Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie einen Axiallüfter mit einer Einlaufdüse nach dem Oberbegriff des nebengeordneten Patentanspruches 14, bekannt durch die DE 33 04 297 C2 der Anmelderin.

Axiallüfter zur Förderung von Kühlluft für Kühlvorrichtungen, insbesondere Kühlmodule in Kraftfahrzeugen, sind bekannt, z. B. als Axiallüfter mit frei stehenden Blattspitzen, welche in einem feststehenden Zargenring einer Lüfterzarge umlaufen. Bekannt sind auch so genannte Mantellüfter, bei welchen ein Mantel mit den Blattspitzen der Lüfterblätter verbunden ist und mit dem Lüfter umläuft. Durch den umlaufenden Mantel werden Blattspitzenverluste, welche aus einer Umströmung der Blattspitzen infolge der Druckunterschiede auf der Druck- und Saugseite der Lüfterblätter entstehen, vermieden. Bei größeren Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Nutzfahrzeugen wird der Lüfter von der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges angetrieben und ist gegenüber dem Block der Brennkraftmaschine gelagert. Die Kühlvorrichtung dagegen, bestehend aus Wärmeübertragern, z. B. Kühlmittel- oder Ladeluftkühlern, ist fahrzeugseitig abgestützt, während der Motor elastisch gegenüber dem Fahrzeugrahmen gelagert ist. Daraus ergeben sich Relativbewegungen zwischen dem Lüfter und der Kühlvorrichtung bzw. einer an der Kühlvorrichtung befestigten Lüfterzarge. Die Relativbewegung zwischen den motorfesten Teilen wie z. B. der Lüfter und den fahrzeugfesten Teilen wie z. B. die Lüfterzarge oder der Lüfterzargenring werden daher durch elastische, flexible Ausgleichselemente kompensiert.

Durch die DE 44 38 184 C1 der Anmelderin wurde eine Kühlvorrichtung mit einem motorseitig angetriebenen und abgestützten Axiallüfter bekannt, welcher in einem motorfesten Zargenring umläuft. Eine in Strömungsrichtung vor dem Axiallüfter angeordnete Kühlvorrichtung, bestehend aus einem Kühler mit Kühler- oder Lüfterzarge, ist über eine elastische ringförmige Lippendichtung mit dem feststehenden Zargenring verbunden. Der Lüfterströmung, d. h. der vom Lüfter erzeugten Hauptströmung ist im Blattspitzenbereich eine Bypassströmung überlagert. Die axiale Bautiefe der bekannten Kühlvorrichtung ist insbesondere wegen des dem Lüfter vorgeschalteten ringförmigen Bypasskanals zur Erzeugung der Bypassströmung relativ groß.

Durch die DE 33 04 297 C2 der Anmelderin wurde ein so genannter Mantellüfter mit einer Einlaufdüse bekannt, wobei der Lüfter und die Einlaufdüse motorfest, d. h. an der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges abgestützt sind. Der Mantel ist an Axialschaufeln des Lüfters befestigt und ragt mit einem nach vorne verlängerten, zylindrischen Bereich in die Einlaufdüse hinein, wodurch eine Spaltströmung mit einer 180-Grad-Umlenkung von der Druckseite des Lüfters zur Saugseite erzeugt wird. Wegen der vorgeschalteten Einlaufdüse ergibt sich auch hier eine relativ große axiale Baulänge. Darüber hinaus wird der wirksame Lüfterquerschnitt durch die radial nach innen ragende Einlaufdüse vermindert, wodurch die Förderleistung des Lüfters eingeschränkt wird.

Bei heutigen Kraftfahrzeugen steht für den Einbau von Kühlvorrichtungen einschließlich Lüfter wenig Bauraum zur Verfügung, andererseits steigen die Anforderungen in Bezug auf die zu erbringende Kühlleistung und damit auch auf die Lüfterleistung.

Ein ähnlicher Axiallüfter wird in US 6 027 307 offenbart.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Axiallüfter der eingangs genanten Art hinsichtlich seiner Förderleistung bei einem beschränkten Bauraum zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist die Anströmkante des Mantels gegenüber den Vorderkanten der Lüfterschaufeln (im Folgenden auch Lüfterblätter genannt) in Strömungsrichtung zurückgesetzt, d. h. der Mantelring erstreckt sich in axialer Richtung nur über einen Teil der Lüfterblatttiefe, und zwar über den stromabwärts gelegenen Teil. Vorzugsweise ist in diesem Bereich der Zurücksetzung des Mantels ein feststehender Leitring angeordnet, welcher vorzugsweise einen gegenüber dem Mantelring reduzierten Durchmesser aufweist. Der feststehende Zargenring ist somit in Strömungsrichtung vor dem Mantelring und radial innerhalb des Mantelringes angeordnet. Damit wird der Vorteil einer Strömungsstabilisierung im Blattspitzenbereich erreicht, verbunden mit einem erhöhten Wirkungsgrad und geringerer Geräuschentwicklung.

Nach bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der Zargenring im Wesentlichen zylindrisch oder konisch mit einer Erweiterung in Strömungsrichtung ausgebildet oder auch mit einem glocken- oder trichterförmigen Einlaufbereich versehen sein, der vorzugsweise gegenüber den Lüfteranströmkanten entgegen der Strömungsrichtung versetzt angeordnet ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an dem Zargenring im Bereich der Anströmkante des Mantelringes ein Umlenkelement angeordnet, welches eine entgegen der Hauptströmung durch den Axiallüfter gerichtete Spaltströmung erzeugt. Bevorzugt ist das ringförmige Umlenkelement durch eine sich in Strömungsrichtung der Hauptströmung erstreckende Ringfläche verlängert, welche mit der äußeren Mantelfläche des Mantelringes einen Ringspalt bildet. Damit wird die Ausbildung einer wirksamen Spaltströmung unterstützt, welche die Hauptströmung im Blattspitzenbereich, d. h. innerhalb des Mantels stabilisiert. Darüber hinaus wird bei einem sich in stromabwärtiger Richtung erweiternden Mantelring und einer sich parallel erweiternden Ringfläche eine radiale Abströmung der Austrittsströmung begünstigt. Dies ist bei axial beschränktem Bauraum - infolge eines stromabwärts vom Lüfter angeordneten Motorblockes des Kraftfahrzeuges - von besonderem Vorteil.

Zur weiteren Unterstützung einer radialen Abströmung können an der Ringfläche Strömungsleitelemente, vorzugsweise in Form eines radialen Nachleitapparates vorgesehen sein. Die Erfindung mit den vorgenannten Ausführungsformen sieht infolge der Zurücksetzung des Mantels gegenüber den Schaufelvorderkanten also nur eine partielle Ummantelung der Lüfterschaufeln in Bezug auf die Schaufeltiefe vor, wobei in dem nicht ummantelten Bereich, dem Bereich der Zurücksetzung, der feststehende Zargenring angeordnet ist. Dadurch werden einerseits axialer Bauraum - im Hinblick auf einen Mantellüfter mit Einlaufdüse gemäß dem Stand der Technik und andererseits eine Stabilisierung der Hauptströmung als wesentliche Vorteile erreicht.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch einen Axiallüfter mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruches 13 gelöst. Der erfindungsgemäße Axiallüfter weist einen vorstehenden, in eine Einlaufdüse hineinragenden Mantelring auf, wodurch die aus dem Stand der Technik bekannte Spaltströmung mit einer 180-Grad-Umlenkung zur Strömungsstabilisierung erreicht wird. Zur Vermeidung einer Fehlanströmung weist der erfindungsgemäße Axiallüfter eine freistehende Vorder- und Blattspitzenkante auf, d. h. zwischen dem anströmseitigen Blattspitzenbereich und der Innenfläche des Mantelrings ist ein Spalt in Form eines Zwickels belassen. Die Lüfterschaufeln können somit im vorderen und äußersten Bereich besser angeströmt werden, d. h. mit geringeren Verlusten, welche sich aus einer Fehlanströmung durch die Spalt- oder Düsenströmung ergeben. Die Fehlanströmung ist verursacht durch eine gegenüber der Hauptströmung höhere Geschwindigkeit der Spalt- oder Düsenströmung, die darüber hinaus eine Umfangskomponente aufweist. Somit wird ein beim Stand der Technik vorhandener Nachteil durch eine freie, vordere Blattspitzenkante beseitigt. Dennoch wird die stabilisierende Wirkung der Düsenströmung aufrechterhalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1

ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Axiallüfter mit zurückgesetztem Mantelring und feststehendem Zargenring,

Fig. 2

eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1,

Fig. 3

ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Mantellüfter und Einlaufdüse,

Fig. 4

eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1,

Fig. 5

eine weitere Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 1,

Fig. 6

ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem am Leitring angeordneten ringförmigen Umlenkelement,

Fig. 7

eine Weiterbildung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 6,

Fig. 8

eine Weiterbildung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 7,

Fig. 9

eine Darstellung der Lüfterströmung für einen Axiallüfter nach dem Stand der Technik,

Fig. 10

eine Darstellung der Haupt- und Spaltströmung bei einem Mantellüfter mit Einlaufdüse nach dem Stand der Technik und

Fig. 11

eine Darstellung der Haupt- und Spaltströmung bei einem erfindungsgemäßem Axiallüfter.

Fig. 1 zeigt einen Axiallüfter 1, welcher über eine Kupplung 2, vorzugsweise eine Flüssigkeitsreibungskupplung gegenüber einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges gelagert und von dieser angetrieben wird. Der Axiallüfter 1 ist Teil einer Kühlvorrichtung, welche nicht dargestellte Wärmeübertrager, z. B. einen Kühlmittelkühler, einen Ladeluftkühler und einen Kältemittelkondensator aufweisen kann. Der Axiallüfter 1 wird in Richtung eines Pfeiles L von Luft angeströmt, ist vorzugsweise in Strömungsrichtung hinter den nicht dargestellten Wärmeübertragem angeordnet und saugt Umgebungsluft durch die Wärmeübertrager. Der Axiallüfter 1 ist dabei über eine nicht dargestellte Lüfterzarge zur Führung der Kühlluft mit den vorgeschalteten Wärmeübertragern verbunden. Der Axiallüfter 1 weist eine mit der Kupplung 2 verbundene Nabe 3 sowie Axialschaufeln 4 mit einer Vorderkante 4a und einer Hinterkante 4b auf. Die Rotationsachse des Lüfters ist mit a bezeichnet. Die Axialschaufeln 4 weisen eine Schaufeltiefe t auf, welche sich von der Vorderkanten 4a bis zur Hinterkante 4b erstreckt. Die Schaufeln 4 weisen Schaufelspitzen (Blattspitzen) 4c auf, an welchen ein Mantelring 5 mit einer Anströmkante 5a und einer Abströmkante 5b befestigt ist. Die Anströmkante 5a ist gegenüber den Vorderkanten 4a der Lüfterschaufeln 4 um einen Betrag X1 in Strömungsrichtung L versetzt, während die Abströmkante 5b gegenüber der Hinterkante 4b entgegen der Strömungsrichtung um einen Betrag X2 versetzt ist. Die axiale Erstreckung I des Mantelringes 5 ist also kleiner als die Schaufeltiefe t. Der Bereich der Blattspitzen 4c, welcher sich in Strömungsrichtung vor der Anströmkante 5a befindet, d. h. der Bereich X1 der Zurücksetzung der Anströmkante 5a weist einen reduzierten Durchmesser D1 auf. Dadurch wird ein Eckbereich der Schaufelspitzen 4c ausgespart, in welchem ein ortfest angeordneter Leitring 6 angeordnet ist, wobei der Leitring 6 einen mittleren Durchmesser D2 aufweist, der größer als der Durchmesser D1, jedoch kleiner als der Durchmesser der Anströmkante 5a ist. Der Leitring 6 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, überlappt sich in axialer Richtung mit den Axialschaufeln 4 und steht etwas gegenüber den Vorderkanten 4a vor, d. h,. entgegen der Strömungsrichtung L. Der Leitring 6 ist vorzugsweise motorfest angeordnet, d. h. ebenso wie der Axiallüfter 1, d. h. zwischen dem rotierenden Lüfter 1 und dem feststehenden Leitring 6 treten keine Relativbewegungen auf, sodass ein minimaler Spalt realisiert werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Lüfter 7, der eine Abwandlung des Lüfters 1 gemäß Fig. 1 darstellt, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen wie zuvor verwendet werden. Der Lüfter 7 entspricht im Wesentlichen dem Lüfter 1, weist also eine ähnliche Axialbeschaufelung 4 und einen ähnlichen Mantelring 5 auf. Im Bereich der Zurücksetzung der Anströmkante 5a ist ein ortsfester Leitring 8 angeordnet, welcher konisch bzw. diffusorartig ausgebildet ist, d. h. sich in Strömungsrichtung L erweitert. Der ausgesparte Blattspitzenbereich 4c ist an die konische Form des Leitringes 8 angepasst. Durch den diffusorartig ausgebildeten Leitring 8 wird der im Wesentlichen halbaxial ausgerichteten Hauptströmung des Lüfters 7 Rechnung getragen, sodass der Strömung bereits eine radiale Komponente mitgegeben wird.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem ein Axiallüfter 9 einen Mantel 10 mit einem vorstehenden, zylindrischen Bereich 10a aufweiset, welcher in eine im Querschnitt U- oder C-förmig ausgebildete Einlaufdüse 11 hineinragt. Ein derartiger Mantellüfter mit Einlaufdüse ist aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt und erzeugt eine Spalt- oder Düsenströmung, welche sich im Blattspitzenbereich der Hauptströmung überlagert und für eine Stabilisierung der Hauptströmung sorgt. Im Unterschied zum Stand der Technik reichen die Vorderkanten 4a der Lüfterschaufeln 4 nicht bis an die Innenfläche des Mantels 10, wodurch ein Spalt s in Form eines Zwickels gebildet wird. Die Lüfterschaufel 4 weist im anströmseitigen Bereich eine freie Schaufelspitzenkante 12 auf, welche den Zwickel s begrenzt und von der durch die Einlaufdüse 11 gebildeten Düsenströmung frei anströmbar ist. Durch die freie Blattspitzenkante 12 und die radial nach innen zurückgenommene Schaufelvorderkante 4a wird eine Fehlanströmung durch die mit einer Umfangskomponente behaftete Spaltströmung vermieden.

Die Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 1 und 2 einerseits sowie das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 andererseits sind durch die gemeinsame erfinderische Idee miteinander verbunden, dass die Vorderkanten der Lüfterschaufeln im Schaufelspitzenbereich frei stehen, d. h. nicht ummantelt sind. Damit wird in beiden Fällen eine Fehlanströmung vermieden.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Lüfter 13, welcher im Wesentlichen den Lüftern 1 und 7 der Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 1 und Fig. 2 entspricht. Unterschiedlich ist die Ausbildung des Leitringes 14, welcher sich entgegen der Strömungsrichtung L konisch oder glockenförmig erweitert und somit einen Einlauftrichter für die einströmende Luft bildet. Der zurückgenommene Blattspitzenbereich 4c ist an diese Form des Leitringes 14 entsprechend angepasst.

Fig. 5 zeigt eine weitere Abwandlung des vorherigen Ausführungsbeispieles, d. h. für einen Lüfter 13, dessen Mantelring 5 ein feststehender Leitring 15 vorgeschaltet ist, welcher an seinem Lufteintrittsbereich einen sich radial nach innen erstreckenden Blendenring 15a aufweist. Der Blendenring 15a deckt den Radialspalt zwischen Leitring 15 und dem Blattspitzenbereich 4c der Axialschaufeln 4 ab.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Axiallüfter 16, welcher Axialschaufeln 4 und einen Mantelring 5 aufweist. Ein Leitring 17, leicht konisch und diffusorartig ausgebildet, ist dem Mantelring 5 vorgeschaltet und weist eine Anströmkante 17a sowie eine Abströmkante 17b auf. Zwischen der Abströmkante 17b des Leitringes 17 und der Anströmkante 5a des Mantelringes 5 ist ein Radialspalt 18 belassen, dem ein ringförmiges Umlenkelement 19, befestigt an dem Leitring 17, zugeordnet ist. Durch diese Anordnung wird eine Einlaufdüse gebildet, welche eine Spalt- oder Düsenströmung ermöglicht, was im Zusammenhang mit dem nächsten Ausführungsbeispiel näher erläutert wird.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches eine Weiterbildung der Ausführung gemäß Fig. 6 darstellt. Ein Axiallüfter 20 weist eine Axialbeschaufelung 4 mit einem Mantelring 5 und einem vorgeschalteten Leitring 21 auf, an welchem zusätzlich zu dem ringförmigen Umlenkelement 19 eine sich in axialer und radialer Richtung, parallel zum Mantelring 5 erstreckende Ringfläche 22 anschließt. Die Hauptströmung des Lüfters 20 ist durch drei Strömungspfeile P1, P2, P3 dargestellt, während durch einen vierten Pfeil P4 eine Spalt- oder Düsenströmung angedeutet ist. Zwischen der Außenfläche des Mantelringes 5 und der Ringfläche 22 befindet sich ein Ringspalt 23, durch welchen Luft von der Druckseite des Lüfters entgegen der Hauptströmungsrichtung strömt, im Umlenkelement 19 umgelenkt wird und durch den Radialspalt 18 in den Lüfter 20, d. h. dessen Axialbeschaufelung 4 eintritt. Diese Spalt- oder Düsenströmung, bezeichnet mit dem Pfeil P4, wirkt sich stabilisierend auf die Hauptströmung im Lüfter aus. Die Geometrie des Leitringes 21 und des Mantelringes 5 ist derart beschaffen, dass sich eine Diffusorwirkung ergibt, wodurch die Hauptströmung P1, P2, P3 in eine radiale Richtung umgelenkt wird. Dies ist bei dem in axialer Richtung beengten Bauraum im Kraftfahrzeug, insbesondere durch den stromabwärts angeordneten, nicht dargestellten Motorblock von großem Vorteil.

Fig. 8 zeigt eine Weiterbildung des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 7, wobei die Ringfläche 22 weiter in axialer und radialer Richtung verlängert ist und Strömungsleitelemente 24 trägt, welche eine radiale Ausrichtung der Lüfterabströmung bewirken. Die Strömungsleitelemente 24 können nach Art eines radialen Nachleitapparates ausgebildet sein, wie er in der älteren Anmeldung der Anmelderin mit dem amtlichen Aktenzeichen xy... (Zeichen der Anmelderin: 06-B-060) beschrieben ist. Durch dieses Ausführungsbeispiel lässt sich bei kompakter, axial beschränkter Bauweise eine relativ verlustfreie, radial gerichtete Abströmung aus dem Lüfter erreichen.

Fig. 9 zeigt eine Darstellung der Lüfterströmung für einen Axiallüfter nach dem Stand der Technik. Die Hauptströmung ist halbaxial gerichtet, wie durch parallel verlaufende Pfeile P angedeutet ist. Im anströmseitigen Blattspitzenbereich bildet sich ein Wirbel W aus, welcher die Hauptströmung stört und den Wirkungsgrad des Lüfters verschlechtert.

Fig. 10 zeigt einen durch den Stand der Technik bekannten Mantellüfter mit so genannter Einlaufdüse, durch welche eine Düsenströmung, dargestellt durch die beiden äußersten Pfeile D, erzeugt wird. Im Vergleich der Figuren 9 und 10 ist erkennbar, dass der Wirbel W durch die Düsenströmung D eliminiert wird. Dadurch wird eine stabile Strömung auch im Schaufelspitzenbereich erreicht.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Strömungsbild für den erfindungsgemäßen Axiallüfter 1 nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Die Strömung durch die Axialbeschaufelung 4 verläuft entsprechend den Pfeilen in halbaxialer Richtung. Zwischen dem Mantelring 5 und dem feststehenden Leitring 6 bildet sich eine Düsenströmung aus, welche durch den äußersten Pfeil F angedeutet ist. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung, verbunden mit der Düsenströmung F, wird eine Stabilisierung der Hauptströmung auch im Schaufelspitzenbereich erreicht.