EP1519052B1 - Cooling fan - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Lüfter eines Kühlgebläses für mindestens einen staudruckbeaufschlagten Wärmeübertrager eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a fan of a cooling fan for at least one staudruckbeaufschlagten heat exchanger of a motor vehicle according to the preamble of
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.Fans of cooling fans are usually designed as axial fans, in which axial blades are arranged circumferentially on a driven fan hub. The fan is behind a heat exchanger, z. As a coolant radiator, a charge air cooler or condenser or a so-called cooling module and sucks ambient air through the or the heat exchanger. On the leeward side of the heat exchanger or cooling module, a fan cover with a frame is arranged, in which the fan rotates. To improve the efficiency, the axial fans are also designed as a so-called shell fan, as known from DE 33 04 297 C2 of the applicant. Similar fans are also known from
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.From DE 198 49 561 A1, a front module for a motor vehicle has been disclosed, in which a plurality of heat exchangers with one or two fans are combined to form a cooling module or a front end. When driving fast of the motor vehicle here arises the problem of a backwater of the driving air, because the front end can not "swallow" the entire amount of air. The result is a reduced cooling capacity. The drive of the fan takes place in such arrangements temperature-dependent and intermittent, ie at high speed of the vehicle turns the fan off. In this case, there is also the problem that the fan hub "covers" a part of the end face of the heat exchanger, ie, prevents a uniform flow through the heat exchanger in the region upstream of the hub. This results in a reduction in the cooling capacity, ie, for example, an increase in the coolant temperature, so that the fan is turned on again, which has corresponding energy consumption to follow.
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.It is an object of the present invention to improve a fan of the type mentioned in that it less disturbs the flow of the heat exchanger and thereby improved cooling performance, combined with lower turn-on of the fan is achieved.
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.The solution of this problem arises from the features of
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.According to an advantageous embodiment, the fan runs in a frame of a fan cover. Also advantageous is an arrangement of the fan in the air flow direction behind the heat exchanger.
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.According to an advantageous embodiment of the invention, the air passage openings are arranged in the hub end face and formed there preferably in the form of circular sectors. The closure elements are also formed according to the openings in a sector of a circle, so they can fully release them, completely close or partially free. The fan hub thus consists of two mutually rotatable parts, between which advantageously springs and drivers are arranged. By this arrangement, the advantage is achieved that the air passage opening automatically closed when driven fan and automatically open when the fan is stationary in consequence of the spring pressure.
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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the closure elements are arranged as a circular segment-shaped flaps, which swing in the air flow direction to the rear and thus release a passage cross-section for the ram air. The hinged flaps are opened by a spring when the fan is stopped and automatically close when the fan is driven due to centrifugal force on the pivoting flaps, which move from an axial position to a radial position. This arrangement also has the advantage of automatic adjustment of the flaps.
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
- a fan hub with circular sector-shaped passage openings,
- Fig. 2
- the fan hub in a view from behind with closed openings,
- Fig. 2a
- the fan hub according to FIG. 2 in a front view,
- Fig. 3
- the fan hub with half-closed openings in a view from behind,
- Fig. 3a
- the fan hub according to FIG. 3 in a front view,
- Fig. 4
- the fan hub with released openings in a view from behind,
- Fig. 4a
- the fan hub according to FIG. 4 in a view from the front,
- Fig. 5
- a fan hub with circular segment-shaped openings in a view from behind and
- Fig. 6
- the fan hub of FIG. 5 in a front view.
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. Fig. 1 shows - in a view from the rear - an
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:The
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.The
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.When the
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. 2 shows the fan of FIG. 1 (same reference numerals are used) in a view from the rear, with fully
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. 2 a shows the fan according to FIG. 2 in a view from the front with the completely
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. 3 shows the fan according to FIG. 1 in a view from the rear, with half-opened
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. 3a shows the fan of FIG. 3 in a front view with
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. 4 shows the fan of FIG. 1 in a view from the rear, with fully open hub, ie the
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. 4a shows the fan of FIG. 4 in a view from the front with the released
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. 5 shows a second embodiment of the invention, namely a
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. FIG. 6 shows the
Claims (11)
- A fan of a cooling fan for at least one motor vehicle heat exchanger to which to ram air is applied, the fan being positioned in particular downstream of the heat exchanger in the direction of air flow, rotating in particular in a channel in a fan cowl and having a fan hub with a hub front face and fan blades positioned around the periphery, the fan hub (2; 11) having air openings (5; 17, 18),
characterised in that
the opening cross-section of the air openings can be adjusted by means of mobile closing elements (7; 15, 16) - A fan in accordance with claim 1,
characterised in that
the air openings (5; 17, 18) are positioned in the fan hub face (4; 12). - A fan in accordance with claim 2,
characterised in that
the air openings (5) are designed as sectors of a circle and are positioned evenly distributed around the periphery. - A fan in accordance with claims 2 or 3,
characterised in that
the closing elements (7) are also designed as sectors of a circle and are sections of a shutter disc (8) which can be rotated about the hub axis. - A fan in accordance with claims 1 or 2,
characterised in that
the air openings (17, 18) are designed as segments of a circle, in particular as approximately semi-circles. - A fan in accordance with claim 5,
characterised in that
the closing elements are designed as pivoting flaps (15, 16) the shape of segments of a circle with axes of pivoting (13b) which are positioned on a central web (13) in the hub front face (12). - A fan in accordance with one of claims 1 to 4,
characterised in that
positioned between the fan hub (7) and the closing elements (7, 8) are springs which causes the air openings (5) to open when the fan (1) is not being driven. - A fan in accordance with claim 7,
characterised in that
positioned on the closing elements (7) are carriers (9) which entrain the hub (2) when the fan (1) is being driven and close the air openings (5). - A fan in accordance with claim 5 or 6,
characterised in that
the pivoting flaps (15, 16) open dependent on centrifugal force. - A fan in accordance with claim 9,
characterised in that
the pivoting flaps (15, 16) are loaded in the direction of opening by means of springs. - A fan in accordance with claim 1,
characterised in that
the closing elements open and close dependent on ram pressure.
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