WO2014082711A2 - Lüftereinrichtung und fahrzeug mit einer lüftereinrichtung - Google Patents

Lüftereinrichtung und fahrzeug mit einer lüftereinrichtung Download PDF

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    • F01P2070/50Details mounting fans to heat-exchangers

Definitions

  • the invention is in the field of mechanical engineering and relates to a fan device and a vehicle with a fan device, wherein such a fan device of increasing the air flow, for example, for cooling purposes, can serve.
  • an internal combustion engine is usually provided in the drive train, which requires cooling. Since the heat radiation and convection are insufficient for this purpose, such a cooling process is usually assisted by a cooling air flow which can be generated on the one hand by the airstream while the vehicle is moving, which on the other hand is usually also assisted by a fan device.
  • a cooling air flow which can be generated on the one hand by the airstream while the vehicle is moving, which on the other hand is usually also assisted by a fan device.
  • the interposition of a cooler device in the form of a fluid cooling circuit is useful, wherein a heat exchanger (cooler) is exposed to the travel air flow and the air flow of a fan device.
  • Such a fan device usually has a drivable fan wheel, which has a conveying element for air in the form of a screw, a paddle wheel or a propeller.
  • a fan is mounted so that it is held within a through opening in a fan cowl or generally surrounding the opening in the radial direction socket.
  • the efficiency of the fan device is particularly high when the gap between the fan and the edge of the opening in the fan cowl is as small as possible.
  • EP 1 621 773 A1 discloses the use of an electrically driven fan in a vehicle in order to amplify the airstream and to operate a cooling device in the vehicle.
  • a radiator network which is interspersed with pipes, which are flowed through with a coolant.
  • the coolant produces a heat exchange with the unit to be cooled.
  • the fan is electrically driven there.
  • the present invention is based on the background of the prior art, the object to provide a fan device of the type mentioned, the smallest possible gap between the fan and the edge of the opening in the fan frame even when pivoting the fan device, for example when cornering Vehicle, in which the fan device is installed, allows.
  • a fan device is provided with a socket, in particular a fan cowl, which has a substantially circular through opening for receiving a fan wheel rotating in the opening about its central axis, wherein the opening is bounded by an edge surface circulating substantially cylindrically symmetrically about the central axis. It is also provided that at the edge surface in two separate, diametrically opposed peripheral portions compared to the cylindrically symmetric in the other peripheral portions shape of the radius at least partially increased and / or radially inwardly projecting circumferential projection of the edge surface axially of the fan for the provided space is offset away.
  • the edge surface can have different shapes in longitudinal section, which are described in more detail below, for example, it can in Longitudinal section have a circumferential, at least partially radially extending projection in the form of a step, bevel or lip.
  • the cylindrically symmetrical edge surface extends over a more or less large axial length in the direction of the central axis of the opening.
  • the radius of the edge surface in the two separate peripheral portions at least on a partial surface of the part of the edge surface which extends in the axial direction or in the entire part of the edge surface which extends in the axial direction, in comparison to that in the remaining peripheral portions cylindrically symmetrical shape is increased.
  • edge surface in the separate peripheral sections does not have to be radially expanded the entire radius of the edge surface in the region of the separate, opposing peripheral portions, but often it is sufficient if the edge surface is extended only on a part of its axial length relative to the radius in the other peripheral portions.
  • the transition between the radially widened axial regions of the edge surface in the separate peripheral sections and the non-widened axial section of the edge surface may, for example, be stepped or formed by a conical transition region. It can also be provided that the edge surface in longitudinal section forms a profile with a variable radius with respect to the axial length and that the radius of the edge surface in two separate, diametrically opposite peripheral portions of a cross-section compared to that in the other peripheral portions of the same Cross-section radius present is at least partially increased.
  • the edge surface In longitudinal section, ie in a section parallel to the central axis of the opening, the edge surface, as already mentioned above, does not necessarily have a cylindrical contour, but it can change in the axial direction with respect to the radius, for example in the form of a conical section or one or more Steps or in the form of a circumferential, channel-shaped groove.
  • the corresponding profile can be provided circumferentially over the entire circumferential area of the opening, whereby individual axial sections of the edge surface are widened with respect to their radius in the two separate, mutually opposite peripheral sections or, for example in the case of an axial section with a circumferential groove, axially opposite to the remaining peripheral areas are shifted.
  • a type of labyrinth seal may be provided in the opening between the fan wheel and the edge of the opening by a peripheral step, the fan wheel itself running in a region of the opening of larger radius, while adjacent the fan wheel a radially inwardly projecting step in the edge surface the opening is provided.
  • the contour of the fan wheel may also form a peripheral step, which may be formed complementary to a provided in the edge surface step. This extends the radial / axial gap between the impeller and the edge surface and improves the seal.
  • the edge surface in longitudinal section has at least one extending in the radial direction with respect to the central axis stage and that the radius of the edge surface in at least one cross-sectional area on at least one axial side of the step in two separate, diametrically opposed peripheral portions in comparison to the present in the remaining peripheral portions of the same cross-sectional area radius is at least partially increased.
  • a radially extending stage is not just a step with perpendicular to the axial direction extending Flank, but also a step with a slope oblique to the axial direction are understood.
  • the embodiment of the invention can provide that the radially inwardly projecting step of the edge surface is arranged in the course of the air flow before or behind the fan.
  • the contour swept by the fan wheel in the course of its rotation may also have a step, which may be designed to be substantially complementary, in particular, to the step in the edge surface. This creates a
  • the edge surface in longitudinal section has a radially extending with respect to the central axis step or lip, which forms a sealing surface for a radially outer region of the fan wheel, characterized in that the step or lip in two separate, diametrically opposed Circumferential portions is offset in the axial direction compared to the other peripheral portions in order to increase the space for receiving the fan wheel in this area.
  • This design allows a gradual transition in the deviation from the cylindrically symmetrical design of the edge of the opening of the two separate, radially enlarged peripheral portions to the other cylindrically symmetrical shaped without radial expansion peripheral portions of the edge of the opening.
  • Fan wheel naturally has the strongest amplitude at the two points on the circumference of the fan wheel, which have the greatest distance to the "pitch axis" so to the axis around which takes place by the yaw moment, the pitching movement of the fan wheel.
  • the amplitude of the pitching motion steadily decreases in the circumferential direction with the distance from these points.
  • the invention can also advantageously be formed in that the edge surface is formed concavely curved viewed in longitudinal section at least in the two separate, diametrically opposed peripheral portions.
  • the circumferential sections of the edge surface which are concave in longitudinal section form part of a spherical surface form, which has its ball center, in particular within the passage opening on the central axis.
  • the ball center may also be spaced on the central axis of the opening.
  • the invention also relates to a fan device with a built-in this fan which the corresponding Conditions fulfilled.
  • the invention thus relates to a fan device having a fan cowl, which has a substantially circular through-opening with a fan wheel rotating in the opening about its central axis, wherein the opening is bounded by an edge surface circulating substantially cylindrically symmetrically about the central axis, and wherein between the peripheral contour the fan wheel and the edge surface is formed a gap, wherein the through hole is radially expanded in two separate, diametrically opposed peripheral portions compared to the cylindrically symmetrical in the other peripheral portions form.
  • the invention also relates to a vehicle with a fan device according to the invention with a about a central axis in a through opening rotatably driven fan wheel, wherein the installation position of the fan device in the vehicle is such that the central axis is aligned substantially in the straight ahead direction of the vehicle, wherein the through-opening is radially widened in a peripheral section arranged in its uppermost region and in a second, in its lowermost region, in comparison to the cylindrically symmetrical shape in the remaining peripheral sections.
  • 1 is a fan device with a fan frame and a fan in three-dimensional view
  • Fig. 2 shows another fan device with a fan cowl and a
  • FIG. 3 is a front view of a detail of a fan frame with a through opening and a fan
  • FIG. 4 is a longitudinal section of the arrangement of FIG. 3
  • FIG. 5 shows a further longitudinal section of the arrangement of FIG. 3,
  • FIG. 6 shows the installation position of a fan device according to the invention in a motor vehicle
  • FIG. 7 is a front view of another fan device with a fan
  • FIG. 8 is a first longitudinal section of the arrangement of Fig. 7,
  • FIG. 9 is a further longitudinal section of the arrangement of Fig. 7,
  • Fig. 11 shows a further longitudinal section of the same arrangement, as shown in the
  • Fig. 13 is a longitudinal section of a fan with another special
  • Fig. 18 is a front view of a further fan device, as well
  • FIG. 19 two partial sections from FIG. 18.
  • Fig. 1 shows schematically a part of a so-called radiator box 1 with a peripheral frame 2, in which a fan frame 3 is inserted.
  • the fan frame 3 may be formed, for example, as a plate having a substantially circular opening 4 for receiving a fan wheel 5.
  • Chiller box 1 the fan frame 3 and the fan 5 in the course of the air flow, a cooler upstream or downstream, which is shown in Fig. 1 only schematically as a dashed box 6.
  • heat exchange means may be provided, such as a capacitor network.
  • the fan 5 has a hub 7 which is connected to a shaft, not shown, which is connected to an electric motor and driven by this.
  • the electric motor and the shaft and thus also the fan 5 are fixed within the radiator box 1, for example, by webs which are firmly connected to the frame 2. Thus, the fan 5 is held so that it can rotate in the through hole 4.
  • the fan 5 has a plurality, in the example shown, nine conveyor blades 8, 9, 5 in the course of the rotation of the fan wheel to promote air in the axial direction with respect to the central axis 10 of the opening 4.
  • the central axis 10 also represents the axis of rotation of the fan wheel and the central axis of the shaft, not shown.
  • the individual conveying blades 8, 9 are fixedly connected to each other by a revolving fan ring 11. Between the Lüfterradring 11 and the edge of the opening 4 a substantially axially extending gap 10 is provided, which ensures that the fan or the fan ring 11 does not drag on the fan frame 3 and that on the other hand, the space between the fan 5 and the Fan shroud 3 is as small as possible in order to allow good efficiency by efficiently promoting the air flow through the fan 5.
  • Fig. 2 shows in three-dimensional view a fan device within a further frame 3 ', where there is a motor 12 is shown in the form of an electric motor which is secured by webs 13, 14 on the edge surface 15 of the fan frame 3'. Connected to the electric motor 12 is a shaft 16, which is fixed in the hub of a fan wheel 5 'and drives it.
  • a motor 12 is shown in the form of an electric motor which is secured by webs 13, 14 on the edge surface 15 of the fan frame 3'.
  • a shaft 16 Connected to the electric motor 12 is a shaft 16, which is fixed in the hub of a fan wheel 5 'and drives it.
  • conveying blades 8 ', 9' are provided, which are not connected to each other at its outer periphery by a Lüfterradring 11.
  • the axial gap between the fan wheel 5 'and the edge surface 15 of the opening in the fan casing 3' is determined there by the contour of the conveying blades that is traversed during the rotation / swept over and the shape of the opening or the edge surface 15.
  • Fig. 3 shows schematically in a front view a fan 5 "with a Lüfterradring 11 ', which is in an opening 4" rotatably mounted about the central axis 10'.
  • the opening 4 " is formed within a fan cowl indicated by hatching.
  • the opening 4 is not perfectly circular, but that in the separate peripheral sections 17, 18, which are indicated by double arrows between respective radially extending dashed lines, the radius r of the opening or the Edge surface of the opening 4 "relative to the other peripheral portions is increased.
  • This measure according to the invention takes into account the fact that when tilting the fan wheel 5 "or the entire fan device about the axis 19 or an axis parallel to this a pitch movement of the fan 5" from the plane of the drawing or in the plane of the drawing to the in the drawing plane lying axis 20 takes place.
  • FIG. 4 shows a longitudinal section of the ventilating device from FIG. 3 along the axis 20. It is on both sides of the fan 5 "between the Lüfterradring 11 'and the edge 15' of the opening 4" a relatively narrow axial gap recognizable. It is now assumed that the fan device is pivoted with a rapidly rotating fan wheel 5 "about an axis 21 perpendicular to the drawing plane in Fig. 4 axis, as indicated by the double arrow 22. It then results from the gyroscopic moments in the rotating Fan 5 "a pitching movement perpendicular to the plane of the pivoting movement, as in Fig. 5, which is a section along the axis 19 in Fig.
  • FIG. 6 the installation position of a fan device according to the invention in a motor vehicle 26 is shown schematically. It is merely the fan 5 is particularly designated as well as the direction of travel of the motor vehicle by the arrow 27 and the direction of the wind through the arrow 28. By the pivot double arrow 29, the direction of the pitch movement of the fan 5 is indicated when cornering of the motor vehicle.
  • the separate circumferential sections 17, 18, in which the opening is widened radially and the axial gap is enlarged can each have at least ten degrees, in particular at least twenty degrees, more advantageously in particular. dere occupy at least thirty degrees of the total circumference of the Lüfterradrings or the edge of the opening. It is also advantageous if the separate peripheral sections 17, 18 together do not occupy more than 180 degrees of the total circumference.
  • both separate peripheral sections are approximately the same size, they should advantageously differ by no more than 50% with respect to the occupied area.
  • the radius differences between the edge surfaces of the opening in the separate peripheral sections and in the remaining peripheral sections should advantageously be less than 5%, more advantageously less than 3%.
  • FIG. 7 the front view of an embodiment of the invention is shown, in which the radial extension of the opening 4 '' in the separate peripheral portions of the front side is not readily apparent.
  • FIG. 7 shows a section of the arrangement from FIG., 7 along the axis 20.
  • the gap between the edge surface 15 "and the fan wheel ring 11 'extends in a labyrinth-like manner partly in the axial, partly in the radial direction reached a stop-like shoulder 30 in the profile of the fan frame 3 ".
  • the shoulder 30 projects radially inwards and forms a surface 31 against which the fan ring 11 abuts contactlessly in the axial direction 10 perpendicular to the pivot plane.
  • FIG. 9 shows a longitudinal section of the arrangement from FIG. 7 along the axis 19, and there it is shown that in the region of an upper and lower peripheral section, which are again indicated by dashed lines in FIG. 7, the shoulder 30 is formed thinner in the axial direction 10 than in the other peripheral portions of the edge of the opening 4 "', so that in these areas an axial gap 10 enlarged gap between the Lüfterradring 11 'and the surface 31 results.
  • Another way of looking at the three-dimensional shape of the stop 30 can be formulated so that in the areas where parts of the shoulder 30 are omitted or removed within the separate peripheral portions, the radius of the edge surface 15 "of the opening 4" 'is increased.
  • FIGS. 7, 8 and 9 The use of the arrangement according to FIGS. 7, 8 and 9 is basically conceivable in such a way that the radially inwardly projecting step of the edge surface in the air stream can be upstream or downstream of the fan wheel, that is to say the air flow can be seen in FIGS 9 optionally be provided from left to right, but also from right to left.
  • FIGS. 10 and 11 show two different longitudinal sections of a modified fan device, wherein FIG. 10 shows the section in the region of the peripheral sections which are substantially cylindrically symmetrical, ie not radially widened, while FIG. 11 is a longitudinal section in FIG Plain represents, in which the two separate, diametrically opposite peripheral portions are located, in which the passage opening radially expanded and the axial gap between the fan 5 "and the edge 15 '" of the opening is increased.
  • Fig. 10 a constellation similar to that shown in Fig. 8 is shown.
  • the design of the edge surface of the opening according to FIG. 10 therefore looks similar in the region of the non-radially widened peripheral sections as in the case of the ventilating device according to FIG. 7.
  • peripheral sections which are designated in FIG. 7 by way of example by 17 ', 18' and in which there is a radially widened contour of the edge surface 15 "'of the opening 4"', this is achieved on the one hand by the shoulder 30 of the fan cowl 3 "in the axial direction of the axis 10 is reduced and that insofar on a Part of the edge surface 15 "'in the separate peripheral portions of the radius relative to the other peripheral portions is increased.
  • the contour of the edge surface 15 "' is concave, ie rounded, in such a way that a pitch movement of the fan wheel 5" along the edge surface 15 "' is made possible the concave edge surface 15 "'is shaped such that it corresponds to sections of a spherical surface around the ball center 32, wherein the ball center 32 corresponds to the intersection of a central axis 10 with a pitch axis of the fan wheel 5" perpendicular to the plane of the drawing Fan wheel in a pivot plane perpendicular to the plane, the pivot plane containing the central axis 10, has a tendency to pivot the fan within the plane around the axis perpendicular to the plane of the drawing through the ball center 32.
  • the continuous contour of the spherical surface is shown with dashed lines and 33.
  • the corresponding concave ext Design of the edge surface 15 "'thus allows the Lüfterradring 11' to remain in a yaw motion at a constant small distance from the edge surface 15" 'of the opening in the fan cowl.
  • the size of the axial gap between the fan ring and the edge of the opening thus changes only minimally during a pitching movement. It can thus be chosen in the constellation a total of a small axial gap.
  • edge surface 15 "'in the form of a spherical surface portion may in principle also be provided over the entire circumference of the opening.
  • the invention described in its various forms allows the provision of a small axial gap between a fan and the edge of the opening in a fan cowl, without a fear of contact between the fan and the edge of the opening during a pivoting movement of the fan device by yaw / gyroscopic moments ,
  • the use of the arrangement according to FIGS. 10 and 11 is also conceivable in principle in such a way that the radially inwardly projecting step of the edge surface in the air flow can be upstream or downstream of the fan wheel, that is to say the air flow can optionally be shown in FIGS left to right, but also be provided from right to left.
  • FIG. 12 shows in a longitudinal section a cooler 6, which is impinged by air in the direction shown by the arrow 28.
  • the air flow is generated at least partially by a fan wheel 5 "'driven by a motor 12.
  • a baffle plate 34 is arranged behind the fan wheel 5"'.
  • the fan wheel has a fan ring 11 "with an obliquely radially outwardly extending lip 35, which has approximately the shape of a complementary lip 36 of the edge surface 15" ".
  • the lip 36 is axially separated from the fan wheel 5 '' in the two separate peripheral sections. put away.
  • Fig. 13 shows in a longitudinal section a cooler 6 in front of a fan 5 "".
  • the fan ring 11 '"of the fan 5" has a lip 37, which lies opposite a step 38 of the edge surface 15.
  • the step 38 is in the two separate peripheral sections axially in the direction of the arrow 28, which also designates the air flow direction the lip 37 of the Lüfterradringes 11 "'offset away.
  • FIGS. 14, 15, 16 and 17 each show in longitudinal section a fan ring 39, 39 ', 39 ", 39'” and an edge surface 40, 40 ', 40 ", 40”' of an opening in a fan cowl or socket of a fan.
  • a Lüfterradring 39 is shown with a radially perpendicular to the axial direction outwardly projecting lip 41, which faces a sealing surface 31 'at a step 45 of the edge surface 40 to form a gap.
  • the step 45 is axially displaced away from the lip 41 in the direction of the arrow 28, which designates the direction of flow, in the two separate peripheral sections.
  • 15 shows a Lüfterradring 39 'with an obliquely outwardly projecting lip 42 which is opposite to a radially inwardly projecting, in cross-section hook-shaped lip 46 of the edge surface 40' to form a gap.
  • the lip 46 is offset axially in the two separate peripheral portions of the fan ring 39 'opposite to the direction indicated by the arrow 28.
  • FIG. 16 shows a fan ring 39 "with a radially outwardly pointing lip 43. This lies opposite a radially inwardly projecting, in cross-section hook-shaped lip 47 of the edge surface 40" to form a gap.
  • the lip 47 is offset axially in the two separate peripheral portions of the fan ring 39 "against the direction indicated by the arrow 28.
  • FIG. 18 shows a front view of a fan device with a fan frame 3 "', on which two separate, mutually opposite circumferential sections 17" and 18 "are drawn at the top and bottom, on which a radially inwardly projecting projection of the edge surface is in Offset axial direction of the room provided for the fan wheel, that there is the gap in the axial direction between the projection and the fan at rest 12.5 mm, while the comparable gap in the offset by 90 ° relative to the peripheral portions 17 “, 18", lying in the horizontal peripheral portions 49, 50 only 9.5 mm in the axial direction.
  • peripheral regions 17 “, 49, 18" and 50 lying peripheral regions 51, 52, 53, 54 is a, in particular stepless, transition of the gap provided , FIG.
  • FIG. 19 shows a section through a part of an arrangement according to FIG. 18 in the region 17 ", where 10 denotes a center and rotation axis, 39""a fan ring and 40"'the corresponding edge surface on the fan frame.
  • the gap 57 in the axial direction in the case of FIG. 18, ie in the section in the region 17 “of FIG. 18, is 12.5 mm and the gap 58 in the case of FIG. 20, ie in the peripheral regions 49, 50 where 20.
  • the fan ring 39 “” has a bevel or conically widening region on its peripheral edge 55 facing the edge surface 40 "", while the edge of the frame opening has a cone 56, which extends radially inside the fan ring 39 "in the axial direction on the Lüfterradring ..
  • the conical edge 55 of the fan ring 39""and the cone 56 of the edge of the frame opening may have substantially the same cone angle and together form parts of a labyrinth seal ,

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lüftereinrichtung mit einer Fassung, insbesondere einer Lüfterzarge (3, 3', 3"), die eine im Wesentlichen kreisrunde durchgehende Öffnung (4, 4', 4", 4"') zur Aufnahme eines um deren Mittelachse (10) rotierenden Lüfterrades (5, 5', 5", 5'", 5"") aufweist, wobei die Öffnung (4, 4', 4", 4"') durch eine im Wesentlichen zylindersymmetrisch um die Mittelachse (10) umlaufende Randfläche (15, 15', 15", 15'", 15"", 15""', 40, 40', 40", 40'", 40"") begrenzt ist, und wobei bei der Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15""', 40, 40', 40", 40"') in zwei gesonderten, einander diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten (17, 17', 17", 18, 18', 18") im Vergleich zu der in den übrigen Umfangsabschnitten zylindersymmetrischen Form der Radius wenigstens teilweise vergrößert und/oder ein radial nach innen ragender umlaufender Vorsprung (30, 36, 38) der Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15""', 40, 40', 40", 40"', 40"") axial von dem für das Lüfterrad (5, 5', 5", 5"', 5""), vorgesehenen Raum weg versetzt ist.. Durch die entsprechende Ausprägung der Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15"'", 40, 40', 40", 40"', 40"") der Öffnung (4, 4', 4", 4'") wird auch für den Fall einer Gierbewegung eines eingesetzten Lüfterrades beim Schwenken der Lüftereinrichtung eine Berührung und/oder Geräuschentwicklung zwischen dem Lüfterrad und dem Rand der Öffnung (4, 4', 4", 4"') in der Lüfterzarge (3, 3', 3") vermieden.

Description

Beschreibung
Lüftereinrichtung und Fahrzeug mit einer Lüftereinrichtung
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und betrifft eine Lüftereinrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer Lüftereinrichtung, wobei eine derartige Lüftereinrichtung der Erhöhung des Luftdurchsatzes, beispielsweise zu Kühlungszwecken, dienen kann.
Insbesondere bei Kraftfahrzeugen ist im Antriebsstrang üblicherweise ein Verbrennungsmotor vorgesehen, der eine Kühlung benötigt. Da hierzu die Wärmeab- strahlung und Konvektion nicht ausreicht, wird ein solcher Kühlprozess üblicherweise durch einen Kühlluftstrom unterstützt, der einerseits durch den Fahrtwind bei Fortbewegung des Fahrzeugs erzeugt werden kann, der andererseits üblicherweise auch durch eine Lüftereinrichtung unterstützt wird. Dabei ist die Zwischenschaltung einer Kühlereinrichtung in Form eines Fluidkühlkreislaufes sinnvoll, wobei ein Wärmetauscher (Kühler) dem Fahrtluftstrom und dem Luftstrom einer Lüftereinrichtung ausgesetzt wird.
Eine solche Lüftereinrichtung weist üblicherweise ein antreibbares Lüfterrad auf, das ein Förderelement für Luft in Form einer Schraube, eines Schaufelrades oder eines Propellers aufweist. Ein solches Lüfterrad ist derart gelagert, dass es innerhalb einer durchgehenden Öffnung in einer Lüfterzarge oder allgemein einer die Öffnung in Radialrichtung umgebenden Fassung gehalten ist. Der Wirkungsgrad der Lüftereinrichtung ist besonders hoch, wenn der Spalt zwischen dem Lüfterrad und dem Rand der Öffnung in der Lüfterzarge möglichst klein ist.
Auf der anderen Seite ergibt sich bei kleinen Spalten unter anderem und neben den durch Toleranzen, Material und Schlechtwegstrecken bedingen Risiken das Problem, dass durch ein Giermoment, d. h. bei dem schnell rotierenden Lüfterrad auftretende Kreiselkräfte in Kurvenfahrt ein„Nicken" des Lüfterrads stattfindet, d. h. eine Neigung des rotierenden Lüfterrades um eine horizontale, quer zur Fahrtrichtung verlaufende Achse. Hierdurch kann bei kleinem Lüfterradspalt das Lüfter- rad am Rand der Öffnung in der Lüfterzarge schleifen, was einerseits das Lüfterrad abbremst und andererseits unangenehme Geräusche verursacht. Auch eine Beschädigung bzw. ein Bruch des Lüfterrades bei einer derartigen Berührung ist in Betracht zu ziehen.
Grundsätzlich ist beispielsweise aus der EP 1 621 773 A1 die Verwendung eines elektrisch antreibbaren Lüfters bei einem Fahrzeug bekannt, um den Fahrtwind zu verstärken und eine Kühleinrichtung in dem Fahrzeug zu betreiben. Dort ist in dem so erzeugten Luftstrom ein Kühlernetz angeordnet, das von Rohren durchsetzt ist, die mit einem Kühlmittel durchflössen sind. Durch das Kühlmittel wird ein Wärmeaustausch mit dem zu kühlenden Aggregat hergestellt. Der Lüfter ist dort elektrisch antreibbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Lüftereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen möglichst geringen Spalt zwischen dem Lüfterrad und dem Rand der Öffnung in der Lüfterzarge auch beim Schwenken der Lüftereinrichtung, beispielsweise bei Kurvenfahrt eines Fahrzeugs, in das die Lüftereinrichtung eingebaut ist, ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist eine Lüftereinrichtung mit einer Fassung, insbesondere einer Lüfterzarge vorgesehen, die eine im Wesentlichen kreisrunde durchgehende Öffnung zur Aufnahme eines in der Öffnung um deren Mittelachse rotierenden Lüfterrades aufweist, wobei die Öffnung durch eine im Wesentlichen zylindersymmetrisch um die Mittelachse umlaufende Randfläche begrenzt ist. Es ist zudem vorgesehen, dass bei der Randfläche in zwei gesonderten, einander diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten im Vergleich zu der in den übrigen Umfangsabschnitten zylindersymmetrischen Form der Radius wenigstens teilweise vergrößert und/oder ein radial nach innen ragender umlaufender Vorsprung der Randfläche axial von dem für das Lüfterrad vorgesehenen Raum weg versetzt ist. Die Randfläche kann dabei im Längsschnitt verschiedene Formen aufweisen, die weiter unten genauer beispielhaft beschrieben sind, beispielsweise kann sie im Längsschnitt einen umlaufenden, wenigstens teilweise radial verlaufenden Vorsprung in Form einer Stufe, Schräge oder Lippe aufweisen.
Durch die entsprechende radiale Vergrößerung/Aufweitung der Randfläche der Öffnung in zwei einander gegenüber liegenden Umfangsabschnitten wird bei einer Rotation eines in der Öffnung vorgesehenen Lüfterrades ein Schwenken des rotierenden Lüfterrades bzw. der Lüftereinrichtung um eine Achse ermöglicht, die im Wesentlichen parallel zu der Verbindungsachse zwischen den beiden gesonderten Umfangsabschnitten liegt, deren Randfläche bezüglich des Radius vergrößert ist. Eine entsprechende„Nick-Bewegung" in Folge des auftretenden Giermomentes auf das Lüfterrad wird dadurch möglich, indem der Spalt in den entsprechenden Umfangsabschnitten etwas vergrößert ist. Dort berührt der Umfang des Lüfterrades demnach trotz der Nick-Bewegung nicht den Rand der Öffnung noch einen radial nach innen weisenden Vorsprung.
Je nach Dicke der Lüfterzarge, in der die durchgehende Öffnung für das Lüfterrad vorgesehen ist, erstreckt sich die zylindersymmetrische Randfläche über eine mehr oder weniger große axiale Länge in Richtung der Mittelachse der Öffnung. Vorteilhaft kann dabei vorgesehen sein, dass der Radius der Randfläche in den zwei gesonderten Umfangsabschnitten wenigstens auf einer Teilfläche des Teils der Randfläche, der sich in Axialrichtung erstreckt oder in dem gesamten Teil der Randfläche, der sich in Axialrichtung erstreckt, im Vergleich zu der in den übrigen Umfangsabschnitten zylindersymmetrischen Form vergrößert ist.
Es muss damit nicht der gesamte Radius der Randfläche im Bereich der gesonderten, einander gegenüber liegenden Umfangsabschnitte radial erweitert sein, sondern oft genügt es, wenn die Randfläche nur auf einem Teil ihrer axialen Länge gegenüber dem Radius in den übrigen Umfangsabschnitten erweitert ist. Der Übergang zwischen den radial erweiterten Axialbereichen der Randfläche in den gesonderten Umfangsabschnitten und dem nicht erweiterten Axialteil der Randfläche kann beispielsweise stufenförmig oder durch einen konischen Übergangsbereich gestaltet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Randfläche im Längsschnitt ein Profil mit bezüglich der axialen Länge veränderlichem Radius bildet und dass der Radius der Randfläche in zwei gesonderten, einander diametral gegenüberliegenden Um- fangsabschnitten eines Querschnittes im Vergleich zu dem in den übrigen Um- fangsabschnitten desselben Querschnitts vorliegenden Radius wenigstens teilweise vergrößert ist.
Im Längsschnitt, d. h. in einem Schnitt parallel zu der Mittelachse der Öffnung muss die Randfläche, wie bereits oben erwähnt, nicht notwendig eine zylindrische Kontur haben, sondern sie kann sich in Axialrichtung bezüglich des Radius verändern, beispielsweise in Form eines konischen Abschnittes oder einer oder mehrerer Stufen oder in Form einer umlaufenden, rinnenförmigen Nut. Das entsprechende Profil kann umlaufend über den gesamten Umfangsbereich der Öffnung vorgesehen sein, wobei einzelne axiale Abschnitte der Randfläche bezüglich ihres Radius in den beiden gesonderten, einander gegenüber liegenden Umfangsab- schnitten erweitert oder, beispielsweise im Fall eines Axialabschnittes mit einer umlaufenden Rinne, axial gegenüber den übrigen Umfangsbereichen verschoben sind. Beispielsweise kann durch eine umlaufende Stufe eine Art Labyrinthdichtung in der Öffnung zwischen dem Lüfterrad und dem Rand der Öffnung vorgesehen sein, wobei das Lüfterrad selbst in einem Bereich der Öffnung mit größerem Radius läuft, während benachbart dem Lüfterrad eine radial nach innen vorspringende Stufe in der Randfläche der Öffnung vorgesehen ist. Die Kontur des Lüfterrades kann ebenfalls eine umlaufende Stufe bilden, die komplementär zu einer in der Randfläche vorgesehenen Stufe geformt sein kann. Damit wird der Radial/Axialspalt zwischen dem Lüfterrad und der Randfläche verlängert und die Dichtung verbessert. Es kann dabei vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Randfläche in Längsschnitt wenigstens eine in Radialrichtung bezüglich der Mittelachse verlaufende Stufe aufweist und dass der Radius der Randfläche in wenigstens einer Querschnittsfläche auf wenigstens einer axialen Seite der Stufe in zwei gesonderten, einander diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten im Vergleich zu dem in den übrigen Umfangsabschnitten derselben Querschnittsfläche vorliegenden Radius wenigstens teilweise vergrößert ist. Unter einer radial verlaufenden Stufe soll dabei nicht nur eine Stufe mit senkrecht zur Axialrichtung verlaufender Flanke, sondern auch eine Stufe mit einer zur Axialrichtung schräg verlaufenden Flanke verstanden werden.
Die Ausgestaltung der Erfindung kann dabei vorsehen, dass die radial nach innen vorspringende Stufe der Randfläche im Zuge des Luftstroms vor oder auch hinter dem Lüfterrad angeordnet ist.
Auch die von dem Lüfterrad im Zuge seiner Rotation überstrichene Kontur kann eine Stufe aufweisen, die insbesondere zu der Stufe in der Randfläche im Wesentlichen komplementär ausgestaltet sein kann. Damit entsteht ein
labyrinthartiger Spalt zwischen der Randfläche und dem Lüfterrad.
Es kann außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Randfläche im Längsschnitt eine in Radialrichtung bezüglich der Mittelachse verlaufende Stufe oder Lippe aufweist, die eine Dichtungsfläche für einen radialen Außenbereich des Lüfterrades bildet, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe oder Lippe in zwei gesonderten, einander diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten im Vergleich zu den übrigen Umfangsabschnitten in Axialrichtung versetzt ist, um den Raum zur Aufnahme des Lüfterrades in diesem Bereich zu vergrößern.
Es ergibt sich damit in den beiden gesonderten, einander gegenüber liegenden Umfangsabschnitten ein axiales Zurückspringen der Dichtfläche im Bereich der Randfläche der Öffnung gegenüber der Kontur des Lüfterrades. Damit wird die Dichtung in den gesonderten Umfangsabschnitten durch einen vergrößerten Spalt zwischen Lüfter und Öffnungsrandfläche geringfügig verschlechtert, jedoch werden insgesamt in den übrigen Umfangsabschnitten des Lüfterrades verringerte Spaltmaße ermöglicht, ohne dass ein Schleifen des Lüfters am Rand der Öffnung zu befürchten ist. Im Falle einer Nickbewegung des Lüfterrades beim Auftreten eines Giermomentes wird der zusätzliche Platz durch das Lüfterrad genutzt. Der Spalt zwischen Lüfter und Randfläche kann dabei im Längsschnitt gesehen kombiniert in axialer und radialer Richtung verlaufen (L-förmiger Spalt) oder noch andere oder weitere Wendungen aufweisen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der axiale Versatz der Stufe oder Lippe in den gesonderten Umfangsabschnitten in Um- fangsrichtung in Stufen oder stetig veränderlich ist und jeweils in der Mitte der gesonderten Umfangsabschnitte ein Maximum annimmt.
Diese Gestaltung ermöglich einen allmählichen Übergang bei der Abweichung von der zylindersymmetrischen Gestaltung des Randes der Öffnung von den beiden gesonderten, radial erweiterten Umfangsabschnitten aus zu den übrigen zylindersymmetrisch ohne radiale Aufweitung gestalteten Umfangsabschnitten des Randes der Öffnung.
Dies trägt auch dem Umstand Rechnung, dass eine„Nick-Bewegung" des
Lüfterrades naturgemäß die stärkste Amplitude an den beiden Punkten am Umfang des Lüfterrades aufweist, die den größten Abstand zur„Nick-Achse" also zu der Achse aufweisen, um die durch das Giermoment die Nick-Bewegung des Lüfterrades stattfindet.
Die Amplitude der Nick-Bewegung nimmt in Umfangsrichtung mit der Entfernung von diesen Punkten stetig ab.
Die Erfindung kann zudem vorteilhaft dadurch ausgebildet sein, dass die Randfläche wenigstens in den zwei gesonderten, einander diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten im Längsschnitt betrachtet konkav gekrümmt ausgebildet ist.
Damit ergibt sich ein besonders enges Anschmiegen des Umfangs des Lüfterrades im Bereich der gesonderten Umfangsabschnitte bei einer Nick-Bewegung an die entsprechende Kontur der Randfläche, die konkav ausgebildet sein kann, da die Nick-Bewegung um eine Nick-Achse eine kreisförmige Schwenkbewegung des Lüfterrades darstellt. Dadurch kann in diesem Bereich der Spalt zwischen der Kontur des Lüfterrades und der Randfläche der Öffnung minimiert werden.
Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass die im Längsschnitt konkav ausgebildeten Umfangsabschnitte der Randfläche einen Teil einer Kugelfläche bilden, die ihren Kugelmittelpunkt insbesondere innerhalb der Durchgangsöffnung auf deren Mittelachse hat. Der Kugelmittelpunkt kann auch auf der Mittelachse von der Öffnung beabstandet sein.
Außer auf eine Lüftereinrichtung mit einer Lüfterzarge, die durch die oben beschriebene Formung der Randfläche der Öffnung für ein Lüfterrad den Einbau eines hieran angepassten Lüfterrades mit einem minimalisierten Axialspalt erlaubt, bezieht sich die Erfindung auch auf eine Lüftereinrichtung mit einem in diese eingebauten Lüfterrad das die entsprechenden Bedingungen erfüllt. Die Erfindung betrifft somit eine Lüftereinrichtung mit einer Lüfterzarge, die eine im Wesentlichen kreisrunde durchgehende Öffnung mit einem in der Öffnung um deren Mittelachse rotierenden Lüfterrad aufweist, wobei die Öffnung durch eine im Wesentlichen zylindersymmetrisch um die Mittelachse umlaufende Randfläche begrenzt ist, und wobei zwischen der Umfangskontur des Lüfterrades und der Randfläche ein Spalt gebildet ist, wobei die durchgehende Öffnung in zwei gesonderten, einander diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten im Vergleich zu der in den übrigen Umfangsabschnitten zylindersymmetrischen Form radial erweitert ist.
Die Erfindung betrifft zudem auch ein Fahrzeug mit einer Lüftereinrichtung gemäß der Erfindung mit einem um eine Mittelachse in einer durchgehenden Öffnung rotierbar antreibbaren Lüfterrad, wobei die Einbaulage der Lüftereinrichtung in dem Fahrzeug derart ist, dass die Mittelachse im Wesentlichen in Geradeausfahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist, wobei die durchgehende Öffnung in einem in ihrem obersten Bereich und einem zweiten, in ihrem untersten Bereich angeordneten, Umfangsabschnitt im Vergleich zu der in den übrigen Umfangsabschnitten zylindersymmetrischen Form radial erweitert ist.
Durch die entsprechende erfindungsgemäße Gestaltung der Lüftereinrichtung wird eine optimierte Kühlung eines Aggregats des Fahrzeugs ermöglicht, ohne dass bei Kurvenfahrt des Fahrzeugs ein Schleifen des Lüfterrades an der Randfläche der Öffnung der Lüfterzarge zu befürchten ist. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Lüftereinrichtung mit einer Lüfterzarge und einem Lüfterrad in dreidimensionaler Ansicht,
Fig. 2 eine weitere Lüftereinrichtung mit einer Lüfterzarge und einem
Lüfterrad ebenfalls in einer dreidimensionalen Ansicht,
Fig. 3 eine Frontansicht eines Ausschnitts aus einer Lüfterzarge mit einer durchgehenden Öffnung und einem Lüfterrad, Fig. 4 einen Längsschnitt der Anordnung aus der Fig. 3,
Fig. 5 einen weiteren Längsschnitt der Anordnung aus der Fig. 3,
Fig. 6 die Einbaulage einer erfindungsgemäßen Lüftereinrichtung in einem Kraftfahrzeug,
Fig. 7 eine Frontansicht einer weiteren Lüftereinrichtung mit einem Lüfterrad,
Fig. 8 einen ersten Längsschnitt der Anordnung aus Fig. 7,
Fig. 9 einen weiteren Längsschnitt der Anordnung aus Fig. 7,
Fig. 10 einen Längsschnitt einer weiteren Lüfteranordnung ,
Fig. 11 einen weiteren Längsschnitt derselben Anordnung, wie sie in der
Fig. 10 dargestellt ist,
Fig. 12 einen Längsschnitt eines Lüfters mit einer speziellen Spaltgeometrie,
Fig. 13 einen Längsschnitt eines Lüfters mit einer weiteren speziellen
Spaltgeometrie,
Fig. 14 bis 17 weitere unterschiedliche Ausgestaltungen des Spaltes zwischen
Lüfterrad und Randfläche jeweils im Längsschnitt, Fig. 18 eine Frontalansicht einer weiteren Lüftereinrichtung, sowie
Fig. 19 u. 20 zwei Teilschnitte aus Fig. 18.
Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil eines sogenannten Kühlerkastens 1 mit einem umlaufenden Rahmen 2, in den eine Lüfterzarge 3 eingesetzt ist. Die Lüfterzarge 3 kann beispielsweise als Platte ausgebildet sein, die eine im Wesentlichen kreisrunde Öffnung 4 zur Aufnahme eines Lüfterrades 5 aufweist. In dem Kühlerkasten 1 kann der Lüfterzarge 3 und dem Lüfterrad 5 im Zuge des Luftstroms ein Kühler vor- oder nachgelagert sein, der in der Fig. 1 nur schematisch als gestrichelter Kasten 6 dargestellt ist.
Außerdem können im Luftstrom des Lüfterrades 5 auch noch weitere Wärmeaustauschmittel vorgesehen sein, wie beispielsweise ein Kondensatornetz.
Das Lüfterrad 5 weist eine Nabe 7 auf, die mit einer nicht dargestellten Welle verbunden ist, welche mit einem Elektromotor verbunden und durch diesen antreibbar ist. Der Elektromotor sowie die Welle und damit auch das Lüfterrad 5 sind innerhalb des Kühlerkastens 1 fixiert, beispielsweise durch Stege die mit dem Rahmen 2 fest verbunden sind. Damit ist das Lüfterrad 5 derart gehalten, dass es in der durchgehenden Öffnung 4 rotieren kann.
Das Lüfterrad 5 weist eine Vielzahl, im dargestellten Beispiel neun Förderschaufeln 8, 9 auf, die im Zuge der Rotation des Lüfterrades 5 Luft in axialer Richtung bezüglich der Mittelachse 10 der Öffnung 4 fördern. Die Mittelachse 10 stellt auch die Rotationsachse des Lüfterrades und die Mittelachse der nicht dargestellten Welle dar.
Radial außen bezüglich der Mittelachse 10 sind die einzelnen Förderschaufeln 8, 9 durch einen umlaufenden Lüfterradring 11 miteinander fest verbunden. Zwischen dem Lüfterradring 11 und dem Rand der Öffnung 4 ist ein im Wesentlichen in Axialrichtung 10 verlaufender Spalt vorgesehen, der dafür sorgt, dass das Lüfterrad bzw. der Lüfterradring 11 nicht an der Lüfterzarge 3 schleift und dass andererseits der Zwischenraum zwischen dem Lüfterrad 5 und der Lüfterzarge 3 möglichst klein ist, um einen guten Wirkungsgrad durch eine effiziente Förderung des Luftstroms durch das Lüfterrad 5 zu ermöglichen. Je breiter der Axialspalt ist, umso eher kann der durch das Lüfterrad 5 aufgebaute Druckunterschied zwischen der Ansaug- und der Abströmseite der Lüftereinrichtung am Lüfterrad radial außen vorbei wieder ausgeglichen werden, ohne dass die geförderte Luft ihrem eigentlichen Nutzen zugeführt werden kann. Die Fig. 2 zeigt in dreidimensionaler Ansicht eine Lüftereinrichtung innerhalb einer weiteren Zarge 3', wobei dort ein Motor 12 in Form eines Elektromotors dargestellt ist, der mittels Stegen 13, 14 an der Randfläche 15 der Lüfterzarge 3' befestigt ist. Mit dem Elektromotor 12 ist eine Welle 16 verbunden, die in der Nabe eines Lüfterrades 5' fixiert ist und dieses antreibt. Bei der Ausführungsform der Fig. 2 sind Förderschaufeln 8', 9' vorgesehen, die an ihrem äußeren Umfang nicht durch einen Lüfterradring 11 miteinander verbunden sind. Der Axialspalt zwischen dem Lüfterrad 5' und der Randfläche 15 der Öffnung in der Lüfterzarge 3' ist dort durch die bei der Rotation durchsetzte/überstrichene Kontur der Förderschaufeln und die Form der Öffnung bzw. der Randfläche 15 bestimmt.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird zunächst das Problem anhand der Fig. 3, 4 und 5 näher beschrieben.
Die Fig. 3 zeigt schematisch in einer Frontansicht ein Lüfterrad 5" mit einem Lüfterradring 11 ', das in einer Öffnung 4" rotierend um die Mittelachse 10' gelagert ist. Die Öffnung 4" ist innerhalb einer durch eine Schraffur angedeutete Lüfterzarge gebildet.
Aus der Fig. 3 ist ersichtlich, dass die Öffnung 4" nicht perfekt kreisrund ausgebildet ist, sondern dass sie in den gesonderten Umfangsabschnitten 17, 18, die durch Doppelpfeile zwischen jeweils radial verlaufenden gestrichelten Linien angedeutet sind, der Radius r der Öffnung bzw. der Randfläche der Öffnung 4" gegenüber den übrigen Umfangsabschnitten vergrößert ist.
Diese erfindungsgemäße Maßnahme trägt dem Umstand Rechnung, dass beim Schwenken des Lüfterrades 5" oder der gesamten Lüftereinrichtung um die Achse 19 oder eine zu dieser parallele Achse eine Nick-Bewegung des Lüfterrades 5" aus der Zeichnungsebene heraus bzw. in die Zeichnungsebene hinein um die in der Zeichnungsebene liegende Achse 20 stattfindet.
Dies wird besonders anhand der Fig. 4 und 5 verdeutlicht. In der Fig. 4 ist ein Längsschnitt der Lüftereinrichtung aus der Fig. 3 entlang der Achse 20 dargestellt. Es ist jeweils zu beiden Seiten des Lüfterrades 5" zwischen dem Lüfterradring 11 ' und dem Rand 15' der Öffnung 4" ein relativ schmaler Axialspalt erkennbar. Es wird nun angenommen, dass die Lüftereinrichtung bei schnell rotierendem Lüfterrad 5" um eine in der Fig. 4 senkrecht auf der Zeichnungsebene stehende Achse 21 geschwenkt wird, wie dies durch den Doppelpfeil 22 angedeutet ist. Es ergibt sich dann durch die Kreiselmomente bei dem rotierenden Lüfterrad 5" eine Nick- Bewegung senkrecht zur Ebene der Schwenkbewegung, wie in der Fig. 5, die einen Schnitt entlang der Achse 19 in Fig. 3 darstellt, durch die Doppelpfeile 23, 24 angedeutet ist. Bei Schwenkbewegungen der Lüftereinrichtung, wie sie beispielsweise beim Einsatz in Kraftfahrzeugen bei normaler Kurvenfahrt durchaus vorkommen, findet eine Nick-Bewegung in der Größenordnung eines Schwenkens um einige Grad statt. Dies bedeutet, dass der Axialspalt 25, wie in der Fig. 5 angedeutet, in den beiden Bereichen, in denen sich die stärkste Amplitude der Nick- Bewegung ergibt, radial gegenüber den übrigen Umfangsbereichen vorteilhafterweise vergrößert ist, um eine Berührung des Lüfterrades 5" am Rand der Öffnung 4" zu vermeiden. Dies wird erreicht, indem in diesen Bereich, wie in der Fig. 3 angedeutet, die Öffnung 4" radial vergrößert ist durch radiale Aufweitung der Randfläche 15' der Öffnung 4".
In der Fig. 6 ist schematisch die Einbaulage einer erfindungsgemäßen Lüftereinrichtung in ein Kraftfahrzeug 26 gezeigt. Es ist lediglich das Lüfterrad 5 besonders bezeichnet sowie die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs durch den Pfeil 27 und die Richtung des Fahrtwindes durch den Pfeil 28. Durch den Schwenk-Doppelpfeil 29 ist die Richtung der Nick-Bewegung des Lüfterrades 5 bei Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs angedeutet.
Dies bedeutet, dass bei Einbau in ein Kraftfahrzeug die gesonderten Umfangsab- schnitte 17, 18, in denen die Öffnung des Lüfterrades erweitert sein soll, im oberen und unteren Bereich der Öffnung vorgesehen sein müssen.
Grundsätzlich können die gesonderten Umfangsabschnitte 17, 18, in denen die Öffnung radial erweitert und der Axialspalt vergrößert ist, jeweils mindestens zehn Grad, insbesondere jeweils mindestens zwanzig Grad, weiter vorteilhaft insbeson- dere mindestens jeweils dreißig Grad des Gesamtumfangs des Lüfterradrings bzw. des Randes der Öffnung einnehmen. Vorteilhaft ist zudem, wenn die gesonderten Umfangsabschnitte 17, 18 zusammen nicht mehr als 180 Grad des Ge- samtumfanges einnehmen. Vorteilhaft sind beide gesonderten Umfangsabschnitte etwa gleich groß, sie sollten sich vorteilhaft bezüglich des eingenommenen Um- fangs um nicht mehr als 50% unterscheiden. Die Radius- Unterschiede zwischen den Randflächen der Öffnung in den gesonderten Umfangsabschnitten und in den übrigen Umfangsabschnitten sollten vorteilhaft weniger als 5%, weiter vorteilhaft weniger als 3% betragen.
In der Fig. 7 ist die Frontansicht einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei denen die radiale Erweiterung der Öffnung 4"' in den gesonderten Umfangsabschnitten von der Frontseite her nicht ohne Weiteres erkennbar ist.
Es ist dort ebenfalls ein Lüfterrad 5" vorgesehen mit einem Lüfterradring 11', der zusammen mit der Randfläche 15" der Öffnung 4"' einen Axialspalt bildet. Die gesonderten Umfangsabschnitte sind mit 17', 18' bezeichnet und liegen einander symmetrisch gegenüber.
Die Fig. 8 zeigt einen Schnitt der Anordnung aus Fig., 7 entlang der Achse 20. Dort ist ersichtlich, dass der Spalt zwischen der Randfläche 15" und dem Lüfterradring 11' labyrinthartig teilweise in axialer, teilweise in radialer Richtung verläuft. Dies wird durch eine anschlagartige Schulter 30 im Profil der Lüfterzarge 3" erreicht. Die Schulter 30 springt radial nach innen vor und bildet eine Fläche 31 , an der der Lüfterradring 11 in Axialrichtung 10 senkrecht zur Schwenkebene berührungslos anliegt.
In der Fig. 9 ist ein Längsschnitt der Anordnung aus Fig. 7 entlang der Achse 19 gezeigt und dort ist dargestellt, dass im Bereich eines oberen und unteren Um- fangsabschnittes, die in Fig. 7 wieder durch gestrichelte Linien angedeutet sind, die Schulter 30 in Axialrichtung 10 dünner ausgebildet ist als in den übrigen Umfangsabschnitten des Randes der Öffnung 4"', so dass sich in diesen Bereichen ein in Axialrichtung 10 vergrößerter Spalt zwischen dem Lüfterradring 11 ' und der Fläche 31 ergibt.
Eine andere Betrachtungsweise der dreidimensionalen Form des Anschlags 30 kann so formuliert werden, dass in den Bereichen, in denen Teile der Schulter 30 innerhalb der gesonderten Umfangsabschnitte weggelassen oder entfernt sind, der Radius der Randfläche 15" der Öffnung 4"' vergrößert ist.
Der Einsatz der Anordnung gemäß den Figuren 7, 8 und 9 ist grundsätzlich derart denkbar, dass die radial nach innen vorspringende Stufe der Randfläche im Luft- strom dem Lüfterrad vorgelagert oder nachgelagert sein kann, das heißt, der Luftstrom kann in den Fig. 8 und 9 optional von links nach rechts, jedoch auch von rechts nach links vorgesehen sein.
In den Fig. 10 und 11 sind zwei verschiedene Längsschnitte einer abgewandelten Lüftereinrichtung gezeigt, wobei die Fig. 10 den Schnitt im Bereich der Umfangsabschnitte darstellt, die im Wesentlichen zylindersymmetrisch, also nicht radial erweitert, sind, während die Fig. 11 einen Längsschnitt in einer Ebene darstellt, in der die beiden gesonderten, einander diametral gegenüber liegenden Umfangsabschnitte gelegen sind, in denen die Durchgangsöffnung radial erweitert und der Axialspalt zwischen dem Lüfterrad 5" und dem Rand 15'" der Öffnung vergrößert ist.
In der Fig. 10 ist eine Konstellation dargestellt, die derjenigen ähnelt, die in der Fig. 8 dargestellt ist. Insbesondere die Gestaltung der Randfläche der Öffnung gemäß der Fig. 10 sieht somit im Bereich der nicht radial erweiterten Umfangsabschnitte ähnlich aus wie bei der Lüftereinrichtung gemäß der Fig. 7.
In den Umfangsabschnitten, die in der Fig. 7 beispielhaft mit 17', 18' bezeichnet sind und in denen eine radial erweiterte Kontur der Randfläche 15"' der Öffnung 4"' vorliegt, wird dies einerseits dadurch erreicht, dass die Schulter 30 der Lüfterzarge 3" in Axialrichtung der Achse 10 verkleinert ist und dass insofern auf einem Teil der Randfläche 15"' in den gesonderten Umfangsabschnitten der Radius gegenüber den übrigen Umfangsabschnitten vergrößert ist.
Zusätzlich ist jedoch in der Fig. 11 dargestellt, dass die Kontur der Randfläche 15"' konkav ausgeprägt ist also gerundet, derart, dass eine Nick-Bewegung des Lüfterrades 5" an der Randfläche 15"' entlang ermöglicht ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die konkave Randfläche 15"' derart geformt, dass sie Abschnitten einer Kugeloberfläche um den Kugelmittelpunkt 32 entspricht, wobei der Kugelmittelpunkt 32 der Schnittpunkt einer Mittelachse 10 mit einer senkrecht zur Zeichenebene stehenden Nick-Achse des Lüfterrades 5" entspricht. Eine Gierbewegung bei einem Schwenken des Lüfterrades in einer Schwenkebene senkrecht zur Zeichenebene, wobei die Schwenkebene die Mittelachse 10 enthält, hat die Tendenz, das Lüfterrad innerhalb der Zeichenebene um die senkrecht auf der Zeichenebene stehende Achse durch den Kugelmittelpunkt 32 zu schwenken. Die fortgesetzte Kontur der Kugeloberfläche ist gestrichelt dargestellt und mit 33 bezeichnet. Die entsprechende konkave Ausgestaltung der Randfläche 15"' erlaubt somit dem Lüfterradring 11 ' bei einer Gierbewegung in gleichbleibend geringem Abstand von der Randfläche 15"' der Öffnung in der Lüfterzarge zu bleiben. Die Größe des Axialspaltes zwischen dem Lüfterradring und dem Rand der Öffnung ändert sich somit bei einer Nick-Bewegung nur minimal. Es kann somit bei der Konstellation insgesamt ein kleiner Axialspalt gewählt werden.
Die Ausprägung der Randfläche 15"' in Form eines Kugeloberflächenabschnitts kann grundsätzlich auch über den gesamten Umfang der Öffnung vorgesehen sein.
Die beschriebene Erfindung erlaubt in ihren verschiedenen Ausprägungen das Vorsehen eines kleinen Axialspalts zwischen einem Lüfterrad und dem Rand der Öffnung in einer Lüfterzarge, ohne dass bei einer Schwenkbewegung der Lüftereinrichtung durch Gier-/Kreiselmomente eine Berührung zwischen dem Lüfterrad und dem Rand der Öffnung zu befürchten ist. Auch der Einsatz der Anordnung gemäß den Figuren 10 und 11 ist grundsätzlich derart denkbar, dass die radial nach innen vorspringende Stufe der Randfläche im Luftstrom dem Lüfterrad vorgelagert oder nachgelagert sein kann, das heißt, der Luftstrom kann in den Fig. 10 und 11 optional von links nach rechts, jedoch auch von rechts nach links vorgesehen sein.
Die Fig. 12 zeigt in einem Längsschnitt einen Kühler 6, der in der durch den Pfeil 28 gezeigten Richtung durch Luft angeströmt wird. Der Luftstrom wird wenigstens teilweise durch ein von einem Motor 12 angetriebenes Lüfterrad 5"' erzeugt. Hinter dem Lüfterrad 5"' ist eine Prallplatte 34 angeordnet. Das Lüfterrad weist einen Lüfterradring 11" auf mit einer schräg radial nach außen verlaufenden Lippe 35, die in etwa die Form einer komplementären Lippe 36 der Randfläche 15"" aufweist. Die Lippe 36 ist in den beiden gesonderten Umfangsabschnitten axial von dem Lüfterrad 5"' weg versetzt.
Die Fig. 13 zeigt in einem Längsschnitt einen Kühler 6 vor einem Lüfterrad 5"". Der Lüfterradring 11 '" des Lüfters 5"" weist eine Lippe 37 auf, die einer Stufe 38 der Randfläche 15 gegenüberliegt. Die Stufe 38 ist in den beiden gesonderten Umfangsabschnitten axial in Richtung des Pfeils 28, der auch die Luftstromrich- tung bezeichnet, von der Lippe 37 des Lüfterradringes 11 "' weg versetzt.
Die Figuren 14, 15, 16 und 17 zeigen jeweils im Längsschnitt einen Lüfterradring 39, 39', 39", 39'" und eine Randfläche 40, 40', 40", 40"' einer Öffnung in einer Lüfterzarge oder Fassung eines Lüfters.
In Fig. 14 ist ein Lüfterradring 39 gezeigt mit einer radial senkrecht zur Axialrichtung nach außen ragenden Lippe41 , die einer Dichtfläche 31 ' an einer Stufe 45 der Randfläche 40 unter Bildung eines Spaltes gegenüberliegt. Die Stufe 45 ist in den beiden gesonderten Umfangsabschnitten axial von der Lippe 41 in Richtung des Pfeils 28, der die Anströmrichtung bezeichnet, weg versetzt. Die Fig. 15 zeigt einen Lüfterradring 39' mit einer schräg nach außen ragenden Lippe 42, die einer radial nach innen ragenden, im Querschnitt hakenförmigen Lippe 46 der Randfläche 40' unter Bildung eines Spaltes gegenüberliegt.
Die Lippe 46 ist in den beiden gesonderten Umfangsabschnitten axial von dem Lüfterradring 39' weg entgegen der durch den Pfeil 28 angezeigten Richtung versetzt.
Die Fig. 16 stellt einen Lüfterradring 39" dar mit einer radial schräg nach außen weisenden Lippe 43. Diese liegt einer radial nach innen ragenden, im Querschnitt hakenförmigen Lippe 47 der Randfläche 40" unter Bildung eines Spaltes gegenüber.
Die Lippe 47 ist in den beiden gesonderten Umfangsabschnitten axial von dem Lüfterradring 39" weg entgegen der durch den Pfeil 28 angezeigten Richtung versetzt.
Die Fig. 17 zeigt einen Lüfterradring 39"'mit einer radial schräg nach außen weisenden Lippe 44. Diese liegt der Lippe 48 gegenüber, die Teil der Randfläche 40"' ist und schräg radial nach innen weist. Die Lippe 48 ist in den beiden gesonderten Umfangsabschnitten axial von dem Lüfterradring 39"' weg entgegen dem Pfeil 28 versetzt.
Die Fig. 18 zeigt eine Frontalansicht einer Lüftereinrichtung mit einer Lüfterzarge 3"', an der oben und unten zwei gesonderte, einander gegenüberliegende Um- fangsabschnitte 17" und 18" eingezeichnet sind. An diesen ist ein radial nach innen ragender Vorsprung der Randfläche derart in Axialrichtung von dem für das Lüfterrad vorgesehenen Raum weg versetzt, dass dort der Spalt in Axialrichtung zwischen dem Vorsprung und dem Lüfterrad im Ruhezustand 12,5 mm beträgt, während der vergleichbare Spalt in den um 90° gegenüber den Umfangsabschnitten 17", 18" versetzten, in der Horizontalen liegenden Umfangsabschnitten 49, 50 nur 9,5 mm in Axialrichtung beträgt. In den zwischen den Umfangsbereichen 17", 49, 18" und 50 liegenden Umfangsbereichen 51 , 52, 53, 54 ist ein, insbesondere stufenloser, Übergang des Spaltmaßes vorgesehen. Fig. 19 zeigt einen Schnitt durch einen Teil einer Anordnung gemäß Fig. 18 im Bereich 17", wobei mit 10 eine Mittel- und Rotationsachse, mit 39"" ein Lüfterradring und mit 40"' die entsprechende Randfläche an der Lüfterzarge bezeichnet ist. Der Spalt 57 in Axialrichtung beträgt im Fall der Fig. 18, d.h. bei dem Schnitt im Bereich 17" der Fig. 18, 12,5 mm und der Spalt 58 im Fall der Fig. 20, d.h. in den Umfangsbereichen 49, 50, wo der in Figur 20 dargestellte Schnitt verortet ist, 9,5 mm. Der Lüfterring 39"" weist dabei an seinem der Randfläche 40"" zugewandten umlaufenden Rand 55 eine Schräge bzw. einen sich konusförmig erweiternden Bereich auf, während der Rand der Zargenöffnung einen Konus 56 aufweist, der radial innerhalb des Lüfterrad ringes 39"" in axialer Richtung auf den Lüfterradring zu verläuft. Der konusförmige Rand 55 des Lüfterringes 39"" und der Konus 56 des Randes der Zargenöffnung können im Wesentlichen denselben Konuswinkel aufweisen und gemeinsam Teile einer Labyrinthdichtung bilden.
Bezugszeichenliste
1 Kühlerkasten
2 Rahmen
3, 3', 3" Lüfterzarge
4, 4', 4", 4'" Öffnung
5, 5', 5", 5"', 5"" Lüfterrad
6 Kühler
7 Nabe
8, 8', 9, 9' Förderschaufeln
10 Mittelachse
11 , 11', 11 ", 11 "' Lüfterradring
12 Motor
13, 14 Strebe
15, 15', 15", 15"', 15"", 15""' Randfläche der Öffnung 4
16 Welle
17, 17', 17", 18, 18', 18" gesonderte Umfangsabschnitte
19 Achse
20 Achse
21 Fixpunkt der Nick-Bewegung 22, 23, 24 Doppelpfeil
25 Axialspalt
26 Kraftfahrzeug
27 Fahrtrichtung
28 Fahrtwindrichtung
29 Doppelpfeil
30 Schulter, Stufe
31 , 31' Dichtfläche
32 Schwenkpunkt, Kugelmittelpunkt
33 Kreisbogen
34 Prallplatte
35 Lippe des Lüfterradrings
36 Lippe der Randfläche 15"" Stufe der Randfläche 15""
Stufe der Randfläche 15""', 39', 39", 39'", Lüfterradring
, 40', 40", 40"', Randfläche
Lippe von 39
Lippe von 39'
Lippe von 39"
Lippe von 39"'
Stufe von 40
Lippe von 40'
Lippe von 40"
Lippe von 40"'
, 50 Umfangsbereiche
, 52, 53, 54 Umfangsbereiche
Rand von 39""
Konus von 40""
Spalt
Spalt

Claims

Ansprüche
1. Lüftereinrichtung mit einer Fassung, insbesondere einer Lüfterzarge (3, 3', 3"), die eine im Wesentlichen kreisrunde durchgehende Öffnung (4, 4', 4", 4"') zur Aufnahme eines um deren Mittelachse (10) rotierenden Lüfterrades (5, 5', 5", 5"', 5"") aufweist, wobei die Öffnung (4, 4', 4", 4"') durch eine im Wesentlichen zylindersymmetrisch um die Mittelachse (10) umlaufende Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15 , 40, 40', 40", 40"', 40"") begrenzt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei der Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15""', 40, 40', 40", 40"', 40"") in zwei gesonderten, einander diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten (17, 17', 17", 18, 18', 18") im Vergleich zu der in den übrigen Umfangsabschnitten zylindersymmetrischen Form der Radius wenigstens teilweise vergrößert und/oder ein radial nach innen ragender umlaufender Vorsprung (30, 36, 38) der Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15""', 40, 40', 40", 40"') axial von dem für das Lüfterrad (5, 5', 5", 5"', 5""), vorgesehenen Raum weg versetzt ist.
2. Lüftereinrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Randfläche (15, 15', 15", 15"') sich wenigstens in Umfangsrichtung und in Axialrichtung (10) der Mittelachse der Öffnung (4, 4', 4", 4"') erstreckt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Radius der Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15""', 40, 40', 40", 40"', 40"") in den zwei gesonderten Umfangsabschnitten (17, 17', 17", 18, 18', 18") wenigstens auf einer Teilfläche des Teils der Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15 , 40, 40', 40", 40"', 40""), der sich in Axialrichtung (10) erstreckt oder in dem gesamten Teil der Randfläche, der sich in Axial- richtung (10) erstreckt, im Vergleich zu der in den übrigen Umfangsabschnitten zylindersymmetrischen Form vergrößert ist.
3. Lüftereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15""', 40, 40', 40", 40"', 40"") im Längsschnitt ein Profil mit bezüglich der axialen Länge veränderlichem Radius bildet, und
- dass der Radius der Randfläche (15, 15', 15", 15"', 5"", 15""', 40, 40', 40", 40"', 40"") in zwei gesonderten, einander diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten (17, 17', 18, 18') eines Querschnittes im Vergleich zu dem in den übrigen Umfangsabschnitten desselben Querschnitts vorliegenden Radius wenigstens teilweise vergrößert ist.
4. Lüftereinrichtung nach Anspruch 3
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15""', 40, 40', 40", 40"', 40"") im Längsschnitt wenigstens eine in Radialrichtung bezüglich der Mittelachse (10) verlaufende Stufe (30, 38, 45) aufweist, und
- dass der Radius der Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15""', 40, 40', 40", 40"', 40"") in wenigstens einer Querschnittsfläche auf wenigstens einer axialen Seite der Stufe (30, 38, 45) in zwei gesonderten, einander diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten (17, 17', 18, 18') im Vergleich zu dem in den übrigen Umfangsabschnitten derselben Querschnittsfläche vorliegenden Radius wenigstens teilweise vergrößert ist.
5. Lüftereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15""', 40, 40', 40", 40'", 40"") im Längsschnitt eine in Radialrichtung bezüglich der Mittelachse (10) verlaufende Stufe (30, 38, 45) oder Lippe (36, 46, 47, 48) aufweist, die eine Dichtfläche (31 , 31 ') für einen radialen Außenbereich des Lüfterrades (5, 5', 5", 5"', 5"") bildet, und - dass die Stufe (30, 38) oder Lippe (36, 46, 47, 48) in zwei gesonderten, einander diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten (17, 17', 17", 18, 18', 18") im Vergleich zu den übrigen Umfangsabschnitten in Axialrichtung (10) versetzt ist, um den Raum zur Aufnahme des Lüfterrades (5, 5', 5", 5"', 5"") in diesem Bereich zu vergrößern.
6. Lüftereinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der axiale Versatz der Stufe (30, 38) oder Lippe (36, 46, 47, 48) in den gesonderten Umfangsabschnitten (17, 17', 17", 18, 18', 18") in Umfangs- richtung in Stufen oder stetig veränderlich ist und jeweils in der Mitte der gesonderten Umfangsabschnitte (17, 17', 17", 18, 18', 18") ein Maximum annimmt.
7. Lüftereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15'"", 40, 40', 40", 40"', 40"") wenigstens in den zwei gesonderten, einander diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten (17, 17', 17", 18, 18', 18") im Längsschnitt konkav gekrümmt ausgebildet ist.
8. Lüftereinrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die im Längsschnitt konkav ausgebildeten Umfangsabschnitte (17, 17', 17", 18, 18', 18") der Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15""', 40, 40', 40", 40"', 40"") einen Teil einer Kugelfläche bilden, die ihren Kugelmittelpunkt (32) insbesondere innerhalb der durchgehenden Öffnung (4, 4', 4", 4"') auf deren Mittelachse (10) hat.
9. Lüftereinrichtung mit einer Fassung für einen Lüfter, insbesondere einer Lüfterzarge (3, 3', 3"), die eine im Wesentlichen kreisrunde durchgehende Öffnung (4, 4', 4", 4"') mit einem um deren Mittelachse (10) rotierenden Lüfterrad (5, 5', 5", 5"', 5"") aufweist, wobei die Öffnung (4, 4', 4", 4"') durch eine im Wesentlichen zylindersymmetrisch um die Mittelachse (10) umlaufende Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15""', 40, 40', 40", 40"', 40"") begrenzt ist, und wobei zwischen der Umfangskontur des Lüfterrades (5, 5', 5", 5"', 5"") und der Randfläche (15, 15', 15", 15"', 15"", 15""', 40, 40', 40", 40'", 40"") ein Spalt (25) gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die durchgehende Öffnung (4, 4', 4", 4"') in zwei gesonderten, einander diametral gegenüberliegenden Umfangsabschnitten (17, 17', 18, 18') im Vergleich zu der in den übrigen Umfangsabschnitten zylindersymmetrischen Form radial erweitert ist.
10. Fahrzeug (26) mit einer Lüftereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem um eine Mittelachse (10) in einer durchgehenden Öffnung (4, 4', 4", 4"') rotierbar antreibbaren Lüfterrad (5, 5', 5", 5"', 5""), wobei die Einbaulage der Lüftereinrichtung in dem Fahrzeug (26) derart ist, dass die Mittelachse (10) im Wesentlichen in Geradeausfahrtrichtung (27) des Fahrzeugs (26) ausgerichtet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die durchgehende Öffnung (4, 4', 4", 4"') in einem in ihrem obersten Bereich und einem zweiten, in ihrem untersten Bereich angeordneten Um- fangsabschnitt (17, 17', 17", 18, 18', 18") im Vergleich zu der in den übrigen Umfangsabschnitten zylindersymmetrischen Form insbesondere radial erweitert ist.
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