EP1600640A2 - Lüfterhaube für einen Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Lüfterhaube für einen Wärmeübertrager, insbesondere für Kraftfahrzeuge Download PDF

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EP1600640A2
EP1600640A2 EP05008981A EP05008981A EP1600640A2 EP 1600640 A2 EP1600640 A2 EP 1600640A2 EP 05008981 A EP05008981 A EP 05008981A EP 05008981 A EP05008981 A EP 05008981A EP 1600640 A2 EP1600640 A2 EP 1600640A2
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EP
European Patent Office
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fan
struts
fan cover
cover according
curved
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05008981A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1600640A3 (de
Inventor
Markus Dr.-Ing. Stommel
Markus Dipl.-Ing. Höglinger (FH)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1600640A2 publication Critical patent/EP1600640A2/de
Publication of EP1600640A3 publication Critical patent/EP1600640A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/02—Pumping cooling-air; Arrangements of cooling-air pumps, e.g. fans or blowers
    • F01P5/06—Guiding or ducting air to, or from, ducted fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/12—Filtering, cooling, or silencing cooling-air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542—Bladed diffusers
    • F04D29/544—Blade shapes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/663—Sound attenuation

Definitions

  • the invention relates to a fan cover for a permeable by air Heat exchanger according to the preamble of claim 1.
  • Fan cowlings are used for ducting fan units with fan blower the air flow and used to hold the fan blower.
  • a Heat exchanger z. B. a coolant radiator fan cover arranged, which is attached to the heat exchanger and a circular Frame, within which a driven by an electric motor Axial fan to promote the flow of air through the heat exchanger rotates.
  • the electric motor with the fan called fan blower for short, is over individual struts connected to the frame or the fan cover, where it In many cases, one-piece, molded plastic components are involved.
  • Such a fan orderaggrogat for a motor vehicle has been known from DE-A 42 44 037 of the Applicant
  • the fan guard by means of locking connections on the radiator and the fan blower on one Attached fastening ring, which radially and substantially in one Level arranged struts is held.
  • the struts Forces and moments which consist of the weight and the mass forces of the Blower with electric motor, the reaction torque and the axial thrust of the Fans result, are not insignificant, so the struts accordingly must be strongly dimensioned. Especially in the axial direction must be given sufficient rigidity, hence the fan or the motor does not hit or rub against the heat exchanger.
  • the Struts occupy only a minimal portion of the frame cross-section to the flow losses for the air flow conveyed by the fan are so small as possible to have. Therefore, the struts are as slim as possible streamlined, partially formed with a flow profile.
  • Fan noise is due to the air flow due to standing Struts and rotating fan blades result.
  • a fan guard of the beginning type with respect to their axial rigidity to improve, namely possibly without the weight, the number and / or the cross sections of the struts to increase.
  • the struts are curved in such a way that they each span a curved surface with their inflow and outflow edges, which preferably the surface of a spheroid or a Dome forms.
  • an envelope for example the surface of the spheroid (paraboloid, ellipsoid) by rotation a Kurvenastes generated around the axis of rotation of the fan.
  • Curve branch can be part of a circle, a parabola, an ellipse or a other non-linear curve whose distance in the axial direction to a Radial plane in the radial direction from the inside out constantly growing. This achieves a similar supporting effect for the struts, as he did in Domes or vaults is known, and in particular in the radially outer Area where the mechanical stress is strongest.
  • the struts on the one hand between heat exchanger and fan ie in the flow direction before Be fan and arranged in the flow direction behind the fan.
  • the distance between the leading edges the fan and the trailing edges of the struts or the distance between the trailing edges of the fan and the leading edges of the struts growing radially from the inside out brings advantages in the field of aerodynamics and the noise, because in the outer diameter range the largest flow rates occur and the largest flow rates be achieved while at the same time the distance between fans and striving is greatest. This will be the harmful interference significantly reduced.
  • the object of the invention is also achieved by the features of the claim 10 solved.
  • the differently inclined struts can be different dimensioned, d. H. be designed as compression and tension struts, wherein the compression struts are dimensioned stronger than the tie rods.
  • d. H. be designed as compression and tension struts, wherein the compression struts are dimensioned stronger than the tie rods.
  • a gain the cross-section of the struts in particular in the outer diameter range where the largest bending stress due axial load occurs.
  • the strut cross sections thus take along increasing radius, either the strut height (in the air flow direction) or the strut width (transverse to the direction of air flow) increased can be.
  • the crossing points are in Arranged areas with substantially axial flow. Because in these areas a radial component of the flow is minimal, The crossing points in such an arrangement are lower Flow resistance.
  • Fig. 1 shows an arrangement of a heat exchanger 1, a fan cover 2 and a fan blower 3, which is attached via a number of struts 4 relative to the fan cover 2.
  • the heat exchanger 1 may preferably be formed as a coolant / air cooler of a motor vehicle and arranged in a front engine compartment of a motor vehicle, not shown.
  • the fan cover 2 is also shown only incomplete, it is in a manner not shown, but known from the prior art with the radiator 1, z. B. connected via a latching connection.
  • the fan cowl 2 has at its downstream end a frame 2a, in which an axial fan 3a rotates, which is driven by an electric motor 3b.
  • the common axis of rotation is designated 3c.
  • the blower 3 consisting of electric motor 3b and fan 3a has a retaining ring 5 on which the struts 4 are fastened and thus hold the blower 3 inside the fan cowl 2;
  • the blower 3 is fixed both in the radial direction relative to the fan frame 2 a and in the axial direction relative to the network of the radiator 1.
  • the struts 4 have in cross section a flow-favorable profile 4a, which is characterized by a strut height h in the air flow direction and a maximum strut width b transversely to the air flow direction.
  • the strut profile may have different cross-sections, ie different heights and / or widths in the radial direction - therefore another strut profile 4b is shown with a smaller cross-section struts 4 each have leading or trailing edges 6 and trailing or trailing edges 7 shown in dashed lines.
  • Both the leading edges 6 and the trailing edges 7 are - in this embodiment - contrary to the direction of air flow, ie curved in the direction of the radiator 1 - they each span a strut 4 enveloping surface, which forms part of the surface of a spheroid. ie forms a body of revolution.
  • a spheroid is produced by rotation of a curved branch (a so-called generator) about an axis of rotation;
  • the generatrices are the leading edges 6 and the trailing edges 7 of the struts 4, ie both are in the plane of the drawing. They each have a non-linear curve, ie, the leading edge 6 and the trailing edge 7 z.
  • a variable spacing is x between the rear edge 7 of the strut 4 and the entrance plane E of the axial fan 3a, it ie resulting radially inward a minimum distance x i and radially outwardly a maximum distance x a -, the distance x thus non-linear (progressive) with increasing radius (distance from the axis of rotation 3c) too.
  • the struts 4 obtained by the described curvature increased structural strength, ie by the curved formation, in which the struts 4 quasi form the framework of a dome, there is a support effect, in particular under axial load in the direction of the axis of rotation 3c.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention, wherein the same reference numerals are used for the same parts, ie for the heat exchanger 1 and the fan 3 and the fan cover 2.
  • the fan 3 is fixed by means of the retaining ring 5 via struts 8 against the fan cover 2, wherein the struts 8 have leading edges 8a and trailing edges 8b, which are here curved in the direction of the air flow, corresponding to the arrow L.
  • the axial distance x i in the radially inner region between the network of the heat exchanger 1 and the front edge 8 a is smaller than the distance x a in the radially outer region.
  • the support struts 8 are therefore the same here as in the embodiment of FIG. 1.
  • the fan cover 2 is preferably attached to the heat exchanger 1, ie the From the fan 3 outgoing, transmitted via the struts 8 forces are absorbed by the heat exchanger 1 and its storage in the vehicle.
  • a support of the fan cover 2 in other ways, eg. B. directly opposite the vehicle is also possible.
  • Fig. 3 shows a further (third) embodiment of the invention, in which the fan 3 is held by struts 9 with respect to the fan cowl 2 and the struts 9 are arranged downstream of the fan 3a.
  • the struts 9 have a front edge 9a and a rear edge 9b, which are curved in the direction of the air flow.
  • the distance x between an exit plane A of the axial fan 3a and the front edge 9a of the struts 9 thus increases with increasing radius, ie the outer distance x a is greater than the inner distance x i , where x increases progressively from x i to x a .
  • aerodynamic advantages in particular in the radially outer region, are associated with a reduction in noise and an increase in efficiency.
  • Fig. 4 shows a further (fourth) embodiment of the invention, in which the fan 3 is supported by struts 10 relative to the fan cover 2.
  • the struts 10 have leading edges 10a and trailing edges 10b, which are curved against the air flow direction and arranged behind the exit plane A of the axial fan 3a.
  • This embodiment thus represents a reflection of the embodiment according to FIG. 3.
  • the supporting effect according to the invention due to the dome-shaped curvature of the struts 10 is also given here.
  • Fig. 5 shows another (fifth) embodiment of the invention, namely a fan cover 11 with a fan frame 11 a, within which an electric motor 12 is arranged for driving a fan wheel, not shown.
  • the fan cover 11 is shown with its back 11 b and connected in a manner not shown on its front with a heat exchanger, also not shown.
  • the electric motor 12 is received in a retaining ring 13, which is connected via a strut grid 14 with the fan cover 11.
  • the strut grid 14 consists of struts 15, which are curved in the clockwise direction in the circumferential direction, and of struts 16, which are curved in the opposite circumferential direction.
  • the struts 15, 16 are arranged such that a plurality of crossing points 17 results between them, which form the lattice structure 14 together with the struts 15, 16.
  • a part of the struts can be formed as compression struts 15 and another part of the struts as tension struts 16, whereby also the radial rigidity is increased.
  • the tie rods can be slimmer, ie formed with a smaller cross-section.
  • the fan cover 11 including frame 11 a, strut grid 14 and retaining ring 13 can be made as a one-piece plastic injection molded part.
  • the strut grid 14, consisting of circumferentially curved struts 15, 16 can be arranged both in a plane and on the surface of a spheroid - as described in the previous embodiments. Due to the additional dome-shaped curvature of the strut grid 14 so an additional axial rigidity can be achieved by increasing the structural strength.
  • Fig. 6 shows the fan cover 11 of FIG. 5 in a view in the air flow direction with struts 15, 16, which form the strut grid 14 for holding the retaining ring 13 - the blower is not shown here.
  • Suction fan d. H. an arrangement of fan shroud and fan blower in the air flow direction behind the heat exchanger.
  • a fan cowl assembly with oppressive fan d. H. in the direction of air flow in front of the heat exchanger.
  • FIG. 7 shows a fan cowl 21 in a schematic view in the air flow direction with only indicated struts 22, 23, 28, 29, which intersect at a crossing point 24.
  • the respective shape of the strut pairs 22, 23 and 28, 29 is to be adapted to the respective stability requirements.
  • crossing points are arranged along an ellipse 25 with half-axes c and d. In the area of the ellipse 25, the flow is predominantly axial, that is to say perpendicular to the plane of FIG. 7. Since the points of intersection represent an increased flow resistance with a component within the plane of FIG. 7, a total flow resistance of the fan cover 21 is in this arrangement reduced.
  • CFD flow simulations of a rectangular fan cowl without struts also lead to an elliptical shape.
  • the flow is within the Ellipse 25 due to a deflection by the Luftlassabe 26 obliquely directed outside, so has a radial component to the outside.
  • the ellipse is the flow through a distraction through the outer surface 27 of the fan cover 21 directed obliquely inward, so has a radial component inward.
  • the elliptical shape results from the elongated rectangular shape of the fan guard 21.
  • rectangular Fan cowls with the edge lengths a and b as shown in FIG. 7 and more circular Fan opening an ellipse with the semiaxes c and d, where b is smaller as a is and c is less than d.
  • the elongated shape of the ellipse is thus opposite the elongated shape of the fan cover rotated 90 °.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lüfterhaube für einen von Luft durchströmbaren Wärmeübertrager mit einem aus einem Axiallüfter und einem Antriebsmotor bestehenden Lüftergebläse, welches über Streben mit der lüfterhaube verbunden ist, wobei die Streben ein Querschnittsprofil mit einer Vorder- und einer Hinterkante aufweisen.
Es wird vorgeschlagen, dass die Streben, insbesondere ihre Vorder- und/oder Hinterkanten in einer sie umhüllenden, sphärischen oder sphäroiden Fläche angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lüfterhaube für einen von Luft durchströmbaren Wärmeübertrager nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Lüfterhauben werden bei Lüfteraggregaten mit Lüftergebläse zur Kanalisierung des Luftstromes und zur Halterung des Lüftergebläses verwendet. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen ist in Luftströmungsrichtung hinter einem Wärmeübertrager, z. B. einem Kühlmittelkühler eine Lüfterhaube angeordnet, welche an dem Wärmeübertrager befestigt ist und eine kreisförmige Zarge aufweist, innerhalb welcher ein von einem Elektromotor angetriebener Axiallüfter zur Förderung des Luftstromes durch den Wärmeübertrager umläuft. Der Elektromotor mit dem Lüfter, kurz Lüftergebläse genannt, ist über einzelne Streben mit der Zarge bzw. der Lüfterhaube verbunden, wobei es sich Vielfach um einstückig ausgebildete, gespritzte Kunststoffbauteile handelt. Ein derartiges Lüfter- oder Kühleraggrogat für ein Kraftfahrzeug wurde durch die DE-A 42 44 037 der Anmelderin bekannt Dabei sind die Lüfterhaube mittels Rastverbindungen am Kühler und das Lüftergebläse an einem Befestigungsring befestigt, welcher über radial und im Wesentlichen in einer Ebene angeordnete Streben gehalten wird. Die auf die Streben wirkenden Kräfte und Momente, welche aus dem Gewicht und den Massenkräften des Gebläses mit Elektromotor, dem Reaktionsmoment und dem Axialschub des Lüfters resultieren, sind nicht unerheblich, sodass die Streben entsprechend kräftig dimensioniert sein müssen. Insbesondere in axialer Richtung muss eine hinreichende Steifigkeit gegeben sein, damit der Lüfter oder der Motor nicht am Wärmeübertrager anschlägt oder anstreift. Andererseits sollen die Streben nur einen minimalen Anteil des Zargenquerschnittes einnehmen, um die Strömungsverluste für den vom Lüfter geförderten Luftstrom so gering wie möglich zu hatten. Daher werden die Streben möglichst schlank und strömungsgünstig, teilweise auch mit einem Strömungsprofil ausgebildet. Ein weiteres Problem bei der Gestaltung und Dimensionierung der Streben sind Lüftergeräusche, welche sich durch die Luftströmung infolge von stehenden Streben und rotierenden Lüfterblättem ergeben.
Um eine derartige Geräuschentwicklung zu vermeiden, wurde in der DE-A 41 05 378 bei einem Lüfteraggregat mit Lüfterhaube und Lüftergebläse vorgeschlagen, die das Gebläse abstützenden Streben schräg zur radialen Richtung anzuordnen, vorzugsweise mit einem Neigungswinkel von 20°.
Femer wurde zur Vermeidung von Lüftergeräuschen in der DE-A 196 38 518 vorgeschlagen, die Haltestreben für den Elektromotor und den Axiallüfter zwischen Wärmeübertrager und Axiallüfter, also stromaufwärts vom Lüfter, anzuordnen. Die an einem äußeren Stützring befestigten Streben verlaufen dabei im Wesentlichen, d. h. im Bereich des Lüfterdurchmessers in einer zur Rotationsachse des Lüfters normalen Ebene. Um die in axialer Richtung vom Lüfter hervorgerufenen Schubkräfte und die vom Fahrzeug verursachten Trägheitskräfte durch Beschleunigen oder Verzögern aufzunehmen, müssen die Streben ein hinreichendes Widerstandsmoment aufweisen, was sich im Gewicht und in der Bautiefe bzw. im Druckabfall für den geförderten Luftstrom negativ auswirkt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lüfterhaube der eingangs genannten Art in Bezug auf ihre axiale Steifigkeit zu verbessem, und zwar möglichst ohne das Gewicht, die Anzahl und/oder die Querschnitte der Streben zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Streben derart gekrümmt sind, dass sie mit ihren An- bzw. Abströmkanten jeweils eine gekrümmte Fläche aufspannen, welche vorzugsweise die Oberfläche eines Sphäroids bzw. einer Kuppel bildet. Durch diesen "Kuppeleffekt" ergibt sich für die Streben eine höhere Gestaltfestigkeit, d. h. insbesondere eine höhere Steifigkeit in axialer Richtung, ohne dass hierfür eine Erhöhung der Anzahl der Streben oder eine Vergrößerung des Querschnittes im Wesentlichen notwendig ist. Das Potenzial des Werkstoffes, sei es Kunststoff oder sei es Leichtmetalldruckguss, wird damit besser und gleichmäßiger ausgenutzt.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird eine Umhüllende, beispielsweise die Oberfläche des Sphäroiden (Paraboloid, Ellipsoid) durch Rotation eines Kurvenastes um die Rotationsachse des Gebläses erzeugt. Der Kurvenast kann Teil eines Kreises, einer Parabel, einer Ellipse oder einer anderen nicht linearen Kurve sein, deren Abstand in axialer Richtung zu einer Radialebene in radialer Richtung von innen nach außen ständig wächst. Damit wird ein ähnlicher Abstützeffekt für die Streben erreicht, wie er bei Kuppeln oder Gewölben bekannt ist, und zwar insbesondere im radial äußeren Bereich, wo auch die mechanische Beanspruchung am stärksten ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die Streben einerseits zwischen Wärmeübertrager und Lüfter, also in Strömungsrichtung vor dem Lüfter als auch in Strömungsrichtung hinter dem Lüfter angeordnet sein. Insbesondere die Ausführungen, bei welchen der Abstand zwischen den Vorderkanten des Lüfters und den Hinterkanten der Streben oder der Abstand zwischen den Hinterkanten des Lüfters und den Vorderkanten der Streben radial von innen nach außen wächst, bringt Vorteile im Bereich der Aerodynamik und der Geräuschentwicklung, weil im äußeren Durchmesserbereich die größten Strömungsgeschwindigkeiten auftreten und die größten Förderleistungen erreicht werden, während gleichzeitig der Abstand zwischen Lüfter und Streben am größten ist. Dadurch werden die schädlichen Interferenzen deutlich vermindert.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch die Merkmale des Patentanspruches 10 gelöst. Erfindungsgemäß sind die Streben in unterschiedlicher Umfangsrichtung geneigt bzw. gekrümmt und bilden ein Strebengitter. Damit wird der Vorteil einer axialen und radialen Versteifung erreicht.
Vorteilhafterweise können die unterschiedlich geneigten Streben unterschiedlich dimensioniert, d. h. als Druck- und Zugstreben ausgebildet sein, wobei die Druckstreben stärker als die Zugstreben dimensioniert sind. Dadurch wird der Vorteil einer weiteren Materfalerspamis, verbunden mit einem geringeren Druckabfall für die Luftströmung erreicht. Die Anordnung der Streben in Gitterform gilt sowohl für Streben, welche im Wesentlichen in einer Ebene oder auf einer Kegelfläche angeordnet sind, als auch für Streben, welche sphärische oder sphäroide Krümmungen aufweisen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist zusätzlich eine Verstärkung des Querschnittes der Streben vorgesehen, und zwar insbesondere im äußeren Durchmesserbereich, wo die größte Biegebeanspruchung aufgrund axialer Belastung auftritt. Die Strebenquerschnitte nehmen somit mit wachsendem Radius zu, wobei entweder die Strebenhöhe (in Luftströmungsrichtung) oder die Strebenbreite (quer zur Luftströmungsrichtung) erhöht werden kann. Damit wird der Vorteil eines weiteren Zuwachses bezüglich der axialen Steifigkeit der Gebläseaufhängung erreicht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Kreuzungspunkte in Bereichen mit im wesentlichen axialer Durchströmung angeordnet. Da in diesen Bereichen eine Radialkomponente der Durchströmung minimal ist, stellen die Kreuzungspunkte bei einer solchen Anordnung einen geringeren Strömungswiderstand dar.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1
ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit entgegen der Luftströmungsrichtung gekrümmten Streben zwischen Wärmeübertrager und Lüfter,
Fig. 2
ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit in LuftströmungsRichtung gekrümmten Streben zwischen Wärmeübertrager und Lüfter,
Fig. 3
ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit in LuftströmungsRichtung gekrümmten Streben stromabwärts vom Lüfter,
Fig. 4
ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit entgegen der Luftströmungsrichtung gekrümmten Streben stromabwärts vom Lüfter.
Fig. 5
ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Strebengitter in einer Ansicht entgegen der Luftsirömungsrichtung,
Fig. 6
das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 in einer Ansicht in Luftströmungsrichtung auf die Lüfterhaube mit Strebengitter und
Fig. 7
eine schematische Ansicht einer Lüfterhaube mit gekreuzten Streben.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung eines Wärmeübertragers 1, einer Lüfterhaube 2 sowie eines Lüftergebläses 3, welches über eine Anzahl von Streben 4 gegenüber der Lüfterhaube 2 befestigt ist. Der Wärmeübertrager 1 kann vorzugsweise als Kühlmittel/Luftkühler eines Kraftfahrzeuges ausgebildet und in einem nicht dargestellten vorderen Motorraum eines Kraftfahrzeuges angeordnet sein. Zur Vereinfachung ist nur das Netz des Kühlers 1 dargestellt, weiches von Umgebungsluft in Richtung des Pfeils L durchströmt wird. Die Lüfterhaube 2 ist ebenfalls nur unvollständig dargestellt, sie ist in nicht dargestellter, jedoch aus dem Stand der Technik bekannter Weise mit dem Kühler 1, z. B. über eine Rastverbindung verbunden. Die Lüfterhaube 2 weist an ihrem stromabwärtigen Ende eine Zarge 2a auf, in welcher ein Axiallüfter 3a umläuft, welcher von einem Elektromotor 3b angetrieben wird. Die gemeinsame Rotationsachse ist mit 3c bezeichnet. Das aus Elektromotor 3b und Lüfter 3a bestehende Gebläse 3 weist einen Haltering 5 auf, an welchem die Streben 4 befestigt sind und somit das Gebläse 3 innerhalb der Lüfterhaube 2 halten; damit ist das Gebläse 3 sowohl in radialer Richtung gegenüber der Lüfterzarge 2a als auch in axialer Richtung gegenüber dem Netz des Kühlers 1 fixiert. Die Streben 4 weisen im Querschnitt ein strömungsgünstiges Profil 4a auf, welches durch eine Strebenhöhe h in Luftströmungsrichtung und eine maximale Strebenbreite b quer zur Luftströmungsrichtung gekennzeichnet ist. Das Strebenprofil kann in radialer Richtung unterschiedliche Querschnitte, d. h. unterschiedliche Höhen und/oder Breiten aufweisen - daher ist ein weiteres Strebenprofil 4b mit einem geringeren Querschnitt dargestellt Die Streben 4 weisen jeweils gestrichelt dargestellte Vorder- oder Anströmkanten 6 und Hinter- oder Abströmkanten 7 auf. Sowohl die Vorderkanten 6 als auch die Hinterkanten 7 sind - in diesem Ausführungsbeispiel - entgegen der Luftströmungsrichtung, d. h. in Richtung des Kühlers 1 gekrümmt - sie spannen jeweils eine die Streben 4 umhüllende Fläche auf, welche einen Teil der Oberfläche eines Sphäroiden. d. h. eines Rotationskörpers bildet. Ein solcher Sphäroid wird durch Rotation eines Kurvenastes (einer so genannten Erzeugenden) um eine Rotationsachse erzeugt; im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Erzeugenden die Vorderkanten 6 und die Hinterkanten 7 der Streben 4, d. h. beide liegen in der Zeichenebene. Sie weisen jeweils einen nicht linearen Kurvenverlauf auf, d. h. die Vorderkante 6 und die Hinterkante 7 könnten z. B. Bogenstücke einer Parabel sein. Durch diesen nicht linearen Kurvenverlauf ergibt sich ein veränderlicher Abstand x zwischen der Hinterkante 7 der Streben 4 und der Eintrittsebene E des Axiallüfters 3a, d. h. es ergibt sich radial innen ein minimaler Abstand xi und radial außen ein maximaler Abstand xa- Der Abstand x nimmt somit nicht linear (progressiv) mit wachsendem Radius (Abstand von der Rotationsachse 3c) zu. Die Streben 4 erhalten durch die beschriebene Krümmung eine erhöhte Gestaltfestigkeit, d. h. durch die gewölbte Ausbildung, bei welcher die Streben 4 quasi das Gerüst einer Kuppel bilden, ergibt sich ein Abstützeffekt, und zwar insbesondere bei axialer Belastung in Richtung der Rotationsachse 3c. Da im Schaufelspitzenbereich des Axiallüf ters 3a die höchsten Umfangs- bzw. Strömungsgeschwindigkeiten auftreten, ergeben sich durch den vergrößerten Abstand xa zwischen Streben 4 und Lüfter 3a in diesem Bereich verbesserte Strömungsverhältnisse, was zu Geräuschminderungen und Wirkungsgraderhöhung führt. Die Streben 4 unterliegen bei axialer Belastung einer Biegebeanspruchung, welche im radial äußern Bereich, d. h. im Bereich des größten Abstandes x am größten ist. Obwohl in diesem Bereich aufgrund der erfindungsgemäßen Wölbung bereits ein Festigkeitszuwachs durch erhöhte Gestaltfestigkeit erreicht wird, kann es von Vorteil sein, in diesem Bereich den Strebenquerschnitt 4a zu vergrößern, d. h. entweder durch Vergrößerung der Strebenhöhe h oder Vergrößerung der Strebenbreite b oder durch beides, wobei ein schlankes Profil sowohl festigkeitsmäßige als auch aerodynamische Vorteile bietet.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszahlen verwendet werden, also für den Wärmeübertrager 1 und das Gebläse 3 sowie die Lüfterhaube 2. Das Gebläse 3 ist mittels des Halteringes 5 über Streben 8 gegenüber der Lüfterhaube 2 befestigt, wobei die Streben 8 Vorderkanten 8a und Hinterkanten 8b aufweisen, welche hier in Richtung der Luftströmung, entsprechend dem Pfeil L, gekrümmt sind. In diesem Falle ist also der axiale Abstand xi, im radial inneren Bereich zwischen dem Netz des Wärmeübertragers 1 und der Vorderkante 8a kleiner als der Abstand xa im radial äußeren Bereich. Die Streben 8 sind somit gegenüber den Streben 4 gemäß Fig. 1 gegenüber einer Radialebene gespiegelt Der Abstützeffekt aufgrund der kuppelartigen Wölbung der Streben 8 ist also hier derselbe wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Die Lüfterhaube 2 ist vorzugsweise am Wärmeübertrager 1 befestigt, d. h. die vom Gebläse 3 ausgehenden, über die Streben 8 übertragenen Kräfte werden vom Wärmeübertrager 1 bzw. dessen Lagerung im Fahrzeug aufgenommen. Eine Abstützung der Lüfterhaube 2 auf andere Weise, z. B. direkt gegenüber dem Fahrzeug ist auch möglich.
Fig. 3 zeigt ein weiteres (drittes) Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem das Gebläse 3 über Streben 9 gegenüber der Lüfterhaube 2 gehalten ist und die Streben 9 stromabwärts vom Lüfter 3a angeordnet sind. Die Streben 9 weisen eine Vorderkante 9a und eine Hinterkante 9b auf, welche in Richtung der Luftströmung gekrümmt sind. Der Abstand x zwischen einer Austrittsebene A des Axiallüfters 3a und der Vorderkante 9a der Streben 9 wächst also mit zunehmendem Radius, d. h. der äußere Abstand xa ist größer als der innere Abstand xi, wobei x von xi nach xa progressiv zunimmt. Auch bei dieser Lösung ergeben sich insbesondere im radial äußeren Bereich aerodynamische Vorteile, verbunden mit einer Geräuschminderung und Wirkungsgraderhöhung.
Fig. 4 zeigt ein weiteres (viertes) Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem das Gebläse 3 über Streben 10 gegenüber der Lüfterhaube 2 abgestützt ist. Die Streben 10 weisen Vorderkanten 10a und Hinterkanten 10b auf, welche entgegen der Luftströmungsrichtung gekrümmt und hinter der Austrittsebene A des Axiallüfters 3a angeordnet sind. Diese Ausführungsform stellt somit eine Spiegelung der Ausführungsform gemäß Fig. 3 dar. Der erfindungsgemäße Abstützeffekt aufgrund der kuppelförmigen Wölbung der Streben 10 ist auch hier gegeben.
Fig. 5 zeigt ein weiteres (fünftes) Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich eine Lüfterhaube 11 mit einer Lüfterzarge 11 a, innerhalb welcher ein Elektromotor 12 für den Antrieb eines nicht dargestellten Lüfterrades angeordnet ist. Die Lüfterhaube 11 Ist mit ihrer Rückseite 11 b dargestellt und auf nicht auf dargestellte Weise an ihrer Vorderseite mit einem ebenfalls nicht dargestellten Wärmeübertrager verbunden. Der Elektromotor 12 ist in einem Haltering 13 aufgenommen, welcher über ein Strebengitter 14 mit der Lüfterhaube 11 verbunden ist. Das Strebengitter 14 besteht aus Streben 15, die im Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung gekrümmt sind, und aus Streben 16, die in entgegengesetzter Umfangsrichtung gekrümmt sind. Die Streben 15, 16 sind derart angeordnet, dass sich zwischen ihnen eine Vielzahl von Kreuzungspunkten 17 ergibt, welche zusammen mit den Streben 15, 16 die Gitterstruktur 14 bilden. Im Sinne einer Aufgabenteilung kann ein Teil der Streben als Druckstreben 15 und ein anderer Teil der Streben als Zugstreben 16 ausgebildet werden, womit auch die radiale Steifigkeit erhöht wird. Die Zugstreben können schlanker, d. h. mit einem geringeren Querschnitt ausgebildet werden. Die Lüfterhaube 11 einschließlich Zarge 11a, Strebengitter 14 und Haltering 13 kann als einstückiges Kunststoffspritzteil hergestellt werden. Das Strebengitter 14, bestehend aus in Umfangsrichtung gekrümmten Streben 15, 16 kann sowohl in einer Ebene als auch auf der Oberfläche eines Sphäroiden - wie in den vorigen Ausführungsbeispielen beschrieben - angeordnet sein. Durch die zusätzliche kuppelförmige Wölbung des Strebengitters 14 kann also eine zusätzliche axiale Steifigkeit durch Erhöhung der Gestaltfestigkeit erreicht werden.
Fig. 6 zeigt die Lüfterhaube 11 gemäß Fig. 5 in einer Ansicht in Luftströmungsrichtung mit Streben 15, 16, welche das Strebengitter 14 zur Halterung des Halteringes 13 bilden - das Gebläse ist hier nicht dargestellt.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele bezlehen sich auf einen Sauglüfter, d. h. eine Anordnung von Lüfterhaube und Lüftergebläse in Luftströmungsrichtung hinter dem Wärmeübertrager. Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine Lüfterhaubenanordnung mit drückendem Lüfter, d. h. in Luftströmungsrichtung vor dem Wärmeübertrager.
Fig. 7 zeigt eine Lüfterhaube 21 in schematischer Ansicht in Luftströmungsrichtung mit nur angedeuteten Streben 22, 23, 28, 29, welche sich in einem Kreuzungspunkt 24 kreuzen. Die jeweilige Form der Strebenpaare 22, 23 beziehungsweise 28, 29 ist dabei an die jeweiligen Stabilitätserfordemisse anzupassen. Weitere, nicht explizit dargestellte Kreuzungspunkte sind entlang einer Ellipse 25 mit Halbachsen c und d angeordnet. Im Bereich der Ellipse 25 ist die Durchströmung vorwiegend axial, das heißt senkrecht zur Zeichenebene von Fig. 7. Da die Kreuzungspunkte einen erhöhten Strömungswiderstand bei Durchströmung mit einer Komponente innerhalb der Zeichenebene von Fig. 7 darstellen, ist ein Gesamtströmungswiderstand der Lüfterhaube 21 bei dieser Anordnung reduziert. CFD-Strömungssimulationen einer rechteckigen Lüfterhaube ohne Streben führen ebenfalls zu einer Ellipsenform.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Durchströmung innerhalb der Ellipse 25 aufgrund einer Ablenkung durch die Lüftemabe 26 schräg nach außen gerichtet, weist also eine Radialkomponente nach außen auf. Außerhalb der Ellipse ist die Durchströmung aufgrund einer Ablenkung durch die äußere Fläche 27 der Lüfterhaube 21 schräg nach innen gerichtet, weist also eine Radialkomponente nach innen auf.
Diese nach innen gerichtete Radialkomponente ist umso stärker ausgeprägt, je breiter die Außenfläche 27 ist. Somit ergibt sich die Ellipsenform aus der länglichen Rechteckform der Lüfterhaube 21. Generell ergibt sich bei rechteckigen Lüfterhauben mit den Kantenlängen a und b gemäß Fig. 7 und kreisrunder Lüfteröffnung eine Ellipse mit den Halbachsen c und d, wobei b kleiner als a ist und c kleiner als d ist. Die längliche Form der Ellipse ist also gegenüber der länglichen Form der Lüfterhaube um 90° gedreht.
Bei einer quadratischen Lüfterhaube ergibt sich dementsprechend ein Kreis als Spezialfall einer Ellipse.

Claims (15)

  1. Lüfterhaube (2) für einen von Luft durchströmbaren Wärmeübertrager (1) mit einem aus einem Axiallüfter (3a) und einem Antriebsmotor (3b) bestehenden Lüftergebläse (3), welches über Streben mit der Lüfterhaube (2) verbunden ist, wobei die Streben ein Querschnittsprofil mit einer Vorder- und einer Hinterkante sowie einer Strebenhöhe h und einer Strebenbreite b aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (4, 8, 9, 10), insbesondere ihre Vorder- und/oder ihre Hinterkanten (6, 7; 8a, 8b; 9a, 9b; 10a, 10b) in einer nichtebenen, insbesondere sphärischen oder sphäroiden Fläche angeordnet sind.
  2. Lüfterhaube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die umhüllende Fläche durch einen um die Rotationsachse (3c) des Gebläses (3) rotierenden, nicht linearen Kurvenast (6, 7; 8a, 8b) erzeugbar ist, welcher einen mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse (3c) zunehmenden Abstand x von einer Radialebene (E, A) aufweist.
  3. Lüfterhaube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenast (6, 7; 10a, 10b) entgegen der Luftströmungsrichtung L gekrümmt ist.
  4. Lüfterhaube nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenast (8a, 8b; 9a, 9b) in Luftstromungsnchtung L gekrümmt ist.
  5. Lüfterhaube nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (9, 10) in Luftströmungsrichtung hinter dem Lüfter (3a) angeordnet sind.
  6. Lüfterhaube nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (4, 8) in Luftströmungsrichtung vor dem Lüfter (3a) angeordnet sind.
  7. Lüfterhaube nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strebenquerschnitt (4a, 4b) mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse (3c) zunimmt.
  8. Lüfterhaube nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebenhöhe h mit zunehmendem Abstand zunimmt.
  9. Lüfterhaube nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebenbreite b mit zunehmendem Abstand zunimmt.
  10. Lüfterhaube (11) für einen von Luft durchströmbaren Wärmeübertrager mit einem aus einem Axiallüfter und einem Antriebsmotor (12) bestehenden Lüftergebläse, welches über Streben mit der Lüfterhaube (11) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (15, 16) in Umfangsrichtung gegensinnig geneigt bzw. gekrümmt angeordnet sind und ein Strebengitter (14) mit Kreuzungspunkten (17) bilden.
  11. Lüfterhaube nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben (15, 16) in Umfangsrichtung gegensinnig geneigt bzw. gekrümmt angeordnet sind und ein Strebengitter (14) mit Kreuzungspunkten (17) bilden.
  12. Lüfterhaube nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Streben in einer Umfangsrichtung als Druckstreben (15) und in der anderen Umfangsrichtung als Zugstreben (16) ausgebildet sind, wobei die Druckstreben einen größeren Querschnitt als die Zugstreben aufweisen.
  13. Lüfterhaube nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzungspunkte in Bereichen mit im wesentlichen axialer Durchströmung angeordnet sind.
  14. Lüfterhaube nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzungspunkte auf einer Ellipse angeordnet sind.
  15. Lüfterhaube nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Längenverhältnis der Hauptachsen der Ellipse dem Kehrwert eines Längenverhäknisses der dazu jeweils parallelen Seitenkanten der Lüfterhaube entspricht.
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