DE2442174B2

DE2442174B2 - Kuehler-geblaeseaggregat fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2442174B2
Application number: DE19742442174
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing.; Thien Gerhard Dipl.-Ing.; Greier Josef Dipl.-Ing.; Graz Fachbach (Österreich)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-03-20
Filing date: 1974-09-03
Publication date: 1976-07-22
Also published as: ATA231474A; DE2442174A1; DE2442174C3; JPS581253B2; JPS50132337A; US3978919A; AT339670B

Description

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Die Erfindung betrifft ein Kühler-Gebläseaggregat für Brennkraftmaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, mit einem Axialgebläse und mit einem radialen Luftführungsschacht, der von einem Kühler umgrenzt ist

Bei Kühler-Gebläseanordnungen allgemein üblicher Ausführung, wie sie bei Fahrzeugmotoren, Baumaschinen oder stationären Anlagen verwendet werden, besteht im allgemeinen die Tendenz einer möglichst billigen Ausbildung des Gebläses, dessen Laufrad meist aus Blechteilen zusammengesetzt, zum Teil aber sogar einstückig aus Kunststoff hergestellt wird. In der Regel ist das Gebläse auf einer am Motor gelagerten Antriebswelle in sehr geringem Abstand vom Motor befestigt und der ebenfalls knapp vor dem Gebläse angeordnete Kühler ist im allgemeinen am Rahmen abgestützt Bei Vorhandensein eines den Raum zwischen Kühler und Gebläse abschließenden Gehäuses ist dieses meist starr am Rahmen befestigt, sodaß sich die Notwendigkeit ergibt, in Anbetracht der Ralativbewegungen zwischen Motor und Rahmen wie auch im Hinblick auf die verhältnismäßig groben Herstellungstoleranzen, einen großen Laufradspalt vorzusehen. Durch diese Vernachlässigung aerodynamischer Grundsätze ergibt sich zwangläufig ein relativ schlechter Wirkungsgrad solcher Gebläse. Wegen des geringen Abstandes und der ungünstigen Abströmverhältnisse muß das Gebläse einen erheblich höheren Druck als notwendig erzeugen, der etwa doppelt so hoch liegt als der für die Überwindung des reinen Kühlerwiderstandes erforderliche Druck. Das Geräusch derartiger Lüfter liegt deshalb auch um etwa 1OdB höher, als sich für dieselbe Luftmenge bei Überwindung des reinen Kühterwiderstandes mit aerodynamisch hochwertigem Gebläse und idealen Zu- und Abströmbedingungen ergeben würde. Die beengten räumlichen Verhältnisse bei Fahrzeugmotoren lassen aber die Verwirklichung dieser Idiallösung nicht zu. Während nämlich auf der vom Motor abgewandten Seite des Kühlers verhältnismäßig günstige Strömungsbedingungen herrschen, müßte der Abstand zwischen dem Gebläse und dem Motor ganz erheblich vergrößert werden, da Einzelhindernisse, welche die Zu- oder Abströmung der Gebläseluft beeinträchtigen, zu einer beträchtlichen Geräuscherhöhung führen

Günstigere Verhältnisse liegen bei Kühler-Gebläseanordnungen vor, wie sie beispielsweise in der DT-PS 8 46 037 und der GB-PS 10 85 416 beschrieben sind und bei denen sich das Gebläse an der vom Motor abgewendeten Seite des Kühlers befindet Das Gebläse ist dann von dem die Strömung störenden Motor weiter entfernt und die Störungen werden außerdem durch den dazwischenliegenden Kühler gemilderL Nachteilig an dieser Anordnung ist es aber, daß der Geläseantrieb durch den Köhler hindurchgeführt werden muß, wodurch sich höhere Herstellungskosten und erschwerte Montagebedingungen ergeben. Weiters kann auch bei dieser bekannten Ausführung der Abstand zwischen Kühler und Motor nicht so gering gehalten werden, wie es aus Gründen einer möglichst platzsparenden Bauweise wünschenswert wäre, weil sonst die Strömung zwischen Kühler und Motor zu stark gestört und die aus Geräuschgründen angestrebte Reduzierung des vom Gebläse zu erzeugenden Druckes verhindert würde.

Weiters ist es bekannt, das Geräusch von Kühler-Gebläseaggregaten durch schalldämmende Kapselung derselben und durch vorgesetzte, luftschallabsorbierend ausgekleidete Zu- und Abluftschächte zu verringern. Da die geförderten Luftmengen groß sind, ergeben sich große Schachtquerschnitte, die bei der heute üblichen Kühler-Gebläseanordnung zwar vor dem Kühler, nicht aber in dem engen Zwischenraum zwischen Gebläse und Motor untergebracht werden können. Die axiale Baulänge einer derartigen Kühler-Gebläse-Gruppe wird daher merklich größer, wenn schallabsorbierende Schächte vorgesehen werden, und zwar nicht nur wegen des Schachtes vor dem Kühler, sondern auch wegen der Vergrößerung des Abstandes zwischen dem Gebläse und Motor.

Aus der MTZ 31 (1970). Nr. 4, S. 157 bis 160, ist noch ein weiteres Kühler-Gebläseaggregat bekannt, welches in die schalldämmende Kapselung des Motors selbst miteinbezogen ist. Der sonst zwischen dem Gebläse und dem Motor erforderliche luftschallabsorbierend ausgekleidete Schacht ist in diesem bekannten Fall in den Bereich des Kupplungsgehäuses verschoben, wo im allgemeinen mehr Bauraum zur Verfügung steht, Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Anordnung liegt jedoch darin, daß die gesamte Kühlluft zwischen Motor und Kapselwand hindurchgeführt werden muß, was einen unnötig großen Abstand der den Motor umschließenden Kapselwände erforderlich macht, da in der Regel etwa ein Zehntel der durch den Kühler zu fördernden Luftmenge für die Belüftung dieses Kapselbereiches ausreicht.

Aus der US-PS 28 63 645 ist es weiterhin bekannt, bei einem Axialgebläse einen radial gerichteten Luftführungsschacht vorzusehen, der von einem Ringkühler begrenzt wird.

Schließlich ist durch die FR-PS 3 82 789 eine Wärmetauscheranordnung bekannt geworden, bei wel-

eher der von einem Axialgebläse radial belüftete Kühler unter anderem aus zwei am Umfang des Laufrades angeordneten ebenflächigen Kühlerelementen gebildet wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Kühler-Gebläseaggregat der eingangs genannten Art zu schaffen, welches die Nachteile der vorgenannten bekannten Anordnung vermeide, und das sich bei optimaler Ausnutzung des zur Verfugung stehenden Bauraumes durch seine geräuscharme Bauweise auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine in ϊ *ei schallabsorbierend ausgekleidete, den Zu- und Abluftschacht des Gebläses bildende Kammern unterteilte Kapsel, in der das Axialgebläse zentral zwischen den beiden Kammern angeordnet ist, und die im Bereich einer der beiden Kammern umfangseitig den Kühler trägt

Diese Konstruktion vereinigt die bekannten Vorzüge eines Axialgebläses mit den Vorteilen einer, vor allem in axialer Richtung äußerst platzsparenden Bauweise bei hoher akustischer Wirksamkeit der Kapselung. Durch die Kombination eines Axialgebläses mit Kühlerelementen.die nicht axial, sondern radial angeordnet und durchströmt werden, ergibt sich eine axiale Baulänge des Aggregates, die nicht größer als bei der üblichen Kühler-Gebläseanordnung ist. Der gesamte axiale Platzbedarf ist aber bei der erfindungsgemäßen Anordnung wesentlich geringer, da das Aggregat mit der Rückwand der Kapsel endigt, wogegen bei den üblichen Anordnungen zwischen dem Gebläse und festen Hindernissen, z. B. der Stirnseite des betreffenden Motors, ein ausreichender Platz für die Luftströmung freigelassen werden muß. Man kann also das Kühler-Gebläseaggregat nach der Erfindung unmittelbar an die Motorstirnseite anbauen, ggf. aber auch mit einer aus akustischen oder sonstigen Gründen vorgesehenen Verschalung des Motors kombinieren. Dabei besteht sowohl die Möglichkeit einer starren Verbindung der Kühler-Gebläsegruppe mit dem Motor, die einen direkten starren Anschluß der Gebläsewelle an einem Wellenende des Motors zuläßt, als auch die Möglichkeit einer elastischen und körperschallisolierten Befestigung des Aggregates am Motor bzw. am Fahrzeugrahmen oder Fundament, wobei der Antrieb dann über eine Gelenkwellenverbindung zwischen der Gebläsewelle und dem Motor erfolgen kann. Allenfalls ist aber auch jede andere Antriebsart, wie z. B. hydrostatischer Antrieb oder Elektroantrieb anwendbar.

Daß auch die radialen Abmessungen des erfindungsgemäßen Kühler-Gebläseaggregates verhältnismäßig klein gehalten werden können, ist auf die Verwendung eines Axialgebläses zurückzuführen, da bekanntlich ein Axialgebläse als die schnelläufigste Strömungsmaschine bei vorgegebener Fördermenge den kleinsten Außendurchmesser aufweist. Es ist daher auch bei relativ kleinem Durchmesser der Kapsel im Bereich zwischen dem Laufrad und dem umfangseitig angeordneten Kühler genügend Raum für die Unterbringung eines luftschallabsorbierend ausgekleideten, luftschalldämmenden Schachtes vorhanden.

Die Erfindung ermöglicht weiters eine aerodynamisch hochwertige Ausführung des Gebläses mit sehr engem Laufradspalt, da ja keine Relativbewegungen zwischen dem Laufrad und dem Außenring des Gebläses stattfinden. Dadurch ergibt sich auch bei leitradloser und daher die geringstmögliche axiale Baulänge aufweisender Ausbildung des Gebläses ein sehr günstiger Gebläsewirkungsgrad.

Durch die umfangseitige Anordnung des Kühlere and die radiale Strömung in der zwischen Kühler und Gebläse gelegenen Kammer ergeben sich relativ große Strömungsquerschnitte und geringe Ströinuiigsverlusic, die durch .strömungsgünstige Formgebung der schallabsorbierenden Auskleidung der Kammer noch weiter reduziert werden können.
Die hohe akustische Wirksamkeit der Kapselung

ίο folgt daraus, daß sich das lustschallabsorbierende Material direkt vor und hinter dem Gebläse befindet, also vor allem zwischen Gebläse und Kühler, und nicht wie bisher allgemein üblich, vor dem Kühler und hinter dem Lüfter, bzw. bei umgekehrter Strömungsrichtung der Luft, vor dem Lüfter und hinter dem Kühler. Wegen der umfangseitigen Anordnung des Kühlers ist weiters die Verbindung zwischen der Rückwand und Zwischenwand der Kapsel so weit nach außen gelegt, daß geräuscherhöhende Störungen der Strömung durch die Verbindungselemente weitgehend vermieden werden. Dabei wirkt der scheibenförmige Ringraum zwischen den fuftschallabsorbierenden Belägen der Rückwand und der Zwischenwand der Kapsel bei entsprechender Dimensionierung asl ⁷ingdiffusor. Der damit erreichbar Druckrückgewinn ersetzt in gewissem Ausmaß die Wirkung eines Leitrades und begüngstigt ebenfalls den Wirkungsgrad des Gebläses.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest der den Zuluftschacht enthaltende Teil der Kapsel zylindrisch ausgebildet und weist an seiner Stirnseite eine ringförmige Luft-Eintriffsöffnung auf. Damit sind nicht nur zentral-symmetrische Zuströmbedingungen zum Gebläse geschaffen, sondern es kann durch die stirnseitige Anordnung der Eintrittsöff-

.15 nung wie bisher bei Fahrzeugen der Staudruck des Fahrwindes zur Luftförderung mit herangezogen werden. Abweichend hiervon besteht natürlich auch die Möglichkeit einer radialen Zuströmung der Luft vom Umfang der Kapsel her.

Vorteilhafterweise kann der den Kühler tragende Teil der Kapsel eckigen, z. B. rechteckförmigen Umriß aufweisen und kann der Kühler aus zwei oder mehreren am Umfang dieses Kapselteiles angeordneten, ebenflächigen Kühlerelementen bestehen. Diese Anordnung zeichnet sich durch die geringen Herstellungskosten üblicher blockförmiger Kühlerelemente aus. Die nicht von Kühlerelementen besetzten Umfangswände, beispielsweise die obere und untere Wand des genannten Kapselteiles, werden dann gleichfalls mit luftschallabsorbierendem Material ausgekleidet.

Schließlich ist es auch von Vorteil, wenn die schallabsorbierende Auskleidung der Kapsel in an sich bekannter Weise von Lochblechen gehalten ist. Diese dienen gleichzeitig der Halterung und dem Schutz des luftschallabsorbierenden Materials.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt eines Kühler-Gebläseaggregates nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Schnitt durch das Aggregat nach der Linie 11-11 und

F i g. 3 einen der F i g. 2 entsprechenden Schnitt einer zweiten Ausführungsform einer Kühler-Gebläseeinheit nach der Erfindung.

(·:■ Das Kühler-Gebläseaggregat nach F i g. 1 und 2 ist als im wesentlichen zylindrische, durch eine Zwischenwand 1 in zwei schallabsorbierend ausgekleidete Kammern 2 und 3 unterteilte Kapsel 4 ausgebildet. Die Zwischen-

wand 1 weist eine zentrale, durch einen Ring 5 eingefaßte öffnung auf, in die das in der Kapsel 4 zentral gelagerte Laufrad 6 eines Axialgebläses 7 eingesetzt ist, dessen Welle mit 8 und dessen Lagerstelle in der Kapsel mit 9 bezeichnev ist. Das Laufrad 6 bildet mit dem Gebläseaußenring 5 einen unter ausschließlicher Berücksichtigung der Herstellungstoleranzen so eng als möglich gehaltenen Laufradspalt 10.

Bei der im vorliegenden Fall angenommenen und durch Pfeile gekennzeichneten Durchströmungsrichtung des Gebläse-Kühleraggregates bildet der dem Gebläse 7 vorgelagerte Teil 11 der Kapsel das Luftzuführungsgehäuse, dessen äußere Stirnwand 12 eine ringförmige Luft-Eintrittsöffnung 13 aufweist. Der hinter dem Gebläse 7 gelegene Teil 14 der Kapsel 4 umfaßt die kreisförmige Rückwand 15 und den zwischen dieser und der Zwischenwand 1 umfangseitig angeordneten, kreisringförmigen Wasserkühler 16 des Aggregates. Die Befestigung der Rückwand 15 und des Kühlers 16 erfogt durch eine Anzahl am Umfang der Kapsel gleichmäßig verteilter Schrauben 17. Der Wasserzulauf zum Kühler 16 ist mit 19 und der Wasserablauf mit 18 bezeichnet.

Die bereits erwähnte, schallabsorbierende Auskleidung der beiden Kammern 2 und 3 der Kapsel 4 besteht aus schallabsorbierenden Belägen 20, die in an sich bekannter Weise durch Lochbleche 21 gehalten und gegen mechanische Beschädigung geschützt sind. Diese Beläge 20 bedecken sämtliche freien Innnenflächen der beiden Kammern 2 und 3, sodaß letztere akustisch hochwirksame Ein- und Austrittschalldämpfer für die Gebläseluft bilden.

Im Gegensatz zu den üblichen Gebläse-Kühleranordnungen erfolgt die Abströmung an der Druckseite des Gebläses 7 nicht in axialer Richtung, sondern es erfolgt eine Umlenkung der Gebläseluft innerhalb der K ammer 3 in die radiale Richtung, so daß der Kühlluftstrom in gleichmäßiger Verteilung über den gesamten Umfang der Kapsel 4 in radialer Richtung durch den Kühler 16 hindurchtritt Durch die ebenfalls kreissymmetrische Ausbildung des Luftzuführungsgehäuses 11 ergeben sich auch eintrittseitig zentralsymmetrische Strömuingsverhältnisse mit reiativ großen Strömungsquerschnitten und geringen Druckverlusten. Durch die Umlenkung der abströmenden Gebläseluft in der Kammer 3 und durch die Verwendung eines Axialgebläses 7 ergibt sich für das Kühler-Gebläseaggregat eine sehr geringe axiale Baulänge, wobei auch der bei den üblichen Kühler-Gebläseanordnungen zur Verringerung des Strömungswiderstandes und der Geräuschentwicklung einzuhaltende Abstand zwischen dem Kühler und der Stirnseite des Motors in Fortfall kommt Dadurch ist die gesamte axiale Abmessung des Motors samt der Kühler-Gebläsegruppe gegenüber den bekannten Bauarten, die geräoschstark sind,incht größer.

Wenn das Küäüer<5ebl2seaggregat nach der Erfindung bei «inem Fahrzeagtnotor Anwendung findet, erweist dich die Anordnängder nngfötmigen Loft-Entrittsöffnung 13 an der Stirnseite der Kapsel als besonders vorteilhaft, weil dann der Fahrtwind die Förderwirkung des Gebläses 7 aktiv unterstützt. Bei ortsfesten Brennkraftmaschinen konnte die Lufteintrittsöffnung, abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel, auch am Umfang des Luftzuführungsgehäuses 11 vorgesehen werden.

Wie in der rechten Bildhälfte der Fig. 1 mit strichpunktierten Linien 22 angedeutet, könnten zwecks ίο Verbesserung der Strömungsverhältnisse die zur Halterung der schallabsorbierenden Beiäge 70 vorgesehenen Lochbleche 21 rotationssymmetrisch räumlich gekrümmte Oberflächen erhalten, wodurch sich geringere Druckverluste und eine erhöhte Schalldämmung ergeben würden. Eine Erhöhung der akustischen Wirkung ist aber darüberhinaus auch durch rotationssymmetrisch oder sternförmig angeordnete, zusätzliche Zwischenwände aus luftschallabsorbierendem Material zu erzielen. Schließlich könnte auch noch innerhalb der Kammer 3 in dem außerhalb des Lauiraddurchmessers gelegenen ringförmigen Bereich zwischen der Rückwand 15 und der Zwischenwand 1 ein radiales Leitrad angeordnet werden, durch das ein Teil der Energie der Umfangsgeschwindigkeit in Druck umgesetzt und damit der Gebläsewirkungsgrad noch weiter verbessert werden könnte.

Die Ausführung des Kühler-Gebläs<:aggregates nach Fig.3 weicht von der Konstruktion nach Fig. 1 und 2 nur insofern ab, als hier der hinter dem Gebläse 7 gelegene Teil 14 der Kapsel quadratischen Umriß aufweist und der Wasserkühler aus zwei wasserseitig miteinander verbundenen, blockförmig·^ Kühlerelementen 16' besteht, welche die vertikalen Seitenwände dieses Kapselteiles 14 bilden. In diesem Fall ist die

Kammer 3 der Kapsel 4 nach oben und unten hin durch Begrenzungswände 23 und 24 abgeschlossen, die wie die übrigen Innenwände der Kpasel mit durch Lochbleche 21 gehaltenen schallabsorbierenden Belägen 20 versehen sind.

Zuluftseitig ergeben sich auch bei der Konstruktion nach Fig.3 dieselben Strömungsverhältnisse wie beim erstgenannten Ausführungsbeispiel. Abluftseitig besteht nur der Unterschied, daß die Abströmung nicht über den gesamten Umfang des Kapselteiles 14, sondern nur nach

den seitlich angeordneten Kühlerelementen 16 hin erfolgt. Auch hier besteht die Möglichkeit einer Vergleichmäßigung der Abströmung zu den beiden Kühlerelementen durch den Einbau von Leitwänden in die Kammer 3.

Prinzipiell besteht die Möglichkeit die Strömungsrichtung sowohl bei den dargestellten als auch bei weiteren im Rahmen der Erfindung gelegenen Ausführungen des Kühler-Gebläseaggregatos umzukehren, sodaß sich deriCühler an der Gebläsesaagseite befindet Die für die Erfindung typischen Vorteile einer gedrängten Bauweise und einer lurtien akustischen Wirksamkeit der Kapselung bleiben auch für diese Art der Durchströmung gewahrt

Kierzn 1 Blatt Zeicngen

Claims

Patentansprüche:

1. Kühler-Gebläseaggregat für Brennkraftmaschinen, insbesondere Fahrzeugmotoren, mit einem Axialgebläse mit einem radialen Luftführungsschacht der von einem Kühler umgrenzt ist, gekennzeichnet durch eine in zwei schallabsorbierend ausgekleidete, den Zu- und Abluftschacbt des Gebläses bildende Kammern (2, 3) unterteilte Kapsel (4), in der das Axialgebläse (7) zentral zwischen den beiden Kammern (2,3} angeordnet ist, und die im Bereich einer der beiden Kammern umfangsei tig den Kühler (16,16') trägt

2. Kühler-Gebläseaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zumindest der den Zuluftschacht enthaltende Teil (U) der Kapsel (4) zylindrisch ausgebildet ist und an seiner Stirnseite eine ringförmige Luft-Eimrittsöfrnung (13) aufweist.

3. Kühler-Gebläseaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kühler (J6 ') tragende Teil (14) der Kapsel (4) eckigen, z. B. rechteckförmigen, Umriß aufweist und der Kühler aus zwei oder mehreren am Umfang dieses Kapselteiles (14) angeordneten ebenflächigen Kühlerelementen (1Θ) besteht

4. Kühler-Gebläseaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schallabsorbierende Auskleidung (20) der Kapsel in an sich bekannter Weise von Lochblechen (2t) gehalten ist.