DE20211857U1 - Lüfteranordnung zur Kühlung von Kraftfahrzeug-Motoren - Google Patents
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Abstract
Lüfteranordnung (1) zur Kühlung von Kraftfahrzeug-Motoren, mit mindestens einem in einer Luft-Strömungsrichtung gesehen hinter einem von Motorkühlflüssigkeit durchflossenen Wärmetauscher (4) anzuordnenden, rotierend antreibbaren Lüfterrad (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (6) als Radiallaufrad (8) mit einem axialen, dem Wärmetauscher (4) zugekehrten Lufteinlass (10) und mit radialem Luftauslass (12) ausgebildet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Lüfteranordnung zur Kühlung eines Kraftfahrzeug-Motors, mit mindestens einem hinter einem von Motorkühlflüssigkeit durchflossenen Wärmetauscher anzuordnenden , rotierend antreibbaren Lüfterrad.
- Zur Kühlung von Kraftfahrzeug-Motoren werden heute fast ausschließlich Axiallüfter bzw. -Ventilatoren eingesetzt. Dies beruht darauf, dass die Arbeitspunkte der Ventilatoren in früheren Fällen bei relativ niedrigen Drücken lagen und die Axiallaufräder dadurch in einem Arbeitspunkt arbeiteten, der in einem optimalen Wirkungsgradbereich der Kennlinie lag.
- Inzwischen hat sich aber bei moderneren Kfz die Packungsdichte im Motorraum deutlich erhöht, und die enger werdenden Platzverhältnisse führen zu einer wesentlichen Zunahme der Luftwiderstände, d. h. des Druckes, die der Ventilator zur Kühlung des Wärmetauschers zu überwinden hat. Trotz dieser Probleme behielt man in der Praxis das bisherige Konzept mittels Axiallüfterrädern jedoch weitgehend bei.
- Eine Zunahme der Widerstände, d. h. des Druckes, führt bei einem Axialventilator dazu, dass der Volumenstrom abnimmt und dadurch ohne gegenwirkende weitere Maßnahmen eine ausreichende Kühlung des Kraftfahrzeugmotors nicht mehr gewährleistet ist. Zur Erhöhung des Volumenstromes besteht nun theoretisch die Möglichkeit der Verwendung größerer Lüfterräder, was sich aber praktisch wegen der beengten Platzverhältnisse im Motorraum nicht oder nur selten realisieren lässt. Die gängige Lösung, den erforderlichen Volumenstrom wieder zu erreichen, besteht darin, die Drehzahl des Ventilator-Laufrades zu erhöhen. Dadurch arbeitet der Ventilator jedoch deutlich unterhalb seines optimalen Wirkungsgrades. Die Erhöhung der Drehzahl ist natürlich auch mit einer Zunahme des Geräusches verbunden, was insbesondere bei geringer Fahrtgeschwindigkeit, wo die Kühlung des Motors durch den Fahrtwind gering ist, als sehr störend empfunden wird. Diese Nachteile wirken sich immer stärker aus, je mehr die Widerstände der Komponenten weiter zunehmen.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lüfteranordnung der genannten Art zu schaffen, die sich durch verbesserte Eigenschaften auch bei beengten Raumverhältnissen im Umgebungsbereich auszeichnet.
- Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Lüfterrad als Radiallaufrad mit einem axialen, dem Wärmetauscher zugekehrten Lufteinlaß und mit radialem Luftauslaß ausgebildet ist.
- Das erfindungsgemäße Konzept arbeitet somit mittels Radialventilatoren, die die Eigenschaft haben, dass sie gerade bei hohen Drücken mit optimalem Wirkungsrad arbeiten. Im Vergleich zu bekannten Axiallüfterkonzepten arbeitet ein Radiallaufrad für den geforderten Betriebspunkt nahe am Wirkungsgradoptimum. Daraus resultiert eine wesentlich niedrigere Leistungsaufnahme und ein wesentlich niedrigeres Geräusch gegenüber den Axiallüfterkonzepten. Ein weiterer Vorteil liegt in der höheren mechanischen Festigkeit und der damit verbundenen nur unwesentlichen Verformung während des Betriebs der Radiallüfterräder.
- Das erfindungsgemäße Radiallüfterkonzept bietet auch insgesamt eine bessere Durchströmung des Motorkühlers bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten, da dieses Konzept mehr Platz zur Anbringung von sogenannten Bypassklappen in einer den Lüfter tragenden Zarge bietet. Da Radiallüfterräder bei höheren Fahrtgeschwindigkeiten etwas mehr als Axiallüfterräder als Widerstand wirken, können die Bypassklappen bei Radiallüfterrädern etwas früher geöffnet werden, um den Durchströmwiderstand der Kühleranlage zu reduzieren.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zwei Radiallüfter vorgesehen, die insbesondere auslaßseitig durch ein Luftleitblech voneinander getrennt angeordnet sind. Dadurch werden die Luftströme beider Ventilatoren voneinander entkoppelt, und es wird eine optimale Abströmung der Ventilatoren erreicht.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.
- Anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung genauer erläutert werden. Dabei zeigen:
-
1 eine stark schematische Seitenansicht im Bereich eines Kfz-Motors mit einer erfinderungsgemäßen Lüfteranordnung, -
2 eine Perspektivansicht auf die dem Wärmetauscher des Motors zuzukehrende Lufteinlaßseite der Lüfteranordnung, -
3 eine ähnliche Perspektivansicht auf die andere, dem Motorblock zuzukehrende Abströmseite der Lüfteranordnung mit Darstellung einer ersten Ausführung eines Luftleitelementes, -
4 eine teilgeschnittene Perspektivansicht im Bereich einer Lüftereinheit, -
5 einen Schnitt im Bereich eines elektrischen Antriebsmotors der Lüftereinheit und -
6 eine vereinfachte Draufsicht auf die Abströmseite in einer Ausführungsvariante des Luftleitelementes. - In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit den gleischen Bezugszeichen versehen.
- In
1 ist schematisch ein Motorraumbereich eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Dabei ist eine erfindungsgemäße Lüfteranordnung1 im Bereich zwischen einem Motorblock2 eines Verbrennungsmotors und einem zugehörigen Wärmetauscher (Kühler)4 angeordnet. Der Wärmetauscher4 ist in Fahrtrichtung gesehen im vorderen Fahrzeugbereich vor dem Motorblock2 angeordnet und wird von Motorkühlflüssigkeit , (Wasser) durchströmt. In Fahrtrichtung gesehen ist der Wärmetauscher4 zudem von Luft durchströmbar. Diese Luftströmung wird von der Lüfteranordnung1 zumindest unterstützt bzw. bei stehendem Fahrzeug aktiv bewirkt. Dazu saugt die hinter dem Wärmetauscher4 angeordnete Lüfteranordnung1 Luft durch den Wärmetauscher4 hindurch an. Dazu weist die Lüfteranordnung1 mindestens ein rotierend antreibbares Lüfterrad6 auf. - Erfindungsgemäß ist das Lüfterrad
6 als Radiallaufrad8 mit einem axialen, dem Wärmetauscher4 zuzukehrenden Lufteinlaß10 und mit radialem Luftauslaß12 ausgebildet. Bei der dargestellten, bevorzugten Ausführung weist die Lüfteranordnung1 zwei Radiallaufräder8 auf, die an einem gemeinsamen Träger14 gehaltert und bevorzugt strömungsmäßig durch ein Luftleitelement16 voneinander getrennt sind. Gemäß3 ist das Luftleitelement16 von einem insbesondere aus Blech oder Kunststoff bestehenden Streifenkörper gebildet (sogenanntes Luftleitblech17 ), der als eine Art Trennwand zwischen den Radiallaufrädern8 auf dem Träger14 angeordnet ist. - Der Träger
14 ist als eine im Wesentlichen plattenförmige, bevorzugt aus Kunststoff bestehende Zarge ausgebildet, die zu dem Wärmetauscher4 etwa parallel angeordnet wird. Dabei hat die Zarge eine insbesondere rechteckige, an die Größe und Flächenform des Wärmetauschers4 angepaßte Flächenform. Der Träger14 kann einstückig mit dem Luftleitelement16 geformt sein. Im Bereich des Lufteinlasses10 jedes Radiallaufrades8 weist der Träger14 eine Luftöffnung18 auf. Gemäß4 kann die Luftöffnung18 einen strömungsgünstig gekrümmt nach innen und hinten verlaufenden Öffnungsrand20 aufweisen. Gemäß2 und3 ist jedes Radiallaufrad8 in einer Hälfte des länglich rechteckigen Trägers14 angeordnet, wobei die Laufräder8 wie dargestellt bezüglich der Längsachse des Trägers14 etwas versetzt angeordnet sind. So liegt das eine Radiallaufrad8 der einen Längsseite näher und das andere Radiallaufrad8 der anderen, gegenüberliegenden Längsseite des Trägers14 . Das Luftleitelement16 weist bei der in3 dargestellten Ausführung einen etwa Sförmigen Verlauf zwischen den Radiallaufrädern8 auf, so dass die Enden des Luftleitelementes16 sich z.B. etwa bis zu einer gedachten Linie21 erstrecken, die durch eine Rotationsachse des jeweiligen Laufrades8 sowie senkrecht zu den Längsseiten des Trägers14 verläuft. Es ist aber auch praktisch jeder beliebige andere Verlauf mit längeren oder kürzeren Endbereichen möglich. - Wie sich weiterhin insbesondere aus
2 und3 ergibt, weist der Träger bzw. die Zarge14 in Ihrem außerhalb der Radiallaufräder8 liegenden Flächenbereich mindestens eine Bypassöffnung22 auf, die mit einem insbesondere klappenartigen, zum Öffnen oder Schließen der Bypassöffnung22 ansteuerbaren Verschlußelement24 ausgestattet ist. Gemäß2 ist für jedes Radiallaufrad8 eine solche, sogenannte Bypassklappe vorgesehen. Diese sogenannten Bypassklappen sind jeweils zwischen dem Radiallaufrad8 und dem entfernter liegenden Längsrand des Trägers14 angeordnet. Die Bypassklappen weisen eine länglich rechteckige, zum Träger-Längsrand parallele Form auf. - Jedes Radiallaufrad
8 ist freilaufend ausgebildet, d. h. ohne zusätzliches Strömungsgehäuse. Zudem weist jedes Radiallaufrad8 insbesondere rückwärtsgekrümmte Schaufeln26 auf; vergleiche dazu auch die in3 durch Pfeile28 eingezeichnete Rotationsrichtung. Weiterhin handelt es sich bei den Radiallaufrädern8 bevorzugt um eine beidseitig gedeckelte Ausführung mit einer einlaßseitigen Deckscheibe30 und einer gegenüberliegenden, abströmseitigen Bodenscheibe32 . Hierbei kann die einlaßseitige Deckscheibe30 gemäß4 im Randbereich des Lufteinlasses10 einen mit nur geringem Spalt von dem Öffnungsrand20 umgriffenen, dazu etwa parallel-koaxialen Öffnungsrad33 aufweisen. Dadurch ergibt sich ein strömungsgünstiger Übergang. Gemäß3 weisen die Deckscheiben30 und die Bodenscheibe32 gleiche Außendurchmesser auf. Es kann aber für bestimmte Fälle vorteilhaft oder sinnvoll sein, die Scheiben30 und32 mit unterschiedlichen Außendurchmessern auszubilden (nicht dargestellt). - Weiterhin wird bei der dargestellten bevorzugten Ausführung jedes Radiallaufrad
8 direkt von einem Elektromotor34 angetrieben. Jedes Radiallaufrad8 bildet somit zusammen mit seinem Elektromotor34 eine elektrische Motor-Lüfter-Einheit. Dabei ist jeder Elektromotor34 bevorzugt als kollektorloser, durch eine in5 nur angedeutete Motorelektronik36 angesteuerter Gleichstrommotor ausgebildet. Zudem handelt es sich um eine Ausgestaltung als Außenläufermotor. Dabei ist jedes Radiallaufrad8 mit einem Außenläufer38 des Motors34 verbunden. In5 sind Magnete39 des Außenläufers38 erkennbar. Ein Stator40 des jeweiligen Elektromotors34 ist über speichenartige Halteelemente42 in der Luftöffnung18 des Trägers14 befestigt (siehe insbesondere2 und4 ). - Wie sich noch aus
5 ergibt ist die – nicht im Einzelnen dargestellte – Motorelektronik36 in einem mit dem Stator40 verbundenen Elektronikgehäuse44 angeordnet, welches gemäß2 und4 im Bereich der Luftöffnung18 des Trägers14 sowie dem Wärmetauscher4 zugwandt angeordnet und dabei vorzugsweise mit äußeren Kühlrippen46 versehen ist, die durch ihre Anordnung im direkten Luftstrom liegen. Weiterhin ragt gemäß5 eine mit dem Außenläufer38 rotierende Welle48 mit einem Ende50 in das Elektronikgehäuse44 hinein. An diesem Wellen-Ende50 ist ein mit der Motorelektronik zur Kommutierung zusammenwirkender Drehstellungsgeber52 angeordnet, der insbesondere von einem mit mehreren Polen versehenen Magnetring gebildet ist. Zudem weist der Drehstellungsgeber52 zusätzliche Kühlflügel54 zur Kühlung der Motorelektronik36 innerhalb des Elektronikgehäuses44 auf. - In
6 ist noch eine Ausführungsvariante des Luftleitelementes16 veranschaulicht. Dieses Luftleitelement16 ist als Strömungsprofilelement56 derart ausgebildet, dass zwischen jedem Radiallaufrad8 und einer gegenüberliegenden Strömungsfläche58 des Strömungsprofilelementes56 ein sich insbesondere in Rotationsrichtung28 erweiternder Strömungskanal60 gebildet ist. Bezüglich der Anordnung zwischen den Radiallaufrädern8 ist das Strömungsprofilelement56 punktsymmetrisch bezüglich eines Mittelpunktes62 ausgebildet. Hierbei ist vorteilhafterweise jede Strömungsfläche58 – in Draufsicht gemäß6 gesehen – als Teilabschnitt einer Spirale ausgebildet, und zwar analog zu einem – hier zwar nicht vorhandenen, aber sonst oft üblichen – Spiralgehäuse eines Radialventilators. - Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.
Claims (15)
- Lüfteranordnung (
1 ) zur Kühlung von Kraftfahrzeug-Motoren, mit mindestens einem in einer Luft-Strömungsrichtung gesehen hinter einem von Motorkühlflüssigkeit durchflossenen Wärmetauscher (4 ) anzuordnenden, rotierend antreibbaren Lüfterrad (6 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (6 ) als Radiallaufrad (8 ) mit einem axialen, dem Wärmetauscher (4 ) zugekehrten Lufteinlass (10 ) und mit radialem Luftauslass (12 ) ausgebildet ist. - Lüfteranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei an einem gemeinsamen Träger (
14 ) gehalterte und bevorzugt strömungsmäßig durch ein Luftleitelement (16 ) voneinander getrennte Radiallaufräder (8 ). - Lüfteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger(
14 )als eine im Wesentlichen plattenförmige, zu dem Wärmetauscher (4 ) etwa parallel anzuordnende Zarge ausgebildet ist, die im Bereich des Lufteinlasses (10 ) jedes Radiallaufrades (8 ) eine Luftöffnung (18 ) aufweist. - Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (
14 ) in seinem außerhalb der Radiallaufräder (8 ) liegenden Flächenbereich mindestens eine Bypassöffnung (22 ) aufweist, die mit einem insbesondere klappenartigen, zum Öffnen und/oder Schließen der Bypassöffnung (22 ) ansteuerbaren Verschlußelement (24 ) ausgestattet ist. - Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das/jedes Radiallaufrad (
8 ) freilaufend mit insbesondere rückwärts gekrümmten Schaufeln (26 ) ausgebildet ist. - Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass das/jedes Radiallaufrad (
8 ) beidseitig gedeckelt mit einer einlaßseitigen Deckscheibe (30 ) und einer axial gegenüberliegenden Bodenscheibe (32 ) ausgebildet ist, wobei die Deckscheibe (30 ) und die Bodenscheibe (32 ) gleiche oder insbesondere unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. - Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das/jedes Radiallaufrad (
8 ) direkt von einem Elektromotor (34 ) angetrieben wird. - Lüfteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der/jeder Elektromotor (
34 ) als kollektorloser, durch eine Motorelektronik (36 ) angesteuerter Gleichstrommotor ausgebildet ist. - Lüfteranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der/jeder Elektromotor (
34 ) als Außenläufermotor ausgebildet ist, wobei das Radiallaufrad (8 ) mit einem Außenläufer (38 ) verbunden ist. - Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stator (
40 ) des Elektromotors (34 ) über speichenartige Halteelemente (42 ) in der Luftöffnung (18 ) des Trägers (14 ) befestigt ist. - Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorelektronik (
36 ) in einem Elektronikgehäuse (44 ) angeordnet ist, welches im Bereich der Luftöffnung (18 ) des Trägers (14 ) und dem Wärmetauscher (4 ) zugewandt angeordnet und vorzugsweise mit Kühlrippen (46 ) versehen ist. - Lüfteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle (
48 ) des Elektromotors (34 ) mit einem Ende (50 ) in das Elektronikgehäuse (40 ) ragt, wobei an diesem Wellen-Ende (50 ) ein mit der Motorelektronik zusammenwirkender Drehstellungsgeber (52 ) angeordnet ist. - Lüfteranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehstellungsgeber (
52 ) zusätzliche Kühlflügel (54 ) zur Kühlung der Motorelektronik (36 ) aufweist. - Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet dass das Luftleitelement (
16 ) auf der Abströmseite zwischen den Radiallaufrädern (8 ) angeordnet und entweder als sogenanntes Luftleitblech (17 ) mit Streifenform und etwa Sförmigem Verlauf oder als Strömungsprofilelement (56 ) derart ausgebildet ist, dass zwischen jedem Radiallaufrad (8 ) und einer gegenüberliegenden Strömungsfläche (58 ) des Strömungsprofilelementes (56 ) ein sich insbesondere in Rotationsrichtung (28 ) erweiternder Strömungskanal (60 ) gebildet ist. - Lüfteranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,dass jede Strömungsfläche (
58 ) als Teilabschnitt einer Spirale ausgebildet ist.
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