DE4438184C1 - Axiallüfter für den Kühler einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents
Axiallüfter für den Kühler einer VerbrennungskraftmaschineInfo
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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.
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