EP1890018A1 - Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug Download PDF

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EP1890018A1
EP1890018A1 EP07013565A EP07013565A EP1890018A1 EP 1890018 A1 EP1890018 A1 EP 1890018A1 EP 07013565 A EP07013565 A EP 07013565A EP 07013565 A EP07013565 A EP 07013565A EP 1890018 A1 EP1890018 A1 EP 1890018A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling device
flow
axial fan
zargenring
fan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07013565A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Blass
Ulrich Vollert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1890018A1 publication Critical patent/EP1890018A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • F28F9/002—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core with fastening means for other structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/10—Guiding or ducting cooling-air, to, or from, liquid-to-air heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/02—Pumping cooling-air; Arrangements of cooling-air pumps, e.g. fans or blowers
    • F01P5/06—Guiding or ducting air to, or from, ducted fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/526—Details of the casing section radially opposing blade tips
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0091—Radiators
    • F28D2021/0094—Radiators for recooling the engine coolant

Definitions

  • the invention relates to a cooling device for a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
  • the applicant has been known a cooling device for motor vehicles with an axial fan, which is fixed to the engine and driven by the internal combustion engine of the motor vehicle.
  • the axial fan sucks air through a coolant radiator, on the back of which a radiator frame for channeling the air flow is attached.
  • the axial fan has an axial blading with an outer guide ring (shell), which protrudes counter to the flow direction over the blade leading edges and protrudes into a motor-fixed inlet nozzle.
  • the guide ring is radially expanded in its downstream region and may additionally also have a diffuser part. Due to a strong throttling, the axial fan has a semi-axial flow, which is supported or reinforced by the extended area of the guide ring and the diffuser part. Due to the motomahen installation of the axial fan, it may come in the known arrangement for recirculation of the exiting fan flow, ie to a Wiederansaugung by the radiator, whereby the cooling performance is impaired.
  • the Zargenring expanded radially outward to a funnel-shaped flow guide.
  • the flow exiting the fan a semi-axial or semi-radial flow (axial and radial component flow) is directed outwardly through the flow directing device, i. H. further deflected in the radial direction.
  • the radial extension of the flow-guiding device is characterized by an opening angle which is at least 55 degrees, preferably 60 degrees and more with respect to the axial direction.
  • the radial expansion can take place in one stage through a conical surface with an opening angle or in at least two stages by at least two adjoining conical surfaces with increasing opening angles or trumpet- or bell-shaped.
  • a relatively strong expansion takes place, which further amplifies the existing already in the fan semi-radial flow in the radial direction. It is thus achieved on relatively short axial space a relatively strong deflection.
  • the opening angle ⁇ can also be made variable over the circumference, if the outflow conditions behind the fan, z. B. are different due to arranged on the engine ancillaries.
  • the flow guide is characterized by a maximum outer diameter at the downstream end which is at least 1.1 times, preferably 1.15 times the fan diameter.
  • a maximum deflection of the outflow can be achieved in the space available in the vehicle.
  • the fan blades may either circulate within the cylindrical portion of the bezel ring or may have a downstream blade protrusion extending into the enlarged portion of the flow directing device.
  • a known inlet nozzle is provided on the Zargenring, which cooperates with a fixed to the blade tips guide ring or jacket.
  • an annular gap and consequently a gap flow with 180-degree deflection is generated.
  • the gap flow in the annular gap is directed against the main axial flow in the fan and sucks in air from the outflow area. It is also advantageous that a higher delay in the discharge area is achieved by the suction due to the gap flow (effect of the boundary layer suction).
  • the semi-axial outflow and the radial deflection of the outflow to the outside can be supported by a radially expanding jacket of the fan, d. H. a mantle widening like a diffuser. The tendency to detach the flow is thus reduced.
  • the Zargenring is arranged fixed to the engine, d. H. attached to the block of the internal combustion engine. This results in relative movements between the frame and the radiator or between Zargenring and frame.
  • the relative movements are advantageously compensated by flexible or movable sealing means in the form of lips or bellows.
  • the axial fan is also arranged motor-fixed and is preferably driven by a liquid friction clutch by the internal combustion engine. This results in minimal gap between the frame ring and the fan blade tips or fan shroud.
  • Fig. 1 shows a cooling device 1 according to the invention for a motor vehicle, which has an engine block 2 to which an axial fan 3 is attached and stored.
  • the axial fan 3 has a fan hub 3a with an axial blading 3b and a rotation axis a.
  • the Lüftemabe 3a is attached to a fluid friction clutch, not shown, which is driven by a belt drive 4 (a direct drive via the crankshaft the internal combustion engine is also possible).
  • a coolant / air cooler 5 hereinafter referred to as radiator, arranged, which - which is not shown - relative to the body of the motor vehicle (eg., The longitudinal members) is supported.
  • the cooler 5 is traversed by air, represented by an arrow L. Downstream, the radiator 5 is followed by a frame 6, which is hood-like and the air flow exiting the radiator 5 the axial fan 3 supplies.
  • the latter is surrounded by a Zargenring 7, which is cylindrical on its inner side and to which in the downstream direction, a funnel-shaped expanding flow guide 8 connects.
  • the Zargenring 7 and the flow control device 8 are integrally formed in the illustrated embodiment.
  • an elastic lip 7a is arranged, which rests against the frame 6 and can slide on this.
  • the frame ring 7 is - which is not shown - attached to the engine block 2, while the frame 6 is attached via an elastic fastening element 6a on the radiator 5.
  • the fan 3 or its blading 3b has an outer diameter D L
  • the flow guide 8 has an outer diameter D A at its downstream end.
  • the two diameters D A , D L satisfy the following inequality: 1.1 ⁇ D A / D L ⁇ 1.4, in particular 1.15 ⁇ D A / D L.
  • the flow-guiding device 8 has a conical surface 8a which forms an angle ⁇ with the axial direction (rotation axis a), which characterizes the extent of the radial expansion of the flow-guiding device 8. This so-called opening angle ⁇ is greater than 55 degrees, preferably greater than 60 degrees.
  • the geometry of the flow guide 8 is determined.
  • the transition from the cylindrical region of the Zargenringes 7 to the conical region 8a is preferably rounded, ie formed aerodynamically.
  • the flow guide device 8, 8a has the effect that the air flow emerging from the fan 3b-represented by a dashed flow arrow P-is deflected outward in the radial direction.
  • Fig. 2 shows a cooling device 9, similar to the cooling device 1 Fig. 1, but with a modified or axially offset axial fan 10 with a hub 10a and 10b Axialbeschaufelung.
  • the blades 10b have in the flow direction of the air a blade supernatant ü with respect to the cylindrical part of the frame 7, ie the blades 10b extend with their supernatant ü in the radially enlarged conical portion 8a of the Strömungsleit Anlagen 8.
  • a dashed flow arrow S is the course of shown half-axial flow over the blades 10b and the outflow into the region of the flow guide 8.
  • This variant with blade overhang ü supports a low-loss outflow with subsequent radial deflection and stabilizes the flow.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the invention, a cooling device 11, in which a frame 12, a Zargenring 13 and a flow guide 14 are integrally formed as a plastic injection molded part.
  • an inlet nozzle 15 is injection molded in the inlet region of the frame ring 13, as described in a similar form in the aforementioned prior art.
  • the axial fan 16 is designed as a so-called shell fan, ie, on the circumference of the blades 16b, a jacket or guide ring 17 is arranged and connected to the blade tips.
  • the guide ring 17 on an input-side projection on which projects into the inlet nozzle 15. As a result, a 180-degree deflection is achieved.
  • the guide ring 17 has a downstream part 17 b, which is flared and forms a transition to the adjoining flow guide 14. Between the guide ring 17 and Zargenring 13 thus an annular gap 18 is formed, which forms a gap flow against the main flow in the fan.
  • the inlet nozzle 15 in conjunction with the guide ring 17 the flow conditions are improved in the blade tip area, reduces the noise level and reduces a leakage flow.
  • results from the extraction of the gap flow in the downstream region of the fan a stronger Delays the main flow and a better concern of the flow at the flow guide 14.
  • the gap flow thus has the known effect of a boundary layer suction. Otherwise, the cooling device 11 corresponds to the cooling device 1 according to FIG. 1.
  • the frame 12, Zargenring 13, flow guide 14 and inlet nozzle 15 existing plastic injection molded part is connected via struts, not shown, with the engine block 2. Between guide ring 17 and Zargenring 13 thus occur virtually no relative movements, so that a minimum annular gap 18 can be realized. In contrast, an elastic or movable attachment of the frame 12 relative to the radiator 5 is required, which is preferably carried out by an elastic fastening member 12 a.
  • FIG. 4 shows, as a further exemplary embodiment of the invention, a cooling device 20 with an internal combustion engine 21, which has a number of ancillary units 22 in the front area, for example a coolant pump and a generator, which are connected to one another via a belt drive.
  • the front side of the internal combustion engine 21 is formed by the arrangement of the ancillary units 22 is relatively rugged and irregular.
  • a driver's cab 23 is arranged, which closes the engine compartment upwards.
  • an axial fan 3 and a cooler 5 or a cooling module formed from a plurality of heat exchangers are arranged.
  • a frame 24 is arranged with a Zargenring 25, in which the axial fan 3 rotates.
  • a flow guide 26 which has a seen over the circumference of the Zargenringes 25, different opening angle ⁇ :
  • two different opening angles are exemplified, an upper opening angle ⁇ 1 of about 90 ° and a lower opening angle ⁇ 2 of about 55 °.
  • the flow guide 26 is thus to the different outflow conditions behind the axial fan 3, caused by the arrangement of the ancillary units 22 adapted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (2), umfassend einen von Luft durchströmbaren Kühlmittelkühler (5), einen in Lurtströmungsrichtung (L) hinter dem Kühlmittelkühler (5) angeordneten Axiallüfter (3), eine zwischen dem Kühlmittelkühler (5) und dem Axiallüfter (3) angeordnete Zarge (6) mit einem Zargenring (7), in welchem der Axiallüfter (3, 3b) drehbar angeordnet ist. Es wird vorgeschlagen, dass der Zargenring (7) luftabströmseitig radial zu einer Strömungsleheinrichtung (8) erweitert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Durch die DE 33 04 297 C2 der Anmelderin wurde eine Kühlvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit einem Axiallüfter bekannt, welcher motorfest angeordnet und von der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges antreibbar ist. Der Axiallüfter saugt Luft durch einen Kühlmittelkühler, an dessen Rückseite eine Kühlerzarge zur Kanalisierung der Luftströmung befestigt ist. Der Axiallüfter weist eine Axialbeschaufelung mit einem äußeren Leitring (Mantel) auf, welcher entgegen der Strömungsrichtung über die Schaufelvorderkanten vorsteht und in eine motorfeste Einlaufdüse hineinragt. Durch diese Kombination von Einlaufdüse und vorstehendem Leitring wird ein Ringspalt mit einer 180-Grad-Umlenkung geschaffen, welcher einen stark gedrosselten Spaltluftstrom erzeugt. Der Leitring ist in seinem stromabwärtigen Bereich radial erweitert und kann zusätzlich auch ein Diffusorteil aufweisen. Aufgrund einer starken Drosselung weist der Axiallüfter eine halbaxiale Strömung auf, welche durch den erweiterten Bereich des Leitringes und den Diffusorteil unterstützt bzw. verstärkt wird. Bedingt durch den motomahen Einbau des Axiallüfters, kann es bei der bekannten Anordnung zur Rezirkulation der austretenden Lüfterströmung kommen, d. h. zu einer Wiederansaugung durch den Kühler, wodurch die Kühlleistung beeinträchtigt wird.
  • Durch die DE 42 22 264 A1 wurde eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Elektrolüfter, d. h. mit einem elektromotorisch angetriebenen Lüfter bekannt. Bei dieser bekannten Bauart sind der Elektromotor und der Axiallüfter (das Axialgebläse) über Streben, einen Zargenring und eine Kühlerzarge kühlerseitig befestigt. Der Zargenring weist einen zylindrischen Teil auf, in welchem der Axiallüfter umläuft, und eine sich an den zylindrischen Teil stromabwärts anschließende diffuse Aufweitungsfläche. Weitere Angaben über die Ausbildung, Dimensionierung und den Zweck der diffusen Aufweitungsfläche sind der Druckschrift nicht zu entnehmen. In Übereinstimmung mit der zeichnerischen Darstellung wird der Fachmann daher von einem klassischen Diffusor mit einem Öffnungswinkel von ca. 7 Grad gegenüber der Axialrichtung ausgehen. Dies bedeutet, dass die Abströmung der Luft hinter dem Axiallüfter axial gerichtet ist, d. h. es findet keine Umlenkung, sondern lediglich eine Verzögerung der Strömung statt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art hinsichtlich der Lüftercharakteristik zu verbessern und darüber hinaus eine Rezirkulation der aus dem Lüfter austretenden Luftströmung zu verhindern.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich der Zargenring abströmseitig radial zu einer trichterförmigen Strömungsleiteinrichtung erweitert. Die aus dem Lüfter austretende Strömung, eine Halbaxial- bzw. Halbradialströmung (Strömung mit axialer und mit radialer Komponente), wird durch die Strömungsleiteinrichtung nach außen, d. h. in radiale Richtung weiter umgelenkt. Damit wird verhindert, dass die Abströmung hinter dem Lüfter frontal auf den Motorblock und andere Aggregate hinter dem Lüfter auftrifft und sich dort staut. Durch die radiale Umlenkung der Strömung wird auch eine Rezirkulation, d. h. ein Wiedereintritt der Luftströmung in den Kühler unterbunden, wodurch die Kühlleistung verbessert wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die radiale Erweiterung der Strömungsleiteinrichtung ist durch einen Öffnungswinkel gekennzeichnet, der mindestens 55 Grad, vorzugsweise 60 Grad und mehr gegenüber der axialen Richtung beträgt. Die radiale Erweiterung kann in einer Stufe durch eine konische Fläche mit einem Öffnungswinkel oder in mindestens zwei Stufen durch mindestens zwei aneinander anschließende konische Flächen mit wachsenden Öffnungswinkeln oder trompeten- oder glockenförmig erfolgen. Damit findet eine relativ starke Erweiterung statt, die die bereits im Lüfter vorhandene halbradiale Strömung weiter in radiale Richtung verstärkt. Es wird somit auf relativ kurzem axialen Bauraum eine relativ starke Umlenkung erreicht. Der Öffnungswinkel α kann auch über den Umfang variabel gestaltet werden, wenn die Abströmbedingungen hinter dem Lüfter, z. B. aufgrund von an der Brennkraftmaschine angeordneten Nebenaggregaten unterschiedlich sind.
  • Vorteilhafterweise ist die Strömungsleiteinrichtung durch einen maximalen Außendurchmesser am stromabwärtigen Ende gekennzeichnet, der mindestens das 1,1-fache, vorzugsweise das 1,15-fache des Lüfterdurchmessers beträgt. Damit kann in dem im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraum eine maximale Umlenkung der Abströmung erreicht werden.
  • Die Lüfterschaufeln können entweder innerhalb des zylindrischen Bereiches des Zargenringes umlaufen, oder sie können einen stromabwärtsseitigen Blattüberstand aufweisen, der in den erweiterten Bereich der Strömungsleiteinrichtung hineinragt. Damit wird der Vorteil erreicht, dass die halbaxiale Strömung in den außen liegenden Blatt- bzw. Blattspitzenbereichen besser abfließen kann und sich sofort - ohne Ablösung - an die Innenwand der Strömungsleiteinrichtung anlegt; die Strömung wird stabilisiert.
  • Zur weiteren Verbesserung der Lüftercharakteristik ist eine an sich bekannte Einlaufdüse am Zargenring vorgesehen, welche mit einem an den Blattspitzen befestigten Leitring bzw. Mantel zusammenwirkt. Dadurch wird ein Ringspalt und demzufolge eine Spaltströmung mit 180-Grad-Umlenkung erzeugt. Die Spaltströmung im Ringspalt ist entgegen der Hauptaxialströmung im Lüfter gerichtet und saugt Luft aus dem Abströmbereich an. Vorteilhaft hierbei ist auch, dass durch die Absaugung infolge der Spaltströmung eine höhere Verzögerung im Abströmbereich erzielt wird (Effekt der Grenzschichtabsaugung).
  • Die halbaxiale Abströmung und die radiale Umlenkung der Abströmung nach außen kann durch einen sich radial erweiternden Mantel des Lüfters unterstützt werden, d. h. einen sich diffusorartig erweiternden Mantel. Die Neigung zur Ablösung der Strömung wird damit verringert.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Zargenring motorfest angeordnet, d. h. am Block der Brennkraftmaschine befestigt. Dadurch ergeben sich Relativbewegungen zwischen der Zarge und dem Kühler bzw. zwischen Zargenring und Zarge. Die Relativbewegungen werden vorteilhafterweise durch flexible oder bewegliche Dichtmittel in Form von Lippen oder Faltenbalgen kompensiert.
  • Der Axiallüfter ist ebenfalls motorfest angeordnet und wird vorzugsweise über eine Flüssigkeitsreibungskupplung durch die Brennkraftmaschine angetrieben. Damit ergeben sich zwischen Zargenring und Lüfterblattspitzen bzw. Lüftermantel minimale Spalte.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert, Es zeigen
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit motorfestem Axiallüfter und Kühler,
    Fig. 2
    eine abgewandelte Ausführungsform des Axiallüfters gemäß Fig. 1,
    Fig. 3
    eine weitere Ausführungsform der Kühlvorrichtung mit Mantellüfter und integrierter Einlaufdüse und
    Fig. 4
    eine weitere Ausführungsform einer Strömungsleiteinrichtung mit einem über den Umfang variablen Öffnungswinkel α.
  • Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug, welches einen Motorblock 2 aufweist, an welchem ein Axiallüfter 3 befestigt und gelagert ist. Der Axiallüfter 3 weist eine Lüftemabe 3a mit einer Axialbeschaufelung 3b und einer Rotationsachse a auf. Die Lüftemabe 3a ist an einer nicht dargestellten Flüssigkeitsreibungskupplung befestigt, welche über einen Riementrieb 4 angetrieben wird (ein direkter Antrieb über die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ist ebenso möglich). Auf der dem Motorblock 2 abgewandten Seite des Axiallüfters 3 ist ein Kühlmittel/Luftkühler 5, im Folgenden Kühler genannt, angeordnet, welcher - was nicht dargestellt ist - gegenüber der Karosserie des Kraftfahrzeuges (z. B. den Längsträgern) abgestützt ist. Zwischen Kühler 5 und Motorblock 2 treten daher Relativbewegungen auf. Der Kühler 5 wird von Luft, dargestellt durch einen Pfeil L, durchströmt. Abströmseitig schließt sich an den Kühler 5 eine Zarge 6 an, die haubenartig ausgebildet ist und die aus dem Kühler 5 austretende Luftströmung dem Axiallüfter 3 zuführt. Letzterer ist von einem Zargenring 7 umgeben, der auf seiner Innenseite zylindrisch ausgebildet ist und an den sich in stromabwärtiger Richtung eine sich trichterförmig erweiternde Strömungsleiteinrichtung 8 anschließt. Der Zargenring 7 und die Strömungsteiteinrichtung 8 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet. Am stromaufwärtigen Teil des Zargenringes 7 ist eine elastische Lippe 7a angeordnet, welche sich an die Zarge 6 anlegt und auf dieser gleiten kann. Der Zargenring 7 ist - was nicht dargestellt ist - am Motorblock 2 befestigt, während die Zarge 6 über ein elastisches Befestigungselement 6a am Kühler 5 befestigt ist. Der Lüfter 3 bzw. seine Beschaufelung 3b weist einen Außendurchmesser DL auf Die Strömungsleiteinrichtung 8 weist an ihrem stromabwärtigen Ende einen Außendurchmesser DA auf. Die beiden Durchmesser DA, DL, genügen folgender Ungleichung: 1,1 ≤ DA/ DL ≤ 1,4, insbesondere 1,15 ≤ DA/ DL. Die Strömungsleiteinrichtung 8 weist eine konische Fläche 8a auf, welche mit der Axialrichtung (Rotationsachse a) einen Winkel α bildet, welcher das Maß der radialen Erweiterung der Strömungsleiteinrichtung 8 kennzeichnet. Dieser so genannte Öffnungswinkel α ist größer als 55 Grad, vorzugsweise größer als 60 Grad gewählt. Mit den beiden vorgenannten Dimensionierungseinheiten DA/ DL und dem Öffnungswinkel α ist die Geometrie der Strömungsleiteinrichtung 8 bestimmt. Der Übergang vom zylindrischen Bereich des Zargenringes 7 zum konischen Bereich 8a ist vorzugsweise gerundet, d. h. strömungsgünstig ausgebildet.
  • Die erfindungsgemäße Strömungsleiteinrichtung 8, 8a hat die Wirkung, dass die aus dem Lüfter 3b austretende Luftströmung - dargestellt durch einen gestrichelten Strömungspfeil P - in radiale Richtung nach außen umgelenkt wird. Damit wird einerseits ein Stau der Luftströmung vor dem Motorblock 2 und andererseits eine Rezirkulation, d. h. eine Rückströmung in Richtung Kühlereintritt 5 vermieden.
  • Fig. 2 zeigt eine Kühlvorrichtung 9, ähnlich wie die Kühlvorrichtung 1 Fig. 1, allerdings mit einem abgewandelten bzw. axial versetzten Axiallüfter 10 mit einer Nabe 10a und einer Axialbeschaufelung 10b. Die Schaufeln 10b weisen in Strömungsrichtung der Luft einen Schaufelüberstand ü gegenüber dem zylindrischen Teil der Zarge 7 auf, d. h. die Schaufeln 10b erstrecken sich mit ihrem Überstand ü in den radial erweiterten konischen Bereich 8a der Strömungsleiteinrichtung 8. Durch einen gestrichelten Strömungspfeil S ist der Verlauf der halbaxialen Strömung über die Schaufelblätter 10b und die Abströmung in den Bereich der Strömungsleiteinrichtung 8 dargestellt. Diese Variante mit Schaufelüberstand ü unterstützt eine verlustarme Abströmung mit anschließender radialer Umlenkung und stabilisiert die Strömung.
  • Fig. 3 zeigt als weitere Ausführungsform der Erfindung eine Kühlvorrichtung 11, bei welcher eine Zarge 12, ein Zargenring 13 und eine Strömungsleiteinrichtung 14 einstückig als Kunststoffspritzteil ausgebildet sind. Darüber hinaus ist im Eintrittsbereich des Zargenringes 13 eine Einlaufdüse 15 angespritzt, wie sie in ähnlicher Form im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben ist. Der Axiallüfter 16 ist als so genannter Mantellüfter ausgebildet, d. h. am Umfang der Schaufeln 16b ist ein Mantel bzw. Leitring 17 angeordnet und mit den Schaufelspitzen verbunden. Wie ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, weist der Leitring 17 einen eingangsseitigen Überstand auf, welcher in die Einlaufdüse 15 hineinragt. Dadurch wird eine 180-Grad-Umlenkung erreicht. Der Leitring 17 weist einen abströmseitigen Teil 17b auf, der konisch erweitert ist und einen Übergang zu der sich anschließenden Strömungsleiteinrichtung 14 bildet. Zwischen Leitring 17 und Zargenring 13 wird somit ein Ringspalt 18 gebildet, welcher eine Spaltströmung entgegen der Hauptströmung im Lüfter ausbildet. Durch die Einlaufdüse 15 in Verbindung mit dem Leitring 17 werden die Strömungsverhältnisse im Blattspitzenbereich verbessert, der Geräuschpegel reduziert und eine Leckageströmung verringert. Darüber hinaus ergibt sich durch die Absaugung der Spaltströmung im stromabwärtigen Bereich des Lüfters eine stärkere Verzögerung der Hauptströmung und ein besseres Anliegen der Strömung an der Strömungsleiteinrichtung 14. Die Spaltströmung hat somit den an sich bekannten Effekt einer Grenzschichtabsaugung. Im Übrigen entspricht die Kühlvorrichtung 11 der Kühlvorrichtung 1 gemäß Fig. 1.
  • Das aus Zarge 12, Zargenring 13, Strömungsleiteinrichtung 14 und Einlaufdüse 15 bestehende Kunststoffspritzteil ist über nicht dargestellte Streben mit dem Motorblock 2 verbunden. Zwischen Leitring 17 und Zargenring 13 treten somit praktisch keine Relativbewegungen auf, sodass ein minimaler Ringspalt 18 realisierbar ist. Dagegen ist eine elastische bzw. bewegliche Befestigung der Zarge 12 gegenüber dem Kühler 5 erforderlich, was vorzugsweise durch ein elastisches Befestigungsglied 12 a erfolgt.
  • Abweichend von den zeichnerischen Ausführungsbeispielen, die eine konische bzw. kegelförmige Fläche 8a der Strömungsleiteinrichtung 8 zeigen, ist auch eine glocken- oder trompetenförmige Form möglich und im Rahmen der Erfindung liegend.
  • Fig. 4 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Kühlvorrichtung 20 mit einer Brennkraftmaschine 21, welche im frontseitigen Bereich eine Reihe von Nebenaggregaten 22 aufweist, beispielsweise eine Kühlmittelpumpe und einen Generator, welche über einen Riementrieb miteinander verbunden sind. Die Frontseite der Brennkraftmaschine 21 ist durch die Anordnung der Nebenaggregate 22 relativ zerklüftet und unregelmäßig ausgebildet. Oberhalb der Brennkraftmaschine 21 ist eine Fahrerkabine 23 angeordnet, welche den Motorraum nach oben abschließt. In Fahrtrichtung vor den Nebenaggregaten 22 sind ein Axiallüfter 3 und ein Kühler 5 bzw. ein aus mehreren Wärmeübertragern gebildetes Kühlmodul angeordnet. Zwischen dem Kühler 5 und dem Axiallüfter 3 ist eine Zarge 24 mit einem Zargenring 25 angeordnet, in welchem der Axiallüfter 3 umläuft. An den Zargenring 25 schließt sich eine Strömungsleiteinrichtung 26 an, welche einen, über den Umfang des Zargenringes 25 gesehen, unterschiedlichen Öffnungswinkel α aufweist: In der Zeichnung sind beispielhaft zwei unterschiedliche Öffnungswinkel dargestellt, ein oberer Öffnungswinkel α1 von etwa 90° und ein unterer Öffnungswinkel α2 von etwa 55°. Die Strömungsleiteinrichtung 26 ist somit an die unterschiedlichen Abströmbedingungen hinter dem Axiallüfter 3, hervorgerufen durch die Anordnung der Nebenaggregate 22, angepasst. Durch diese über den Umfang variable Ausbildung des Öffnungswinkels α ergibt sich eine widerstandärmere Abströmung der Kühlluft.

Claims (14)

  1. Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (2, 21), umfassend einen von Luft durchströmbaren Kühlmittelkühler (5), einen in Luftströmungsrichtung (L) hinter dem Kühlmittelkühler (5) angeordneten Axiallüfter (3), eine zwischen dem Kühlmittelkühler (5) und dem Axiallüfter (3) angeordnete Zarge (6, 12, 24) mit einem Zargenring (7, 13, 24), in welchem der Axiallüfter (3, 3b) drehbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zargenring (7, 13, 25) luftabströmseitig radial zu einer Strömungsleiteinrichtung (8, 14, 26) erweitert ist.
  2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung (8) eine Fläche (8a) aufweist, welche mit der Achse (a) des Axiallüfters (3) einen Öffnungswinkel α bildet, wobei α ≥ 55°, vorzugsweise α ≥ 60° ist.
  3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleiteinrichtung (8) eine konische Fläche (8a) aufweist.
  4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel α der Strömungsleiteinrichtung (26), über den Umfang des Zargenringes (25) gesehen, variabel ausgebildet ist, insbesondere Werte zwischen α1 ≥ 55° und α2 ≤ 90° aufweist.
  5. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Axiallüfter (3, 10, 16) einen Außendurchmesser DL und die Strömungsleiteinrichtung (8, 14) einen abströmseitigen Außendurchmesser DA aufweisen, wobei die Beziehung gilt: DA ≥ 1,1 DL, vorzugsweise DA ≥ 1,15 DL.
  6. Kühlvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (3b) des Axiallüfters (3) innerhalb der axialen Erstreckung des zylindrischen Bereiches des Zargenringes (7) umlaufen.
  7. Kühlvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Axiallüfter (10) Lüfterschaufeln (10b) mit einem abströmseitigen Schaufelüberstand (ü) aufweist, der sich in den axialen Bereich der Strömungsleiteinrichtung (8, 8a) erstreckt.
  8. Kühlvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zargenring (13) luftanströmseitig eine Einlaufdüse (15) und der Axiallüfter (16) einen Mantel (17) aufweisen und dass zwischen der Einlaufdüse (15) und dem Mantel (17) ein Ringspalt (18) mit einer 180-Grad-Umlenkung gebildet ist.
  9. Kühlvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der radial äußere Bereich der Einlaufdüse (15) in den Zargenring (13) übergeht.
  10. Kühlvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zarge (12), die Einlaufdüse (15), der Zargenring (13) und die Strömungsleiteinrichtung (14) einstückig, vorzugsweise als Kunststoffspritzteil ausgebildet sind.
  11. Kühlvorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (17) einen stromabwärtigen, diffusorartig erweiterten Bereich (17b) aufweist.
  12. Kühlvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Zargenring (7, 13, 25) mit der Strömungsleiteinrichtung (8, 14, 26) motorfest angeordnet ist.
  13. Kühlvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Relativbewegungen zwischen Zargenring (7, 13, 25) und Kühlmittelkühler (5) durch flexible und/oder bewegliche Dichtmittel (6a, 7a, 12a) kompensierbar sind.
  14. Kühlvorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Axiallüfter (3, 10, 16) durch die Brennkraftmaschine (2, 21), vorzugsweise über eine Flüssigkeitsreibungskupplung (3a, 10a, 16a) antreibbar ist.
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