DE4424881A1

DE4424881A1 - Cooler for liq. and gaseous media for stationary and mobile hydraulic systems

Info

Publication number: DE4424881A1
Application number: DE4424881A
Authority: DE
Inventors: Bodo Dipl Ing Jansen
Original assignee: Rahmer & Jansen GmbH
Current assignee: Rahmer & Jansen GmbH
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1994-07-14
Publication date: 1996-01-18
Also published as: DE4305928C2; DE4305928A1

Abstract

The cooler (1) is typically of an air oil type. It works as a heat exchanger with connecting unions in the region of a top (13) and lower header (14) for the feed and discharge of the medium to be cooled. It comprises a laminar system (15) of flat tubes and a motor driven fan (2) spaced from the cooler and fitted ina stable housing (3). Between the cooler and fan are one or two straps (5), dividing the air duct cross section into two chambers. The strap(s) are inserted into cast or otherwise formed assembly cams (5a) to facilitate the assembly.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Verfahren zum Kühlen von flüssigen und gasförmigen Medien mittels Luft nach dem DE-Patent Nr. 43 05 928.7.The invention relates to an apparatus and method for Cooling liquid and gaseous media using air according to DE Patent No. 43 05 928.7.

Der dortige Stand der Technik wird nachfolgend beschrieben: Eine vorbekannte Vorrichtung wird beispielsweise in dem DE-GM 91 16 175 beschrieben. Bekanntermaßen ist die Kühlwir kung der Luft in erheblichem Umfang von der Größe der Geschwindigkeit der durch den als Wärmeaustauscher ausgebil deten Kühler geförderten Luft abhängig. Bei idealer, aus schließlich axialer Strömungsrichtung, tritt eine nur minimale Reibung auf, die zu einem hohen Wirkungsgrad der Kühlung führt. Nachteilig hat sich jedoch bemerkbar ge macht, daß bei den bekannten Vorrichtungen zum Kühlen durch die Rotation des Ventilators ein wesentlicher Anteil der geförderten Luft verwirbelt wird, und somit ein in Rotati onsrichtung "vagabundierender", permanenter Luftwirbel entsteht, welcher in Reibung umgesetzt wird, die die Strömungsgeschwindigkeit ebenso wie den Wirkungsgrad der Kühlung beträchtlich reduziert.The state of the art there is described below: A previously known device is for example in the DE-GM 91 16 175 described. As is known, the Kühlwir of the air to a considerable extent on the size of the Velocity of the heat exchanger depending on the cooler pumped air. At ideal, from finally axial flow direction, only one occurs minimal friction on, leading to high efficiency Cooling leads. However, it has become noticeably disadvantageous makes that in the known devices for cooling the rotation of the fan is a significant part of the conveyed air is swirled, and thus one in Rotati direction "vagabond", permanent air vortex arises, which is translated into friction, which the Flow rate as well as the efficiency of the Cooling considerably reduced.

Darüberhinaus sind Ursachen der geringen Luftgeschwindigkei ten im Nabenbereich des Lüfterrades:In addition, the causes of the low air speed are ten in the hub area of the fan wheel:

1. in the conventional devices between the hub and cooler "slipstream" naturally occurring,
2. the low circulating speed present near the hub fan blades,
3. after the centrifugal forces on the fan external air movement component, which leads above all to the outside cooler sections preferably flowed through with cooling air.

Ferner ist aus der DE-OS 31 45 506 eine Vorrichtung zur Regelung der Kühlwassertemperatur bei wassergekühlten Kraftfahrzeugmotoren bekannt, bei der die bereits axial ankommende Strömung umgelenkt bzw. durch das Schließen der Lamellen daran gehindert wird, das Kühlelement zu durchströ men. Lediglich im ganz geöffneten Zustand stehen die Lamel len in Strömungsrichtung. Derartige Lamellen finden sich beispielsweise bei allen Ventilatoren zur Be- und Entlüf tung von Räumen, da bei ausgeschaltetem Ventilator die geschlossenen Lamellen eine unerwünschte Luftzirkulation verhindern sollen. Nachteilig macht sich deshalb bemerkbar, daß die Vielzahl der durchströmten Lamellen im geöffneten Zustand aufgrund des größeren Luftwiderstandes in der Regel keine Verbesserung der Strömungsverhältnisse gegen über einem gänzlichen Wegfall der Lamellen bewirken.Furthermore, from DE-OS 31 45 506 a device for Control of the cooling water temperature in water-cooled Motor vehicle engines are known in which the already axially incoming flow redirected or by closing the Slats is prevented from flowing through the cooling element men. The slats are only in the fully open state len in the direction of flow. Such slats are found for example with all fans for ventilation room, since when the fan is switched off the closed slats an undesirable air circulation should prevent. The disadvantage is therefore noticeable that the large number of lamellae in the open Condition due to the greater air resistance in the Usually no improvement of the flow conditions against cause the slats to disappear altogether.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung des DE-Patentes Nr. 43 05 928 derart zu verbessern, daß sie nicht nur die Ent stehung irgendwelcher Luftwirbel oder -widerstände weitge hend vermeidet, damit die Strömungsgeschwindigkeit und somit der Wirkungsgrad der Kühlung gesteigert werden kann, sondern auch konstruktionsmäßig einfach aufgebaut ist und eine schnelle Montage des bzw. der Stege ermöglicht.The present invention is based on the object device mentioned at the outset of the DE patent No. 43 05 928 to improve such that they not only the Ent standing of any air vortices or resistances avoiding the flow velocity and thus the efficiency of the cooling can be increased, but is also structurally simple and allows a quick assembly of the web (s).

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung gelöst.This object is achieved by the in claim 1 marked device solved.

Erfindungsgemäß wird also nicht nur - wie im Hauptpatent angegeben - eine erhebliche Beruhigung der rotierenden Luftwirbel und eine stark verbesserte axial ausgerichtete Luftströmung erzielt, indem zwischen Kühler und Ventilator ein Steg derart angeordnet wird, daß er den luftführenden Querschnitt in zwei Kammern oder Strömungskanäle aufteilt, sondern auch bei der praktischen Ausführung der Steg in zweimal zwei Nocken eingeschoben wird, um aufwendige Montagekosten zu verhindern. Da das Gehäuse ein Gußteil ist, können derartige Nocken ohne zusätzliche Kosten mit angegossen werden. Es dürfte einleuchten, daß auch zwei solche Stege vorgesehen und derart über Nocken und derglei chen befestigt werden können, sofern sie den Luftdurchsatz und die Strömung nicht behindern. Erfindungsgemäß wird der ungünstige Rotationswirbel durch den Steg unterbrochen, wodurch sich eine günstigere Strömungskonfiguration ergibt, die zu einer Wirkungsgraderhöhung der Kühlung von bis zu 40% führt.According to the invention, it is not only - as in the main patent specified - a considerable calming of the rotating Air vortex and a greatly improved axially aligned Air flow is achieved by between the radiator and fan a web is arranged in such a way that it guides the air Divides the cross-section into two chambers or flow channels, but also in the practical execution of the web in twice two cams is inserted to elaborate Prevent assembly costs. Since the housing is a casting is, such cams can with no additional cost be cast on. It should be obvious that two such webs are provided and so on cams and the like Chen can be attached, provided they have the air flow and not hinder the flow. According to the unfavorable rotation vortex interrupted by the web, which results in a more favorable flow configuration, that increase cooling efficiency by up to 40% leads.

Vorzugsweise sind der oder die Stege so angeordnet, daß sie so dicht wie möglich an dem Kühler anliegen. Der Abstand zu den Flügeln des Ventilators hingegen muß so gewählt werden, daß sich keine geräuschbildenden Resonanzerscheinungen zwischen den Flügeln und dem oder den Stegen ergibt.Preferably, the one or more webs are arranged so that they fit as close to the cooler as possible. The distance too the fan blades, on the other hand, must be selected so that there are no noise-producing resonance phenomena between the wings and the web or webs.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die Stegebene durch die Drehachse des Ventilators verläuft, um zu symmetrischen Kammern bzw. Durchströmungskanälen zu gelangen.It is also advantageous that the web plane through the The axis of rotation of the fan runs to be symmetrical To get chambers or flow channels.

Weitere Vorteile und Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung hervor.Further advantages and features go from the following Description of a preferred embodiment in Connection with the drawing.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Montagenocken; Figure 1 is an exploded perspective view of a device according to the invention with mounting cams.

Fig. 2 eine Querschnittsansicht der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Vorrichtung; FIG. 2 shows a cross-sectional view of the device according to the invention shown in FIG. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer be kannten Vorrichtung mit Blick auf den Ventilator; und Figure 3 is a schematic representation of a known device with a view of the fan. and

Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfin dungsgemäßen Vorrichtung mit Blick auf den Ventilator. Fig. 4 is a schematic representation of the inventive device with a view of the fan.

In Fig. 1 ist der Kühler 1 aus dem mit dem Ventilator 2 und den erfindungsgemäßen Stegen 5 gemeinsamen Gehäuse 3 her ausgenommen dargestellt.In Fig. 1, the cooler 1 is shown except for the housing 3 common to the fan 2 and the webs 5 according to the invention.

Der Kühler 1 ist handelsüblich und im wesentlichen quadra tisch oder rechteckig aufgebaut. Er besitzt einen Wärmetau scher mit einem flachrohrartigen Lamellenaufbau 15, der oben und unten von Stützblechen 13 und 14 gehalten wird. Diese weisen Anschlüsse 12 für die Zu- und Abfuhr des zu kühlenden Mediums auf, wie dieses durch die Pfeile angedeu tet ist. Bei diesem Medium handelt es sich um zu kühlendes Öl. Andere Einsatzbereiche sind jedoch erfindungsgemäß ebenfalls denkbar. Senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums wird der Kühler bzw. Wärmetauscher zwischen den Flachrohren von Luft durchströmt, wie dieses durch die Doppelpfeile angedeutet ist. Die Luft wird von dem davor angeordneten, motorgetriebenen Ventilator 2 in axialer Richtung durch den Kühler 1 "drückend" oder "saugend" hindurchgefördert. Aus Fig. 1 geht ferner der rahmenartige Aufbau des Gehäuses 3 hervor, in den der Kühler 1 im Ge brauch form- und kraftschlüssig eingesetzt ist.The cooler 1 is commercially available and essentially square or rectangular. It has a Wärmetau shear with a flat tube-like lamellar structure 15 , which is held above and below by support plates 13 and 14 . These have connections 12 for the supply and discharge of the medium to be cooled, as indicated by the arrows. This medium is oil to be cooled. However, other areas of application are also conceivable according to the invention. Air flows through the cooler or heat exchanger between the flat tubes perpendicular to the direction of flow of the medium, as is indicated by the double arrows. The air is conveyed by the motor-driven fan 2 arranged in front of it in an axial direction through the cooler 1 in a “pushing” or “sucking” manner. From Fig. 1 also shows the frame-like structure of the housing 3 , in which the cooler 1 in Ge use is positively and non-positively used.

Von besonderer erfindungsgemäßer Bedeutung ist der senk rechte, rechteckige Steg 5, der zwischen Kühler 1 und Ventilator 2 im Gehäuse 3 eingebaut ist und letzteres in zwei Kammern bzw. Strömungskanäle unterteilt. Darüberhinaus besitzt der erfindungsgemäß vorgesehene Steg 5 die Funktion eines Luftleitbleches. Er ist mittig angeordnet und ver läuft somit durch den Drehpunkt des Ventilators 2, der vier Flügel 20 aufweist und im Durchmesser etwa der Länge des Steges 5 entspricht oder geringfügig kleiner ist. Bei der praktischen Ausführung wird der Steg (5) in zweimal zwei Nocken (5a) eingeschoben, um aufwendige Montagekosten zu verhindern. Da das Gehäuse ein Gußteil ist, können derartige Nocken ohne zusätzliche Kosten mit angegossen werden.Of particular importance according to the invention is the vertical right-hand web 5 , which is installed between the cooler 1 and the fan 2 in the housing 3 and divides the latter into two chambers or flow channels. In addition, the web 5 provided according to the invention has the function of an air baffle. It is arranged in the middle and thus runs through the pivot point of the fan 2 , which has four blades 20 and corresponds in diameter to approximately the length of the web 5 or is slightly smaller. In the practical version, the web ( 5 ) is inserted into two cams ( 5 a) twice to prevent expensive assembly costs. Since the housing is a cast part, such cams can be cast on at no additional cost.

In Fig. 3 ist noch einmal zur Verdeutlichung eine herkömm liche Vorrichtung zum Kühlen gezeigt, die einen üblichen Ventilator 2 mit vier oder mehreren Flügeln 20 aufweist, die sich kreisförmig in Richtung des Pfeils 30 drehen und rotationsmäßige Verwirbelungen erzeugen, wie dieses durch die acht abgebogenen Pfeile dargestellt wird. Die so er zeugten Luftwirbel erzeugen die oben erwähnte Reibung und reduzieren den Strömungsdurchsatz in axialer Richtung, so daß der Wirkungsgrad der Kühlvorrichtung hierdurch ernied rigt wird.In Fig. 3 is once again shown for clarification a conven Liche device for cooling, which has a conventional fan 2 with four or more blades 20 , which rotate in a circular direction in the direction of arrow 30 and generate rotational turbulences, such as this bent by the eight Arrows is shown. The so generated air vortices generate the above-mentioned friction and reduce the flow rate in the axial direction, so that the efficiency of the cooling device is thereby lowered.

Anders verhält es sich hingegen beim erfindungsgemäßen Aufbau, der in Fig. 4 gezeigt wird. Im Prinzip werden Größe und Form des Kühlers 1 und des Ventilators 2 aufrechterhal ten. Auch der axiale Abstand zwischen den beiden kann beibehalten und in dem ohnehin vorhandenen Zwischenraum im Gehäuse 3 erfindungsgemäß ein Steg 5 vorgesehen werden, wie dieses in den Fig. 2 und 4 gezeigt wird. Es hat sich heraus gestellt, daß die Steigerung des Kühlungswirkungsgrades unabhängig davon ist, ob der Steg 5 horizontal oder verti kal angeordnet ist. Ebenfalls hat sich herausgestellt, daß das Vorsehen von zwei oder noch weiteren Stegen 5 keinen zusätzlichen Vorteil mit sich bringt, so daß es erfindungs gemäß bevorzugt ist, mit nur einem horizontalen oder verti kalen Steg 5 zu arbeiten. Verständlicherweise kann der Steg 5 auch diagonal verlaufen, so daß prinzipiell jedoch zwei symmetrische Strömungskanäle bzw. -kammern 16 und 18 er zeugt werden, die eine Umlenkung der Luftströmung gemäß den Strömungslinien 6a erzeugen, deren Bewegungskomponente entgegengesetzt zu den Strömungslinien 6b verlaufen. Somit entstehen Zonen, in welchen sich die Luftgeschwindigkeiten gegenseitig aufheben, so daß kinetische Energie in potenti elle Energie, d. h. in einen erhöhten Luftdruck, umgewandelt wird.The situation is different, however, in the construction according to the invention, which is shown in FIG. 4. In principle, the size and shape of the cooler 1 and the fan 2 are maintained. The axial distance between the two can also be maintained and, according to the invention, a web 5 can be provided in the already existing space in the housing 3 , as shown in FIGS. 2 and 4 will be shown. It has been found that the increase in cooling efficiency is independent of whether the web 5 is arranged horizontally or vertically. It has also been found that the provision of two or more webs 5 has no additional advantage, so that it is preferred according to the Invention to work with only one horizontal or verti cal web 5 . Understandably, the web 5 can also run diagonally, so that, in principle, however, two symmetrical flow channels or chambers 16 and 18 are created, which produce a deflection of the air flow according to the flow lines 6 a, the movement component of which run opposite to the flow lines 6 b. Zones thus arise in which the air velocities cancel each other out, so that kinetic energy is converted into potential energy, ie into an increased air pressure.

Dieses ergibt sich auch aus der Bernoulli′schen Kontinui tätsgleichung:This also results from Bernoulli's continuum equation:

Hierin stehen die Ausdrücke:Here are the expressions:

h für die Ortshöhe (hier: als konstant anzunehmender at mosphärischer Luftdruck
C für eine konstant bleibende Gesamtgröße.h for the altitude (here: as a constant atmospheric pressure to be assumed
C for a constant overall size.

Wenn also h und C als unveränderliche Größe angenommen werden können, so ergibt sich hieraus, daß sich die Redu zierung der aus dem Ventilator 2 stammenden Geschwindigkei ten gleichermaßen zu einer Druckerhöhung im Luftkanal führen müssen. Zur Vereinfachung dieser Betrachtung bleibt hierbei die Einbeziehung von Reibungsgrößen bewußt vernach lässigt.So if h and C can be assumed as an unchangeable size, it follows from this that the reduction of the speed originating from the fan 2 must likewise lead to an increase in pressure in the air duct. In order to simplify this consideration, the inclusion of friction variables is deliberately neglected.

Die durch Anbringung eines Steges 5 erzielte Wirkungsgrad erhöhung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung um bis zu 40% ist u. a. darauf zurückzuführen, daß die Luftgeschwin digkeiten in dem naturgemäß schlechter durchströmten Quer schnitt im Bereich der Nabe des Ventilators 2 durch die zuvor beschriebene Luftdruckerhöhung infolge sich einstel lender Strömungskomponenten gemäß 6c um das drei- bis vierfache erhöht werden.The achieved by attaching a web 5 efficiency increase of the cooling device according to the invention by up to 40% is due, among other things, that the Luftgeschwin speeds in the naturally poorly flowed cross section in the area of the hub of the fan 2 by the previously described increase in air pressure as a result of adjusting flow components can be increased by three to four times according to 6 c.

Claims

Device for cooling liquid and gaseous media by means of air, in particular air-oil coolers for stationary and mobile hydraulics, comprising a cooler ( 1 ) working as a heat exchanger, the connections ( 12 ) in the area of a box ( 13 , 14 ) arranged at the top and bottom for the supply and discharge of the medium to be cooled and a flat tube-like lamellar structure ( 15 ), as well as a motor-operated fan ( 2 ) spaced from the cooler ( 1 ) and arranged in a common, stable housing ( 3 ), and wherein between the cooler ( 1 ) and the fan ( 2 ) one or two webs ( 5 ) are arranged such that they divide the air-guiding cross-section into two or four chambers ( 16 , 18 ), according to patent 43 05 928, characterized thereby is characterized in that the web (s) ( 5 ) are inserted into molded or otherwise molded mounting cams ( 5 a) for easy installation.