DE202009017010U1

DE202009017010U1 - Lüfter mit Zargenring

Info

Publication number: DE202009017010U1
Application number: DE200920017010
Authority: DE
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2010-03-25
Anticipated expiration: 2019-12-17

Abstract

Lüfter mit Zargenring, insbesondere Kühllüfter eines Verbrennungsmotors, umfassend
ein antreibbar drehbares Lüfterrad (1) mit einer Mehrzahl von Lüfterschaufeln (3),
eine stromaufwärts des Lüfters angeordnete, ortsfeste Lüfterzarge (6), und
einen ortsfesten Zargenring (4), der das Lüfterrad (1) koaxial umfängt und in einer Axialrichtung zumindest abschnittsweise mit den Lüfterschaufeln (3) überdeckt, wobei der Zargenring (4) abstromseitig einen Abschnitt von zunehmendem Durchmesser mit einer gekrümmten Querschnittslinie (Q) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Querschnittslinie (Q) einen nicht konstanten Krümmungsradius aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lüfter mir Zargenring nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Praxis des Baus von Kraftfahrzeugen sind Lüfter, zum Beispiel mit einer Visco-Kupplung versehene Lüfter zur Kühlung von Nutzfahrzeug-Motoren bekannt, bei denen zur Vermeidung von Strömungsablösungen und Rückströmungen ein Zargenring vorgesehen ist, der ein angetriebenes Lüfterrad umfängt. Der Zargenring ist dabei mit einer teilkreisförmigen Querschnittslinie versehen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen in seiner Leistung verbesserten Lüfter mit Zargenring anzugeben.
Diese Aufgabe wird für einen eingangs genannten Lüfter erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Durch die nicht-konstante Gestaltung des Krümmungsradius der Querschnittslinie des Zargenrings wird eine verbesserte Strömungsführung der Luft abströmseitig des Lüfterrades ermöglicht. Hierdurch ergeben sich weniger Wirbel und/oder Rückströmungen, so dass die Leistung des Lüfters insgesamt verbessert wird.
Bei einer allgemein vorteilhaften Ausgestaltung ist der Zargenring über ein elastisches Ausgleichsglied mit der Lüfterzarge verbunden. Hierdurch kann der Zargenring auf konstantem Abstand gegenüber dem Lüfterrad gehalten bzw. an der gleichen tragenden Struktur festgelegt sein. Bei Struktur kann es sich zum Beispiel um den Verbrennungsmotor handeln. Die Lüfterzarge kann dagegen an einer anderen Struktur, zum Beispiel einem fahrzeugfest montierten Kühlermodul, festgelegt sein, so dass bedingt durch Vibrationen bzw. eine elastische Lagerung des Verbrennungsmotors eine gewisse Relativbewegung zwischen Lüfterzarge und Zargenring ermöglicht ist. Durch die somit genaue Positionierung des Zargenrings ergibt sich ein besonders großer Effekt durch die optimierte erfindungsgemäße Formgebung der Querschnittslinie.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Querschnittslinie in radialer Richtung ausgehend von einem Punkt mit minimaler Entfernung zur Lüfterachse eine maximale Höhe h_max, die zwischen dem 0,05-fachen und dem 0,2-fachen eines Lüfterraddurchmessers D_L, insbesondere zwischen dem 0,07-fachen und dem 0,15-fachen des Lüfterraddurchmessers D_L, beträgt. Simulationen und Versuche haben gezeigt, dass in diesen Bereichen ein günstiger Kompromiss zwischen Wirkung und Baugröße des Zargenrings vorliegt.
Bei einer bevorzugten Detailgestaltung beträgt der Lüfterraddurchmesser zwischen etwa 0,4 m und etwa 1,2 m, insbesondere zwischen etwa 0,6 m und etwa 0,9 m.
Allgemein bevorzugt hat die Querschnittslinie zumindest annähernd die Form einer Parabel. Diese Form hat sich in Versuchen und Simulationen als besonders strömungsgünstig erwiesen. Alternativ oder ergänzend kann die Form der Querschnittslinie aber auch elliptisch, hyperbolisch oder auf sonstige Weise nicht-konstant gekrümmt sein.
Bei einer weiter optimierten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Querschnittslinie zwischen zwei parametrisierten Kurven K1, K2 verläuft, für die gilt:
K1: h(t) = 0,8·C·t², und
K2: h(t) = 1,2·C·t², wobei h und t jeweils in [mm] bemaßt sind, und wobei die Konstante C unter üblichen Betriebsbedingungen als
definiert ist, mit

ρ:: Dichte der Luft in [kg/m³],
Δp:: statischer Differenzdruck in [Pa],
V .:: Volumenstrom in [m³/s],
D_L:: Lüfterraddurchmesser in [m],
D_N:: Durchmesser einer Lüfternabe in [m].

Dabei ist unter dem statischen Differenzdruck Δp die Differenz der für eine gegebene Drehzahl vor und hinter dem Lüfter statisch gemessenen Drücke zu verstehen. Eine bezüglich dieser Messung definierte Norm für Lüfter-/Ventilatorenprüfstände lautet ISO 24163 bzw. ISO 5801. Es ist zu berücksichtigen, dass die Messung unter Vorsehung einer Motorsilhouette abstromseitig des Lüfters erfolgt. Unter der Luftdichte ρ ist die Dichte anströmseitig des Lüfters zu verstehen, wobei Zustandsgrößen entsprechend übli cher Betriebsbedingungen vorliegen. So hat die Luft zum Beispiel meist eine Temperatur von etwa 90°C, da sie zuvor den Motorkühler durchströmt hat.
Bei einer weiter optimierten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass für die beiden parametrisierten Kurven gilt: K1: h(t) = 0,9·C·t2, und K2: h(t) = 1,1·C·t2.
Allgemein vorteilhaft ist an einer Lüfternabe des Lüfterrads eine Kupplung, insbesondere Visco-Kupplung, vorgesehen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Lüfters mit eingezeichneten Strömungslinien.
2 zeigt den Lüfter aus 1 mit eingezeichneter Bemaßung.
3 zeigt eine schematische Querschnittslinie eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Der in 1 gezeigte Lüfter umfasst ein Lüfterrad 1 mit einer Nabe 2 und mehreren von der Nabe 2 radial abragenden Lüfterschaufeln 3. Das Lüfterrad 1 ist an einem Verbrennungsmotor, vorliegend einem Dieselmotor eines Nutzfahrzeugs (nicht dargestellt), ortsfest gelagert. Die Nabe 2 wird über eine Visco-Kupplung (nicht dargestellt) von einer Antriebsmechanik des Motors schaltbar angetrieben. Eine Axialrichtung des Lüfters erstreckt sich parallel zu der Drehachse, also in der Darstellung nach 1 von links nach rechts. Dies ist zudem die Hauptströmungsrichtung der durch den Lüfter geförderten Luft.
Das Lüfterrad 1 hat einen Gesamtdurchmesser D_L, wobei die Nabe 2 einen Durchmesser D_N aufweist. Für einen Nutzfahrzeuglüfter kann zum Beispiel D_L etwa 80 cm betragen und D_N kann etwa 30 cm betragen.
Das Lüfterrad 1 wird von einem Zargenring 4 umfangen, der sich nicht mitdreht und ortsfest gegenüber derselben Struktur wie das Lüfterrad 1 festgelegt ist.
Der Zargenring 4 schließt stromaufwärts dichtend an ein elastisches Ausgleichsglied an, das vorliegend die Form eines umlaufenden Rings 5, zum Beispiel aus Gummi bestehend, hat. Das Ausgleichsglied ist stromaufwärts andererseits mit einer haubenförmigen Lüfterzarge 6 verbunden, welche auf bekannte Weise einen Hauptkühler (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors austrittsseitig umschließt. Kühler und Lüfterzarge 6 sind nicht ortsfest an dem Verbrennungsmotor gelagert, sondern an einer anderen Struktur wie Karosserie oder Fahrzeugrahmen. Somit können Relativbewegungen Schwingungen, die im Betrieb zwischen dem Verbrennungsmotor und zum Beispiel dem Fahrzeugsrahmen auftreten, etwa in Form von Vibrationen oder thermisch bedingten Dehnungen, von dem elastischen Ausgleichsglied 5 kompensiert werden.
Der Zargenring 4 hat zumindest in einem Abschnitt eine zu der Luftströmung gerichtete Oberfläche, wobei der Verlauf der Oberfläche im Querschnitt als Querschnittslinie Q des Zargenrings 4 definiert ist. Aus 1 und 2 ist ersichtlich, dass der Zargenring 4 in der Axialrichtung zumindest abschnittsweise mit den Schaufeln des Lüfterrads 1 überdeckt.
Die Querschnittslinie Q erstreckt sich in der Axialrichtung bzw. Hauptströmungsrichtung der Luft ausgehend von einem Punkt P0 mit minimaler Entfernung zur Lüfterachse um eine maximale Strecke t_max. Über die Strecke t_max in abströmseitiger Richtung steigt der Verlauf der Querschnittslinie Q gegenüber dem Punkt minimaler Entfernung P0 radial nach außen bzw. mit zunehmendem Durchmesser an, bis die Querschnittslinie am Ende des Zargenrings eine maximale Höhe h_max erreicht. Im vorliegenden Beispiel beträgt t_max etwa 50 mm und h_max beträgt etwa 80 mm.
Die Querschnittslinie Q ist im vorliegenden Beispiel eine Parabel, die durch folgende Parametrisierung h gegenüber t (siehe 3) gekennzeichnet ist:
Q: h(t) = 1,0·C·t², wobei die Konstante C unter üblichen Betriebsbedingungen als
definiert ist, mit

Wie in 3 veranschaulicht ist, verläuft Q somit zwischen zwei als äußere Grenzen definierten Parametrisierungen K1, K2, für die jeweils gilt: K1: h(t) = 0,8·C·t2, und K2: h(t) = 1,2·C·t2.
Im Sinne des bevorzugten Ausführungsbeispiels muss Q nicht im strengen Sinne eine Parabel sein bzw. durch vorstehende optimierte Form parametrisiert sein. Wesentlich für das bevorzugte Ausführungsbeispiel ist vielmehr, dass Q vollständig in dem Bereich zwischen den Parametrisierungen K1 und K2 verläuft.
Bei einer auf diese Weise optimierten Formgebung des Zargenrings wird die Strömungsführung der Luft im Bereich des Zargenrings wesentlich verbessert. Dies kann den in 1 eingezeichneten Strömungslinien entnommen werden, die im Bereich der Querschnittslinie Q weitgehend ohne Wirbel oder Rückströmungen verlaufen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ISO 24163 [0010]
- ISO 5801 [0010]

Claims

Lüfter mit Zargenring, insbesondere Kühllüfter eines Verbrennungsmotors, umfassend ein antreibbar drehbares Lüfterrad (1) mit einer Mehrzahl von Lüfterschaufeln (3), eine stromaufwärts des Lüfters angeordnete, ortsfeste Lüfterzarge (6), und einen ortsfesten Zargenring (4), der das Lüfterrad (1) koaxial umfängt und in einer Axialrichtung zumindest abschnittsweise mit den Lüfterschaufeln (3) überdeckt, wobei der Zargenring (4) abstromseitig einen Abschnitt von zunehmendem Durchmesser mit einer gekrümmten Querschnittslinie (Q) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittslinie (Q) einen nicht konstanten Krümmungsradius aufweist.
Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zargenring (4) über ein elastisches Ausgleichsglied (5) mit der Lüfterzarge (6) verbunden ist.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittslinie (Q) in radialer Richtung ausgehend von einem Punkt (P0) mit minimaler Entfernung zur Lüfterachse eine maximale Höhe h_max aufweist, die zwischen dem 0,05-fachen und dem 0,2-fachen eines Lüfterraddurchmessers D_L, insbesondere zwischen dem 0,07-fachen und dem 0,15-fachen des Lüfterraddurchmessers D_L, beträgt.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfterraddurchmesser D_L zwischen etwa 0,4 m und etwa 1,2 m, insbesondere zwischen etwa 0,6 m und etwa 0,9 m, beträgt.
Lüfter nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittslinie (Q) zumindest annähernd die Form einer Parabel aufweist.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittslinie (Q) zwischen zwei parametrisierten Kurven K1, K2 verläuft, für die gilt: K1: h(t) = 0,8·C·t², und K2: h(t) = 1,2·C·t², wobei h und t jeweils in [mm] bemaßt sind, und wobei die Konstante C unter üblichen Betriebsbedingungen als
definiert ist, mit ρ: Dichte der Luft in [kg/m³], Δp: statischer Differenzdruck in [Pa], V .: Volumenstrom in [m³/s], D_L: Lüfterraddurchmesser in [m], D_N: Durchmesser einer Lüfternabe in [m].
Lüfter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die beiden parametrisierten Kurven gilt: K1: h(t) = 0,9·C·t2, und K2: h(t) = 1,1·C·t2.
Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Lüfternabe (2) eine Kupplung, insbesondere Visco-Kupplung, vorgesehen ist.