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Dokumentenidentifikation DE3304297C2 26.05.1988
Titel Axialgebläse für den Kühler einer wassergekühlten Brennkraftmaschine
Anmelder Süddeutsche Kühlerfabrik Julius Fr. Behr GmbH & Co KG, 7000 Stuttgart, DE
Erfinder Hauser, Kurt, Dipl.-Ing., 7000 Stuttgart, DE;
Hartmann, Rolf, 7141 Steinheim, DE
Vertreter Wilhelm, H., Dr.-Ing.; Dauster, H., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 7000 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 09.02.1983
DE-Aktenzeichen 3304297
Offenlegungstag 15.03.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.05.1988
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.05.1988
IPC-Hauptklasse F04D 29/32
IPC-Nebenklasse F04D 29/08   F01P 5/02   
Zusammenfassung Beschrieben ist ein Axialgebläse, insbesondere für den Kühler einer wassergekühlten Brennkraftmaschine für Nutzfahrzeuge, das aus einer Nabe mit Lüfterschaufeln und aus einer diese umgebenden Luftleiteinrichtung besteht, die sich zum Austrittsbereich hin erweitert. Die Erweiterung beginnt dabei bereits im Bereich der Eintrittskante der Lüfterschaufeln und die Außenkontur der Lüfterschaufeln ist der Innenkontur der Luftleiteinrichtung angepaßt. Die Luftleiteinrichtung ist dabei einmal als eine feststehende Lüfterzarge ausgebildet, innerhalb welcher die Lüfterschaufeln umlaufen. Bei einer anderen Ausführung ist die Luftleiteinrichtung Teil des aus der Nabe und den Lüfterschaufeln bestehenden Gebläserades und als ein Leitring fest mit den Enden der Lüfterschaufeln verbunden. Eine weitere Variante sieht vor, daß im Bereich der Austrittskarte der Lüfterschaufeln eine Ringscheibe an die Nabe angesetzt ist, deren Durchmesser mindestens 30% größer als der Nabendurchmesser ist. Alle diese Maßnahmen tragen zur Geräuschpegelreduzierung des Axialgebläses bei.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Axialgebläse nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es ist ein Axialgebläse dieser Art bekannt (DE-OS 28 26 697), bei dem der mit den Schaufelenden verbundene Luftleitring sich am Einlaufende nach außen erweitert und mit dem im Abstand davor angeordneten Ende der hinter dem Kühler angeordneten Einlaufdüse einen Spalt zur Erzeugung eines von außen in das Axialrad eintretenden Luftstromes bildet, der dazu beitragen soll, die Betriebsgeräusche des Gebläses aufgrund der Verwirbelung und des Spitzenspiels der Schaufeln zu verhindern.

Axialgebläse dieser Art haben aber, wie auch andere Axialgebläse (DE-AS 24 11 225), in der Regel einen sehr hohen Druckverlust zu überwinden, laufen also stark gedrosselt. So arbeiten die meisten Kühlgebläse der heute auf dem Markt befindlichen Nutzfahrzeuge in einem Bereich von t= 0,07 bis 0,15, wobei τ die sogenannte Drosselziffer ist, die sich aus dem dynamischen Druck, bezogen auf die Laufradringfläche, geteilt durch die Gesamtdruckerhöhung ergibt, wobei die Gesamtdruckerhöhung ihrerseits sich aus dem dynamischen Druck und dem statischen Druck zusammensetzt. Bei einer derart starken Drosselung, also bei hohem Gegendruck und dadurch bedingtem kleinen Volumenstrom, löst sich die Strömung im Axiallaufrad an der Nabe und den Schaufelspitzen ab, wo sich eine Rückströmung bildet (Bruno Eck, Ventilatoren, 5. Auflage, 1972, S. 316, Abb. 296a). Es stellt sich keine rein axial verlaufende Strömung im Bereich des Gebläserades ein, sondern eine sogenannte Halbaxialströmung, bei der die Luft schräg nach außen gefördert wird, auch wenn hinter dem Gebläse kein Verbrennungsmotor angeordnet ist. Die bekannten Gebläse dieser Art verursachen daher auch dann, wenn wie bei der eingangs zitierten Bauart, dem Laufrad ein Leitring zugeordnet ist, einen relativ hohen Geräuschpegel. Die bei der eingangs genanten Bauart (DE-OS 28 26 697) schräg von außen eintretende Spaltströmung kann die Wirbelbildung im Bereich der Schaufelspitzen nicht verhindern.

Bei Radiallaufrädern von Kühlgebläsen (DE-AS 12 76 858) ist es zwar bekannt, eine dem Kühler nachgeschaltete Einlaufdüse axial in den Bereich des umlaufenden Radiallüfterrades hereinragen zu lassen. Bei solchen Bauarten geht es aber ausschließlich darum, die aufgrund der 90°-Umlenkung im Radiallaufrad auftretenden Ablösungserscheinungen an der Innenseite der Laufraddeckscheibe zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird dort das Ende der festen Einlaufdüse so ausgebildet, daß die Tangente am stromabgelegenen Ende der feststehenden Einlaufdüse das Kreisbogenprofil der Laufraddeckscheibe schneidet, wobei auch noch die Lage der Tangente an der engsten Spaltstelle der Laufraddeckscheibe eine Rolle spielt. Durch diese Maßnahme soll dort der zunächst eintretende koaxiale Leckstrom mit der schräg auftreffenden verzögerten Grenzschichtströmung kollidieren, so daß sich eine resultierende Grenzschichtströmung aufgrund bekannter strömungstechnischer Eigenschaften bildet, die zum rotierenden Laufrad gerichtet ist und deren Geschwindigkeit gegenüber der des Leckstromes verzögert ist. Dadurch kann der axial eintretende Leckstrom abgelenkt und das Profil der Meridian-Geschwindigkeit im Laufradeintritt, nicht durch Wirbel gestört werden. Die bei Axialventilatoren, die im gedrosselten Bereich laufen, auftretende Rückströmung im Bereich der Schaufelaußenkanten, kann durch eine solche Maßnahme nicht unterbunden werden.

Bei einer ähnlichen Bauart eines Radiallaufrades (US-PS 43 57 914), ist es auch bekannt, die Einlaufdüse ohne eine starke Erweiterung in den Ansaugquerschnitt des Radiallaufrades hereinragen zu lassen, so daß sich ein ringförmiger Spaltluftstrom ergibt, der Luft aus einem Bereich ansaugt, der neben der Austrittsöffnung des Radiallaufrades liegt. Radialgebläse dieser Art, bei denen der Wärmetauscher das Radiallaufrad ringförmig umgibt, können bei anderen Betriebsdingungen eingesetzt werden, bei denen nicht die vorher erwähnte starke Drosselung auftritt. Die dort getroffenen Maßnahmen zur Erzeugung eines Spaltluftstromes können daher ebenfalls nichts dazu beitragen, die Rückströmung im Bereich der Außenkanten eines Axiallüfterrades zu verhindern, wenn dieses im stark gedrosselten Zustand läuft.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die an den Schaufelspitzen eines Axialgebläses der eingangs genannten Art auftretende Rückströmung zu vermeiden und eine weitere Geräuschpegelabsenkung zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Axialgebläse der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des patentanspruches 1 vorgesehen. Durch diese Maßnahme läßt sich das Geräuschverhalten und der Gebläsewirkungsgrad verbessern. Die Spaltluft wird nämlich zunächst entgegen ihrer späteren Strömungsrichtung in einem Ringspalt geführt, der die Einlaufdüse durch ihren den rotierenden Leitring außen umfassenden Teil bildet. Die Spaltluft erfährt dann eine 180°-Umlenkung, die mit einer entsprechenden Drosselung verbunden ist, so daß die Spaltverluste gering werden. Dies wirkt sich nicht nur in der Wirkungsgradverbesserung, sondern auch in einer Absenkung des Lärmpegels aus.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Merkmale des Anspruches 2 bieten dabei den Vorteil, daß sich eine strömungstechnische Verbesserung dadurch ergibt, daß die Spalt- und die Hauptströmung tangential an den sich in Luftströmungsrichtung erweiternden rotierenden Leitring herangeführt werden, und daß so das Anliegen der Strömung an diesem erweiternden Teil begünstigt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Axialgebläse für den Kühler einer wassergekühlten Brennkraftmaschine,

Fig. 2 die vergrößerte Darstellung des Bereiches der Außenkanten der Lüfterschaufeln mit dem umlaufenden Leitring und der diesem vorgeschalteten Einlaufdüse,

Fig. 3 die schematische Darstellung des Verlaufs des Geräuschpegels im Bereich des Betriebspunktes des Gebläses und

Fig. 4 eine Ansicht des Axialgebläserades in Richtung des Pfeiles 11, jedoch ohne die Einlaufdüse.

In den Fig. 1 bis 4 liegt hinter der Anschlußzarge (1) eines Kühlers (2) für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine (3) ein Axialgebläserad (9), das auf einer Nabe (8) Axiallüfterschaufeln (10) besitzt, die in üblicher Weise radial von der Nahe (8) abstehen und gleichmäßig auf dem Umfang dieser Nabe verteilt sind. Die Lüfterschaufeln (10) sorgen beim Antrieb des Gebläserades (9) für eine Durchströmung des Kühlers (2) im Sinne der Pfeile (11). Die starke Drosselung bewirkt bei solchen Bauarten von Axialgebläsen eine halbaxiale Abströmung durch das Gebläserad (9) im Sinne der Pfeile (11a). Diese Abströmung wird dadurch verbessert, daß an den äußeren Enden (10c) der Lüfterschaufeln (10) ein als Luftleiteinrichtung dienender Leitring (20) befestigt ist, der mit den Lüfterschaufeln (10) rotiert und der aus einem zylindrischen Teil (20a) mit der Axiallänge (A) und aus einem Kreisbogenteil (20b) besteht, der mit dem Radius (R) über den Winkel (φ) gebildet ist. Wie gestrichelt angedeutet ist, kann sich an diesen Kreisbogenteil (20b) auch noch ein Diffusorteil (20c) anschließen, in den der Kreisbogenteil (20b) übergeht. In diesem Fall entfällt dann die rein axial verlaufende Endkante (10b) der Lüfterschaufel (10), wie gestrichelt angedeutet ist. Die Endkante (10d) kann auch den in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten Verlauf (10d&min;) haben.

Dem zylindrischen Teil (20a) des Leitringes (20) ist eine Einlaufdüse (21) vorgeschaltet, die gegenüber der Zarge (1) durch eine elastische Lippe (1a) abgedichtet ist und beim gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem sich in der Strömungsrichtung (11) bis zu einem bestimmten Querschnitt der hinter der Eintrittskante (20&min;) des Leitringes (20) liegt, verengt und von dort an sich erweitert, und zwar so, daß der Endbereich (21a) etwa parallel zu dem Endbereich des Kreisbogenabschnittes (20b) des Leitringes (20) verläuft und vorzugsweise mit diesem auf einer gemeinsamen Kegelmantellinie liegt. Die Einlaufdüse (21) weist außerdem auch einen zylindrischen Teil (21b) auf, der den zylindrischen Teil (20a) des Leitringes (20) außen umgibt, so daß sich zwischen den beiden zylindrischen Teilen (21b und 20a) ein Ringspalt (22) mit anschließender 180°-Umlenkung ergibt, wodurch der Spaltluftstrom stark gedrosselt wird, was in besonders vorteilhafter Weise zur Geräuschminderung beiträgt. Die Einlaufdüse (21) ist über einen Befestigungsarm (26) fest an dem Motor (3) oder an einem anderen feststehenden Teil angeordnet. Der Leitring (20) rotiert daher mit seinem zylindrischen Teil (20a) innerhalb des Ringbereiches der etwa U-förmig ausgestalteten Einlaufdüse (21).

Es hat sich gezeigt, daß sich bei der dargestellten Ausführungsform die in der Fig. 3 aufgetragenen, besonders günstigen Geräuschpegelverhältnisse gegenüber einer Ausführungsform ergeben, bei der, ähnlich wie bei bekannten Gebläsen, zwar ein mitlaufender Leitring vorgesehen ist, der aber nicht in der Strömungsrichtung erweitert ist. Die lediglich qualitativ gehaltene Darstellung der Fig. 3 zeigt, daß bei einem Luftdurchsatz im Bereich des Betriebspunktes (BP) der Geräuschpegel (A) eines erfindungsgemäß ausgestatteten Axialgebläses deutlich niedriger als der Geräuschpegel (B) eines bekannten Gebläses liegt und daß er sein Minimum etwa in der Nähe des Betriebspunktes aufweist.


Anspruch[de]
  1. 1. Axialgebläse für den Kühler einer wassergekühlten Brennkraftmaschine von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen, bestehend aus einer Nabe mit Lüfterschaufeln und aus einem Luftleitring, der Teil des aus der Nabe und den Lüfterschaufeln bestehenden Gebläserades ist, fest mit den Enden der Lüfterschaufeln verbunden ist und entgegen der Strömungsrichtung über die Schaufeleintrittskanten übersteht, wobei dem Leitring eine feststehende Einlaufdüse vorgelagert ist, die mit dem Leitring einen Spalt zur Erzeugung eines Spaltluftstromes bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Schaufeleintrittskanten überstehende Teil des Leitringes (20a) zylindrisch ausgebildet ist, daß die Einlaufdüse (21) in den zylindrischen Teil des Leitringes (20a) hereinragt, daß die vor dem Leitring (20) angeordnete Einlaufdüse (21) den Leitring (20) auch außen überragt und daß der den Leitring (20) außen überragende Teil (21b) der Einlaufdüse (21) parallel zu dem zylindrischen Teil (20a) des Leitringes (20) und ebenfalls axial gerichtet verläuft, so daß ein Ringspalt (22) mit anschließender 180°-Umlenkung entsteht.
  2. 2. Axialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Leitring (20) hereinragenge Einlaufdüse (21) sich von einem engsten Querschnitt bogenförmig in Strömungsrichtung (11) erweitert und daß der engste Querschnitt hinter der Eintrittskante (20&min;) des Leitringes (20) liegt.
  3. 3. Axialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Leitring (20) in Strömungsrichtung erweitert.
  4. 4. Axialgebläse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung im Bereich der Eintrittskante der Lüfterschaufeln beginnt.
  5. 5. Axialgebläse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung kreisbogenförmig oder kreisbogenähnlich ausgebildet ist.
  6. 6. Axialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterschaufeln (10) im Bereich ihres Austrittsendes mit einer axial verlaufenden Außenkante (10b) versehen sind.






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