DE3514207A1

DE3514207A1 - Lichtmaschine mit einem luefterrad zum ansaugen von kuehlluft fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE3514207A1
Application number: DE19853514207
Authority: DE
Inventors: Leslie M. Lincoln Mass. Gray
Original assignee: Promotec Ingenieurbuero I GmbH
Current assignee: Promotec Ingenieurbuero I GmbH
Priority date: 1985-04-19
Filing date: 1985-04-19
Publication date: 1986-10-30

Description

Lichtmaschine mit einem Lüfterrad
zum Ansaugen von Kühlluft für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Lichtmaschine mit einem Lüfterrad zum Ansaugen von Kühl luft für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derart aufgebaute Lichtmaschinen sind bei Kraftfahrzeugen allgemein bekannt.
Fig. 1 zeigt in einer Explosionsdarstellung den Aufbau einer solchen bekannten Lichtmaschine Die wesentlichen Bestandteile, auf die es bei der Beurteilung der vorliegenden Erfindung ankommt sind die lüfterseitige Stirnwand 1 des Lichtmaschinengehäuses, der Rotor 2, das Lüfterrad 3 sowie die Antriebsscheibe 4.
Das Lüfterrad 3 ist zwischen die Stirnwand 1 des Lichtmaschinengehäuses und die Antriebsscheibe 4 montiert und kühlt die Lichtmaschine durch Ansaugen von Luft durch die Lichtmaschine hindurch.
Die Lüfterräder, die üblicherweise für diese Anwendung benutzt werden, sind aus gezogenem Metall, wobei teilweise auch Kunststoffe oder Kunststoff-Stahl-Kombinationen verwendet werden. Beschränkungen bei der Herstellung machen es schwierig, den Wirkungsgrad und das Geräusch dieser Lüfterräder in den Griff zu bekommen, so daß diese Lüfterräder häufig bei hohen Drehzahlen eine ganz erhebliche Geräuschquelle des Verbrennungsmotors sind.
Hinzu kommt,daß diese Lüfterräder in der Regel einen sehr schlechten Wirkungsgrad haben, im wesentlichen bedingt durch die Form der Leitschaufeln und zusätzlich noch durch die in dem Spalt zwischen dem Lüfterrad und der Stirnwand der Lichtmaschine rezirkulierende Luft.
Wirkungsgrade von 8 - 10% sind für solche Lüfterräder typisch.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einmal den Wirkungsgrad erheblich zu steigern und zum anderen die durch das Lüfterrad erzeugten Geräusche möglichst gering zu halten.
Gelöst wird diese Aufgabe zum überwiegenden Teil durch eine Ausgestaltung der Luftaustrittsöffnung in der lüfterseitigen Stirnwand des Lichtmaschinengehäuses nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Zusätzlich zu den nach den Unteransprüchen 2 - 8 hierzu noch erzielbaren Verbesserungen tragen auch noch die Maßnahmen nach den Ansprüchen 9 und 10, die sich auf besondere Ausbildungen des Lüfterrades beziehen, zu einer weiteren Wirkungsgradverbesserung sowie Geräuschminderung bei.
Zur Kühlung der Lichtmaschine durch die Lichtmaschine durchströmende Luft läßt sich grundsätzlich folgendes sagen.
Für diese Art der Kühlung ist maßgebend, daß der größte Widerstand für den Luftstrom durch den sich drehenden Rotor gegeben ist, über den die Luft fließen muß. Der Rotor befindet sich gemeinsam mit dem Lüfterrad auf einer Antriebswelle und beide Teile drehen sich in gleicher Richtung. Auf diese Weise wird die den Rotor überstreichende Luft in Rotation versetzt. Da die Rotationsrichtung mit der Drehrichtung des Lüfterrades übereinstimmt, hat die Luft beim Eintritt in das Lüfterrad eine ganz erhebliche Rotationsgeschwindigkeit. Für das Lüfterrad, bei dem die äußeren Leitschaufeln in Drehrichtung gesehen nach hinten geneigt sind - die Neigung nach hinten ist aus Geräuschgründen erwünscht - bedeutet die rotierend in das Lüfterrad eintretende Luft eine Wirkungsgradverminderung. Die Wirkungsgradverminderung ergibt sich daraus, daß die Luft durch die nach hinten geneigten Leitschaufeln entgegengesetzt der Eigenrotation der Luft aus dem Lüfterrad herausgetrieben wird. Zur Steigerung des Kühlluftmengenstromes wäre es ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Mittel erforderlich, entweder den Durchmesser des Lüfterrades zu vergrößern oder die Neigung der Leitschaufeln müßte in der Richtung geändert werden, daß die Leitschaufeln stärker radial ausgerichtet sind. Eine solche Neigungsänderung würde jedoch zu einer unerwünschten Geräuscherhöhung führen.
Desgleichen würde auch eine Durchmesservergrößerung des Lüfterrades, die häufig aus Einbaugründen gar nicht möglich ist, eine ähnliche Geräuscherhöhung verursachen.
Die vorstehende Betrachtung zeigt die Bedeutung der mit den erfindungsgemäßen Mitteln angestrebten Vermeidung einer Rotation der die lüfterseitige Stirnwand des Lichtmaschinengehäuses verlassenden Kühlluft. Die erfindungsgemäßen Mittel sind dabei die in der Stirnwandöffnung angeordneten flachen Leitschaufeln, mit denen der rotierende Kühlluftstrom axial ausgerichtet wird.
Je nach der in den einzelnen Unteransprüchen 2 - 7 angegebenen Ausbildung der Form der Leitschaufeln läßt sich diese axiale Ausrichtung mehr oder weniger gut erreichen.
Die nach den Unteransprüche 9 und 10 lüfterradseitig vorgesehenen Maßnahmen verbessern die erfindungsgemäße Wirkung noch zusätzlich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 2 eine Ansicht auf die lüfterseitiae Stirnwand der Lichtmaschine nach Linie II - II in Fig. 3 Fig. 3 einen Schnitt durch die lüfterseitige Stirnwand des Lichtmaschinengehäuses nach Linie III - III in Fig. 2 zusätzlich mit einem Schnitt durch das auf die Lichtmaschine montierte Lüfterrad.
Fig. 4 - 7 zeigen Schnitte nach den Linien IV - IV, V - V, VI - VI, VII - VII in Fig. 2 Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch das Lüfterrad nach den Linien VIII -VIII in Fig. 3 In Fig. 2 sind in den Abschnitten A - D verschiedene Varianten der Ausbildung der lüfterseitigen öffnung in der Stirnwand 1 des Lichtmaschinengehäuses dargestellt.
Abschnitt A zeigt den Stand der Technik entsprechend der Ausführung in Fig. 1. Mit den Pfeilen R ist in allen Figuren jeweils die Drehrichtung des Rotors 2 angegeben. Die Strömungsrichtung des Kühlluftstromes ist jeweils mit durch den Buchstaben L gekennzeichneten Pfeilen angegeben.
In Abschnitt B ist eine Variante der erfindungsgemäßen flachen Leitschaufel 5 dargestellt. Weitere Varianten der Leitschaufeln 5' und 5" sind in den Abschnitten C und D wiedergegeben. Die einfachste Ausführung stellt die Variante 5' dar. Hierbei sind die Leitschaufeln 5' lediglich als flache Platten radial in Richtung der Achse des Rotors 2 ausgerichtet. Für die Umlenkung des Kühlluftstromes aus der Rotationsbewegung in die axiale Richtung sind die Leitschaufeln 5 mit ihrer radialen Krümmung günstiger. Am wirsamsten sind die axial gekrümmten Leitschaufeln 5'' in Abschnitt D.
Alle Arten der Leitschaufeln 5, 5', 5'' können entweder integraler Bestandteil der Stirnwand 1 sein, indem die Stirnwand in dieser Form gegossen ist oder die Leitschaufeln nachträglich aus dem Stirnwandmaterial herausgearbeitet sind. Es ist jedoch auch möglich, die Lagerplatte 6 für die Antriebswelle des Rotors 2 über lediglich einzelne in die Stirnwand 1 integrierte Rippen 7 an den Außenumfang der Stirnwand 1 anzubinden und die Leitschaufeln 5, 5', 5'' als Einzelteile, die z. B. aus Kunststoff sein können, in die verbleibenden Zwischenräume 8 einzusetzen.
Dabei ist es selbstverständlich möglich, jeweils die in einen Zwischenraum 8 passenden Leitschaufeln 5, 5', 5'' zu einem Passteil zusammenzufassen.
Die axiale Tiefe der Leitschaufeln 5, 5', 5'' ist in der Darstellung nach Fig. 3 dargestellt. Die aus dem Stand der Technik bekannte Rippe 7 ist in ihrer Tiefe in Fig. 3 ebenfalls strichpunktiert angedeutet.
Das erfindungsgemäße Lüfterrad 3', das auf der in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellten Antriebswelle des Rotors 2 gelagert ist, besteht vorzugsweise aus Kunststoff mit im äußeren Umfangsbereich angeformten Leitschaufeln 10. Zur Stirnwand 1 des Lichtmaschinengehäuses hin sind die Leitschaufeln 10 durch eine Ringplatte 11 abgedeckt. Die Leitschaufeln 10 sind in bezug auf die Drehrichtung des Rotors 2, die mit dem Pfeil R angegeben ist nach hinten geneigt und gekrümmt ausgeführt.
Die Krümmung bewirkt eine erhebliche Verbesserung des Strömungsverhaltens der Luft und damit einhergehend eine Geräuschverminderung.
Zum besseren Verständnis der Wirkung der erfindungsgemäßen Leitschaufeln 5, 5', 5'' ist in Fig. 8 einmal durch die Pfeile Y angegeben, wie die Strömungsrichtung der Kühlluft bei dem bekannten Stand der Technik ohne Leitschaufeln ist. Daraus erkennt man deutlich, wie die Luft zum Austritt aus den Leitschaufeln umgelenkt werden müßte. Diese Umlenkung führt zu einer wesentlichen Verschlechterung des Wirkungsgrades und zwar dadurch, daß eine Verzögerung der radial nach außen zu beschleunigenden Luft eintritt. Zur Vermeidung einer Rezirkulation von Luft in dem Spalt zwischen den Leitschaufeln 10 bzw. der Ringplatte 11 bei abgedeckten Leitschaufeln und der Stirnwand 1 des Lichtmaschinengehäuses ist in diesem Spalt eine Labyrinthdichtung 12 vorgesehen. Zweckmäßigerweise ist je ein Teil der Labyrinthdichtung, d. h. je ein Ring an die Ringplatte 11 und die Stirnwand 1 angeformt oder auf diese Teile aufgesetzt.

Claims

Ansprüche 1. Lichtmaschine mit einem Lüfterrad (3, 3') zum Ansaugen von Kühlluft für Kraftfahrzeuge, deren lüfterseitige Gehäuse-Stirnwand (1) eine etwa kreisringförmige öffnung besitzt, in deren Zentrum ein ringförmiges über radiale Rippen an die den Außenrand der zentralen öffnung bildenden Teile der Stirnwand (1) angebundenes Lager (Lagerplatte 6) zur Aufnahme der senkrecht zur Ebene der Stirnwand (1) verlaufenden Welle des Lichtmaschinen-Rotors (2) vorgesehen ist, auf die außen vor der Stirnwand (1) ein radial förderndes Lüfterrad (3, 3') montiert ist, wobei das Lüfterrad (3, 3') eine radial geschlossene kreisförmige Scheibe mit in einem äußeren Ringbereich angeformtem Leitschaufelkranz aus einer Vielzahl einzelner senkrecht zu dieser kreisringförmigen Scheibe und gleichmäßig zu deren Kreisumfang in Rotationsrichtung R nach hinten geneigtverlaufender den axialen Abstand zwischen Lüfterrad (3, 3')-Scheibe und Stirnwand .(1) überbrückender Leitschaufeln (10) ist, und deren Gehäuse längs der Antriebswelle des Rotors (2) von durch das Lüfterrad (3, 3') angesaugter die Stirnwand (l)-Öffnung rotierend erreichender Kühlluft durchströmt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß zumindest ein Teil der in der kreisrinaförmigen öffnung der Stirnwand (1) angeordneten radialen Rippen als flache den rotierenden Strom der Kühlluft axial ausrichtende Leitschaufeln (5, 5', 5'') ausgebildet sind.
2. Lichtmaschine nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Dicke der einzelnen Leitschaufeln (5, 5', 5'') um mindestens 1/3 kleiner ist als sowohl deren Länge als auch deren Breite.
3. Lichtmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß in der öffnung der Stirnwand (1) mindestens 12 Leitschaufeln (5, 5', 5'') vorgesehen sind.
4. Lichtmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Leitschaufeln (5, 5', 5") radial gekrümmt sind, wobei die konkaven Krümmungsseiten jeweils der rotierend anströmenden Kühlluft zugewandt sind.
5. Lichtmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Leitschaufeln (5, 5', 5'') axial gekrümmt sind, wobei die konkaven Anströmseiten jeweils der rotierend anströmenden Kühlluft zugewandt sind.
6. Lichtmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Krümmung der Leitschaufeln (5, 5', 5'') nach den Ansprüchen 4 und 5 miteinander kombiniert ist.
7. Lichtmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Leitschaufeln (5, 5', 5'') als Einzelteile oder zu mehreren zusammengefaßt nachträglich in die oeffnung der Stirnwand (1) einsetzbar sind.
8. Lichtmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die nachträglich einsetzbaren Leitschaufeln (5, 5', 5'') aus Kunststoff sind.
9. Lichtmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß der Kranz aus Leitschaufeln (10) des Lüfterrades (3') zur Stirnwand (1) der Lichtmaschine hin mit einer gegen diese Stirnwand (1) über eine Labyrinthdichtung gedichtete Ringplatte (11) abgedeckt ist.
10. Lichtmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Leitschaufen (10) des Lüfterrades (3') radial gekrümmt sind, wobei die konkaven Krümmungsseiten in Rotationsrichtung des Lüfterrades R vorne liegen.