DE2505563A1

DE2505563A1 - Kuehleinrichtung, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2505563A1
Application number: DE19752505563
Authority: DE
Inventors: Harold D Beck
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Navistar Inc
Priority date: 1974-03-01
Filing date: 1975-02-10
Publication date: 1975-09-04
Also published as: SE7502245L; NL7416536A; FR2262607A2; GB1471503A; AU7611974A; JPS50121634A; IT1026476B; CA1040035A; SE409485B; FR2262607B2; NL156213B; DE2505563B2; AU474370B2; CA1036447A; BR7501203A

Description

Dfp!. Ing. Helmut Zoepke

Dipl. Uv;. CnH O. Zoepks 1285, d-9543

P&iontanvv'üiio ο π η C C C Q

θ München 5, Erherdisiraße β ϋ O U D Ρ,Ο O

INTERNATIONAL HARVESTER COMPANY

4ol, North Michigan Avenue

CH ICAGO 1, Illinois 606II

USA

KÜHLEINRICHTUNG, INSBESONDERE FÜR KRAFTFAHRZEUGE

Die Erfindung bezieht sich auf eine, insbesondere für Kraftfahrzeuge geeignete Kühleinrichtung, die aus einem Kühler, einem diesem nachgeschalteten Lüfter mit einem umlaufenden Lüfterrad und einer Lüfterverkleidung besteht, die einen dem Kühler zugewandten vorderen Einlaßteil und einen rückwärtigen Auslaßteil aufweist, der aus einem zylindrischen Ringteil, einem radialen Verlängerungsteil und einem radialen flachen Teil besteht, wobei eine von den Hinterkanten der umlaufenden Lüfterblätter des Lüfterrades erzeugte Ebene sich parallel zum radialen flachen Teil erstreckt.

Die meisten Kraftfahrzeuge werden heutzutage durch Verbrennungskraftmaschinen angetrieben. Die zwangsläufig wärmeabgebenden Verbrennungskraftmaschinen weisen vielfach eine Wasserkühlung auf, bei der Wasser im Kreislauf durch die Antriebsmaschine geführt und auf diese Weise die sich entwickelnde Wärme nach außen in die Atmosphäre abgeführt wird. Der zum Kühlen des Kühlwassers dienende

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Kühler wird einem Luftstrom ausgesetzt, der die Wärme aufnimmt und sie in die Atmosphäre ableitet. Zum Erzeugen des Luftstromes sind verschiedene Arten von Lüftern bekanntgeworden. So kennt man Lüfter, durch die aus der Atmosphäre Luft durch den Kühler angesaugt und entlang der Antriebsmaschine wieder in die Atmosphäre zurückgefördert wird. Diese Lüfter sind als Axialsauglüfter bekanntgeworden, bei denen die Luft axial durch den Kühler angesaugt und in dem Verbrennungskraftmaschinenraum abgegeben wird. Andere Lüfter wiederum arbeiten in der umgekehrten Weise, d.h. sie saugen Luft aus dem Verbrennungsmaschinenraum an, worauf die Luft durch den Kühler hindurchgedrückt wird, um die notwendige Kühlung des Kühlers zu erreichen. Bei herkömmlichen Lüftern wird unter optimalen Bedingungen angenommen, daß ungefähr nur ein Drittel der Länge der Lüfterblätter für die Luftförderung durch den Wärmeaustauscher ausgenutzt wird. Der außenliegende, ein Drittel betragende Teil der Lüfterblätter, das sind die Lüfterspitzen, ziehen Luft aus dem hinter der Verkleidung liegenden Bereich an. Der innenliegende,ein Drittel betragende Teil ,das ist der Nabenbereich, zieht Luft von hinten an, die danach rückwärts abgegeben wird. Aus Vorstehendem ergibt sich, daß in etwa nur der mittlere,ein Drittel betragende Teil an der für die Kühlung erforderlichen Luftströmung beteiligt ist.

Aus dem älteren Vorschlag der Anmelderin (Deutsche Patentanmeldung P 24 11 225.2-13) geht hervor, daß durch ein in bestimmter Weise gestaltetes Auslaßteil und die dadurch bedingte radiale Abluftströmung die Antriebsleistung und Geräusche reduziert werden sowie eine Luftumkehrung in den Bereichen der Spitzen der Lüfterblätter verhindert wird. Die Verwendung einer solchen Verkleidung erhöht somit die Leistung des Lüfters, der für die Luftbewegung durch den Wärmeaustauscher wirksam ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine noch bessere Ausnutzung des Lüfters und damit bessere Luftströmung ermöglicht.

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Diese Aufgabe wird erfingunsgemäß durch eine sich mit Abstand zum Auslaßteil erstreckende Umlenkplatte erreicht. Durch die Anordnung der Umlenkplatte wird eine Rückströmung von Luft aus dem hinter der Verkleidung liegenden Bereich vermieden. Die Umlenkplatte ist dabei so angeordnet, daß eine Beeinflussung der normalen Luftströmung in den Bereichen der Lüfterspitzen nicht eintritt. Zugleich dient die Umlenkplatte als Schutzschild. Durch die Anordnung der Umlenkplatte wird nunmehr der größte Teil der Länge der Lüfterblätter für die Erzeugung des Luftstromes ausgenutzt. Mit den Mitteln nach der Erfindung kommt man somit zu einer Kühleinrichtung/ mittels der in wirksamer Weise die erzeugte Hitze abgeführt werden kann. Die Kühleinrichtung kann einen üblichen Wasserkühler, einen Axiallüfter mit einem mehrere Lüfterblätter umfassenden Lüfterrad aufweisen, wobei die Luft rückwärts durch den Kühler gesaugt wird. Die Verkleidung erstreckt sich von der Rückseite des Kühlers und bildet einen Kanal, um die Luft durch den Kühler zu leiten. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß keine durch die Wärmeaustauschfläche des Kühlers hindurchgegangene bzw. damit in Berührung gelangende Luft angesaugt wird. Zu diesem Zweck ist die gesamte perforierte wärmeaustauschende Fläche des Kühlers gegenüber der Verkleidung abgeschlossen. Die Verkleidung besitzt einen Auslaßteil, der sich fest und dicht an die. Verkleidung anschließt und sich nach hinten und nach außen erstreckt. Diese besondere Ausgestaltung des Auslaßteils in Verbindung mit dem Axiallüfter ermöglicht eine Luftströmung, die radial aus dem Motorraum ausströmt. Diese Abluftströmung wird dabei durch die Umlenkplatte gezielt geleitet.

Die Erfindung kann nicht nur bei einer Kühleinrichtung eines Fahrzeugs verwendet werden, sondern auch bei stationären Anlagen, wo eine große Leistung der Lüfterblätter erforderlich ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert:

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Es zeigen:

Fig. 1; eine Seitenansicht einer Verbrennungskraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung in einem Fahrzeug

und
Fig. 2: einen teilweisen Schnitt durch die Kühleinrichtung.

In Fig. 1 ist eine in herkömmlicher Weise wassergekühlte Verbrennungskraftmaschine Io dargestellt, die auf dem vorderen Teil eines Fahrgestellrahmens 12 eines Fahrzeugs 14 angeordnet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses Fahrzeug ein Ackerschlepper. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch bei anderen, mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgerüsteten Fahrzeugen oder einem transportablen oder stationären Antriebsaggregat mit einem Lüfter angewandt werden kann. Im vorderen Teil des Fahrzeugs ist ein Kühler 16 angeordnet, um die von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Wärme aufzunehmen. Der Kühler ist über Leitungen 18 und 2o mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden, so daß Kühlwasser zwischen dem Kühler 16 und den Kühlwasserräumen der Verbrennungskraftmaschine Io strömen kann. Die Verbrennungskraftmaschine Io ist von einer Bleehhaube 22 umgeben, so daß ein Verbrennungsmaschinenraum 2 4 gebildet wird.

Am vorderen Ende der Verbrennungskraftmaschine Io sitzt eine Lüfterwelle 26, über die Antriebskraft zu einem Lüfter 2 8 geleitet werden kann (Fig. 2). Für die vorliegende Erfindung ist unwesentlich, in welcher Weise die Antriebskraft dem Lüfter zugeführt wird; es können Riemen und Riemenscheiben verwendet werden, Bei dem Lüfter 2 8 handelt es sich um einen umlaufenden Sauglüfter, der dem Kühler 16 gegenüberliegend angeordnet ist und normalerweise in axialer Richtung Luft durch den Kühler ansaugt und in axialer Richtung wieder abgibt. Diese axiale Luftströmung wird durch eine Verkleidung 3o geleitet. Die besondere Gestalt des vorderen Einlaßteils 32 der Verkleidung 3o ist abhängig von der Gestalt und Ausbildung der perforierten Wärmeaus-

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tauschteils des Kühlers. Die Art der Verbindung zwischen der Führungskante des vorderen Einlaßteils 32 und der rückwärtigen Seite 34 des Kühlers 16 ist abhängig von der besonderen Charakteristik dieser Bauteile, d.h. einige Verbindungen weisen Luftspalte auf, während andere im wesentlichen über den gesamten Umfang der Verbindung abgedichtet sind. In der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die gesamte perforierte Fläche im wesentlichen abgedichtet, so daß die Luft nur durch den Kühler strömen und nicht von anderen Richtungen zuströmen kann. Von der Vorderkante aus ist die Verkleidung entweder, wie dargestellt, kegelstumpfförmig oder aber kastenförmig konvergierend nach hinten zu einem rückwärtigen Teil 36 ausgebildet. Hinter der Verkleidung 3o ist eine Umlenkplatte 31 angeordnet, deren Zweck weiter unten näher erläutert wird.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, erstreckt sich nach hinten und nach außen von dem Teil 36 ein Aulaßteil 38. Die Verbindung zwischen dem Einlaßteil und dem Auslaßteil· kann durch geeignete Mittel erreicht werden. Wesentlich ist dabei, daß diese Verbindung verhältnismäßig frei von Öffnungen und Zwischenräumen ist, die einen Luftzutritt ermöglichen. Der Auslaßteil 38 besitzt einen Ringteil· 4o, einen gewöibten Ve^ängerungsteil· und einen flachen Flanschteil· 44. Der Ringteil· 4o biidet die Einiaflöffnung für den Ausl·aßteil· 38, während sich der Veriängerungsteil· 42 nach hinten und gieichzeitig bogenförmig nach außen erstreckt, wobei ein Bezugspunkt für den Bogenradius mit 46 bezeichnet ist. Der bogenförmige Veriängerungsteil· 42 ist somit giockenförmig ausgebiidet und bildet somit eine Überführungsfläche bzw. kommt einer solchen nahe. Im dargestel^en Ausführungsbeispiel· ist der Verlängerungsteil ein Teil mit einem konstanten Bogenradius. Der flache Flanschten 44 bildet die Hinterkante des Verkleidungsauslasses 38 und besitzt eine Hauptebene, die vertikal zu dem Ringteil· 4o verläuft. Aus Vereinfachungsgründen kann der Ringteil· 4o als zylindrischer Hals, der bogenförmige Verlängerungsteil· 42 al·s radiaie Verlange-rung und der ^ache Fl·anschteil· 44 al·s radiaie Fl·äche bezeichnet werden. Insgesamt gesehen ist der Ausiaßteil· 38 in Gestalt eines Trichters ausgebiidet.

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Wie oben bereits erwähnt, ist der Lüfter 2 8 in der Nähe des Kühlers umlaufend gelagert, mit dem Zweck einen' Kühlluftstrom zu erzeugen. Der Lüfter 28 weist mehrere Lüfterblätter 48 auf, von denen in der Zeichnung nur eins dargestellt ist. Wie aus Fig* 2 hervorgeht, ist der Lüfter 28 von dem Lüfterauslaßteil 38 umgeben. Die Anordnung des Lüfters 2 8 innerhalb der Verkleidung 3o ist derart getroffen, daß eine von einer Führungskante 5o gebildete vordere Ebene mit dem Führungsteil des Ringteils 4o zusammenfällt und eine durch eine Hinterkante 52 gebildete, rückwärtige Ebene mit der radialen Fläche 44 parallel zusammenr fällt. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß in beiden Fällen eine Abweichung von plus oder minus 12 % von der projizierten Axialbreite AW des Lüfters möglich ist. Das bedeutet, daß bei einer Lageabweichung von 12 % der beiden Ebenen, die durch die Vorder- und Hinterkante der umlaufenden Lüfterblätter gebildet werden, immer noch eine zufriedenstellende Funktion gemäß der ,Erfindung erreicht wird, d.h. innerhalb dieses Bereiches der abgelenkte Luftstrom immer noch im wesentlichen radial abgeleitet wird.>Im allgemeinen wird über zwei Drittel der Lüfterblätter wirksam Luft durch den Kühler bewegt.

Die Verkleidung ist in folgender Weise ausgestaltet: RF = AW/3, CF = AW/3 und R = 2AW/3, wobei RF die Länge der radialen Fläche 44, CF die Länge des zylindrischen Ringteils 4o und R der Radius des sich radial erstreckenden Verlängerungsteils 42 oder der Abstand von dem Bezugspunkt zu der überführungsfläche u-nd AW die -projezierte axiale Breite des Lüfters 28 ist.

Die Lage des Lüfters 2 8 zu dem Auslaßteil 38 wird am besten durch den Abstand (X_E) des Lüfters ausgedrückt, der sich über das Ende der Verkleidung nach hinten erstreckt. Es wurde gefunden, daß bei einer Abweichung X„ von Null beste Ergebnisse erzielt werden. Vernünftige Ergebnisse konnten jedoch auch noch dann erzielt werden, wenn X_E ungefähr gleich plus oder minus 12 % von AW ist. Wie sich aus dem Vorgegangenen ergibt, also auch dann noch, wenn die rückwärtige Kante mit der Fläche der radialen

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Fläche zusammenfällt oder aber innerhalb dieser genannten Toleranz liegt. Durch Änderung der Lage des Lüfters in bezug auf den Lüfterauslaß ist es ferner möglich, den Luftstrom zu steuern, und zwar geradewegs nach hinten, unter einem Winkel in radialer Richtung usw., und zwar je nach Bedarf und welcher Art der Vorzug gegeben wird.

Aufgrund der gewonnenen Erkenntnis ergibt sich bei einem Strömungsverlauf gemäß Fig. 2, daß der Luftströmungsverlauf 51 ausgeschaltet werden muß, ohne das der normalerweise radial verlaufende Luftstrom 53 unterbrochen wird. Wie oben weiter erläutert, hat das Einziehen von Luft im Nabenbereich einen sehr großen Einfluß auf die Leistung des Lüfters. Wenn jedoch eine Sperre eingesetzt wird, sollte diese so angeordnet sein, daß die Luftumkehrung verhindert und eine Unterbrechung des Strömungsbildes in den Spitzenbereichen der Lüfterblätter nicht behindert wird.

Wie aus den Fig. 1 und 3 hervorgeht, ist hinter den Lüfterblättern 28 die Umlenkplatte 31 angeordnet. Bei dieser Umlenkplatte handelt es sich um eine flache Scheibe, welche einen Gesamtdurchmesser aufweist, der etwa gleich dem Auslaßteil 3 8 ist. Die Umlenkplatte ist durch geeignete Mittel am Fahrgestellrahmen 12 befestigt und mit einer geeigneten Öffnung für den Hindurchtritt der Lüfterantriebswelle 26 versehen. Es versteht sich, daß die Umlenkplatte auch auf· der Antriebswelle 26 oder vor einem Teil 37 der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet sein könnte, um die Luftumkehrung im Nabenbereich zu verhindern.

Es wurde festgestellt, daß eine optimale Leistung der Kühleinrichtung dann erreicht werden kann, wenn die Umlenkplatte 31 in bezug auf die Hinterkanten 52 der Lüfterblätter 48 in einem Abstand von etwa 15 % des Durchmessers der Lüfterblätter 4 8 angeordnet ist. Der Durchmesser der Umlenkplatte 31 braucht an sich nur so groß zu sein, um einen Lufteinzug von rückwärts in den Nabenbereich des Lüfters zu verhindern.

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Die Anordnung der Umlenkplatte parallel zur Hinterkante
des Lüfters 28 hat sich als wirksames Mittel herausgestellt, um eine Luftumkehrung im Nabenbereich des Lüfters zu verhindern und gleichzeitig die.Strömung im Spitzenbereich der Lüfterblätter nicht zu beeinflussen. Die auf diese Weise erzielte Luftströmung ist in Fig. 3 mit 39 bezeichnet.

Die umlenkplatte 31 dient gleichzeitig als Sicherheitsschild, um Personen zu schützen, die zufällig mit ihren Händen oder sonstigen Körperteilen in den Bereich des Lüfters 28 gelangen.

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Claims

1285, D-9543 - 9 - PATENTANSPRÜCHE

1. Kühleinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Kühler, einem diesem nachgeschalteten Lüfter mit einem umlaufenden Lüfterrad und mit einer Lüfterverkleidung, die einen dem Kühler zugewandten vorderen Einlaßteil· und einem rückwärtigen Auslaßteil aufweist, der aus einem zylindrischen Ringteil·, einem radiaien Veriängerungsteil und einem radialen dachen Teil· besteht, wobei eine von den Hinterkanten der umiaufenden LüfterWätter des Küfterrades erzeugte Ebene sich parallel zum radialen flachen Teil erstreckt, gekennzeichnet durch eine sich mit Abstand zum Auslaßteil· (38) erstreckende Uml·enkpl·atte (31) .

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Uml·enkpl·atte (31) para^el· zu den Hinterkanten (52) der Lüfterbiätter (48) erstreckt und der Abstand von diesen bis zur üml·enkpl·atte (31) etwa 15 % des Durchmessers der Lüfterbl·ätter (48) beträgt. ■

3. Rufeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkieidung (3o) dergesta^ ausgebiidet ist, daß RF = AW/3, CF = AW/3 und R = 2AW/3 ist, wobei RF die Länge des radialen flachen Teils (44), CF die Länge des zylindrischen Ring-

- teils (4o), R der Abstand zwischen einem Bezugspunkt und dem radialen Verlängerungsteil (42) und AW die projizierte axiale Breite des Lüfterrades (28) ist.

4. Kühleinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungen von dem Verhäitnis innerhaib von p^s oder minus 12 % der projezierten axiaien Breite (AW) des Lüfterrades (28) liegen.

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