DE4100436A1 - Radialringkuehler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialringkühler, ins­ besondere für Verbrennungsmotoren mit vorzugsweise elektrischem Radialgebläse, Lamellen und Wärmeleit­ blechen.

Kühler der gattungsgemäßen Art finden insbesondere bei Verbrennungsmotoren, wie sie vorzugsweise in Kraftfahrzeugen und Maschinen der verschiedensten Art eingesetzt werden, Verwendung. Sie haben dort die Aufgabe, die bei der Verbrennung des Kraftstof­ fes im Motor entstehende Wärme, soweit diese uner­ wünscht ist, abzuleiten und an die Umgebungsluft abzugeben. Dabei ist besonders zu beachten, daß die Erhöhung der spezifischen Leistungsstärke von Moto­ ren den Raumbedarf, insbesondere der Kühleinrich­ tungen entsprechend erhöht. Deren Vergrößerung steht häufig im Widerspruch zu den aus den Gesetz­ mäßigkeiten der Aerodynamik sich ergebenden Forde­ rungen nach möglichst flacher und kompakter Motor­ bauweise. Im Stand der Technik ist insbesondere aus Kraftfahrzeugen die Verwendung rechteckiger Flach­ kühler bekannt. Neben dem relativ großen Platzbe­ darf haben diese Flachkühler auch den Nachteil ei­ nes vergleichsweise geringen Wirkungsgrades, da ihre Fläche durch den durch einen Radiator beauf­ schlagten Luftstrom nicht vollständig abgedeckt werden kann.

Ausgehend hiervon hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, eine Kühleinrichtung, insbesondere für Verbrennungsmotoren zu schaffen, die bei gerin­ gem Raumbedarf einen hohen Wirkungsgrad aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Radialringkühler aus Lamellen besteht, die einen Ring bilden, in dessen Zentrum ein Radialge­ bläse so angeordnet ist, das die Drehachse des Ge­ bläses annähernd senkrecht zur Ringebene steht. Der damit realisierte Vorteil besteht in erster Li­ nie darin, daß der gesamte Kühler durch den durch das Radialgebläse erzeugten Luftstrom beaufschlag­ bar ist. Dadurch ist ein kompakter Aufbau ermög­ licht, der Wirkungsgrad ist verbessert. Hieraus wiederum folgt, daß sich die Menge des insgesamt benötigten Kühlmediums reduziert und somit das Ge­ wicht und der Raumbedarf des gesamten Kühlsystems verringert werden.

In einer Abwandlung der Erfindung ist bevorzugt, daß die Lamellen in Richtung auf das Zentrum des Ringes verlaufen. Durch diese Anordnung kann der von dem Radialgebläse erzeugte Luftstrom die Ober­ fläche der Lamellen ungehindert umströmen.

In einer sinnvollen Weiterbildung der Erfindung wird zudem vorgeschlagen, daß die aus Lamellen ge­ bildeten Ringe in mehreren Ebenen axial übereinan­ der angeordnet sind und/oder daß jeder Ring mit ei­ nem besonderen zu kühlenden Medium, insbesondere Öl, Wasser oder Ladeluft ebenenweise beaufschlagt wird.

Durch eine Anordnung mehrerer aus Lamellen gebilde­ ter Ringe übereinander kann eine wesentliche Erhö­ hung der Kühlleistung bei annähernd gleichbleiben­ dem Raumbedarf erreicht werden. Gleichzeitig wird es dadurch möglich, mehrere Medien, wie etwa Öl, Wasser oder Ladeluft in derselben Kühleinrichtung zu kühlen.

Es ist zudem daran gedacht, daß das zu kühlende Me­ dium in ein und derselben Ebene von außen nach in­ nen zu geleitet wird (Gegenstromprinzip).

Das Gegenstromprinzip ist sowohl aus der Technik als auch aus der Biologie weithin bekannt. Wenn Wärme ausgetauscht werden soll, gewährleistet das Gegenstromprinzip einen vollkommeneren Wärmeaus­ tausch als eine Anordnung, in der die Medien, die ihre Wärme austauschen sollen, in gleicher Richtung fließen.

Eine vorteilhafte Abwandlung der Erfindung besteht auch darin, vor dem Lufteintritt des Radialgebläses einen Filter anzuordnen.

Er verhindert zum einen eine Ablagerung von Schmutzpartikeln auf den Lamellen des Ringkühlers, die die Kühlleistung durch ihre Isolationswirkung verringern könnten. Zum anderen kann die Kühlluft, die sich beim Durchgang durch den Kühler erwärmt, etwa als Verbrennungsluft dem Motor zugeleitet wer­ den. Eine solche Zuleitung erwärmter Luft verbes­ sert die Kaltlaufeigenschaften von Verbrennungsmo­ toren. Bei einer Anordnung eines Filters vor dem Lufteintritt erübrigt sich dann eine zusätzliche Filterung der Verbrennungsluft.

Überdies wird vorgeschlagen, daß zwischen den La­ mellen Wärmeleitbleche angebracht sind, die so ge­ faltet sind, daß ihr Querschnitt einer Sprungfunk­ tion entspricht und/oder die großflächig an den je­ weils benachbarten Lamellen anliegen und/oder deren Faltachse in Richtung der Radien des Ringes ver­ läuft und/oder die mehrfach unterbrochen und deren Einzelabschnitte in Bezug auf die Faltachse gegen­ einander versetzt sind.

Durch diese Weiterbildung wird die Oberfläche der Lamellen im thermodynamischen Sinne faktisch er­ höht. Es steht eine größere Fläche für den Wärme­ übergang auf die durchströmende Kühlluft zur Verfü­ gung, was die Kühlwirkung steigert. Zudem wirkt die vorgeschlagene Anordnung der Wärmeleitfläche unkon­ trollierten Turbulenzen entgegen und verringert da­ mit die im Kühler auftretenden Strömungswider­ stände.

Es ist außerdem daran gedacht, daß das zu kühlende Medium unter einem höheren Druck als dem Atmosphä­ rendruck steht.

Zum einen wird dadurch der Wirkungsgrad des Kühlers gesteigert, da eine höhere Temperaturdifferenz zwi­ schen Kühlluft und Kühlmedium den Wärmeaustausch erhöht. Zum anderen werden dadurch Erscheinungen wie die dynamische Korrosion auf Höhe der Zylinder­ laufbuchsen und die Kavitation der Wasserpumpe ver­ mieden die durch Dampfblasenbildung im Kühlmedium entstehen können.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zudem vorgeschlagen, daß der Kühler vollstän­ dig verkapselt ist.

Dadurch kann insbesondere im Interesse des Schutzes der Umwelt vor akustischen Emissionen die Ge­ räuschentwicklung der Kühleinrichtung reduziert werden.

Schließlich ist bevorzugt, daß der Ringkühler mit einer Regelungseinrichtung zur stufenlosen Verstel­ lung der Gebläseleistung in Abhängigkeit von der erforderlichen Kühlleistung versehen ist. Hierbei ist insbesondere zu beachten, daß die ideale Temperatur des Kühlwassers auf einen guten Wirkungsgrad des Motors nach den aktuellen Erkennt­ nissen des Motorenbaues bei etwa 85° Celsius liegt. Bei dieser Temperatur werden frühzeitige Abnutzun­ gen des Motors einerseits und Umweltverschmutzung andererseits aufgrund schlechter Verbrennung durch zu heißen oder zu kalten Motor vermieden. Während der herkömmliche Flachkühler diese Anforde­ rungen nur unvollkommen erfüllen kann, ist die be­ ste Lösung hierfür in der Verwendung des erfin­ dungsgemäßen Ringkühlers zusammen mit einer Rege­ lungseinrichtung, die die Drehzahl des Radialgeblä­ ses in Abhängigkeit von der benötigten Kühlleistung und damit von der Wassertemperatur sowie der Umge­ bungstemperatur regelt, zu sehen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er­ findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei­ bungsteil entnehmen, in dem anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele und Details der Erfindung er­ läutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Radialringkühler in Seitenansicht,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Radialringkühler in der Draufsicht,

Fig. 3 eine Detaildarstellung der erfindungsge­ mäßen Wärmeleitbleche auf den Lamellen.

In Fig. 1 ist ein Radialkühler dargestellt, bei dem aus Lamellen (2) gebildete Ringe (4) in mehre­ ren Ebenen axial übereinander angeordnet sind. Da­ bei sind insbesondere die zwischen den Lamellen an­ geordneten Wärmeleitbleche (3) zu beachten. Im Zentrum der aus den Lamellen (2) gebildeten Ringe (4) ist das - im Ausführungsbeispiel elektrische - Radialgebläse (1) so angeordnet, daß seine Drehachse annähernd senkrecht zu der durch die Ringe (4) definierten Ebene steht. In der Drehachse des Gebläses (1) ist hier der Lufteintritt (5) an­ geordnet. Die Luft, die durch diesen Lufteintritt (5) angesaugt wird, tritt zwischen den Lamellen (2) in radialer Richtung aus. Dabei wird sie von den Wärmeleitblechen (3) geführt.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den erfindungsge­ mäßen Radialringkühler, bei dem die Anordnung des Kühlgebläses 1 im Zentrum des durch die Lamellen (2) gebildeten Ringes (4) nochmals deutlicher wird. Schematisch sind hier auch die Wärmeleitbleche (3) angedeutet, deren radialer Verlauf hier gut zu er­ kennen ist.

Fig. 3 zeigt in einer Detailansicht die Anordnung dieser Wärmeleitbleche (3) auf den Lamellen (2). Die Wärmeleitbleche so gefaltet sind, daß ihr Quer­ schnitt einer Sprungfunktion, insbesondere einer sogenannten "Rechteckfunktion" entspricht. Es wird in der Zeichnung auch deutlich, daß die Wärmeleit­ bleche (3) großflächig an den jeweils benachbarten Lamellen (2) anliegen. Zudem ist hier dargestellt, daß diese Wärmeleitbleche (3) mehrfach unterbrochen und ihre Einzelabschnitte (6, 7) in Bezug auf die Faltachse gegeneinander versetzt sind.

Claims (9)

1. Radialringkühler, insbesondere für Verbrennungs­ motoren mit vorzugsweise elektrischem Radialgebläse und Lamellen, dadurch gekennzeichnet, daß die La­ mellen (2) einen Ring (4) bilden, in dessen Zentrum ein Radialgebläse (1) so angeordnet ist, daß die Drehachse des Gebläses (1) annähernd senkrecht zur Ringebene steht.

2. Radialringkühler nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lamellen (2) in Richtung auf das Zentrum des Ringes (4) verlaufen.

3. Radialringkühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Lamellen (2) gebildeten Ringe (4) in mehreren Ebenen axial übereinander an­ geordnet sind und/oder jeder Ring (4) mit einem be­ sonderen zu kühlenden Medium, insbesondere Öl, Was­ ser oder Ladeluft ebenenweise beaufschlagt wird.

4. Radialringkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu kühlende Me­ dium in ein und derselben Ebene von außen nach in­ nen zu geleitet wird (Gegenstromprinzip).

5. Radialringkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen vor dem Lufteintritt (5) des Radialgebläses (1) angeordneten Filter.

6. Radialringkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch zwischen den Lamellen (2) angebrachte Wärmeleitleche (3), die so gefaltet sind, daß ihr Querschnitt einer Sprungfunktion ent­ spricht und/oder die großflächig an den jeweils be­ nachbarten Lamellen (2) anliegen und/oder deren Faltachse in Richtung der Radien des Ringes (4) verläuft und/oder die mehrfach unterbrochen und de­ ren Einzelabschnitte (6, 7) in Bezug auf die Faltachse gegeneinander versetzt sind.

7. Radialringkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zu kühlende Me­ dium unter einem höheren Druck als dem Atmosphären­ druck steht.

8. Radialringkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine vollständige Kapselung des Kühlers.

9. Radialringkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Regelungseinrichtung zur stufenlosen Verstellung der Gebläseleistung in Abhängigkeit von der erforderlichen Kühlleistung.