DE3304297C2 - - Google Patents

Description

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 da­ vor angeordneten Ende der hinter dem Kühler angeordneten Ein­ laufdüse einen Spalt zur Erzeugung eines von außen in das Axi­ alrad 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 Axialgeblä­ se (DE-AS 24 11 225), in der Regel einen sehr hohen Druckver­ lust 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 Volu­ menstrom, 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 Halbaxialströ­ mung, 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 Be­ reich 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 stromabgelegen­ en 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 ein­ tretende koaxiale Leckstrom mit der schräg auftreffenden verzö­ gerten Grenzschichtströmung kollidieren, so daß sich eine re­ sultierende Grenzschichtströmung aufgrund bekannter strömungs­ technischer Eigenschaften bildet, die zum rotierenden Laufrad gerichtet ist und deren Geschwindigkeit gegenüber der des Leck­ stromes verzögert ist. Dadurch kann der axial eintretende Leck­ strom abgelenkt und das Profil der Meridian-Geschwindigkeit im Laufradeintritt, nicht durch Wirbel gestört werden. Die bei Axialventilatoren, die im gedrosselten Bereich laufen, auftre­ tende 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 her­ einragen zu lassen, so daß sich ein ringförmiger Spaltluftstrom ergibt, der Luft aus einem Bereich ansaugt, der neben der Aus­ trittsöffnung 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 Spaltluft­ stromes 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 Ge­ räuschpegelabsenkung zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Axialgebläse der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des patent­ anspruches 1 vorgesehen. Durch diese Maßnahme läßt sich das Ge­ räuschverhalten und der Gebläsewirkungsgrad verbessern. Die Spaltluft wird nämlich zunächst entgegen ihrer späteren Strö­ mungsrichtung 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 Unteran­ sprüchen gekennzeichnet. Die Merkmale des Anspruches 2 bieten dabei den Vorteil, daß sich eine strömungstechnische Verbesse­ rung dadurch ergibt, daß die Spalt- und die Hauptströmung tangential an den sich in Luftströmungsrichtung erweiternden rotierenden Leitring herangeführt werden, und daß so das Anlie­ gen der Strömung an diesem erweiternden Teil begünstigt wird.

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

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch ein er­ findungsgemäß ausgestaltetes Axialgebläse für den Kühler einer wassergekühlten Brennkraftma­ schine,

Fig. 2 die vergrößerte Darstellung des Bereiches der Außenkanten der Lüfterschaufeln mit dem umlau­ fenden 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) Axiallüfterschau­ feln (10) besitzt, die in üblicher Weise radial von der Nahe (8) abstehen und gleichmäßig auf dem Umfang dieser Nabe ver­ teilt 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 sol­ chen Bauarten von Axialgebläsen eine halbaxiale Abströmung durch das Gebläserad (9) im Sinne der Pfeile (11 a). Diese Ab­ strömung wird dadurch verbessert, daß an den äußeren Enden (10 c) der Lüfterschaufeln (10) ein als Luftleiteinrichtung die­ nender Leitring (20) befestigt ist, der mit den Lüfterschaufeln (10) rotiert und der aus einem zylindrischen Teil (20 a) mit der Axiallänge (A) und aus einem Kreisbogenteil (20 b) besteht, der mit dem Radius (R) über den Winkel (ϕ) gebildet ist. Wie ge­ strichelt angedeutet ist, kann sich an diesen Kreisbogenteil (20 b) auch noch ein Diffusorteil (20 c) anschließen, in den der Kreisbogenteil (20 b) übergeht. In diesem Fall entfällt dann die rein axial verlaufende Endkante (10 b) der Lüfterschaufel (10), wie gestrichelt angedeutet ist. Die Endkante (10 d) kann auch den in Fig. 2 gestrichelt eingezeichneten Verlauf (10 d′) haben.

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

Es hat sich gezeigt, daß sich bei der dargestellten Ausfüh­ rungsform die in der Fig. 3 aufgetragenen, besonders günstigen Geräuschpegelverhältnisse gegenüber einer Ausführungsform erge­ ben, bei der, ähnlich wie bei bekannten Gebläsen, zwar ein mit­ laufender Leitring vorgesehen ist, der aber nicht in der Strö­ mungsrichtung 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 auf­ weist.

Claims (6)

1. Axialgebläse für den Kühler einer wassergekühlten Brenn­ kraftmaschine von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Nutzfahr­ zeugen, bestehend aus einer Nabe mit Lüfterschaufeln und aus einem Luftleitring, der Teil des aus der Nabe und den Lüfter­ schaufeln bestehenden Gebläserades ist, fest mit den Enden der Lüfterschaufeln verbunden ist und entgegen der Strömungsrich­ tung 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 Schaufelein­ trittskanten überstehende Teil des Leitringes (20 a) zylindrisch ausgebildet ist, daß die Einlaufdüse (21) in den zylindrischen Teil des Leitringes (20 a) 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 (21 b) der Einlaufdüse (21) parallel zu dem zylindrischen Teil (20 a) des Leitringes (20) und ebenfalls axial gerichtet ver­ läuft, so daß ein Ringspalt (22) mit anschließender 180°-Um­ lenkung entsteht.

2. Axialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Leitring (20) hereinragenge Einlaufdüse (21) sich von einem engsten Querschnitt bogenförmig in Strömungs­ richtung (11) erweitert und daß der engste Querschnitt hinter der Eintrittskante (20′) des Leitringes (20) liegt.

3. Axialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Leitring (20) in Strömungsrichtung erweitert.

4. Axialgebläse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung im Bereich der Eintrittskante der Lüfter­ schaufeln beginnt.

5. Axialgebläse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erweiterung kreisbogenförmig oder kreisbogenähnlich ausgebildet ist.

6. Axialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterschaufeln (10) im Bereich ihres Austrittsendes mit einer axial verlaufenden Außenkante (10 b) versehen sind.