DE4431840A1 - Lüfter für eine Kühlanlage eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lüfter für eine Kühlanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem geschlossenen Radiallaufrad, das mehrere Radialschaufeln aufweist, die zwischen einem Laufrad­ boden und einer Deckscheibe angeordnet sind, wobei eine In­ nenkontur der Radialschaufeln durch ihre Schaufeleintritts­ kanten und eine Außenkontur der Radialschaufeln durch ihre Schaufelaustrittskanten bestimmt wird.

Es ist ein Lüfter für eine Kühlanlage eines Kraftfahrzeugs bekannt (DE 25 30 742 C3), der ein in Strömungsrichtung hin­ ter einem Wärmetauscher eines Kühlmittelkreislaufes der Kühl­ anlage des Kraftfahrzeuges angeordnetes Radiallaufrad auf­ weist. Das Radiallaufrad ist geschlossen ausgeführt und weist mehrere Radialschaufeln auf, die zwischen einer Deckscheibe und einem Laufradboden angeordnet sind. Das Radiallaufrad wird unter Zwischenschaltung einer Flüssigkeitsreibungskupp­ lung im Stillstand oder bei langsamer Fahrt des Kraftfahr­ zeugs angetrieben, um eine ausreichende Durchströmung des Wärmetauschers auch ohne ausreichenden Fahrtwind zu gewähr­ leisten. Die Innenkontur der Radialschaufeln wird durch par­ allel zur Drehachse verlaufende Schaufeleintrittskanten, die Außenkontur durch entsprechend parallel verlaufenden Schau­ felaustrittskanten bestimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lüfter der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, der bezüglich seiner Festigkeit ver­ bessert und strömungstechnisch günstig gestaltet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Radialschaufeln im wesentlichen in radialer Richtung ausgerichtet sind, und daß sowohl der Außendurchmesser der durch die Schaufelaustritts­ kanten bestimmten Außenkontur der Radialschaufeln als auch der Innendurchmesser der durch die Schaufeleintrittskanten bestimmten Innenkontur der Radialschaufeln von der Deckschei­ be zum Laufradboden hin abnehmen. Durch die im wesentlichen in radialer Richtung ausgerichteten Radialschaufeln wird das die Festigkeit beeinträchtigende Biegemoment auf die Radial­ schaufeln reduziert. Außerdem wird die Anströmung der Radial­ schaufeln verbessert. Gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich etwa die gleichen günstigen Strömungsverhältnisse.

In Ausgestaltung der Erfindung sind die Schaufelfüße der Ra­ dialschaufeln entgegen der Drehrichtung geneigt. Die Neigung ist vorzugsweise geringer als 30° zur Radialen. Durch die Neigung der Radialschaufeln werden die Strömungsverluste im Schaufelkanal reduziert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an einem ge­ krümmten Deckscheibeneintritt über seinen Umfang verteilt mehrere Hilfsschaufeln angeordnet, die in den Bereich der Ra­ dialschaufeln hineinragen und sich über die radiale Höhe des gekrümmten Deckscheibeneintritts erstrecken. Dadurch werden insbesondere im Deckscheibeneintritt, der die Außenwandung des zwischen der Deckscheibe und der Einlaufdüse vorhandenen Spaltes bildet, die Strömungsverhältnisse verbessert. Es wird eine verbesserte Ansaugströmung erzielt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Hilfsschau­ feln entgegen der Drehrichtung des Radiallaufrades geneigt und/oder in Drehrichtung gekrümmt. Diese Ausgestaltung führt zu einer Reduzierung der Strömungsverluste im Bereich des Deckscheibeneintritts.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Deckscheibe, die Schaufeln und der Laufradboden einstückig aus Kunststoff hergestellt, und im Bereich des Deckscheibeneintritts ist ein mit einer stationären Einlaufdüse zusammenwirkender separater Luftleitring vorgesehen. Aus Gründen der Ausformbarkeit aus einem entsprechenden Spritzgußwerkzeug ist es bei einer Kunststoffausführung des Radiallaufrades nicht möglich, auch den gekrümmten Deckscheibeneintritt einstückig mit dem Laufrad herzustellen. Um dennoch gute Strömungsverhältnisse zu erzielen, ist in einfacher Weise der separate Luftleitring vorgesehen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Radialschau­ feln jeweils von einem am Laufradboden ansetzenden Schaufel­ fuß aus mit - auf die radiale Schaufelerstreckung bezogen - konstantem Krümmungsradius in Drehrichtung des Radiallaufra­ des gekrümmt. Dadurch wird das Ausfahren von Schiebern bei einer Kunststoffausführung des Radiallaufrades ermöglicht.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die an­ hand der Zeichnungen dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt in einem Längsschnitt eine Ausführungsform ei­ nes erfindungsgemäßen Lüfters für eine Kühlanlage ei­ nes Kraftfahrzeugs mit einem Radiallaufrad in Kunst­ stoffausführung,

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines Lüfters ähnlich Fig. 1, bei dem das Radiallaufrad ebenfalls in Kunst­ stoff ausgeführt ist und im Bereich des Deckschei­ beneintritts mehrere Hilfsschaufeln aufweist,

Fig. 3 eine Ansicht eines Ausschnitts des Deckscheibenein­ tritts nach Fig. 2 in Richtung des Pfeiles III in Fig. 2,

Fig. 4 eine weitere Ausführung eines Lüfters ähnlich Fig. 1, bei dem die Schaufeleintrittskante jeder Radialschau­ fel bis in den gekrümmten Bereich des Deckschei­ beneintritts vorgezogen ist,

Fig. 5 schematisch eine Draufsicht auf den Laufradboden in Richtung des Pfeiles V nach Fig. 1, wobei der besse­ ren Übersichtlichkeit halber die Deckscheibe nicht dargestellt ist,

Fig. 6 in einem Ausschnitt eine Draufsicht auf ein Ra­ diallaufrad gemäß den Fig. 1, 2 oder 4 in Richtung der Pfeile VI in den Figuren, aus der die Krümmung der Radialschaufeln in Drehrichtung des Radiallaufra­ des ersichtlich ist,

Fig. 7 eine Darstellung ähnlich Fig. 6, bei der die Radial­ schaufeln mit einer über die Breite des Radiallaufra­ des konstanten Krümmung versehen sind, und

Fig. 8 eine weitere Darstellung ähnlich den Fig. 6 und 7, bei der die Radialschaufeln etwa diagonal zwischen dem Laufradboden und der Deckscheibe verlaufen.

Ein Lüfter nach der Fig. 1 ist für eine Kühlanlage eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die Kühlanlage weist einen Wärme­ tauscher (1) auf, hinter dem - in Strömungsrichtung der Kühl­ luft gesehen - eine Kühlerhaube (2) vorgesehen ist. Die Küh­ lerhaube (2) weist auf ihrer dem Wärmetauscher (1) gegenüber­ liegenden Seite eine stationäre Einlaufdüse (3) auf, die axial in ein Radiallaufrad (4) des Lüfters hineinragt. Das Radiallaufrad (4) ist um eine Drehachse (8) unter Zwischen­ schaltung einer nicht dargestellten Flüssigkeitsreibungskupp­ lung drehbar gelagert und mittels eines entsprechenden An­ triebs in Drehrichtung (9) antreibbar. Das Radiallaufrad (4) ist geschlossen ausgeführt und weist eine Deckscheibe (5) und einen scheibenförmigen Laufradboden (7) auf, zwischen denen über den Umfang verteilt mehrere Radialschaufeln (6) angeord­ net sind. Die Radialschaufeln (6, 6a, 6b, 6c) nach den Fig. 1 bis 8 sind im wesentlichen in radialer Richtung ausgerichtet. Die Deckscheibe (5) ist mit einem einen gekrümmten Einlaufra­ dius aufweisenden Deckscheibeneintritt (11) versehen, der die Einlaufdüse (3) der Kühlerhaube (2) unter Bildung eines ra­ dialen Luftspaltes (10) teilweise axial übergreift.

Der Lüfter stellt eine Kunststoffausführung dar. Dabei sind die Deckscheibe (5), die Radialschaufeln (6) sowie der Laufradboden (7) einstückig als Kunststofformteil herge­ stellt. Der Deckscheibeneintritt (11) wäre in der Kunststoff­ bauweise des Radiallaufrades (4) als einstückig mit der Deck­ scheibe (5) hergestelltes Bauteil nicht ausformbar, so daß der Deckscheibeneintritt (11) beim dargestellten Ausführungs­ beispiel durch einen separaten Luftleitring (14) gebildet ist. Der Luftleitring (14) ist beim Ausführungsbeispiel aus Magnesium hergestellt und weist einen Stützbund (15) auf, der einen entsprechenden Haltebund (16) der Deckscheibe (5) radi­ al außen übergreift. Die Innenwandung des Luftleitringes (14) ist entsprechend dem Krümmungsradius des Deckscheibenein­ tritts derart gekrümmt, daß sich günstige Einlaufverhältnisse für die Spaltströmung durch den Luftspalt (10) und für die Hauptströmung ergeben und ein Ablösen der Strömung vom Deck­ scheibeneintritt (11) vermieden wird. Durch den Luftleitring (14) wird vollständig die Krümmung des Deckscheibeneintritts (11) gebildet, so daß die Innenwandung der bündig an den Luftleitring (14) anschließenden Deckscheibe (5) sich ledig­ lich radial eben nach außen erstreckt. Der Luftleitring (14) ist starr mit der Deckscheibe (5) verbunden.

Jede Radialschaufel (6) weist im Bereich des Eintritts der Strömung in das Radiallaufrad (4) eine Schaufeleintrittskante (12) und im Bereich des radialen Austritts der Strömung aus dem Radiallaufrad (4) eine Schaufelaustrittskante (13) auf. Die Schaufeleintrittskanten (12) bestimmen daher die Innen­ kontur und die Schaufelaustrittskanten (13) die Außenkontur der Radialschaufeln (6). Durch die einstückige Kunststoffaus­ führung ist jede Radialschaufel (6) sowohl an die Deckscheibe (5) als auch an den Laufradboden (7) angebunden. Die an den Laufradboden (7) anschließende seitliche Kante jeder Radial­ schaufel (6) wird als Schaufelfuß (19) (Fig. 5) bezeichnet. Bei allen Radialschaufeln (6, 6a, 6b, 6c) ist der Schaufelfuß (19) entlang einer Radialen (20) zur Drehachse (8) ausgerich­ tet und ragt lotrecht vom Laufradboden (7) ab. Jede Radial­ schaufel (6) ist in ihrem Verlauf zur Deckscheibe (5) hin (Fig. 6) in Drehrichtung (9) gekrümmt.

Bei anderen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 7 und 8 sind die Radialschaufeln (6b bzw. 6c) ebenfalls in Drehrichtung (9) gekrümmt, wobei beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zwi­ schen dem Laufradboden (7b) und der Deckscheibe (5b) ein lot­ recht zum Laufradboden (7b) beginnender, konstanter Krüm­ mungsradius vorgesehen ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 setzt jede Radialschaufel (6c) in einem spitzen Winkel am Laufradboden (7c) an und erstreckt sich etwa diagonal zur Deckscheibe (5c).

Bei der lediglich schematischen Darstellung nach Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Radiallaufrades ange­ deutet, das zur Radialen (20) geneigte Radialschaufeln (6a) aufweist. Jede Radialschaufel (6a) weist einen Schaufelfuß (19a) auf, der entgegen der Drehrichtung (9) in einem spitzen Winkel von maximal etwa 30° zur Radialen (20) geneigt ist. Dadurch werden Strömungsverluste im Lüfter reduziert.

Durch die im wesentlichen radiale Ausrichtung der Radial­ schaufeln wird die durch Zentrifugalkräfte verursachte Biege­ beanspruchung der Radialschaufeln weitestgehend reduziert, wodurch eine erheblich verbesserte Festigkeit des Ra­ diallaufrades und somit höhere Laufraddrehzahlen erzielt wer­ den.

Beim Radiallaufrad (4) nach Fig. 1 ist die Schaufeleintritts­ kante (12) von der Stoßstelle zwischen der Deckscheibe (5) und dem Deckscheibeneintritt (11) im wesentlichen geradlinig schräg nach innen und nach hinten zum Laufradboden (7) gezo­ gen. Auch die Schaufelaustrittskante (13) jeder Schaufel (6) verläuft von der Deckscheibe (5) aus zum Laufradboden (7) hin gekrümmt radial schräg nach innen und axial schräg nach hin­ ten. Der Außendurchmesser der Deckscheibe (5) ist größer als der Außendurchmesser des Laufradbodens (7), wobei der Außen­ durchmesser des Laufradbodens (7) vorzugsweise 70% bis 80% des Außendurchmessers der Deckscheibe (5) beträgt. Dadurch nimmt der Außendurchmesser der Schaufelaustrittskante (13) über die Breite der Radialschaufel (6) von der Deckscheibe (5) aus zum Laufradboden (7) hin kontinuierlich ab.

Das Radiallaufrad (4a) nach Fig. 2 weist gegenüber dem Ra­ diallaufrad (4) nach Fig. 1 verbesserte Strömungsverhältnisse bei gleichbleibenden Festigkeitswerten auf. Auch das Ra­ diallaufrad (4a) ist in Kunststoff ausgeführt. Jede Radial­ schaufel (6a) weist eine Schaufeleintrittskante (12a) auf, die im wesentlichen geradlinig entsprechend der Schaufelein­ trittskante (12) nach Fig. 1 schräg nach innen und nach hin­ ten verläuft. Die Krümmung der Schaufelaustrittskante (13a) entspricht im wesentlichen der Schaufelaustrittskante (13) nach Fig. 1, so daß auf eine weitere Erläuterung hierzu ver­ zichtet wird. Da der Deckscheibeneintritt (11a) als separater Luftleitring (14a) gebildet ist, der nach der Herstellung des Radiallaufrades (4a) an die Deckscheibe (5a) angesetzt wird, ist die Radialschaufel (6a) im Bereich des Deckscheibenein­ tritts (11a) von dem Luftleitring (14a) getrennt. Dazu weist die Radialschaufel (6a) eine Luftleitkante (18) auf, die ent­ sprechend der Krümmung des Deckscheibeneintritts (11a) ge­ krümmt ist. Die Luftleitkante (18) beginnt radial außen auf Höhe des Überganges zwischen der Deckscheibe (5a) und dem Luftleitring (14a) und ist über nahezu den gesamten Krüm­ mungsradius des Deckscheibeneintritts (11a) entlang der In­ nenwandung des Luftleitringes (14a) zum Strömungseintritt nach vorne herumgezogen.

Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse im Bereich des Luftspaltes (10) weist das Radiallaufrad (4a) eine Anzahl von Hilfsschaufeln (17) (Fig. 2 und 3) auf, die der Anzahl der Radialschaufeln (6a) entspricht. Bei einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Hilfs­ schaufeln wesentlich höher als die der Radialschaufeln. Jede Hilfsschaufel (17) ragt von der Innenwandung des Luftleitrin­ ges (14a) aus axial in den Bereich der Radialschaufeln (6a) hinein und ist entgegen der Drehrichtung (9) des Ra­ diallaufrades (4a) gekrümmt. Radial erstreckt sich jede Hilfsschaufel (17) zwischen dem Innendurchmesser des Luftlei­ tringes (14a) und dem Innendurchmesser der Deckscheibe (5a). Jede Hilfsschaufel (17) ragt über etwa ein Viertel bis etwa die Hälfte des Abstandes zwischen dem Laufradboden (7a) und der Deckscheibe (5a) axial zwischen die Radialschaufeln (6a) hinein.

Das Radiallaufrad (4) nach Fig. 4 entspricht dem Radial­ laufrad (4) nach Fig. 1. In gestrichelter Darstellung weist dieses Radiallaufrad (4) jedoch eine zum Strömungseintritt nach vorne gezogene Schaufeleintrittskante (12b) auf, die et­ wa auf halber Länge des Krümmungsradius des Deckscheibenein­ tritts (11) etwa senkrecht zur Innenwandung des Luftleitrin­ ges (14) ansetzt und in der Darstellung nach Fig. 4 geradli­ nig schräg nach innen und axial nach hinten bis zum Laufrad­ boden (7) verläuft. Da der Luftleitring (14) bei diesem Aus­ führungsbeispiel von der Deckscheibe (5) getrennt ist, ist die an die Deckscheibe (5) anschließende Kante jeder Radial­ schaufel (6) mit einer Eintrittskante (18a) versehen, die parallel zur Innenwandung des Deckscheibeneintritts (11) vom Innendurchmesser der Deckscheibe (5) aus zum Luftspalt (10) hin nach vorne herum gezogen ist. Dadurch ergibt sich eine verbesserte Anströmung der Schaufeleintrittskante (12b) im Bereich der entlang des gekrümmten Deckscheibeneintritts (11) strömenden Luft, die durch den Luftspalt (10) angesaugt wird.

Claims (14)

1. Lüfter für eine Kühlanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem geschlossenen Radiallaufrad, das mehrere Radialschaufeln auf­ weist, die zwischen einem Laufradboden und einer Deckscheibe angeordnet sind, wobei eine Innenkontur der Radialschaufeln durch ihre Schaufeleintrittskanten und eine Außenkontur der Radialschaufeln durch ihre Schaufelaustrittskanten bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialschaufeln (6, 6a, 6b, 6c) im wesentlichen in radialer Richtung ausgerichtet sind, und daß sowohl der Au­ ßendurchmesser der durch die Schaufelaustrittskanten (13, 13a) bestimmten Außenkontur der Radialschaufeln (6, 6a, 6b, 6c) als auch der Innendurchmesser der durch die Schaufelein­ trittskanten (12, 12a, 12b) bestimmten Innenkontur der Ra­ dialschaufeln (6, 6a, 6b, 6c) von der Deckscheibe (5, 5a, 5b, 5c) zum Laufradboden (7, 7a, 7b, 7c) hin abnehmen.

2. Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnahme des Außendurchmessers der Außenkontur der Radial­ schaufeln (6, 6a, 6b, 6c) geringer ist als die Abnahme des Innendurchmessers der Innenkontur der Radialschaufeln (6, 6a, 6b, 6c).

3. Lüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß - auf die axiale Schaufelerstreckung bezogen - die Schaufelaus­ trittskanten (13, 13a) gekrümmt und die Schaufeleintrittskan­ ten (12, 12a, 12b) im wesentlichen geradlinig schräg nach in­ nen verlaufen.

4. Lüfter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelfüße (19) der Radialschaufeln (6) entgegen der Dreh­ richtung (9) geneigt sind.

5. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einem gekrümmten Deckscheibeneintritt (11a) über dessen Umfang verteilt mehrere Hilfsschaufeln (17) angeordnet sind, die in den Bereich der Radialschaufeln (6a) hineinragen und sich über die radiale Höhe des gekrümmten Deckscheibeneintritts (11a) erstrecken.

6. Lüfter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschaufeln (17) entgegen der Drehrichtung (9) des Ra­ diallaufrades (4a) geneigt und/oder in Drehrichtung gekrümmt sind.

7. Lüfter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Hilfsschaufeln (17) wenigstens der Anzahl der Ra­ dialschaufeln (6a) entspricht.

8. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeleintrittskante (12a, 12b) je­ der Radialschaufel (6a, 6b) im Bereich des Krümmungsradius des Deckscheibeneintritts (11a, 11) ansetzt.

9. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckscheibe (5, 5b, 5c), die Schau­ feln (6, 6a, 6b, 6c) und der Laufradboden (7, 7b, 7c) ein­ stückig aus Kunststoff hergestellt sind, und daß im Bereich des Deckscheibeneintritts (11, 11a) ein mit einer stationären Einlaufdüse (3) zusammenwirkender separater Luftleitring (14, 14a) vorgesehen ist.

10. Lüfter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftleitring (14, 14a) mit einem an den Deckscheibeneintritt (11, 11a) angepaßten Krümmungsradius versehen ist.

11. Lüfter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftleitring (14, 14a) mittels eines einen Bund (16) der Deckscheibe außen übergreifenden Stützbundes (15) starr mit der Deckscheibe (5, 5a, 5b, 5c) verbunden ist.

12. Lüfter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftleitring (14, 14a) aus einem Material mit höherer ge­ wichtsspezifischer Festigkeit hergestellt ist.

13. Lüfter nach Anspruch 6 sowie nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsschaufeln (17) von dem Luftleitring (14a) abragen und starr mit diesem ver­ bunden sind.

14. Lüfter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialschaufeln (6b) jeweils von einem am Laufradboden (7b) ansetzenden Schaufelfuß (19) aus mit - auf die radiale Schau­ felerstreckung bezogen - konstantem Krümmungsradius in Dreh­ richtung (9) des Radiallaufrades (4b) gekrümmt sind.