DE4431839A1 - Lüfter für eine Kühlanlage eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lüfter für eine Kühlanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem Radiallaufrad, das mehrere Schaufeln aufweist, die zwischen einem Laufradboden und einer Deck­ scheibe angeordnet sind, wobei in einen mit einem Krümmungs­ radius versehenen Deckscheibeneintritt des Radiallaufrades eine stationäre Einlaufdüse unter Bildung eines ringförmigen Spaltes zwischen dem Deckscheibeneintritt und der Einlaufdüse axial hineinragt.

Aus der DE 25 30 742 C3 ist ein Lüfter für eine Kühlanlage eines Kraftfahrzeugs bekannt, der ein in Luftrichtung hinter einem Wärmetauscher eines Kühlmittelkreislaufes der Kühlanla­ ge angeordnetes Radiallaufrad aufweist. Das Radiallaufrad wird mittels einer Flüssigkeitsreibungskupplung angetrieben. Der Lüfter dient insbesondere im Stillstand oder bei langsa­ mer Fahrt des Kraftfahrzeugs, wenn kein ausreichender Fahrt­ wind zur Kühlung zur Verfügung steht, zur Erzeugung einer entsprechenden Luftströmung durch den Wärmetauscher.

Aufgrund der hohen Stückzahlen von in Personenkraftwagen ein­ zusetzenden Lüftern sind diese in der Regel einstückig aus Kunststoff gespritzt (Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschen­ buch, Seite 413, 21. Auflage, VDI-Verlag Düsseldorf, 1991).

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lüfter der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, der für die Herstellung in hohen Stückzahlen geeignet und strömungstechnisch günstig gestaltet ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Laufradboden, die Schaufeln sowie die Deckscheibe des Radiallaufrades einstük­ kig aus Kunststoff hergestellt sind, und daß im Bereich des Deckscheibeneintritts ein separater Luftleitring bündig an die Deckscheibe angesetzt ist. Durch die einstückige Herstel­ lung des Radiallaufrades aus Kunststoff ist es möglich, auch hohe Stückzahlen wirtschaftlich herzustellen. Um das Laufrad aus einem entsprechenden Kunststoffspritzgußwerkzeug ausfor­ men zu können, dürfen keine die Ausformbarkeit verhindernden Hinterschneidungen vorgesehen sein. Zudem müssen Schieber des Spritzgußwerkzeuges, durch die die Schaufeln des Radiallauf­ rades definiert werden, eine stabile und verschleißsichere Bauform haben, um eine zuverlässige und saubere Herstellung der Schaufeln zu ermöglichen. Um zu verhindern, daß aufgrund der kunststofftechnischen Anforderungen der Spalt zwischen dem Deckscheibeneintritt und der Einlaufdüse zu groß gerät, was zu Wirkungsgradeinbußen sowie zu erhöhten Geräuschbildun­ gen führen würde, ist im Bereich des Deckscheibeneintritts der separate Luftleitring bündig an die Deckscheibe ange­ setzt. Durch den separaten Luftleitring für den Bereich des Deckscheibeneintritts ist es möglich, das Radiallaufrad unter verbesserten strömungstechnischen Gesichtspunkten bei gleich­ zeitiger Erfüllung der Ausformbarkeit als Kunststoffteil her­ zustellen, da der für die kunststofftechnische Herstellung kritische Bereich, nämlich der Deckscheibeneintritt, durch ein separates Bauteil gebildet wird. Durch diese Maßnahme ist ein geringer und unter strömungstechnischen Gesichtspunkten optimierter Spalt zwischen der Deckscheibe und der Einlauf­ düse erzielbar. Dies ergibt eine Verbesserung des Wirkungs­ grades und eine verringerte Geräuschbildung im Betrieb des Lüfters. Die Erfindung bezieht sich dabei auf alle Arten von Radiallaufrädern, sei es mit entgegen der Drehrichtung rück­ wärts geneigten oder gekrümmten oder mit radial angeordneten und/oder in Drehrichtung gekrümmten Schaufeln.

In Ausgestaltung der Erfindung ist eine Innenseite des Luft­ leitringes mit einem an den Deckscheibeneintritt angepaßten Krümmungsradius versehen. Der Krümmungsradius der Innenseite des Luftleitringes ist vorzugsweise entweder identisch oder aber ungefähr gleich dem Krümmungsradius des Deckscheibenein­ tritts. Dadurch wird im Bereich des Deckscheibeneintritts ein strömungstechnisch günstiger Einlaufradius geschaffen, der die durch den Spalt rückgeführte Strömung sowie die Haupt­ strömung ohne Ablösung in das Laufrad hineinführt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind sowohl der Luft­ leitring als auch die Deckscheibe im Bereich ihres strömungs­ seitigen Übergangs mit Abrundungen versehen. Dies ist von Vorteil, wenn der Luftleitring relativ zur Deckscheibe in ei­ nem gewissen Maß exzentrisch angeordnet ist. Durch die Abrun­ dungen wird an der strömungsseitigen Verbindungsstelle zwi­ schen dem Luftleitring und der Deckscheibe ein Ablösen der durch den Spalt geführten Strömung vermieden, wodurch den Wirkungsgrad des Radiallaufrades herabsetzende Verwirbelungen verhindert werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Schaufeln - auf die Drehrichtung des Radiallaufrades bezo­ gen - rückwärts geneigt oder gekrümmt. In weiterer Ausgestal­ tung der Erfindung ist am Luftleitring in Verlängerung jeder Schaufeleintrittskante des Radiallaufrades eine entsprechende Anzahl von Schaufelfortsätzen vorgesehen, die mit den zuge­ ordneten Schaufeln fluchten. Dadurch wird die Schaufelein­ trittskante zum Deckscheibeneintritt hin entgegen der Strö­ mungsrichtung nach vorne verlängert, wodurch ein ungünstiges Auftreffen der Spaltluft auf die Stirnkanten der rückwärts geneigten oder gekrümmten Schaufeln vermieden wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist am Luftleitring ein umlaufender Stützbund vorgesehen, der mit Hilfe von Ver­ bindungsmitteln an einem korrespondierenden Haltebund der Deckscheibe befestigbar ist. Dadurch wird eine stabile Befe­ stigung des Luftleitringes an der Deckscheibe geschaffen, die zusätzlich eine gegenseitige Stützwirkung erzielt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Luftleitring aus Kunststoff hergestellt. Dadurch ist es möglich, den Ring relativ dünn zu gestalten, wodurch er lediglich ein geringes Gewicht aufweist. Der Ring kann daher auch bei exzentrischer Anordnung nur eine geringe Unwucht ausüben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Luftleitring aus einem Material mit höherer gewichtsspezifischer Festig­ keit als Kunststoff hergestellt. Hierzu eignet sich insbeson­ dere Magnesium. Dadurch weist der Luftleitring eine relativ hohe Festigkeit auf und übernimmt eine Tragfunktion, wodurch die Laufradfestigkeit erhöht wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Teil einer Ausfüh­ rungsform eines erfindungsgemäßen Lüfters, der aus Kunststoff hergestellt ist,

Fig. 2 eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles II in Fig. 1 eines auf eine Deckscheibe des Radiallaufrades des Lüfters nach Fig. 1 aufgesetzten Luftleitringes,

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Radiallaufrades für einen Lüfter ähnlich Fig. 1, und

Fig. 4 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt eines Lüfters ähnlich den Fig. 1 und 3 im Bereich eines zwischen einem Deckscheibeneintritt und einer Ein­ laufdüse vorgesehenen Spaltes.

Ein Lüfter nach Fig. 1 ist für die Kühlanlage eines Kraft­ fahrzeugs vorgesehen und in Strömungsrichtung hinter einem Wärmetauscher angeordnet. Der Lüfter saugt Luft durch den Wärmetauscher hindurch an, wenn das Kraftfahrzeug sich nicht oder nur in geringer Fahrt befindet, und zwar entsprechend der Strömungsrichtung, in der Fahrtwind des Kraftfahrzeugs durch den Wärmetauscher hindurchströmt. An den Wärmetauscher schließt eine Wärmetauscherhaube (1) an, die mittels einer mit einem Einströmradius versehenen stationären Einlaufdüse (2) zu einem Radiallaufrad (3) hin offen ist. Das Ra­ diallaufrad (3) ist in nicht dargestellter Weise durch eine Flüssigkeitsreibungskupplung angetrieben. Das Radiallaufrad (3) weist einen Laufradboden (4) sowie eine Deckscheibe (6) auf, zwischen denen über den Umfang des Radiallaufrades (3) verteilt mehrere Schaufeln (5) angeordnet sind. Der Laufrad­ boden (4), die Schaufeln (5) sowie die Deckscheibe (6) sind einstückig aus Kunststoff in einem entsprechenden Spritzguß­ werkzeug hergestellt. Die Schaufeln (5) sind entgegen einer Drehrichtung (18) des Radiallaufrades (3) rückwärts geneigt.

Ein Deckscheibeneintritt (9) des Radiallaufrades (3) wird durch einen separaten Luftleitring (7) gebildet, der auf der Eintrittsseite der Luftströmung an die Deckscheibe (6) an­ schließt. Der Luftleitring (7) weist einen umlaufenden Stütz­ bund (13) auf, der außen an einem axial von der Deckscheibe (6) abragenden Haltebund (14) der Deckscheibe (6) starr befe­ stigt ist. Der Stützbund (13) ragt von dem mit der Deckschei­ be (6) fluchtenden Teil des Luftleitringes (7) radial nach außen ab und stützt sich axial im Bereich eines Überganges (12) sowohl an einer Stirnkante der Deckscheibe (6) als auch an der Stirnseite des Haltebundes (14) ab. Der Luftleitring (7) ist im Bereich seines Stützbundes (13) starr mit der Deckscheibe (6) sowie dem Haltebund (14) der Deckscheibe (6) verbunden. Der Luftleitring (7) ist durch Verschweißen oder Verkleben unlösbar mit der Deckscheibe (6) verbunden. Bei nicht dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind andere Verbindungsmittel zur starren, unlösbaren Befestigung des Luftleitringes an der Deckscheibe vorgesehen. Der Krüm­ mungsradius des Luftleitringes (7) im Bereich des Deckschei­ beneintritts (9) entspricht dem Krümmungsradius der Deck­ scheibe (6), so daß die Innenwandung des Luftleitringes (7) fließend in die Innenwandung der Deckscheibe (6) übergeht. Die Einlaufdüse (2) ragt in an sich bekannter Weise in den Deckscheibeneintritt (9) des Radiallaufrades (3) hinein, wo­ bei sich zwischen dem Luftleitring (7) und der Einlaufdüse (2) ein ringförmiger Spalt (8) ergibt, durch den ein Teil der Luftströmung rückgeführt wird. Durch das Vorsehen des separa­ ten Luftleitringes (7) endet die Schaufeleintrittskante (19) jeder Schaufel (5) an der Stirnkante der Deckscheibe (6) im Bereich des Übergangs (12) in geringem axialen Abstand zu der Einströmdüse (2). Jede Schaufel (5) des Radiallaufrades (3) wird mit Hilfe von zwei Schiebern des Spritzgußwerkzeuges hergestellt, die im Spritzgußwerkzeug entlang einer Trennli­ nie (15) (gestrichelte Darstellung) aneinander anschließen. Die beiden Schieber werden nacheinander herausgezogen. Aus werkzeugtechnischen Gründen ist eine Stirnkante (11) jeder Schaufel (5) von der Deckscheibe (6) aus radial nach innen gezogen. Würde die Deckscheibe (6) bis zum Deckscheibenein­ tritt (9) einstückig nach vorne gezogen sein, so wäre auch die Stirnkante (11) axial weiter in Richtung des Eintritts verlegt und würde sich damit im Bereich des Spaltes (8), d. h. radial über der Einlaufdüse (2), befinden. Um dann noch eine Ausformbarkeit des Radiallaufrades (3) zu ermöglichen, müßte der Spalt (8) gegenüber der erfindungsgemäßen Ausführung nach Fig. 1 erheblich vergrößert sein.

Um ein ungünstiges Auftreffen der durch den Spalt (8) strö­ menden Luftströmung auf die Stirnkante (11) jeder Schaufel (5) zu vermeiden, ist am Luftleitring (7) eine der Anzahl der Schaufeln (5) entsprechende Anzahl von Schaufelfortsätzen (10) vorgesehen, die die Schaufeleintrittskante (19) nach vorne verlängern und mit der jeweils zugeordneten Schaufel (5) fluchten (Fig. 2).

Das Radiallaufrad (3a) nach Fig. 3 ist mit dem Radiallaufrad (3) nach Fig. 1 nahezu identisch. Der Luftleitring (7a) des Radiallaufrades (3a) ist jedoch im Gegensatz zu dem Luft­ leitring (7) nach den Fig. 1 und 2 nicht mit Schaufelfortsät­ zen (10) zur Verlängerung der Schaufeleintrittskante (19) nach vorne versehen. Der Deckscheibeneintritt (9) des Luft­ leitringes (7a) weist vielmehr eine glatte Innenwandung auf.

Sowohl der Luftleitring (7) als auch der Luftleitring (7a) sind bei den dargestellten Ausführungsbeispielen aus Magnesi­ um hergestellt. Dadurch weisen die Luftleitringe (7 bzw. 7a) eine relativ hohe Festigkeit auf und tragen durch die starre Verbindung mit der Deckscheibe (6) zu einer erhöhten Laufrad­ festigkeit bei. Dadurch übernimmt sowohl der Luftleitring (7) als auch der Luftleitring (7a) für das jeweilige Ra­ diallaufrad (3 bzw. 3a) eine Tragfunktion. Bei nicht darge­ stellten Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die ent­ sprechenden Luftleitringe aus Kunststoff hergestellt, wodurch sie ein relativ geringes Gewicht aufweisen und somit auch bei exzentrischer Anordnung lediglich eine geringe Unwucht auf das jeweilige Laufrad bewirken.

Das Radiallaufrad (3b) nach Fig. 4 entspricht im wesentlichen dem Radiallaufrad (3) nach Fig. 1. Bei dieser Ausführung ist jedoch der Übergang (12) zwischen dem separaten Luftleitring (7b) und der Deckscheibe (6b) strömungsseitig mit Abrundungen (16, 17) versehen. Dabei weist sowohl die stumpf an die Stirnkante der Deckscheibe (6b) anschließende Kante des Luft­ leitringes (7b) eine Abrundung (17) als auch die Stirnkante der Deckscheibe (6b) eine entsprechend zum Luftleitring (7b) hin gekrümmte Abrundung (16) auf. Die beiden Abrundungen (16 und 17) gewährleisten, daß auch bei geringfügig exzentrischer Anordnung des Luftleitringes (7b) an der Deckscheibe (6b) kein Ablösen der Strömung von der Wandung im Bereich des Krümmungsradius der Deckscheibe und des Deckscheibeneintritts auftritt. Dadurch werden die Strömungsverhältnisse des Ra­ diallaufrades (3b) verbessert.

Nicht dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung weisen weitere Radiallaufräder auf, deren Deckscheibeneintritt durch einen separaten Luftleitring gebildet wird, der nach strö­ mungstechnischen Gesichtspunkten gestaltet ist. Diese Ra­ diallaufräder weisen entweder radial angeordnete Schaufeln oder radial angeordnete und in Drehrichtung gekrümmte Schau­ feln oder auch entgegen der Drehrichtung gekrümmte Schaufeln auf. Diese Radiallaufräder sind je nach den strömungstechni­ schen Anforderungen mit zusätzlichen Formgebungen der Schau­ feln oder des Laufradbodens versehen.

Claims (9)

1. Lüfter für eine Kühlanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem Radiallaufrad, das mehrere Schaufeln aufweist, die zwischen einem Laufradboden und einer Deckscheibe angeordnet sind, wo­ bei in einen mit einem Krümmungsradius versehenen Deckschei­ beneintritt des Radiallaufrades eine stationäre Einlaufdüse unter Bildung eines ringförmigen Spaltes zwischen dem Deck­ scheibeneintritt und der Einlaufdüse axial hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufradboden (4), die Schaufeln (5) und die Deck­ scheibe (6, 6b) des Radiallaufrades (3, 3a, 3b) einstückig aus Kunststoff hergestellt sind, und daß im Bereich des Deck­ scheibeneintritts (9) ein separater Luftleitring (7, 7a, 7b) bündig an die Deckscheibe (6, 6b) angesetzt ist.

2. Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenseite des Luftleitringes (7, 7a, 7b) mit einem an den Deckscheibeneintritt (9) angepaßten Krümmungsradius versehen ist.

3. Lüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftleitring (7, 7a, 7b) starr mit der Deckscheibe (6, 6b) verbunden ist.

4. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Luftleitring (7b) als auch die Deckscheibe (6b) im Bereich ihres strömungsseitigen Übergangs (12) mit Abrundungen (16, 17) versehen sind.

5. Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (5) - auf die Drehrichtung (18) des Radiallaufrades bezogen - rückwärts geneigt oder gekrümmt sind.

6. Lüfter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Luftleitring (7, 7b) in Verlängerung jeder Schaufeleintritts­ kante (19) des Radiallaufrades (3, 3b) eine entsprechende An­ zahl von Schaufelfortsätzen (10) vorgesehen ist, die mit den zugeordneten Schaufeln (5) fluchten.

7. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Luftleitring (7, 7a, 7b) ein umlaufen­ der Stützbund (13) vorgesehen ist, der mit Hilfe von Verbin­ dungsmitteln an einem korrespondierenden Haltebund (14) der Deckscheibe (6, 6b) befestigbar ist.

8. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftleitring aus Kunststoff herge­ stellt ist.

9. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftleitring (7, 7a, 7b) aus einem Material mit höherer gewichtsspezifischer Festigkeit als Kunststoff hergestellt ist.