DE69201662T2 - Luftdüse für eine Kühlanlage. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Luftdüse für ein Kühlsystem, wobei die Düse einen Luftstrom zu einer zu kühlenden Vorrichtung sendet.
• Es ist bekannt, wärmeerzeugende Elemente (Widerstände, Halbleiter) mittels eines Luftstroms zu kühlen, der beispielsweise von einem Ventilator eingeblasen wird. Um den Kühlluftstrom zu kanalisieren, verwendet man im allgemeinen eine Luftdüse.
• Die von der Eingangsfläche der Düse erfaßte Luft ist kein in Intensität und Richtung homogener Strom, wenn man als Blasgerät einen Ventilator verwendet. Dies kann bei bestimmten Anwendungen ein schwerwiegender Nachteil sein. Die fehlende Homogenität des Luftstroms bewirkt nämlich, daß die wärmeerzeugende Vorrichtung nicht gleichmäßig gekühlt wird. Es gibt Punkte, die heißer sind als andere, und es kann sich eine thermische Instabilität und sogar eine Zerstörung der wärmeerzeugenden Vorrichtung entstehen. Dies ist insbesondere der Fall auf dem Gebiet der Schienenfahrzeuge bei Leistungswiderständen, die Brems-Regelwiderstände der Zugmaschinen bilden.
• Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat die erfindungsgemäße Düse zum Ziel, einen Luftstrom korrekt auf die wärmeerzeugende Vorrichtung zu senden (zum Beispiel Leistungswiderstände), um die Unterschiede in der Erwärmung der Vorrichtung zu verringern. Dies kann nur durch ein isokinetisches Feld des Kühlluftstroms über den ganzen Eingangsquerschnitt der wärmeerzeugenden Vorrichtung erhalten werden.
• Weiter behandelt die Druckschrift EP-A-0 311 934 das Problem des isokinetischen Felds des Luftstroms und beschreibt eine Luftdüse entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Die vorgeschlagene Düse ist so aufgebaut, daß sie die Kreisdrehung des Luftstroms bricht, die Stromfäden des Luftstroms geraderichtet, sie verteilt und den Luftstrom am Ausgang der Düse homogenisiert.
• Die Erfindung hat also eine Luftdüse für ein Kühlsystem gemäß Anspruch 1 zum Gegenstand.
• Die Erfindung und weitere Vorteile und Merkmale gehen aus der nachfolgenden, nicht beschränkend zu verstehenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnung hervor.
• Figur 1 ist eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Luftdüse ohne Homogenisierungsgitter im Schnitt.
• Figur 2 ist eine Draufsicht auf die Düse der Figur 1.
• Figur 3 zeigt ein zur Düse gehörendes Element.
• Figur 4 zeigt mehrere Teile eines zur Düse gehörenden Elements.
• Figur 5 zeigt einen teilweisen Schnitt der Figur 4.
• Figur 6 zeigt ein weiteres zur Düse gehörendes Element.
• Figur 8 ist eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Düse mit einem Homogenisierungsgitter.
• Figur 9 ist eine Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Luftdüse ohne Homogenisierungsgitter.
• Die Düse kann aufgrund der materiellen Umgebung gewissen Beschränkungen unterliegen. So kann die Höhe der Düse auf einen gewissen Wert beschränkt sein. Gleiches gilt für die Querschnitte der Eingangs- und Ausgangsflächen der Düse, die unterschiedlich sein können. Wenn die Luft von einem Ventilator geblasen wird, kann die Eingangsfläche beispielsweise kreisförmig sein, während die Ausgangsfläche quadratisch sein kann, wenn die zu kühlende Vorrichtung ein Widerstandsband eines Brems-Regelwiderstands auf einer Zugmaschine ist.
• Die Erfindung ermöglicht es, alle diese Beschränkungen zu berücksichtigen.
• Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft eine Luftdüse für ein Kühlsystem eines Brems-Regelwiderstands, wobei die Düse eine Eingangsfläche mit kreisförmigem Querschnitt und eine Ausgangsfläche mit quadratischem Querschnitt aufweist. Sie soll mit einem axialen Ventilator arbeiten.
• Figur 1 ist ein Schnitt gemäß I-I der Figur 2. Die Düse enthält einen flachen Ring 1, der als Basis für die mechanische Einheit dient und dessen Achse als Achse der Düse betrachtet werden kann. Dieser Ring hat Löcher 11, die zur Befestigung der Düse im Kühlsystem dienen. Die äußere Hülle 2 wird zum Beispiel durch Schweißen auf dem Ring 1 befestigt. Die Schweißnaht wird auf dem Innenrand des Rings durchgeführt.
• Die Hülle 2 soll den Übergang von einem kreisförmigen Querschnitt zu einem quadratischen Querschnitt erlauben. Es ist vorteilhaft, sie ausgehend von vier Wangen 21 bis 24 herzustellen, die einzeln in Figur 4 dargestellt sind und die z.B. durch Schweißen zusammengefügt werden. Die Ränder 211, 221, 231 und 241 entsprechen dem Innendurchmesser des Rings 1. Die Ränder 212, 222, 232 und 242 entsprechen dem Ausgangsquerschnitt der Düse. Figur 5 ist ein Schnitt gemäß V-V der Figur 4, der das von der Wange 22 an dieser Stelle gezeigt Profil zeigt.
• Die Düse enthält noch einen inneren Kegel 3, der nur in Figur 6 dargestellt ist. Der Kegel 3 besteht aus einem Mantel 31, der auf sich selbst geschlossen ist. Eine Öffnung 32 verbleibt an der Spitze des Kegels, dessen Basis von einer kreisförmigen Platte 33 mit einem zentralen Loch 34 verschlossen wird. Die Platte 33 ist am Mantel 31 zum Beispiel durch eine Schweißnaht befestigt.
• Die Düse enthält auch einen Außenkegel 4 geringer Kegelneigung und eines Durchmessers, der etwas unter dem der Hülle 2 liegt. Die Hülle 2, der Ring 1 und die Kegel 3 und 4 sind konzentrisch angeordnet. Die große Basis des Kegels 4 befindet sich auf Seiten der Eingangsfläche.
• Die Düse weist weiter wichtige Elemente auf, nämlich die Leitschaufeln, die es ermöglichen, den Fluß der Strömungsfäden zu führen. Diese Leitschaufeln sind besonders gut in Figur 2 zu sehen, wo sie das Bezugszeichen 5 tragen. Im beschriebenen Beispiel gibt es acht Leitschaufeln, die gleichmäßig um die Achse der Düse verteilt sind. Sie haben unterschiedliche Ausmaße, je nachdem, ob sie in der Mitte einer Seite des quadratischen Ausgangsquerschnitts oder in einem Winkel dieses Querschnitts enden. Diese Anordnung der Leitschaufeln ist besonders wirksam, aber die Leitschaufeln können auch an anderen Stellen enden.
• Jede Leitschaufel besteht aus zwei Teilen, von denen einer sich zwischen dem Innenkegel 3 und dem Außenkegel 4 und der andere zwischen dem Außenkegel 4 und der Hülle 2 befindet. Die Teile jeder Leitschaufel sind an diesen verschiedenen Elementen zum Beispiel durch eine Schweißnaht befestigt, die ihren mechanischen Halt gewährleistet.
• Die Leitschaufeln haben ein besonderes Profil, wie Figur 7 zeigt, die ein Schnitt gemäß VII-VII der Figur 2 ist. Vorzugsweise ist der Anströmungswinkel a der Schaufeln, d.h. der Winkel, der sich auf der Seite der Eingangsfläche der Düse befindet, gleich 45º und der Ausgangswinkel b gleich 90º.
• Die Ausgangsfläche der Düse besitzt vorteilhafterweise ein sogenanntes Homogenisierungsgitter, das die Gleichmäßigkeit des aus der Düse kommenden Luftstroms vervollkommnen soll.
• Das Homogenisierungsgitter ist in Figur 8 sichtbar, die eine Draufsicht entsprechend Figur 2 ist, die die Düse mit abgenommenem Gitter zeigt. Das Gitter 6 besteht aus einem Blech mit Löchern 61, von denen nur ein Teil dargestellt wurde. Es wurde festgestellt, daß man eine bessere Homogenität des austretenden Luftstroms erreicht, wenn zwei einander gegenüberliegende Winkel des Gitters abgeschnitten sind, wie Figur 8 zeigt.
• Die Schaufeln ermöglichen es, die Kreisbewegung des Eingangsluftstroms zu brechen und die ihn bildenden Strömungsfäden geradezurichten. Der Anströmungswinkel der Schaufeln kann um 10º um den idealen Wert von 45º schwanken, ohne die Vorrichtung zu beeinträchtigen. In Figur 2 sieht man, daß der Ventilator in Uhrzeigerrichtung dreht.
• Der Außenkegel 4 mit geringer Neigung ist ein Verteilkegel. Er erlaubt es, den Strom eingeblasener Luft in zwei Ströme zu teilen und die ursprüngliche periphere Leistung des Luftstroms zu dämpfen.
• Der Innenkegel 3 ermöglicht es, den Schatteneffekt der Nabe des axialen Ventilators und die Unterdruckzone zu vermeiden, die sonst unvermeidlich wäre. Der Durchmesser der Basis des Kegels 3 hängt von der Größe der Nabe des Ventilators ab.
• Die die Basis bildenden Elemente können zum Beispiel die folgenden Maße haben:
• - Für die Hülle 2: kreisförmige Öffnung eines Durchmessers von 510 mm und quadratische Öffnung einer Seitenlänge von 526 mm, Höhe der Hülle 145 mm.
• - Für den Verteilkegel 4: Durchmesser an der Basis 470 mm, oberer Durchmesser 430 mm.
• - Für den Flußkegel 3: Durchmesser an der Basis 230 mm, Durchmesser an der Spitze 10 mm.
• - Für das Homogenisierungsgitter 6: Löcher von 5 mm Durchmesser für einen Flächenanteil der Löcher von 46%.
• Man sieht also, daß die Düse es erlaubt, den Luftstrom über eine Höhe zu homogenisieren, die sehr gering ist im Vergleich mit dem Durchmesser der Eingangsfläche.
• Für einen besseren Betrieb der Düse ist es vorzuziehen, daß die Anzahl der Leitschaufeln sich von der Anzahl der Blätter des Ventilators unterscheidet.
• Figur 9 ist eine Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Luftdüse ohne das Homogenisierungsgitter.

Claims (6)

1. Luftdüse für ein Kühlsystem, die eine Eingangsfläche für den Einlaß eines von einem axialen Ventilator eingeblasenen Luftstroms und eine Ausgangsfläche aufweist, von der dieser Luftstrom zu einer zu kühlenden Vorrichtung gelangt, gekennzeichnet durch:

- eine Außenhülle (2), die die Eingangs- und Ausgangsfläche miteinander verbindet,

- einen zentralen Innenkegel (3), dessen Basen parallel zu den Eingangs- und Ausgangsflächen liegen und der es erlaubt, den durch die Nabe des axialen Ventilators eingeführten Schatteneffekt zu vermeiden,

- einen Außenkegel (4) oder Verteilkegel, der sich zwischen der Außenhülle (2) und dem zentralen inneren Kegel (3) befindet, wobei die Basen des Außenkegels parallel zu den Eingangsund Ausgangsflächen liegen, und

- Leitschaufeln (5), die zwischen den Eingangs- und Ausgangsflächen und zwischen dem zentralen Innenkegel (3) und der Außenhülle (2) liegen und es erlauben, die Strömungsfäden des eingeblasenene Luftstroms geradezurichten,

was es ermöglicht, den Ausgangsluftstrom nach Richtung und Intensität homogen zu machen.

2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (5) den Außenkegel (4) halten.

3. Düse nach einem beliebigen der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Schaufeln so gewählt ist, daß sie einen Anströmungswinkel (a), d.h. den Neigungswinkel der Leitschaufeln in Bezug auf die Eingangsfläche, zwischen 35º und 55º und vorzugsweise gleich 45º aufweisen, während der Ausgangswinkel der Schaufeln, d.h. der Neigungswinkel der Schaufeln in Bezug auf die Ausgangsfläche, gleich 90º ist.

4. Düse nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsfläche einen kreisförmigen Querschnitt und die Ausgangsfläche ein quadratischen Querschnitt hat.

5. Düse nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsfläche mit einem Homogenisierungsgitter (6) bedeckt ist.

6. Düse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Homogenisierungsgitter (6) an zwei entgegengesetzt liegenden Winkeln abgeschnitten ist.