EP1519052B1

EP1519052B1 - Lüfter eines Kühlgebläses

Info

Publication number: EP1519052B1
Application number: EP20040021424
Authority: EP
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. Aschermann
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2003-09-19
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: EP1519052A2; EP1519052A3; DE10343894A1; DE502004002659D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Lüfter eines Kühlgebläses für mindestens einen staudruckbeaufschlagten Wärmeübertrager eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Lüfter von Kühlgebläsen sind meistens als Axiallüfter ausgebildet, bei welchen Axialschaufeln umfangseitig auf einer angetriebenen Lüfternabe angeordnet sind. Der Lüfter ist hinter einem Wärmeübertrager, z. B. einem Kühlmittelkühler, einem Ladeluftkühler oder Kondensator oder einem so genannten Kühlmodul angeordnet und saugt Umgebungsluft durch den oder die Wärmeübertrager. An der Leeseite des Wärmeübertragers oder Kühlmodules ist eine Lüfterhaube mit einer Zarge angeordnet, in welcher der Lüfter umläuft. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades sind die Axiallüfter auch als so genannte Mantellüfter ausgebildet, wie durch die DE 33 04 297 C2 der Anmelderin bekannt. Änliche Lüfter sind auch aus FR 2 815 676 A, US 3 385 516 A oder DE 29 51 775 A bekannt.
Durch die DE 198 49 561 A1 wurde ein Frontmodul für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem mehrere Wärmeübertrager mit einem oder zwei Lüftern zu einem Kühlmodul bzw. zu einem Frontend zusammengefasst sind. Bei Schnellfahrt des Kraftfahrzeuges ergibt sich hier das Problem eines Rückstaues der Fahrtluft, weil das Frontend nicht die gesamte Luftmenge "schlucken" kann. Die Folge ist eine verminderte Kühlleistung. Der Antrieb des Lüfters erfolgt bei derartigen Anordnungen temperaturabhängig und intermittierend, d. h. bei hoher Geschwindigkeit des Fahrzeuges schaltet sich der Lüfter ab. Dabei tritt ferner das Problem auf, dass die Lüfternabe einen Teil der Stirnfläche des Wärmeübertragers "abdeckt", d. h. eine gleichmäßige Durchströmung des Wärmeübertragers in dem der Nabe vorgelagerten Bereich verhindert. Dadurch ergibt sich eine Verminderung der Kühlleistung, d. h. z. B. ein Anstieg der Kühlmitteltemperatur, sodass der Lüfter wieder eingeschaltet wird, was entsprechenden Energieverbrauch zur folge hat.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lüfter der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass er die Durchströmung des Wärmeübertragers weniger stört und dadurch eine verbesserte Kühlleistung, verbunden mit geringeren Einschaltzeiten des Lüfters, erreicht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Patentanspruches 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in der Lüfternabe Luftdurchtrittsöffnungen angeordnet sind, die bei Stillstand des Lüfters eine Durchströmung der Nabe ermöglichen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass auch der Wärmeübertrager besser durchströmt, die Kühlleistung angehoben wird und der Lüfter weniger zuschaltet. Die Luftdurchtrittsöffnungen werden durch bewegliche Verschlusselemente beim Stillsetzen des Lüfters freigegeben, wobei die Durchtrittsöffnungen grundsätzlich im An- und Umströmungsbereich der Nabe, also auch auf deren Umfang angeordnet sein können. Die in das Kühlmodul durch den Kühlergrill eintretende Stauluft kann somit durch die Nabe hindurch strömen und hinter ihr wieder austreten. Dies setzt allerdings voraus, dass hinter der Nabe entsprechende Abströmmöglichkeiten für die Luft gegeben sind. Dies ist insbesondere bei Lüftern der Fall, die nicht durch einen in der Nabe angeordneten Elektromotor oder eine Flüssigkeitsreibungskupplung, sondern über einen Riementrieb angetrieben werden. Im Falle eines Mantellüfters wäre auch ein Antrieb über den Mantel möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform läuft der Lüfter in einer Zarge einer Lüfterhaube um. Ebenfalls von Vorteil ist eine Anordnung des Lüfters in Luftströmungsrichtung hinter dem Wärmeübertrager.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Luftdurchtrittsöffnungen in der Nabenstirnfläche angeordnet und dort vorzugsweise in Form von Kreissektoren ausgebildet. Die Verschlusselemente sind entsprechend den Öffnungen ebenfalls kreissektorförmig ausgebildet, sodass sie diese völlig freigeben, völlig verschließen oder teilweise frei geben können. Die Lüfternabe besteht somit aus zwei gegeneinander verdrehbaren Teilen, zwischen denen vorteilhafterweise Federn und Mitnehmer angeordnet sind. Durch diese Anordnung wird der Vorteil erreicht, dass die Luftdurchtrittsöffnung bei angetriebenen Lüfter automatisch geschlossen und bei stehendem Lüfter automatisch in folge des Federdrucks geöffnet werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Verschlusselemente als kreissegmentförmige Klappen angeordnet, die in Luftströmungsrichtung nach hinten ausschwenken und somit einen Durchtrittsquerschnitt für die Stauluft freigeben. Die Schwenkklappen werden bei stehendem Lüfter durch eine Feder geöffnet und schließen sich automatisch bei angetriebenem Lüfter infolge Fliehkraftwirkung auf die Schwenkklappen, welche sich aus einer in Axialrichtung liegenden Position in eine radiale Position bewegen. Auch diese Anordnung hat den Vorteil einer automatischen Verstellung der Klappen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1: eine Lüfternabe mit kreissektorförmigen Durchlassöffnungen,
Fig. 2: die Lüfternabe in einer Ansicht von hinten mit geschlossenen Öffnungen,
Fig. 2a: die Lüfternabe gemäß Fig. 2 in einer Ansicht von vorn,
Fig. 3: die Lüfternabe mit halb geschlossenen Öffnungen in einer Ansicht von hinten,
Fig. 3a: die Lüfternabe gemäß Fig. 3 in einer Ansicht von vorn,
Fig. 4: die Lüfternabe mit freigegebenen Öffnungen in einer Ansicht von hinten,
Fig. 4a: die Lüfternabe gemäß Fig. 4 in einer Ansicht von vorn,
Fig. 5: eine Lüfternabe mit kreissegmentförmigen Durchtrittsöffnungen in einer Ansicht von hinten und
Fig. 6: die Lüfternabe gemäß Fig. 5 in einer Ansicht von vorn.

Fig. 1 zeigt - in einer Ansicht von hinten - einen Axiallüfter 1 teilweise mit einer Nabe 2, auf deren Umfang sichelförmig ausgebildete Lüfterschaufeln 3 angeordnet sind. Die Nabe 2 weist eine Nabenstirnfläche 4 auf, in welcher drei kreissektorförmige Ausschnitte 5 als Luftdurchlassöffnungen angeordnet sind. In der Mitte der Nabenstirnfläche 4 ist eine Antriebswelle 6 angeordnet, über welche der Lüfter 1 von einem hier nicht dargestellten Antrieb, z. B. über einen Riementrieb angetrieben wird. In Fahrtrichtung gesehen vor der Lüfterstirnfläche 4, d. h. hinter der Zeichenebene ist eine Blendenscheibe 8 mit drei kreissektorförmigen Blendenabschnitten 7 drehbar angeordnet. Die Darstellung zeigt die Lüfternabe 2 mit halbgeöffneten bzw. halbgeschlossenen Luftdurchtrittsöffnungen 5; eine Hälfte ist also jeweils durch den Abschnitt 7 der Blendenscheibe 8 abgedeckt.
Der Lüfter 1, ein so genannter Sichellüfter ist - wie oben zum Stand der Technik ausgeführt - hinter einem nicht dargestellten Wärmeübertrager, insbesondere hinter einem Kühlmittelkühler angeordnet, der im vorderen Motorraum eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Der Lüfter 1 saugt Kühlluft durch die stromaufwärts von ihm angeordneten, nicht dargestellten Wärmeübertrager an und erzeugt somit einen Kühlluftstrom. Der Lüfter 1 ist - wie bekannt - temperaturabhängig gesteuert, d. h. er schaltet je nach Temperatur des zu kühlenden Mediums ein oder aus. Bei Schnellfahrt des Kraftfahrzeuges wird der Lüfter 1 in der Regel abgeschaltet, d. h. das vor ihm liegende Kühlmodul bzw. der Kühlmittelkühler werden dann von Stauluft beaufschlagt und durchströmt. In dieser Betriebsphase werden die Luftdurchtrittsöffnungen 5 in der Nabenstirnfläche 4 geöffnet, sodass die Stauluft durch die Öffnungen 5 hindurchströmen kann. Von der Rückseite der Nabenstirnfläche 4 gelangt die Luft in den Motorraum und von dort ins Freie. Die Freigabe der Luftdurchtrittsöffnungen 5 erfolgt durch Drehen der Blendenscheibe 8 im Uhrzeigersinn, d. h. entgegen der Richtung des Pfeils P, und zwar automatisch, wie im Folgenden beschrieben wird:
Die Antriebswelle 6 ist auf nicht dargestellte Weise mit der Blendenscheibe 8 verbunden, und zwischen der Blendenscheibe 8 und der Nabenstirnfläche 4 bzw. der Nabe 2 ist eine nicht dargestellte Feder, z. B. eine Torsionsfeder zwischengeschaltet. Diese Torsionsfeder bewirkt, dass das Antriebsmoment von der Antriebswelle 6 über die Torsionsfeder auf die Lüfternabe 2 übertragen wird. Hierzu sind am Rand der Blendenabschnitte 7 Mitnehmer 9 angeordnet. Dies bedeutet, dass beim Antrieb der Blendenscheibe 8 in Richtung des Pfeils P zunächst die Öffnungen 5 geschlossen werden, bis die Mitnehmer 9 an der Nabenstirnfläche 4 anschlagen und diese mitnehmen. Somit erfolgt eine automatische Schließung der Luftdurchtrittsöffnungen 5 bei angetriebenem Lüfter 1.
Bei abgeschaltetem Lüfter 1 entfällt das treibende Drehmoment, und die Torsionsfeder zwischen Blendenscheibe 8 und Nabenstirnfläche 4 wird in der Weise wirksam, dass die Öffnungen 5 voll geöffnet werden, bis die Mitnehmer 9 wiederum an der Nabenstirnfläche 4 - in ihrer anderen Extremstellung - anschlagen. Auf diese Art und Weise erfolgt ein automatisches Öffnungen und Schließen der Lüfternabe 2. Bei abgeschaltetem Lüfter 1 kann die Stauluft somit die Lüfternabenstirnfläche 4 durchströmen, womit gleichzeitig eine bessere Durchströmung der stromaufwärts gelegenen Wärmeübertrager erreicht wird, verbunden mit kürzeren Einschaltzeiten für den Lüfter 1.
Fig. 2 zeigt den Lüfter gemäß Fig. 1 (es werden gleiche Bezugszahlen verwendet) in einer Ansicht von hinten, mit voll geschlossener Nabenstirnfläche 4, d. h. die Öffnungen 5 sind voll durch die Abschnitte 7 abgedeckt.
Fig. 2a zeigt den Lüfter gemäß Fig. 2 in einer Ansicht von vorn mit der vollständig sichtbaren Blendenscheibe 8, die in Luftströmungsrichtung vor der Nabenstirnfläche 4 drehbar angeordnet ist.
Fig. 3 zeigt den Lüfter gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von hinten, und zwar mit halb geöffneter Nabenstirnfläche 4, d. h. Fig. 3 entspricht Fig. 1.
Fig. 3a zeigt den Lüfter gemäß Fig. 3 in einer Ansicht von vorn mit kompletter Blendenscheibe 8, die aus den drei Blendenabschnitten 7 und einem zentralen Nabenteil 8a besteht.
Fig. 4 zeigt den Lüfter gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von hinten, und zwar mit voll geöffneter Nabe, d. h. die Luftdurchtrittsöffnungen 5 sind vollständig frei gegeben.
Fig. 4a zeigt den Lüfter gemäß Fig. 4 in einer Ansicht von vorn mit den freigegebenen Luftdurchtrittsöffnungen 5, die somit voll vom Stauluftstrom durchströmbar sind.
Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, und zwar einen Lüfter 10 mit einer zylindrischen Nabe 11, die eine Nabenstirnfläche 12 aufweist. Innerhalb der Nabe 11 ist ein durch den Mittelpunkt der Nabe verlaufender mittlerer Steg 13 angeordnet, der mit seinen Schmalseiten 13a an der Lüfternabe 11 befestigt ist und in seiner Mitte eine Antriebswelle 14 trägt. Der Steg 13 weist ferner Längsseiten 13b auf, an welchen über je eine Schwenk- oder Knickachse (z. B. Filmscharnier) zwei Klappen 15, 16 angeordnet sind, die eine Kreissegmentform aufweisen. In der dargestellten Position sind die Klappen 15, 16 in Fahrtrichtung nach hinten geklappt, d. h. sie geben einen Teil der Nabenstirnfläche 12 frei. Diese Position nehmen die Klappen 15, 16 bei stehendem Lüfter, also beispielsweise bei Schnellfahrt des Kraftfahrzeuges ein. Die Klappen 15, 16 sind vorzugsweise über eine nicht dargestellte, an beiden Klappen angreifende Zugfeder zusammengehalten.
Fig. 6 zeigt den Lüfter 10 gemäß Fig. 5 in einer Ansicht von vorn, d. h. entgegen der Fahrtrichtung und in Luftströmungsrichtung. Die Nabenstirnfläche 12 weist also zwei kreissegmentförmige, fast halbkreisförmige Luftdurchtrittsöffnungen 17, 18 auf, durch welche die Stauluft strömen kann. Wenn der Lüfter 10 wieder angetrieben wird, greifen an den Klappen 15, 16 Zentrifugalkräfte an, welche die Klappen 15, 16 in eine radial ausgerichtete Stellung, d. h. in eine Radialebene, und damit in Schließstellung bewegen. Somit erfolgt bei angetriebenem Lüfter ein automatisches Schließen der Nabenstirnfläche 12, während bei stehendem Lüfter die oben erwähnte Zugfeder die Klappen 15, 16 wieder öffnet.

Claims

Lüfter eines Kühlgebläses für mindestens einen stauluftbeaufschlagbaren Wärmeübertrager eines Kraftfahrzeuges, wobei der Lüfter insbesondere in Luftströmungsrichtung hinter dem Wärmeübertrager angeordnet ist, insbesondere in einer Zarge einer Lüfterhaube umläuft und eine Lüftemabe mit einer Nabenstimfläche sowie umfangsseitig angeordneten Lüfterschaufeln aufweist, wobei die Lüfternabe (2; 11) Luftdurchtrittsöffnungen (5; 17, 18) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchtrittsöffnungen durch bewegliche Verschlusselemente (7; 15, 16) in ihrem Öffnungsquerschnitt veränderbar sind.
Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchtrittsöffnungen (5; 17, 18) in der Nabenstirnfläche (4; 12) angeordnet sind.
Lüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchtrittsöffnungen (5) kreissektorförmig ausgebildet und über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
Lüfter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusselemente (7) ebenfalls kreissektorförmig ausgebildet und Abschnitte einer um die Nabenachse drehbaren Blendenscheibe (8) sind.
Lüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdurchtrittsöffnungen (17, 18) als Kreissegmente, insbesondere als angenäherte Halbkreise ausgebildet sind.
Lüfter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusselemente als kreissegmentförmige Schwenklappen (15, 16) ausgebildet sind, deren Schwenkachsen (13b) an einem mittleren Steg (13) in der Nabenstirnfläche (12) angeordnet sind.
Lüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Lüftemabe (2) und den Verschlusselementen (7, 8) Federn angeordnet sind, die bei nicht angetriebenem Lüfter (1) ein Öffnen der Luftdurchtrittsöffnungen (5) bewirken.
Lüfter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verschlusselementen (7) Mitnehmer (9) angeordnet sind, welche die Nabe (2) bei angetriebenem Lüfter (1) mitnehmen und die Luftdurchtrittsöffnungen (5) verschließen.
Lüfter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkklappen (15,16) fliehkraftabhängig öffnen.
Lüfter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkklappen (15, 16) durch Federn in Öffnungsrichtung belastet sind.
Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusselemente staudruckabhängig öffnen und schließen.