zu einem Passteil zusammenzufassen.It is of course possible to use the in a Intermediate space 8 to combine matching guide vanes 5, 5 ', 5' 'to form a fitting part.
Die axiale Tiefe der Leitschaufeln 5, 5', 5'' ist in der Darstellung nach Fig. 3 dargestellt. Die aus dem Stand der Technik bekannte Rippe 7 ist in ihrer Tiefe in Fig. 3 ebenfalls strichpunktiert angedeutet.The axial depth of the guide vanes 5, 5 ', 5 "is shown in the illustration shown in FIG. 3. The rib 7 known from the prior art is in their Depth in Fig. 3 also indicated by dash-dotted lines.
Das erfindungsgemäße Lüfterrad 3', das auf der in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellten Antriebswelle des Rotors 2 gelagert ist, besteht vorzugsweise aus Kunststoff mit im äußeren Umfangsbereich angeformten Leitschaufeln 10. Zur Stirnwand 1 des Lichtmaschinengehäuses hin sind die Leitschaufeln 10 durch eine Ringplatte 11 abgedeckt. Die Leitschaufeln 10 sind in bezug auf die Drehrichtung des Rotors 2, die mit dem Pfeil R angegeben ist nach hinten geneigt und gekrümmt ausgeführt.The fan wheel 3 'according to the invention, which is based on the one shown in FIGS not shown drive shaft of the rotor 2 is mounted, is preferably Made of plastic with guide vanes 10 molded onto the outer circumferential area. To the end wall 1 of the alternator housing are the guide vanes 10 through an annular plate 11 covered. The guide vanes 10 are with respect to the direction of rotation of the rotor 2, which is indicated by the arrow R, is designed to be inclined backwards and curved.
Die Krümmung bewirkt eine erhebliche Verbesserung des Strömungsverhaltens der Luft und damit einhergehend eine Geräuschverminderung.The curvature causes a considerable improvement in the flow behavior the air and the associated noise reduction.
Zum besseren Verständnis der Wirkung der erfindungsgemäßen Leitschaufeln 5, 5', 5'' ist in Fig. 8 einmal durch die Pfeile Y angegeben, wie die Strömungsrichtung der Kühlluft bei dem bekannten Stand der Technik ohne Leitschaufeln ist. Daraus erkennt man deutlich, wie die Luft zum Austritt aus den Leitschaufeln umgelenkt werden müßte. Diese Umlenkung führt zu einer wesentlichen Verschlechterung des Wirkungsgrades und zwar dadurch, daß eine Verzögerung der radial nach außen zu beschleunigenden Luft eintritt. Zur Vermeidung einer Rezirkulation von Luft in dem Spalt zwischen den Leitschaufeln 10 bzw. der Ringplatte 11 bei abgedeckten Leitschaufeln und der Stirnwand 1 des Lichtmaschinengehäuses ist in diesem Spalt eine Labyrinthdichtung 12 vorgesehen. Zweckmäßigerweise ist je ein Teil der Labyrinthdichtung, d. h. je ein Ring an die Ringplatte 11 und die Stirnwand 1 angeformt oder auf diese Teile aufgesetzt.For a better understanding of the effect of the guide vanes according to the invention 5, 5 ', 5 "is indicated once in FIG. 8 by the arrows Y, as is the direction of flow the cooling air in the known prior art is without guide vanes. From it you can clearly see how the air is deflected to exit the guide vanes would have to be. This diversion leads to a significant deterioration in efficiency namely by the fact that a delay of the radially outward accelerated Air enters. To avoid recirculation of air in the gap between the guide vanes 10 or the ring plate 11 with covered guide vanes and the End wall 1 of the alternator housing is one in this gap Labyrinth seal 12 provided. Appropriately, each part of the labyrinth seal, d. H. ever a ring formed on the ring plate 11 and the end wall 1 or on these parts put on.
Claims (10)
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