DE19929978A1 - Lüfter mit Axialschaufeln - Google Patents

Lüfter mit Axialschaufeln

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter, insbesondere für Kühler von Kraftfahrzeugen, wobei die Axialschaufeln auf einer Lüfternabe befestigt sind und die Lüfternabe ihrerseits mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung verbunden ist. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß im Nabenbereich auf der Front- bzw. Saugseite des Axiallüfters Luftleitelemente bzw. Leitschaufeln angeordnet sind, welche die Strömung von der Vorderseite auf die Rückseite der Schaufeln lenken und dadurch stabilisieren. Zur weiteren Verbesserung der Strömungsverhältnisse wird der Nabenbereich auf seiner Frontseite durch eine Kalotte abgedeckt. Durch die Luftleitelemente in Verbindung mit der Kalotte werden die Kühlluftströmung auf der Frontseite der Flüssigkeitsreibungskupplung und die Nabenströmung des Lüfters stabilisiert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lüfter mit Axialschaufeln, insbesondere für Kühler von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und 2; solche Lüfter wurden durch die DE-A 44 45 671 und durch die EP-A 515 839 der Anmelderin bekannt.
Der Axiallüfter nach der DE-A 44 45 671 weist eine zylindrische Nabe auf, an welcher stirnseitig zur Verbesserung der Anströmung ein Luftleitring (auch Kalotte genannt) angeordnet ist. Durch diese Kalotte wird der Luft­ strom in eine Hauptströmung über die Nabe und eine Nebenströmung über die Flüssigkeitsreibungskupplung geteilt, was jedoch bezüglich der Neben­ strömung besondere konstruktive Maßnahmen und erhöhte Druckverluste mit sich bringt. Nach der EP-A 515 839 weist die Lüfternabe eine soge­ nannte Nabenrampe auf der Druckseite der Axialschaufeln auf, wodurch zwar auf der Rückseite der Schaufeln die Strömung stabilisiert wird - aller­ dings sind die Strömungsverhältnisse auf der Vorderseite dieses Lüfters noch verbesserungsfähig, insbesondere, wenn der Lüfter auf einer Flüs­ sigkeitsreibungskupplung befestigt ist. Das Problem einer solchen Anord­ nung von Flüssigkeitsreibungskupplung und Axiallüfter besteht darin, daß beide Strömungskomponenten, also die Kühlluftströmung über die Frontseite der Kupplung und die Anströmung für die Lüfternabe möglichst störungsfrei zusammengeführt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, die Strömungsverhältnisse für Axiallüfter der eingangs genannten Art zu verbessern, insbesondere die Kühlluftströmung für die Kupplung und die Anströmung für den Lüfter in wir­ kungsvoller Weise zu koordinieren.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1, der von einer zylindrischen Nabe ausgeht, und denen des Patentanspruches 2, der von einer Nabe mit Nabenrampe ausgeht. Demnach sind auf der Vorderseite der Axialschaufeln, also im wesentlichen im saugseitigen Bereich, Luftleitelemente angeordnet, die einen Strömungs­ kanal bilden und die Luft gezielt von der Vorderseite auf die Rückseite der Schaufeln, d. h. in den Bereich der zylindrischen Nabe bzw. in den Bereich der Nabenrampe führen. Die Nabenrampe wirkt sich somit förderlich für die durch die Luftleitelemente erzeugte Strömung aus, d. h. im Sinne einer Sta­ bilisierung in hinteren Nabenbereich. Dadurch ergibt sich eine saubere und verlustarme Umströmung der Schaufelwurzeln im Nabenbereich.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der Axiallüfter auf einer Flüs­ sigkeitsreibungskupplung befestigt; durch die an der Flüssigkeitsreibungs­ kupplung angeordneten, radial ausgerichteten Kühlrippen ergibt sich eine radial nach außen gerichtete Strömung, die mit der Anströmung der Axial­ schaufeln zusammentrifft. Dabei wirken die Luftleitelemente quasi wie die Schaufeln eines Radialgeblässes, in welches die Strömung radial eintritt und im wesentlichen tangential bzw. halbaxial wieder austritt. Die Luftleitele­ mente begrenzen somit einen Strömungskanal, der die Luftströmung direkt auf die Nabenrampe im Druckbereich der Axialschaufeln führt. Auf diese Weise ist eine effektive Luftströmung gewährleistet, d. h. einerseits zur Kühlung der Kupplung und andererseits zur Durchströmung des Axiallüfters.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Nabenbereich stirnseitig durch eine Kalotte abgedeckt ist, die die Luftleitele­ mente bzw. die von ihnen gebildeten Strömungskanäle frontseitig, d. h. zur Luftanströmseite hin abdeckt und strömungsgünstig verkleidet. Durch diese Kalotte wird einerseits die radialgerichtete Kühlluftströmung der Kupplung "eingefangen", andererseits wird der Nabenfrontbereich zur Verbesserung der Nabenströmung strömungsgünstig ausgebildet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben: Es zeigen
Fig. 1 den Axiallüfter in einer Frontansicht, d. h. in Luftströmungs­ richtung gesehen,
Fig. 2 eine Teilansicht des Lüfters nach Fig. 1 im Bereich der Schaufelwurzel,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht im Nabenbereich,
Fig. 4 eine perspektivische Teilansicht des Axiallüfters von der Rückseite, d. h. entgegen der Luftströmungsrichtung gese­ hen,
Fig. 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Axiallüfter mit Kalotte und
Fig. 6 den Lüfter gemäß Fig. 5 im Schnitt.
Fig. 1 zeigt einen Axiallüfter 1, bestehend aus einer Nabe 10 mit acht Axialschaufeln 2, in einer Frontansicht, d. h. in Luftströmungsrichtung gese­ hen. Im radial inneren Bereich ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung 3 an­ geordnet, die auf ihrer Frontseite radial verlaufende Kühlrippen 4 aufweist. Der Axiallüfter 1 ist in nicht dargestellter Weise mit der Abtriebsseite der Flüssigkeitsreibungskupplung 3 verbunden. Dieses Aggregat, bestehend aus Axiallüfter und Flüssigkeitsreibungskupplung, dient der Förderung von Kühlluft durch den Kühler eines Kraftfahrzeuges für die Kühlung des Ver­ brennungsmotors. Im Bereich der Wurzeln der Axialschaufeln 2 sind schau­ felförmige Luftleitelemente 5 angeordnet, die der Beeinflussung der Luft­ strömung dienen. Dabei ist jeder Schaufeln 2 ein Luftleitelement 5 zugeord­ net, welches sich in Umfangsrichtung etwa von einer Vorderkante 6 bis zur nächsten Vorderkante 6' der benachbarten Schaufel erstreckt. Die Drehrich­ tung des Lüfters ist durch einen Pfeil A angegeben.
Fig. 2 zeigt eine Teilansicht des Axiallüfters 1, wiederum in Luftströmungs­ richtung gesehen, d. h. mit Blick auf die Vorderseite der Kupplung 3 und des Lüfters 1. Im Wurzelbereich 2a der Axialschaufeln 2 ist auf deren Front-, d. h. Saugseite eine Luftleitelement 5 angeordnet, welches sich leicht gekrümmt im wesentlichen in tangentialer Richtung erstreckt, und zwar beginnend im Bereich der Vorderkante 6 der Schaufel 2 und endend etwa im Bereich der benachbarten Schaufelvorderkante 6', wobei der radiale Abstand des Leite­ lements 5 von seinem vorderen Bereich 5a bis zu seinem Endbereich 5b entgegen der Drehrichtung (Pfeil A) zunimmt, so daß sich ein schaufelarti­ ges Profil ergibt. Zwischen den jeweils vorderen Bereichen 5a und 5a' be­ nachbarter Luftleitelemente 5 und 5' ist eine Durchtrittsöffnung 7 für die Luftströmung belassen. Radial innerhalb der Luftleitelemente 5 ist die Flüs­ sigkeitsreibungskupplung 3 angeordnet, die eine Vielzahl von radial ausge­ richteten Kühlrippen 4 aufweist, welche der Luftströmung eine etwa radial gerichtete Strömungskomponente erteilen, die durch Pfeile mit dem Buch­ staben C gekennzeichnet ist. Diese Luftströmung C tritt in die Durchtrittsöff­ nung 7 ein, wird über die Luftleitelemente 5 in eine tangentiale und axiale Richtung umgelenkt und trifft dann auf die Saugseite der Schaufeln 2, was unten anhand der Fig. 4 erläutert wird.
Fig. 3 zeigt in einer perspektivischen Teilansicht, wiederum im wesentli­ chen in Anströmrichtung gesehen, die Umlenkung der radialen Luftströmung in eine etwa tangential gerichtete Strömung, dargestellt durch die Pfeile D - diese Luftströmung D tritt durch die Durchtrittsöffnung 7 hindurch. Diese perspektivische Darstellung zeigt zusätzlich zu der Darstellung nach Fig. 2 die axiale Erstreckung der Luftleitelemente 5, und zwar einerseits für das Leitelement 5 dessen Unterseite 5c und für das Luftleitelement 5' dessen Oberseite 5d'. Man erkennt somit, daß sich diese Luftleitelemente 5 und 5' über einen axialen Bereich von der Vorderkante 6' einer Schaufel bis zur Hinterkante 8 einer benachbarten Schaufel erstrecken.
Fig. 4 zeigt eine ergänzende Darstellung, d. h. eine Teilansicht des Axial­ lüfters von der Rückseite, d. h. im wesentlichen entgegen der Luftströmungs­ richtung. Die Drehrichtung des Lüfters 1 ist durch den Pfeil A angedeutet. Die Lüfterschaufeln 2 und 2', hier exemplarisch dargestellt, weisen jeweils in ihrem Wurzelbereich eine sogenannte Nabenrampe 9 bzw. 9' auf, wie sie durch die EP-A 515 839 der Anmelderin bekannt wurde. Im Bereich der Vor­ derkante 6 der Axialschaufel 2 ist der Endbereich 5b des Luftleitelementes 5 befestigt. Das Luftleitelement 5 bildet somit mit der Nabenrampe 9 einen Strömungskanal, d. h. im Bereich einer tangentialen Überlappung Ü. Da­ durch wird der Luftströmung (Pfeil E) eine definierte Richtung aufgezwun­ gen, und es wird eine weitere Stabilisierung der Strömung auf der Druck­ seite der Schaufel 2 erreicht.
Die Lüfterschaufeln 2 und die zugehörigen Nabenrampen 9 sind mit der Na­ be 10 verbunden, und zwar vorzugsweise als einstückiges Kunst­ stoffspritzteil. Auch die Luftleitelemente 5 können an die Lüfterschaufeln 2 bzw. an die Nabe angespritzt werden. Da die Luftleitelemente 5 eine zwei­ dimensionale Fläche bilden (vgl. Ansicht gemäß Fig. 1 und 2) können sie in axialer Richtung des Lüfters entformt werden.
Fig. 5 und 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der stirnseitige Nabenbereich durch eine Kalotte 20 abgedeckt ist. Der Lüfter 21 weist Axialschaufeln 22 auf und ist auf einer Flüssigkeitsreibungskupp­ lung 23 befestigt, die an ihrer Stirnseite radial verlaufende Kühlrippen 24 trägt. Die Kalotte 20 ist etwa ringförmig ausgebildet, und zwar mit einem kreisförmigen Innenausschnitt mit dem Durchmesser Di und einer säge­ zahnförmigen Außenkontur 25, wobei die "Sägezähne" 26 ungefähr auf Lüc­ ke zu den Axialschaufeln 22 angeordnet sind. Der sägezahnförmige Verlauf 25 ist teilweise an den Verlauf von Leitschaufeln 27 (analog zu dem vorheri­ gen Ausführungsbeispiel) angepaßt. Damit bildet die Kalotte 20 einen front­ seitigen Abschluß der Strömungskanäle, die durch die Leitschaufeln 27 ge­ bildet werden. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 erstrecken sich die Leitschaufeln 27 in diesem Ausführungsbeispiel über einen größeren Umfangsbereich, der etwa das einfache bis eineinhalbfache der Schaufelteilung beträgt. Die Schaufelteilung ergibt sich hier bei acht Schaufeln zu 360 : 8 = 45 Grad. Die Vorderkante 27' jeder Leitschaufel 27 geht in eine Nase 28 über, die als Strömungsteiler wirkt. Der Nasenrücken dieser Nase 28 wird durch eine weitere Leitfläche 29 gebildet, die sich im schaufelrückwärtigen Bereich in der gestrichelt angedeuteten Nabenrampe 30 fortsetzt. Die Luftströmung ist durch die Pfeile S1, S2 und S3 angedeutet: S1 ist die im wesentlichen radial gerichtete, durch die Kühlrippen 24 der Kupplung erzeugte Kühlluftströmung, die durch die Leitschaufeln 27 und die Kalotte 20 "eingefangen" und zur Strömung S2 und S3 umgelenkt wird, die schließlich (was nicht mehr durch Pfeile angedeutet ist), auf die Rückseite der Schaufeln gelangt.
Fig. 6 zeigt einen Schnitt längs der abgeknickten Linie V-V in Fig. 5, d. h. einen Axialschnitt durch Lüfter und Kupplung. Die Flüssigkeitsrei­ bungskupplung 23 ist zur Vereinfachung schraffiert dargestellt, weist einen Außendurchmesser Da auf und trägt auf ihrer Frontseite die radial ausge­ richteten Kühlrippen 24. Der Lüfter 21 ist über eine Nabe 31 mit der Kupp­ lung 23 verbunden. Auf der Front- bzw. Anströmseite des Lüfters ist der Na­ benbereich durch die Kalotte 20 abgedeckt, die einen Innendurchmesser Di aufweist. Die Luftanströmungsrichtung (ungestört) ist durch die Pfeile X ge­ kennzeichnet. Im radial inneren Bereich, d. h. im Bereich der Kühlrippen 24 wird die zunächst axial gerichtete Luftströmung in eine Radialströmung S1 umgelenkt, die in ihrem radial äußeren Bereich, gekennzeichnet durch die Pfeile S2, durch die Kalotte 20 abgedeckt ist. In diesem Bereich tritt die Strömung S2 in einen Strömungskanal 32, der radial außen durch die Leit­ schaufel 27 und radial innen durch die Leitfläche 29 begrenzt wird. Die Strömung gelangt so relativ ungestört in den hinteren Nabenbereich und vereinigt sich dort mit der Nabenströmung.

Claims (11)

1. Lüfter mit Axialschaufeln (2, 22), insbesondere für Kühler von Kraftfahr­ zeugen, wobei die Axialschaufeln (2, 22) auf einer Lüfternabe (10, 31), befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im lufteintrittsseitigen Be­ reich der Nabe (10, 31), und im wesentlichen auf der Saugseite der Axialschaufeln (2, 22) Luftleitelemente (5, 27) angeordnet sind.
2. Lüfter mit Axialschaufeln (2, 22) insbesondere für Kühler von Kraftfahr­ zeugen, wobei die Axialschaufeln (2, 22) auf einer Lüfternabe (10, 31) befestigt sind und auf der Druckseite der Axialschaufeln (2, 22) eine ent­ gegen der Drehrichtung (A) ansteigende Nabenrampe (9, 30) vorgese­ hen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenrampe (9, 30), in Luft­ strömungsrichtung gesehen, im wesentlichen auf der Saugseite der Axialschaufeln (2, 22) angeordnete Luftleitelemente (5, 27) vorgeschaltet sind.
3. Lüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft­ leitelemente (5, 27) als gekrümmte Leitschaufeln ausgebildet sind.
4. Lüfter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leit­ schaufel (5) umfangsseitig von der Vorderkante (6) einer Axialschaufel (2) etwa bis zur Vorderkante (6') der benachbarten Axialschaufel (2') er­ streckt (einfache Schaufelteilung).
5. Lüfter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Leitschaufel (27) umfangseitig über einen Bereich erstreckt, der größer als eine Schaufelteilung ist.
6. Lüfter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwi­ schen dem vorderen Bereich (5a) einer Leitschaufel (5) und dem vorde­ ren Bereich (5a') einer benachbarten Leitschaufel (5') eine Luftdurch­ trittsöffnung (7) befindet.
7. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß radial innerhalb der Lüfternabe (10, 31) eine Flüssigkeits­ reibungskupplung (3, 23) angeordnet ist.
8. Lüfter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits­ reibungskupplung (3, 23) radial verlaufende Kühlrippen (4, 24) aufweist und einen nach außen gerichteten Luftstrom (C, D; S1) erzeugt.
9. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der stirnseitige Bereich der Nabe durch eine Kalotte (20) abgedeckt ist.
10. Lüfter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalotte (20) etwa ringförmig ausgebildet ist und eine kreisförmige innere Kontur sowie eine sägezahnförmige äußere Kontur (25) aufweist.
11. Lüfter nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der In­ nendurchmesser Di der Kalotte (20) dem Außendurchmesser Da der Flüs­ sigkeitsreibungskupplung (23) entspricht.
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