DE4438184C1 - Axiallüfter für den Kühler einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter für den Kühler einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, der mit einem die Lüfterschaufeln umgebenden ortsfesten Man­ tel versehen und mit seiner Saugseite im Abstand zu einer am Kühler angebrachten Kühlerzarge angeordnet ist. Axiallüfter dieser Art sind aus dem DE-Gbm 90 16 496 bekannt. Bei solchen Lüfteranordnungen hat man die Mündung des Austrittes aus der Kühlerzarge düsenförmig ausgebildet, in den Abstandsbereich zwischen Kühlerzarge und Lüfter hereingezogen und mit einem Durchmesser versehen, der kleiner ist als der Lüfterdurchmes­ ser und der Durchmesser des diesen umgebenden festen Mantels. Durch diese Ausgestaltung wird dafür gesorgt, daß der durch die Drosselung der aus dem Lüfter austretenden Strömung be­ dingte Rückströmwirbel im Bereich der Vorderkanten der Lüf­ terschaufeln eingefangen wird und sich dort stabilisiert, um keinen nennenswerten Einfluß auf die Durchströmung des Kühlers zu haben. Durch das Einziehen des Austrittsquerschnittes der Kühlerzarge wird aber bei solchen Bauarten die Luftleistung in unerwünschter Weise reduziert.

Aus der DE-PS 33 04 297 ist es auch bekannt, Lüfter mit einem an den Schaufelspitzen befestigten umlaufenden Mantel vorzu­ sehen, diesen Mantel zur Kühlerzarge hin vorstehen zu lassen und dieser Vorderkante eine Umlenkdüse zuzuordnen, die dafür sorgt, daß die Düsenspaltluft sich auch bei starken Drosse­ lungszuständen als ein Treibstrahl für die Hauptströmung aus­ bildet, so daß auf diese Weise eine Wirbelbildung unterbunden wird. Bei solchen Bauarten aber ergibt sich eine relativ gro­ ße Bautiefe, die nicht immer verwirklicht werden kann. Bei dem im Betrieb unter Umständen notwendig werdenden Keilrie­ menwechsel entstehen zudem erhebliche Probleme.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Axial­ lüfter der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Notwendigkeit einer Stabilisierung eines Rückströmwirbels entfällt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Axiallüfter der ein­ gangs genannten Art vorgeschlagen, zwischen Kühlerzarge und Lüfter einen ringförmigen Bypasskanal münden zu lassen, der zur Druckseite des Lüfters offen ist und dessen der durch die Zarge geführten Hauptströmung zugewandten Innenwand mit einer Krümmung derartig zu versehen, daß die zur Saugseite des Lüf­ ters hin austretende Bypass-Strömung in der Richtung der Hauptströmung umgelenkt wird. Durch diese Ausgestaltung wird eine geschlossene Bypass-Strömung erreicht, der von der Druckseite des Lüfters her Energie zugeführt wird, die zur Saugseite übertragen werden kann. Durch diese Maßnahme kann die Bildung eines Rückströmwirbels im Bereich der Außenkanten der Lüfterschaufeln auch bei einer Bauart vermieden werden, bei der ein fester Mantel die rotierenden Lüfterschaufeln um­ gibt.

In Weiterbildung der Erfindung kann der ringförmige Bypasska­ nal von der Rückwand der Zarge und einer dahinter im Abstand angeordneten zweiten Wand gebildet sein, die durch auf dem Umfang verteilte Stege an der Rückwand der Zarge abgestützt ist. Durch diese Maßnahmen entsteht eine relativ einfache Ausführungsform für die Praxis. Die Stege können mit der zweiten Wand nachträglich auf die Zarge aufgesetzt oder auch einstückig mit dieser hergestellt sein. In Weiterbildung der Erfindung kann dabei die Längsmittelebene der Stege unter ei­ nem Winkel gegenüber einer durch sie gelegten Radialebene ge­ neigt sein, so daß die Stege in der Richtung verlaufen, in der die von der Druckseite des Lüfters zurückströmende, mit einem Drall versehene Luft eintritt. Die Stege sorgen aber auch dafür, daß der Drall der Bypass-Strömung nicht gestört wird und sich in der Bypass-Strömung fortsetzt, was, wie noch erläutert werden wird, zu einer Geräuschminderung beitragen kann.

Die Stege können in Weiterbildung der Erfindung den Quer­ schnitt eines Tropfenprofiles aufweisen und so angeordnet werden, daß ihre Anzahl und Teilung von der Anzahl und Tei­ lung der Lüfterschaufeln abweicht. Auch durch diese Merkmale werden eine deutliche Geräuschverminderung erzielt, bzw. mög­ liche Geräuschquellen vermieden.

In Weiterbildung der Erfindung kann die Kühlerzarge - wie auch bei der eingangs erwähnten Bauart - an ihrer dem Mantel zugewandten Seite eine düsenartige Verengung aufweisen, die an ihrem Ende einen kleineren Durchmesser als der Lüfter- und Manteldurchmesser auf ihrer Eintrittsseite aufweist. Durch diese Maßnahme kann der Bypasskanal zumindest auf einer Seite von dem Mündungsbereich der Kühlerzargendüse gebildet werden. Dabei ist zu beachten, daß man bei der Konstruktion dieses düsenartigen Austrittsbereiches der Kühlerzarge keine Rück­ sicht auf eine strömungstechnische Stabilisierung eines Rück­ strömwirbels nehmen muß, wie das noch beim Stand der Technik der Fall war. Die Durchmesserverringerung bestimmt sich daher nicht durch die Stabilisierung des Rückströmwirbels, sondern kann lediglich im Hinblick auf die Größe des Querschnittes des Bypasskanales ausgelegt werden, so daß keine nennenswerte Verringerung der Luftleistung zu befürchten ist.

In Weiterbildung der Erfindung kann der Bypasskanal aber nicht nur an der Kühlerzarge, sondern auch am ortsfesten Man­ tel des Lüfters angeordnet werden, dabei kann in Weiterbil­ dung dieses Gedankens die hintere Kanalwand vom Mantel gebil­ det sein und die vordere Kanalwand mit der Kühlerzarge über ein elastisches Dichtelement, insbesondere über eine Man­ schette verbunden werden.

In Weiterbildung der Erfindung kann sich schließlich der Ein­ trittsbereich das Bypasskanales trichterförmig erweitern, und es kann die Krümmung des Austrittsbereiches des Bypasskanales kreisbogenförmig ausgebildet sein, weil sich dadurch eine be­ sonders einfach herzustellende Form ergibt, die aber auch strömungstechnisch vorteilhaft ist. In Weiterbildung der Er­ findung kann schließlich die an die vordere Kanalwand des Bypasskanales am Ende seiner Austrittskrümmung gelegte Tan­ gente parallel zur Lüfterachse, oder bei einer anderen Vari­ ante, auch unter einem von der Achsrichtung des Lüfters ab­ weichenden Winkel nach außen geneigt sein, so daß die Bypass- Strömung in den Bereich der Schaufelspitzen gelenkt wird. Da die Bypass-Strömung, wie vorher ausgeführt wurde, unter einem gewissen Drall eintritt, kann bei dieser Ausführungsform die Bypass-Strömung der durch die Druckverhältnisse an den Schau­ felspitzen auftretenden Schaufelumströmung entgegenwirken. Dies wirkt sich in einer gewissen Wirkungsgradverbesserung und in einer Verminderung der Geräuschentwicklung aus.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch den Außenbe­ reich eines erfindungsgemäß ausgebildeten Axiallüf­ ters mit einer Lüfterzarge und einem Bypasskanal,

Fig. 2 die Ansicht eines Teiles der Lüfterzarge mit dem Bypasskanal in Richtung des Pfeiles 11 gesehen, wo­ bei ein Teilbereich gemäß der Schnittlinie IIa-IIa aufgeschnitten ist,

Fig. 3 die schematische Darstellung einer Axiallüfter­ anordnung ähnlich Fig. 1, jedoch in einer ersten Variante,

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich Fig. 1, jedoch bei einer zweiten Variante, und

Fig. 5 die schematische Darstellung der durch den erfin­ dungsgemäß vorgesehenen Bypasskanal erzeugten An­ strömung der Schaufelspitzen.

In den Fig. 1 und 2 ist eine Axiallüfteranordnung für den Kühler einer Verbrennungskraftmaschine, beim gezeigten Bei­ spiel eines Nutzfahrzeuges, gezeigt, die aus einer dem nicht näher gezeigten, aber mit (2) angedeuteten Kühler zugeordneten Kühlerzarge (1) und aus einem dieser nachgeschalteten Axial­ lüfter (3) besteht. Die Schaufeln (4) des Axiallüfters (3), die den Durchmesser (DL) besitzen, sind von einem Mantel (5) umgeben, der in nicht näher dargestellter Weise, ebenso wie der Axiallüfter (3), fest mit dem nicht gezeigten, rechts hinter dem Axiallüfter (3) angeordneten Motor verbunden ist.

Die Kühlerzarge (1) ist erfindungsgemäß mit einem ring­ förmigen Bypasskanal (6) versehen, dessen Mündungs­ querschnitt (6a) zum Lüfter (3) hin gerichtet ist. Der Bypasskanal (6) wird von der Rückwand (7) der Kühlerzarge (1) gebildet, die in eine düsenartig ausgebildete kreisförmige Verengung (7a) mit dem Durchmesser (D₀) übergeht. Beim Aus­ führungsbeispiel besitzt diese düsenartige Anordnung der Rückwand (7) eine kreisbogenförmige Kontur, mit der auch der Bypasskanal (6) auf seiner Innenseite abgeschlossen wird.

Die andere Wand des Bypasskanales wird von einem Ring (8) ge­ bildet, der mit Hilfe von mehreren Stegen (9) fest mit der Rückwand (7) der Kühlerzarge (1) verbunden ist. Dabei kann der Ring (8) einschließlich der Stege (9) aus einem Teil be­ stehen, das in nicht näher dargestellter Weise auf die Zarge (1) aufgesetzt wird. Möglich wäre es allerdings auch, die Zarge (1) einstückig mit den Stegen (9) zu versehen und daran den Ring (8) anzusetzen, beispielsweise anzuklipsen. Diese Ausführungsformen empfehlen sich, weil Kühlerzarge (1), Stege (9), Ring (8) und auch der Mantel (5) in der Regel aus Kunst­ stoff hergestellt sind.

Der Ring (8) besitzt auf seiner Außenseite eine umlaufende Nut (10) und in diese Nut greift ein Ende einer elastischen ringförmigen Lippendichtung (11) ein, die an einem umlaufen­ den Bund (12) des Mantels (5) anliegt und so eine bewegliche Abdichtung zwischen dem Kühler (2) und seiner Zarge (1) und dem am Motor festen Mantel (5) bildet. Der Mantel (5) ist da­ bei in Strömungsrichtung diffusorartig erweitert.

Der Bypasskanal (6) mündet vor der Saugseite des Lüfters (3) und ist auf seiner gesamten ringförmigen Außenfläche offen zu dem das Lüfteraggregat umgebenden Raum, der wiederum mit dem hinter dem Lüfter (3) gebildeten Druckraum in Verbindung steht. Der Bypasskanal (6) verbindet so die Saugseite des Lüfters (3) mit dessen Druckseite, so daß neben der mit den Pfeilen (13) angedeuteten Hauptströmung durch den Kühler (2) noch eine Bypass-Strömung im Sinn des gestrichelten Pfeiles (14) entsteht und zwar beim Ausführungsbeispiel so, daß diese Bypass-Strömung in dem Bereich der Spitzen (4a) der Lüfter­ schaufeln (4) gelangt. Es hat sich gezeigt, daß durch diese Maßnahme - jedenfalls im Bereich der Lüfterschaufeln (4) - kein Rückströmwirbel auftritt, sondern daß der Bypass-Strom (14) gerade dann, wenn das Lüfteraggregat aufgrund der heute üblichen Motorkoppelung in stark gedrosseltem Zustand betrie­ ben werden muß, verstärkt wird und somit das Entstehen eines Rückströmungswirbels verhindert.

Wie in der Fig. 1 angedeutet ist, kann die Form des Bypass­ kanales (6) auch entsprechend der gestrichelten Wandanordnung (8a) ausgebildet sein. Es wäre auch möglich, den Mantel (5) wie bei (5a) angedeutet, rund oder eckig nach hinten abzuwin­ keln und in einen Diffusor übergehen zu lassen. Die Lüfter­ schaufeln (4) könnten in ihrem Austrittsbereich eine radiale Verlängerung aufweisen, wie mit (4b) angedeutet ist.

In der Fig. 3 ist eine solche Variante einer Mantelform (50) gezeigt, wobei hier im Unterschied zur Ausführungsform der Fig. 1 der mit den Stegen (9) an der Lüfterzarge (1) befe­ stigte Ring (8), der die Rückwand des Bypasskanales (6) bil­ det, ein Teil des Mantels (50) ist, der bei dieser Variante daher nicht am Motor fest angeordnet ist, sondern fest mit der Lüfterzarge (1) verbunden ist.

Sowohl bei der Ausführungsform der Fig. 1, als auch bei der Ausführungsform der Fig. 3, sind die Stege (9) - siehe Fig. 2 - mit dem strömungsgünstigen Querschnitt eines Tropfenpro­ files bzw. eines Flügelprofiles versehen. Dieses Profil ist dabei so angeordnet, daß die durch das Profil der Stege (9) verlaufende Längsmittelebene (15) jedes Steges (9) unter ei­ nem Winkel α gegenüber einer durch die Mitte des Steges (9) verlaufenden Radialebene (16) geneigt ist. Die Neigung α entspricht der Richtung (17) der Zuströmung, die durch die Drehrichtung (18) bestimmt ist. Die Stege stellen daher ange­ stellte Strömungsleitprofile dar, die dafür sorgen, daß die von außen in den Bypasskanal (6) einströmende Luft, die, wie mit den Pfeilen (17) angedeutet ist, einem gewissen Drall un­ terworfen ist, auch wiederum mit einer Drallkomponente behaf­ tet ist, wenn sie im Sinn der Pfeile (14) der Fig. 1 dem Lüfter (3) zugeleitet wird. Hierauf wird später noch anhand der Fig. 5 zurückgekommen werden.

Die Stege (9) sind gleichmäßig auf dem Umfang des Ringes (8) verteilt angeordnet. Sowohl ihre Anzahl als auch ihre Teilung wird dabei so gewählt, daß sie von der Anzahl und der Teilung der Lüfterschaufeln (4) abweicht. Weist der Lüfter bei­ spielsweise sieben Schaufeln (4) auf, so können zum Beispiel sechs Stege (9) vorgesehen werden, deren Teilung am Umfang des Ringes (8) daher auch von jener der Lüfterschaufeln ab­ weicht. Diese Maßnahme steuert zu einer Geräuschverminderung bei.

Die Fig. 4 stellt eine weitere Variante einer erfindungsge­ mäßen Ausführung dar. Hier ist den Schaufeln (4) des Lüfters (3) ein Mantel (51) zugeordnet, der entgegen der Strömungs­ richtung mit einer kreisbogenförmigen Abrundung (51a) verse­ hen ist. Diese Abrundung (51a) bildet bei diesem Ausführungs­ beispiel die Rückwand des Bypasskanales (6), dessen Vorder­ wand hier aus einem Ring (52) besteht, der durch schaufelför­ mige Stege (90) fest mit dem Mantel (51) bzw. mit dessen vor­ derer Abrundung (51a) verbunden ist. Dieser Ring (52) besitzt einen umlaufenden Anschlagrand (53), an dem wiederum der freie Rand einer elastischen Dichtlippe (54) anliegt, die fest mit der Rückwand (7) der Lüfterzarge (1) verbunden ist. Auch bei dieser Bauart wird daher eine Bypass-Strömung (14) erzeugt, die in den Bereich der Spitzen der Lüfterschaufeln (4) gelangt. Auch auf diese Weise kann ein Rückströmwirbel im Bereich der Lüfterschaufel (4) unterbunden werden.

Die Fig. 5 zeigt, daß die im Sinn der Pfeile (14) mit einem Drall behaftete Bypass-Strömung, die die Mündung (6a) des Bypasskanales (6) verläßt, so auf die im Sinn des Pfeiles (18) umlaufenden Lüfterschaufeln (4) in deren Außenbereich auftrifft, daß die Bypass-Strömung (14) der Schaufel­ spitzenumströmung (19), die sich aufgrund der Druck­ verhältnisse einstellt, entgegengerichtet ist. Durch die er­ findungsgemäße Ausgestaltung kann daher auch die Schaufelum­ strömung selbst im Außenbereich der Schaufeln vermindert oder sogar verhindert werden, was ebenfalls mit zur Leistungsstei­ gerung und zur Geräuschverminderung beiträgt.

Claims (16)

1. Axiallüfter für den Kühler einer Verbrennungs­ maschine, insbesondere für ein Nutzfahrzeug, der mit einem die Lüfterschaufeln (4) umgebenden ortsfesten Mantel (5, 50, 51) versehen und im Abstand zu einer am Kühler (2) angebrach­ ten Kühlerzarge (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kühlerzarge (1) und Lüfter (3) ein durch eine erste und eine im Abstand dazu angeordnete zweite Wand gebil­ deter ringförmiger Bypasskanal (6) mündet, der zur Druckseite des Lüfters offen ist und dessen der durch die Zarge (1) ge­ führten Hauptströmung (13) zugewandte Innenwand (7, 7a) eine Krümmung derart aufweist, daß die zur Saugseite des Lüfters (3) hin austretende Bypass-Strömung (14) in Richtung der Hauptströmung umgelenkt wird.

2. Axiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der ringförmige Bypasskanal (6) von der Rückwand (7) der Zarge (1) und einem dahinter angeordneten Ring (8) gebil­ det ist, der durch auf dem Umfang verteilte Stege (9) an der Rückwand (7) der Zarge (1) abgestützt ist.

3. Axiallüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen dem Ring (8) und dem Mantel (5) eine ela­ stische Manschette (11) vorgesehen ist.

4. Axiallüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Längsmittelebene (15) der Stege (9) unter einem Winkel α gegenüber einer durch sie gelegten Radialebene ge­ neigt ist.

5. Axiallüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stege (9) einen Querschnitt eines Tropfenpro­ files aufweisen.

6. Axiallüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anzahl und die Teilung der Stege (9) von der An­ zahl und Teilung der Lüfterschaufeln (4) abweicht.

7. Axiallüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kühlerzarge (1) an ihrer dem Mantel (5, 50) zu­ gewandten Seite eine düsenförmige Verengung (7a) aufweist, die an ihrem Ende einen kleineren Durchmesser (D₀) als der Lüfterdurchmesser (DL) und Manteldurchmesser auf der Ein­ trittsseite aufweist.

8. Axiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bypasskanal (6) am ortsfesten Mantel (51) des Lüfters (3) angeordnet ist.

9. Axiallüfter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die hintere Kanalwand (51a) vom Mantel (51) gebildet ist und die vordere Kanalwand (52) mit der Kühlerzarge (1) über ein elastisches Dichtelement (54) verbunden ist.

10. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß sich der Eintrittsbereich des Bypasskanales (6) trichterförmig erweitert.

11. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Krümmung des Austrittsbereiches (7a) des Bypasskanales (6) kreisbogenförmig ausgebildet ist.

12. Axiallüfter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die an die vordere Kanalwand (52a) des Bypasskanales (6) am Ende seiner Austrittskrümmung gelegte Tangente (20) parallel zur Lüfterachse verläuft.

13. Axiallüfter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die an die vordere Kanalwand (7a) des Bypasskanales (6) am Ende seiner Austrittskrümmung gelegte Tangente (21) unter einem von der Achsrichtung des Lüfters abweichenden Winkel nach außen geneigt ist.

14. Axiallüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mantel (50) des Lüfters (3) einstückig mit der zweiten Wand (Ring 8) des Bypasskanales (6) ausgebildet ist.

15. Axiallüfter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mantel (5) in Abstömrichtung diffusorartig er­ weitert ist.

16. Axiallüfter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lüfterschaufeln (4) in ihrem Austrittsbereich eine der Mantelerweiterung entsprechende radiale Verlängerung (4b) aufweisen.