EP2076661A1 - Axiallüfter zur förderung von kühlluft für eine kühlvorrichtung eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Axiallüfter zur förderung von kühlluft für eine kühlvorrichtung eines kraftfahrzeuges

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EP2076661A1
EP2076661A1 EP07818176A EP07818176A EP2076661A1 EP 2076661 A1 EP2076661 A1 EP 2076661A1 EP 07818176 A EP07818176 A EP 07818176A EP 07818176 A EP07818176 A EP 07818176A EP 2076661 A1 EP2076661 A1 EP 2076661A1
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EP
European Patent Office
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axial fan
axial
shroud
fan according
fan
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EP07818176A
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Uwe Blass
Ulrich Vollert
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Mahle Behr GmbH and Co KG
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Behr GmbH and Co KG
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    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
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    • F01P11/12—Filtering, cooling, or silencing cooling-air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D29/16—Sealings between pressure and suction sides
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    • F04D29/164—Sealings between pressure and suction sides especially adapted for elastic fluid pumps of an axial flow wheel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/326—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans comprising a rotating shroud
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    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
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    • F04D29/526—Details of the casing section radially opposing blade tips
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    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the invention relates to an axial fan according to the preamble of claim 1 and an axial fan with an inlet nozzle according to the preamble of the independent claim 14, known from DE 33 04 297 C2 of the Applicant.
  • Axial fan for conveying cooling air for cooling devices, in particular cooling modules in motor vehicles are known, for. B. as an axial fan with free-standing blade tips, which rotate in a stationary Zargenring a fan cowl.
  • jacket fans in which a jacket is connected to the blade tips of the fan blades and rotates with the fan. Due to the circumferential jacket, blade tip losses, which arise from a flow around the blade tips as a result of the pressure differences on the pressure and suction sides of the fan blades, are avoided.
  • the fan is driven by the internal combustion engine of the motor vehicle and is mounted opposite the block of the internal combustion engine.
  • the cooling device consisting of heat exchangers, z.
  • a cooling device with a motor-side driven and supported axial fan which rotates in a motor-fixed Zargenring.
  • the main flow generated by the fan is superimposed on a bypass flow in the blade tip area.
  • the axial depth of the known cooling device is relatively large, in particular because of the fan upstream annular bypass channel for generating the bypass flow.
  • the leading edge of the jacket is set back in the direction of flow with respect to the leading edges of the fan blades (also referred to below as fan blades), ie. H. the shroud extends in the axial direction only over a part of the fan blade depth, via the downstream part.
  • a fixed guide ring is arranged in this region of the reset of the shell, which preferably has a reduced diameter relative to the shroud.
  • the fixed Zargenring is thus arranged in the flow direction in front of the shroud and radially within the shroud.
  • the Zargenring may be formed substantially cylindrical or conical with an extension in the flow direction or be provided with a bell-shaped or funnel-shaped inlet region, which is preferably arranged opposite to the L compellingeranströmkanten offset from the flow direction.
  • a deflecting element is arranged on the Zargenring in the region of the leading edge of the shroud, which generates a directed against the main flow through the axial fan gap flow.
  • the annular deflecting element is extended by an annular surface extending in the direction of flow of the main flow which forms an annular gap with the outer lateral surface of the lateral ring.
  • flow guide elements preferably in the form of a radial post-purge apparatus, can be provided on the annular surface, as described in the applicant's earlier application with the official file number xy. (Applicant's name: 06- 060) is described.
  • the invention with the abovementioned embodiments thus provides only a partial sheathing of the fan blades with respect to the blade depth as a result of the resetting of the shell relative to the blade leading edges, wherein the stationary frame ring is arranged in the uncoated region, the area of the reset.
  • the object of the invention is also achieved by an axial fan with the features of the independent claim 14.
  • the axial fan according to the invention has a projecting shroud ring extending into an inlet nozzle, whereby the gap flow known from the prior art is achieved with a 180-degree deflection for flow stabilization.
  • the axial fan according to the invention has a freestanding front and blade tip edge, ie, a gap in the form of a gusset is left between the upstream blade tip region and the inner surface of the jacket ring.
  • the fan blades can thus be better flown in the front and outermost region, ie with lower losses, which result from a Fehlanströmung by the gap or nozzle flow.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention for an axial fan with reset shroud and fixed Zargenring
  • FIG. 2 shows a modification of the exemplary embodiment according to FIG. 1
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention with a jacket fan and inlet nozzle
  • FIG. 4 shows a modification of the exemplary embodiment according to FIG. 1
  • FIG. 5 shows a further modification of the exemplary embodiment according to FIG. 1
  • FIG. 6 shows a further embodiment of the invention with an annular deflecting element arranged on the guide ring
  • FIG. 7 shows a development of the exemplary embodiment according to FIG 6
  • Fig. 8 shows a development of the embodiment of FIG. 7
  • Fig. 9 is a representation of the fan flow for an axial fan after the
  • FIG. 11 shows a representation of the main and gap flow in the case of an axial ventilator according to the invention.
  • the axial fan 1 shows an axial fan 1 which is mounted via a clutch 2, preferably a fluid friction clutch, with respect to an internal combustion engine, not shown, of a motor vehicle and driven by the same.
  • the axial fan 1 is part of a cooling device, which heat exchanger, not shown, for. B. may have a coolant radiator, a charge air cooler and a refrigerant condenser.
  • the axial fan 1 is flown in the direction of an arrow L of air, is preferably arranged in the flow direction behind the heat exchangers, not shown, and sucks ambient air through the heat exchanger.
  • the axial fan 1 is connected via a fan shroud, not shown, for guiding the cooling air with the upstream heat exchangers.
  • the axial fan 1 has a hub 3 connected to the clutch 2 and axial blades 4 with a front edge 4 a and a trailing edge 4 b.
  • the axis of rotation of the fan is designated by a.
  • the axial blades 4 have a blade depth t which extends from the leading edge 4a to the trailing edge 4b.
  • the blades 4 have blade tips (blade tips) 4c, to which a shroud 5 with a leading edge 5a and a trailing edge 5b is attached.
  • the leading edge 5a is offset from the leading edges 4a of the fan blades 4 by an amount X1 in the flow direction L, while the trailing edge 5b is offset from the trailing edge 4b by an amount X2 against the flow direction.
  • the axial extent I of the shroud 5 is thus smaller than the blade depth t.
  • the area of the blade tips 4c, which lies in the flow direction in front of the leading edge 5a, ie the area X1 of the resetting of the leading edge 5a, has a reduced diameter D1.
  • a corner region of the blade tips 4c is recessed, in which a stationary arranged guide ring 6 is arranged, wherein the guide ring 6 has a mean diameter D2, which is greater than the diameter D1, but smaller than the diameter of the leading edge 5a.
  • the guide ring 6 is formed substantially cylindrical, overlaps in the axial direction with the axial blades 4 and is slightly opposite to the leading edges 4a, d. H,. opposite to the flow direction L.
  • the guide ring 6 is preferably arranged fixed motor, ie, as well as the axial fan 1, ie between the rotating fan 1 and the fixed guide ring 6 occur no relative movements, so that a minimal gap can be realized.
  • Fig. 2 shows a fan 7, which is a modification of the fan 1 according to Fig. 1, wherein the same reference numerals are used for the same parts as before.
  • the fan 7 substantially corresponds to the fan 1, thus has a similar Axialbeschaufelung 4 and a similar shroud 5 on.
  • a stationary guide ring 8 is arranged, which is conical or diffuser-like in design, ie widens in the flow direction L.
  • the recessed blade tip region 4 c is adapted to the conical shape of the guide ring 8. Due to the diffuser-shaped guide ring 8, the substantially semiaxially oriented main flow of the fan 7 is taken into account, so that the flow is already given a radial component.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the invention, in which an axial fan 9 has a jacket 10 with a protruding, cylindrical portion 10a, which projects into a cross-sectionally U-shaped or C-shaped inlet nozzle 11.
  • a jacket fan with inlet nozzle is known from the aforementioned prior art and generates a gap or nozzle flow, which is superimposed in the blade tip region of the main flow and ensures stabilization of the main flow.
  • the leading edges 4a of the fan blades 4 do not extend to the inner surface of the shell 10, whereby a gap s in the form of a gusset is formed.
  • the fan blade 4 has a free blade tip edge 12 in the inflow-side region, which bounds the gusset s and can be flowed freely by the nozzle flow formed by the inlet nozzle 11. Due to the free blade tip edge 12 and the radially inwardly retracted blade leading edge 4a a Fehlanströmung is avoided by the affected with a peripheral component gap flow.
  • the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2, on the one hand, and the exemplary embodiment according to FIG. 3, on the other hand, are connected to one another by the common inventive idea that the leading edges of the fan blades are free in the blade tip region, i. H. are not sheathed. This avoids a false flow in both cases.
  • FIGS. 1 and 2 show a further exemplary embodiment of the invention for a fan 13, which substantially corresponds to the fans 1 and 7 of the exemplary embodiments according to FIGS. 1 and 2. Different is the education of the
  • the withdrawn blade tip region 4c is adapted to this shape of the guide ring 14 accordingly.
  • Fig. 5 shows a further modification of the previous embodiment, ie for a fan 13, the shroud 5, a fixed guide ring 15 is connected upstream, which has at its air inlet region a radially inwardly extending aperture ring 15a.
  • the aperture ring 15a covers the radial gap between the guide ring 15 and the blade tip portion 4c of the axial blades 4.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the invention with an axial fan 16, which has axial blades 4 and a shroud 5.
  • a guide ring 17, slightly conical and diffuser-like design, is connected upstream of the jacket ring 5 and has a leading edge 17a and an outflow edge 17b. Between the trailing edge 17b of the guide ring 17 and the leading edge 5a of the shroud 5, a radial gap 18 is left, to which an annular deflecting element 19 attached to the guide ring 17 is assigned.
  • an inlet nozzle is formed, which allows a gap or nozzle flow, which will be explained in more detail in connection with the next embodiment.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the invention, which represents a development of the embodiment of FIG. 6.
  • An axial fan 20 has a Axialbeschaufelung 4 with a shroud 5 and an upstream guide ring 21, on which in addition to the annular deflecting element 19 in the axial and radial direction, parallel to the shroud 5 extending annular surface 22 connects.
  • the main flow of the fan 20 is represented by three flow arrows P1, P2, P3, while a gap or nozzle flow is indicated by a fourth arrow P4.
  • annular gap 23 Between the outer surface of the jacket ring 5 and the annular surface 22 is an annular gap 23 through which air flows from the pressure side of the fan against the main flow direction, is deflected in the deflecting element 19 and through the radial gap 18 in the fan 20, that is, the Axialbeschaufelung 4 occurs.
  • This gap or nozzle flow indicated by the arrow P4, has a stabilizing effect on the main flow in the fan.
  • the geometry of the guide ring 21 and the shroud 5 is such that a diffuser effect results, whereby the main flow P1, P2, P3 is deflected in a radial direction. This is at the cramped space in the motor vehicle in the axial direction, in particular by the downstream arranged, not shown engine block of great advantage. Fig.
  • FIG. 8 shows a development of the embodiment of FIG. 7, wherein the annular surface 22 is further extended in the axial and radial directions and carries Strömungsleitmaschine 24, which cause a radial orientation of the fan outflow.
  • the flow guide elements 24 may be formed in the manner of a radial Nachleitapparates, as described in the earlier application of the Applicant with the official file number xy ... (Sign of the Applicant: 06-B-060). With this embodiment, a relatively lossless, radially directed outflow from the fan can be achieved in a compact, axially limited construction.
  • Fig. 9 shows a representation of the fan flow for an axial fan according to the prior art.
  • the main flow is directed semi-axially, as indicated by parallel arrows P.
  • In the upstream blade tip region forms a vortex W, which disturbs the main flow and deteriorates the efficiency of the fan.
  • Fig. 10 shows a known from the prior art shell fan with so-called inlet nozzle, through which a nozzle flow, represented by the two outermost arrows D, is generated.
  • FIG. 11 shows a further flow pattern for the axial ventilator 1 according to the invention according to the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • the flow through the axial blading 4 extends in the direction of the arrows in the semiaxial direction.
  • a nozzle flow is formed, which is indicated by the outermost arrow F.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter (1) zur Förderung von Kühlluft für eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahrzeuges, wobei der Axiallüfter (1) Axialschaufeln (4) mit je einer Vorderkante (4a) und einer Hinterkante (4b), einer Schaufelspitze (4c) sowie einen mit den Schaufelspitzen (4c) verbundenen Mantelring (5) mit einer Anströmkante (5a) und einer Abströmkante (5b) aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass die Anströmkante (5a) des Mantelringes (5) gegenüber den Vorderkanten (4a) der Axialschaufeln (4) in Strömungsrichtung (L) zurückgesetzt ist.

Description

BEHR GmbH & Co. KG Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart
Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft für eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahrzeuges
Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen Axiallüfter mit einer Einlaufdüse nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruches 14, bekannt durch die DE 33 04 297 C2 der Anmelderin.
Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft für Kühlvorrichtungen, insbesondere Kühlmodule in Kraftfahrzeugen sind bekannt, z. B. als Axiallüfter mit frei stehenden Blattspitzen, welche in einem feststehenden Zargenring einer Lüfterzarge umlaufen. Bekannt sind auch so genannte Mantellüfter, bei welchen ein Mantel mit den Blattspitzen der Lüfterblätter verbunden ist und mit dem Lüfter umläuft. Durch den umlaufenden Mantel werden Blattspitzenverluste, welche aus einer Umströmung der Blattspitzen infolge der Druckunterschiede auf der Druck- und Saugseite der Lüfterblätter entstehen, vermieden. Bei größeren Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Nutzfahrzeugen wird der Lüfter von der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges angetrieben und ist ge- genüber dem Block der Brennkraftmaschine gelagert. Die Kühlvorrichtung dagegen, bestehend aus Wärmeübertragern, z. B. Kühlmittel- oder Ladeluftkühlern, ist fahrzeugseitig abgestützt, während der Motor elastisch gegenüber dem Fahrzeugrahmen gelagert ist. Daraus ergeben sich Relativbewegungen zwischen dem Lüfter und der Kühlvorrichtung bzw. einer an der Kühlvorrichtung befestigten Lüfterzarge. Die Relativbewegung zwischen den motorfesten Teilen wie z. B. der Lüfter und den fahrzeugfesten Teilen wie z. B. die Lüfterzarge oder der Lüfterzargenring werden daher durch elastische, flexible Ausgleichselemente kompensiert.
Durch die DE 44 38 184 C1 der Anmelderin wurde eine Kühlvorrichtung mit einem motorseitig angetriebenen und abgestützten Axiallüfter bekannt, welcher in einem motorfesten Zargenring umläuft. Eine in Strömungsrichtung vor dem Axiallüfter angeordnete Kühlvorrichtung, bestehend aus einem Kühler mit Kühler- oder Lüfterzarge, ist über eine elastische ringförmige Lippen- dichtung mit dem feststehenden Zargenring verbunden. Der Lüfterströmung, d. h. der vom Lüfter erzeugten Hauptströmung ist im Blattspitzenbereich eine Bypassströmung überlagert. Die axiale Bautiefe der bekannten Kühlvorrichtung ist insbesondere wegen des dem Lüfter vorgeschalteten ringförmigen Bypasskanals zur Erzeugung der Bypassströmung relativ groß.
Durch die DE 33 04 297 C2 der Anmelderin wurde ein so genannter Mantellüfter mit einer Einlaufdüse bekannt, wobei der Lüfter und die Einlaufdüse motorfest, d. h. an der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges abgestützt sind. Der Mantel ist an Axialschaufeln des Lüfters befestigt und ragt mit ei- nem nach vorne verlängerten, zylindrischen Bereich in die Einlaufdüse hinein, wodurch eine Spaltströmung mit einer 180-Grad-Umlenkung von der Druckseite des Lüfters zur Saugseite erzeugt wird. Wegen der vorgeschalteten Einlaufdüse ergibt sich auch hier eine relativ große axiale Baulänge. Darüber hinaus wird der wirksame Lüfterquerschnitt durch die radial nach innen ragende Einlaufdüse vermindert, wodurch die Förderleistung des Lüfters eingeschränkt wird.
Bei heutigen Kraftfahrzeugen steht für den Einbau von Kühlvorrichtungen einschließlich Lüfter wenig Bauraum zur Verfügung, andererseits steigen die Anforderungen in Bezug auf die zu erbringende Kühlleistung und damit auch auf die Lüfterleistung.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Axiallüfter der eingangs genanten Art hinsichtlich seiner Förderleistung bei einem beschränkten Bauraum zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung aus den Unteransprüchen 2 bis 13 ergeben.
Erfindungsgemäß ist die Anströmkante des Mantels gegenüber den Vorderkanten der Lüfterschaufeln (im Folgenden auch Lüfterblätter genannt) in Strömungsrichtung zurückgesetzt, d. h. der Mantelring erstreckt sich in axialer Richtung nur über einen Teil der Lüfterblatttiefe, und zwar über den stromabwärts gelegenen Teil. Vorzugsweise ist in diesem Bereich der Zurücksetzung des Mantels ein feststehender Leitring angeordnet, welcher vorzugsweise einen gegenüber dem Mantelring reduzierten Durchmesser aufweist. Der feststehende Zargenring ist somit in Strömungsrichtung vor dem Mantelring und radial innerhalb des Mantelringes angeordnet. Damit wird der Vorteil einer Strömungsstabilisierung im Blattspitzenbereich erreicht, verbunden mit einem erhöhten Wirkungsgrad und geringerer Geräuschentwicklung.
Nach bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der Zargenring im Wesentlichen zylindrisch oder konisch mit einer Erweiterung in Strömungs- richtung ausgebildet oder auch mit einem glocken- oder trichterförmigen Einlaufbereich versehen sein, der vorzugsweise gegenüber den Lüfteranströmkanten entgegen der Strömungsrichtung versetzt angeordnet ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an dem Zargenring im Bereich der Anströmkante des Mantelringes ein Umlenkelement angeordnet, welches eine entgegen der Hauptströmung durch den Axiallüfter gerichtete Spaltströmung erzeugt. Bevorzugt ist das ringförmige Umlenkelement durch eine sich in Strömungsrichtung der Hauptströmung erstreckende Ringfläche verlängert, welche mit der äußeren Mantelfläche des Mantelringes einen Ringspalt bildet. Damit wird die Ausbildung einer wirksamen Spaltströmung unterstützt, welche die Hauptströmung im Blattspitzenbereich, d. h. innerhalb des Mantels stabilisiert. Darüber hinaus wird bei einem sich in stromabwärti- ger Richtung erweiternden Mantelring und einer sich parallel erweiternden Ringfläche eine radiale Abströmung der Austrittsströmung begünstigt. Dies - A -
ist bei axial beschränktem Bauraum - infolge eines stromabwärts vom Lüfter angeordneten Motorblockes des Kraftfahrzeuges - von besodnerem Vorteil.
Zur weiteren Unterstützung einer radialen Abströmung können an der Ring- fläche Strömungsleitelemente, vorzugsweise in Form eines radialen Nach- leitapparates vorgesehen sein, wie dies in der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen xy... (Zeichen der Anmelderin: 06- B-060) beschrieben ist. Die Erfindung mit den vorgenannten Ausführungsformen sieht infolge der Zurücksetzung des Mantels gegenüber den Schau- felvorderkanten also nur eine partielle Ummantelung der Lüfterschaufeln in Bezug auf die Schaufeltiefe vor, wobei in dem nicht ummantelten Bereich, dem Bereich der Zurücksetzung, der feststehende Zargenring angeordnet ist. Dadurch werden einerseits axialer Bauraum - im Hinblick auf einen Mantellüfter mit Einlaufdüse gemäß dem Stand der Technik und andererseits eine Stabilisierung der Hauptströmung als wesentliche Vorteile erreicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch einen Axiallüfter mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruches 14 gelöst. Der erfindungsgemäße Axiallüfter weist einen vorstehenden, in eine Einlaufdüse hineinra- genden Mantelring auf, wodurch die aus dem Stand der Technik bekannte Spaltströmung mit einer 180-Grad-Umlenkung zur Strömungsstabilisierung erreicht wird. Zur Vermeidung einer Fehlanströmung weist der erfindungsgemäße Axiallüfter eine freistehende Vorder- und Blattspitzenkante auf, d. h. zwischen dem anströmseitigen Blattspitzenbereich und der Innenfläche des Mantelrings ist ein Spalt in Form eines Zwickels belassen. Die Lüfterschaufeln können somit im vorderen und äußersten Bereich besser angeströmt werden, d. h. mit geringeren Verlusten, welche sich aus einer Fehlanströmung durch die Spalt- oder Düsenströmung ergeben. Die Fehlanströmung ist verursacht durch eine gegenüber der Hauptströmung höhere Geschwin- digkeit der Spalt- oder Düsenströmung, die darüber hinaus eine Umfangs- komponente aufweist. Somit wird ein beim Stand der Technik vorhandener Nachteil durch eine freie, vordere Blattspitzenkante beseitigt. Dennoch wird die stabilisierende Wirkung der Düsenströmung aufrechterhalten. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Axiallüfter mit zurückgesetztem Mantelring und feststehendem Zargenring,
Fig. 2 eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1 , Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Mantellüfter und Einlaufdüse,
Fig. 4 eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1 , Fig. 5 eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1 , Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem am Leitring angeordneten ringförmigen Umlenkelement, Fig. 7 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 6, Fig. 8 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 7, Fig. 9 eine Darstellung der Lüfterströmung für einen Axiallüfter nach dem
Stand der Technik,
Fig. 10 eine Darstellung der Haupt- und Spaltströmung bei einem Mantellüfter mit Einlaufdüse nach dem Stand der Technik und
Fig. 11 eine Darstellung der Haupt- und Spaltströmung bei einem erfin- dungsgemäßem Axiallüfter.
Fig. 1 zeigt einen Axiallüfter 1 , welcher über eine Kupplung 2, vorzugsweise eine Flüssigkeitsreibungskupplung gegenüber einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges gelagert und von dieser angetrie- ben wird. Der Axiallüfter 1 ist Teil einer Kühlvorrichtung, welche nicht dargestellte Wärmeübertrager, z. B. einen Kühlmittelkühler, einen Ladeluftkühler und einen Kältemittelkondensator aufweisen kann. Der Axiallüfter 1 wird in Richtung eines Pfeiles L von Luft angeströmt, ist vorzugsweise in Strömungsrichtung hinter den nicht dargestellten Wärmeübertragern angeordnet und saugt Umgebungsluft durch die Wärmeübertrager. Der Axiallüfter 1 ist dabei über eine nicht dargestellte Lüfterzarge zur Führung der Kühlluft mit den vorgeschalteten Wärmeübertragern verbunden. Der Axiallüfter 1 weist eine mit der Kupplung 2 verbundene Nabe 3 sowie Axialschaufeln 4 mit einer Vorderkante 4a und einer Hinterkante 4b auf. Die Rotationsachse des Lüfters ist mit a bezeichnet. Die Axialschaufeln 4 weisen eine Schaufeltiefe t auf, welche sich von der Vorderkanten 4a bis zur Hinterkante 4b erstreckt. Die Schaufeln 4 weisen Schaufelspitzen (Blattspitzen) 4c auf, an welchen ein Mantelring 5 mit einer Anströmkante 5a und einer Abströmkante 5b befestigt ist. Die Anströmkante 5a ist gegenüber den Vorderkanten 4a der Lüf- terschaufeln 4 um einen Betrag X1 in Strömungsrichtung L versetzt, während die Abströmkante 5b gegenüber der Hinterkante 4b entgegen der Strömungsrichtung um einen Betrag X2 versetzt ist. Die axiale Erstreckung I des Mantelringes 5 ist also kleiner als die Schaufeltiefe t. Der Bereich der Blattspitzen 4c, welcher sich in Strömungsrichtung vor der Anströmkante 5a be- findet, d. h. der Bereich X1 der Zurücksetzung der Anströmkante 5a weist einen reduzierten Durchmesser D1 auf. Dadurch wird ein Eckbereich der Schaufelspitzen 4c ausgespart, in welchem ein ortfest angeordneter Leitring 6 angeordnet ist, wobei der Leitring 6 einen mittleren Durchmesser D2 aufweist, der größer als der Durchmesser D1 , jedoch kleiner als der Durchmes- ser der Anströmkante 5a. Der Leitring 6 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, überlappt sich in axialer Richtung mit den Axialschaufeln 4 und steht etwas gegenüber den Vorderkanten 4a vor, d. h,. entgegen der Strömungsrichtung L. Der Leitring 6 ist vorzugsweise motorfest angeordnet, d. h. ebenso wie der Axiallüfter 1 , d. h. zwischen dem rotierenden Lüfter 1 und dem feststehenden Leitring 6 treten keine Relativbewegungen auf, sodass ein minimaler Spalt realisiert werden kann.
Fig. 2 zeigt einen Lüfter 7, der eine Abwandlung des Lüfters 1 gemäß Fig. 1 darstellt, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen wie zuvor verwendet werden. Der Lüfter 7 entspricht im Wesentlichen dem Lüfter 1 , weist also eine ähnliche Axialbeschaufelung 4 und einen ähnlichen Mantelring 5 auf. Im Bereich der Zurücksetzung der Anströmkante 5a ist ein ortsfester Leitring 8 angeordnet, welcher konisch bzw. diffusorartig ausgebildet ist, d. h. sich in Strömungsrichtung L erweitert. Der ausgesparte Blattspitzenbereich 4c ist an die konische Form des Leitringes 8 angepasst. Durch den diffusorartig ausgebildeten Leitring 8 wird der im Wesentlichen halbaxial ausgerichteten Hauptströmung des Lüfters 7 Rechnung getragen, sodass der Strömung bereits eine radiale Komponente mitgegeben wird. Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem ein Axiallüfter 9 einen Mantel 10 mit einem vorstehenden, zylindrischen Bereich 10a aufweist, welcher in eine im Querschnitt U- oder C-förmig ausgebildete Einlaufdüse 11 hineinragt. Ein derartiger Mantellüfter mit Einlaufdüse ist aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt und erzeugt eine Spalt- oder Düsenströmung, welche sich im Blattspitzenbereich der Hauptströmung überlagert und für eine Stabilisierung der Hauptströmung sorgt. Im Unterschied zum Stand der Technik reichen die Vorderkanten 4a der Lüfterschaufeln 4 nicht bis an die Innenfläche des Mantels 10, wodurch ein Spalt s in Form eines Zwickels gebildet wird. Die Lüfterschaufel 4 weist im anström- seitigen Bereich eine freie Schaufelspitzenkante 12 auf, welche den Zwickel s begrenzt und von der durch die Einlaufdüse 11 gebildeten Düsenströmung frei anströmbar ist. Durch die freie Blattspitzenkante 12 und die radial nach innen zurückgenommene Schaufelvorderkante 4a wird eine Fehlanströmung durch die mit einer Umfangskomponente behaftete Spaltströmung vermieden.
Die Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 1 und 2 einerseits sowie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 andererseits sind durch die gemeinsame er- finderische Idee miteinander verbunden, dass die Vorderkanten der Lüfterschaufeln im Schaufelspitzenbereich frei stehen, d. h. nicht ummantelt sind. Damit wird in beiden Fällen eine Fehlanströmung vermieden.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Lüfter 13, welcher im Wesentlichen den Lüftern 1 und 7 der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 und Fig. 2 entspricht. Unterschiedlich ist die Ausbildung des
Leitringes 14, welcher sich entgegen der Strömungsrichtung L konisch oder glockenförmig erweitert und somit einen Einlauftrichter für die einströmende
Luft bildet. Der zurückgenommene Blattspitzenbereich 4c ist an diese Form des Leitringes 14 entsprechend angepasst.
Fig. 5 zeigt eine weitere Abwandlung des vorherigen Ausführungsbeispieles, d. h. für einen Lüfter 13, dessen Mantelring 5 ein feststehender Leitring 15 vorgeschaltet ist, welcher an seinem Lufteintrittsbereich einen sich radial nach innen erstreckenden Blendenring 15a aufweist. Der Blendenring 15a deckt den Radialspalt zwischen Leitring 15 und dem Blattspitzenbereich 4c der Axialschaufeln 4 ab.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Axial- lüfter 16, welcher Axialschaufeln 4 und einen Mantelring 5 aufweist. Ein Leitring 17, leicht konisch und diffusorartig ausgebildet, ist dem Mantelring 5 vorgeschaltet und weist eine Anströmkante 17a sowie eine Abströmkante 17b auf. Zwischen der Abströmkante 17b des Leitringes 17 und der Anströmkante 5a des Mantelringes 5 ist ein Radialspalt 18 belassen, dem ein ringförmiges Umlenkelement 19, befestigt an dem Leitring 17, zugeordnet ist. Durch diese Anordnung wird eine Einlaufdüse gebildet, welche eine Spalt- oder Düsenströmung ermöglicht, was im Zusammenhang mit dem nächsten Ausführungsbeispiel näher erläutert wird.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches eine Weiterbildung der Ausführung gemäß Fig. 6 darstellt. Ein Axiallüfter 20 weist eine Axialbeschaufelung 4 mit einem Mantelring 5 und einem vorgeschalteten Leitring 21 auf, an welchem zusätzlich zu dem ringförmigen Umlenkelement 19 eine sich in axialer und radialer Richtung, parallel zum Mantelring 5 erstreckende Ringfläche 22 anschließt. Die Hauptströmung des Lüfters 20 ist durch drei Strömungspfeile P1 , P2, P3 dargestellt, während durch einen vierten Pfeil P4 eine Spalt- oder Düsenströmung angedeutet ist. Zwischen der Außenfläche des Mantelringes 5 und der Ringfläche 22 befindet sich ein Ringspalt 23, durch welchen Luft von der Druckseite des Lüfters entgegen der Hauptströmungsrichtung strömt, im Umlenkelement 19 umgelenkt wird und durch den Radialspalt 18 in den Lüfter 20, d. h. dessen Axialbeschaufelung 4 eintritt. Diese Spalt- oder Düsenströmung, bezeichnet mit dem Pfeil P4, wirkt sich stabilisierend auf die Hauptströmung im Lüfter aus. Die Geometrie des Leitringes 21 und des Mantelringes 5 ist derart beschaffen, dass sich eine Diffusorwirkung ergibt, wodurch die Hauptströmung P1 , P2, P3 in eine radiale Richtung umgelenkt wird. Dies ist bei dem in axialer Richtung beengten Bauraum im Kraftfahrzeug, insbesondere durch den stromabwärts angeordneten, nicht dargestellten Motorblock von großem Vorteil. Fig. 8 zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 7, wobei die Ringfläche 22 weiter in axialer und radialer Richtung verlängert ist und Strömungsleitelemente 24 trägt, welche eine radiale Ausrichtung der Lüfterabströmung bewirken. Die Strömungsleitelemente 24 können nach Art eines radialen Nachleitapparates ausgebildet sein, wie er in der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen xy... (Zeichen der Anmelderin: 06-B-060) beschrieben ist. Durch dieses Ausführungsbeispiel lässt sich bei kompakter, axial beschränkter Bauweise eine relativ verlustfreie, radial gerichtete Abströmung aus dem Lüfter erreichen.
Fig. 9 zeigt eine Darstellung der Lüfterströmung für einen Axiallüfter nach dem Stand der Technik. Die Hauptströmung ist halbaxial gerichtet, wie durch parallel verlaufende Pfeile P angedeutet ist. Im anströmseitigen Blattspitzenbereich bildet sich ein Wirbel W aus, welcher die Hauptströmung stört und den Wirkungsgrad des Lüfters verschlechtert.
Fig. 10 zeigt einen durch den Stand der Technik bekannten Mantellüfter mit so genannter Einlaufdüse, durch welche eine Düsenströmung, dargestellt durch die beiden äußersten Pfeile D, erzeugt wird. Im Vergleich der Figuren 9 und 10 ist erkennbar, dass der Wirbel W durch die Düsenströmung D eliminiert wird. Dadurch wird eine stabile Strömung auch im Schaufelspitzenbereich erreicht.
Fig. 11 zeigt ein weiteres Strömungsbild für den erfindungsgemäßen Axial- lüfter 1 nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Die Strömung durch die Axialbeschaufelung 4 verläuft entsprechend den Pfeilen in halbaxialer Richtung. Zwischen dem Mantelring 5 und dem feststehenden Leitring 6 bildet sich eine Düsenströmung aus, welche durch den äußersten Pfeil F angedeutet ist. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung, verbunden mit der Düsenströmung F, wird eine Stabilisierung der Hauptströmung auch im Schaufelspitzenbereich erreicht.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft für eine Kühlvorrichtung eines
Kraftfahrzeuges, wobei der Axiallüfter Axialschaufeln (4) mit je einer Vorderkante (4a) und einer Hinterkante (4b), einer Schaufelspitze (4c) sowie einen mit den Schaufelspitzen (4c) verbundenen Mantelring (5) mit einer Anströmkante (5a) und einer Abströmkante (5b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmkante (5a) des Mantelringes (5) gegenüber den Vorderkanten (4a) der Axialschaufeln (4) in Strömungsrichtung (L) zurückgesetzt ist.
2. Axiallüfter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass im Be- reich (X1) der Zurücksetzung, in Strömungsrichtung vor dem Mantelring (5), ein feststehender Leitring (6, 8, 14, 14, 17, 21) angeordnet ist.
3. Axiallüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D1 der Schaufelspitzen (4c) im Bereich (X1) der Zurücksetzung gegenüber dem Durchmesser des Mantelringes (5) reduziert ist.
4. Axiallüfter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser D2 des Leitringes (6, 8, 14, 15, 17, 21) kleiner als der Durchmesser des Mantelringes (5), insbesondere kleiner als der Durchmesser der Anströmkante (5a) des Mantelringes (5) ist.
5. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitring (6) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist.
6. Axiallüfter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitring (8, 17, 21) im Wesentlichen konisch und sich in Strömungsrichtung erweiternd ausgebildet ist.
7. Axiallüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Leitring (14) im Lufteintrittsbereich konisch oder glockenförmig erweitert ist.
8. Axiallüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitring (6, 8, 14, 15, 17, 21 ) eine Anström- kante aufweist, welche in Strömungsrichtung vor den Vorderkanten
(4a) der Axialschaufeln (4) angeordnet ist.
9. Axiallüfter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Anströmkante des Leitringes (15) ein ringförmiges Abweiselement, insbesondere in Form eines Blendenringes (15a) angeordnet ist.
10. Axiallüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmkante (5b) des Mantelringes (5) gegenüber den Hinterkanten (4b) der Axialschaufeln (4) in Strömungs- richtung nach vorn versetzt ist.
1 1. Axiallüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Leitring (17, 21) ein ringförmiges Umlenkelement (19) mit einem Außendurchmesser angeordnet ist, wel- eher größer als der Durchmesser der Anströmkante (5a) des Mantelringes (5) ist.
12. Axiallüfter nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkelement (19) durch eine Ringfläche (22) verlängert ist, die sich unter Belassung eines Radialspaltes (23) im Wesentlichen parallel zur Außenfläche des Mantelringes (5) erstreckt.
13. Axiallüfter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass am stromabwärtigen Ende der Ringfläche (22) Strömungsleitelemente
(24), insbesondere in Form eines radialen Nachleitapparates angeordnet sind.
14. Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft für eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahrzeuges, wobei der Axiallüfter (9) Axialschaufeln (4) mit je einer Vorderkante (4a) und einer Hinterkante (4b), einer Schaufelspitze (4c) sowie einen mit den Schaufelspitzen (4c) verbundenen Mantelring (10) aufweist, der einen über die Vorderkanten (4a) der Axialschaufeln (4) hinaus verlängerten, zylindrischen Bereich (10a) auf- weist, welcher in eine Einlaufdüse (11) hineinragt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mantelring (10) und den Vorderkanten (4a) der Axialschaufeln (4) ein Spalt (s) belassen ist.
15. Axiallüfter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (s) im Axialschnitt die Form eines spitzen Winkels aufweist, wobei ein Schenkel durch eine Mantellinie des Mantels (10) und der andere Schenkel durch eine freie Kante (12) der vorderen Schaufelspitze (4c) gebildet wird.
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