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Die
Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung
für ein
Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Kühlvorrichtungen
für Kraftfahrzeuge
mit kühlmittelgekühlten Verbrennungsmotoren
bestehen im Allgemeinen aus einem Kühlmittelkühler, der vom Kühlmittel
und Umgebungsluft durchströmt
wird, einem dem Kühlmittelkühler zugeordneten
Lüfter
und einer zwischen Lüfter
und Kühler
angeordneten Zarge, auch Kühlerzarge,
Lüfterzarge
oder Lüfterhaube genannt.
Letztere hat die Aufgabe, die aus dem Kühlmittelkühler austretende Kühlluft möglichst
vollständig
dem Lüfter
zuzuleiten. Der Lüfter
ist im Allgemeinen als Axiallüfter,
Mantellüfter
(Axiallüfter
mit ummantelten Blattspitzen) oder auch als Radiallüfter ausgebildet.
Insbesondere bei Nutzfahrzeugen wird der Lüfter von der Brennkraftmaschine über eine Flüssigkeitsreibungskupplung
angetrieben und ist daher fest mit dem Motorblock verbunden, welcher elastisch
gegenüber
dem Fahrzeugrahmen aufgehängt
ist. Auch der Kühlmittelkühler ist
am Fahrzeugrahmen befestigt. Wegen der Schwingungen des Motors gegenüber dem
Fahrzeugrahmen ergeben sich Relativbewegungen zwischen Kühler bzw.
kühlerfeste
Zarge und motorfestem Lüfter,
welche kompensiert werden müssen.
Dies kann entweder durch einen relativ großen Spalt zwischen Lüfter und
Zargenring oder durch ein Bewegungsausgleichselement im Bereich
der Zarge erfolgen, welche somit geteilt ist.
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Durch
die
US-A 4,398,508 wurde
eine Kühlvorrichtung
mit einem motorfesten Axiallüfter
und einer kühlerfesten
Zarge bekannt, wobei zwischen Lüfterumfang
und Kühlerzarge
ein relativ großer
Spalt belassen ist, welcher durch eine Bürstendichtung überbrückt wird.
Eine ähnliche
Kühlvorrichtung
mit einem ummantelten Axiallüfter,
einem so genannten Mantellüfter,
wurde durch die
DE
198 03 502 A1 der Anmelderin bekannt. Der Ringspalt zwischen
kühlerfester
Zarge, an welcher auch eine Einlaufdüse angeordnet ist, wird durch
eine Bürstendichtung
weitestgehend abgedichtet. Eine weitere Bürstendichtung wurde durch die
DE 33 39 059 A1 einerseits
für einen Axiallüfter und
andererseits für
einen Radiallüfter
bekannt. Wegen der relativ großen
Spalte und dem Verschleiß der
Bürstendichtungen
sind derartige Kühlvorrichtungen
unzureichend.
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Um
den Spalt zwischen Lüfter
und Zargenring möglichst
gering zu halten, werden Lüfter
und Zargenring jeweils motorseitig befestigt, und die Zarge wird
zwischen Zargenring und Kühler
geteilt, sodass ein Spalt gebildet wird, welcher durch ein Bewegungsausgleichs-
bzw. elastisches Dichtelement überbrückt wird.
Durch die
DE 44 38
814 C1 der Anmelderin wurde eine solche Kühlvorrichtung
mit einem motorfesten Axiallüfter
und einem motorfesten Zargenring (Mantel) bekannt. Die bekannte
Kühlvorrichtung
weist einen Kühlmittelkühler auf,
an den eine Kühlerzarge
angeschlossen ist, welche über
eine elastische, ringförmige
Lippendichtung mit dem motorfesten Mantel verbunden ist. Damit können Relativbewegungen
zwischen motorfestem Zargenring (Mantel) und Kühlerzarge ausgeglichen werden,
wobei gleichzeitig die Zarge geschlossen ist. Nachteilig hierbei
ist, dass die Zarge geteilt und der Spalt durch ein zusätzliches
Bauteil, nämlich
das Dicht- bzw. Bewegungsausgleichelement, überbrückt werden muss, was eine Vergrößerung der
axialen Bautiefe der Kühlvorrichtung
bedeutet.
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Durch
die
DE 33 04 297 C2 der
Anmelderin wurde eine weitere Kühlvorrichtung
mit einem motorfesten Mantellüfter
sowie einer motorfesten Einlaufdüse
für den
Mantellüfter
bekannt. Am Kühlmittelkühler ist
eine Kühlerzarge
befestigt, welche mittels einer elastischen Lippe gegenüber der
Einlaufdüse
abgedichtet ist. Auch hier ergibt sich eine erhöhte axiale Bautiefe infolge
des Einbaus der Dichtlippe.
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Durch
die
DE 40 15 259 A1 wurde
eine Kühlvorrichtung
mit einem über
eine Flüssigkeitsreibungskupplung
vom Motor des Kraftfahrzeuges angetriebenen Axiallüfter bekannt,
welcher von einem auf der Lüfterantriebswelle
gelagerten Mantel bzw. Zargenring umgeben ist, sodass sich ein minimaler Radialspalt
zwischen den Lüfterblattspitzen
und dem Lüftermantel
ergibt. Eine am Kühler
befestigte Kühlerzarge
ist über
eine Gummimanschette mit dem Lüftermantel
verbunden, um Relativbewegungen zwischen Lüftermantel und Kühler auszugleichen.
Nachteilig bei der bekannten Kühlvorrichtung
ist die erhebliche Vergrößerung der
axialen Bautiefe und die Beeinträchtigung
der Lüfterströmung durch
die Manschette, was einen erhöhten
Druckabfall bzw. einen erhöhte
Lüfterleistung
zur Folge hat.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Kühlvorrichtung
der eingangs genannten Art die axiale Bautiefe zu verkürzen, die
Strömungsführung der
Luft zu verbessern und die Herstellkosten zu senken.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die zumindest eine Bewegungsausgleichseinrichtung bzw. das
zumindest eine Dichtelement direkt an dem zumindest einen Kühlmittelkühler angeordnet,
dort befestigt und/oder abgedichtet ist. Das andere Ende der zumindest
einen Bewegungsausgleichseinrichtung schließt an das kühlerseitige Ende der zumindest
einen Kühler-
bzw. Lüfterzarge an.
Damit wird der Spalt zwischen dem zumindest einen Kühlmittelkühler und
den motorfesten Teilen wie Zarge oder Zargenring direkt an den zumindest
einen Kühlmittelkühler verlagert,
und die zumindest eine Zarge muss nicht mehr geteilt, sondern kann
vielmehr einstückig
ausgebildet werden. Damit entfällt auch
ein zusätzliches
Bauteil (Teil der Zarge). Es ergeben sich somit als Vorteile, dass
die axiale Bautiefe verkürzt,
die Strömungsführung an
der zumindest einen Zarge verbessert, d. h. der Druckverlust vermindert
und auch die Herstellkosten verringert werden. Durch das Verschieben
des zumindest einen Bewegungsausgleichselementes an den Umfang des
zumindest einen Kühlers
entfällt
auch eine Befestigungsstelle (Zargenteil gegenüber Kühler), sodass axialer Bauraum
gewonnen wird. Die Zargentiefe (Lüfterhaubentiefe) kann somit
entweder vergrößert werden,
was eine bessere Kühlleistung
ergibt, oder der Bauraum kann reduziert werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So
kann das Bewegungsausgleichselement als Manschette aus einem Elastomer
ausgebildet sein, welche einerseits am Kühlmittelkühler und andererseits an der
Stirnseite der Zarge befestigt bzw. abgedichtet wird. Damit wird
der Spalt zwischen Kühler
und Zarge überbrückt. Vorteilhaft
ist auch eine Ausbildung des Bewegungsausgleichselementes als elastisch
verformbarer Streifen, der ebenfalls beiderseits befestigbar ist.
Durch die relativ glatte Ausbildung – gegenüber einer ziehharmonikaartigen
Manschette – ergeben sich
geringere Strömungsverluste.
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Möglich ist
auch, das Bewegungsausgleichselement nur an einer Seite, z. B. an
der Zarge zu befestigen; die andere Seite liegt mit einer elastischen Vorspannung
am Umfang des Kühlmittelkühlers an. Die
Dichtwirkung bleibt bei Auftreten von Relativbewegungen erhalten,
weil die Dichtfläche
den Bewegungen des Kühlmittelkühlers aufgrund
der elastischen Vorspannung folgen kann. Bei dieser Lösung entfällt die
zweite Befestigung, die durch eine gleitende Dichtung ersetzt wird.
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Der
Lüfter
kann vorteilhaft als Axiallüfter,
vorzugsweise als Mantellüfter
ausgebildet sein, der darüber
hinaus mit einer Einlaufdüse
ausgestattet ist. Durch die erfindungsgemäße Verschiebung des Bewegungsausgleichselements
an den Umfang des Kühlmittelkühlers kann
die gesamte Zarge einschließlich
Zargenring und Einlaufdüse
einstückig, insbesondere
als Kunststoffspritzteil hergestellt werden. Von Vorteil sind hierbei
die geringen Herstellkosten und die deutlich verbesserten Strömungsverhältnisse
infolge der glatten Wand der Zarge, die nicht durch einen Spalt
unterbrochen wird.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Anordnung
von Lüfter
und Zarge ergibt sich für
den Radialspalt zwischen Lüfteraußen- und
Zargenringinnendurchmesser sich ein äußerst geringes Maß. Vorzugsweise
ist das Maß für den Radialspalt
kleiner als 9 mm, vorzugsweise kleiner als 6 mm, wobei die Untergrenze
bevorzugt oberhalb von 3,5 mm liegt. Diese Spaltmaße im Bereich von
3,5 bis 9 mm gelten für Lüfteraußendurchmesser
im Bereich von 400 bis 900 mm, bevorzugt im Bereich von 500 bis
800 mm, wobei kein festes Verhältnis
von Radialspalt zu Lüfteraußendurchmesser
vorliegt. Als Vorteil des minimalen Radialspaltes ergibt sich eine
höhere
Lüfterleistung
und eine geringere Geräuschentwicklung.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
erfindungsgemäße Kühlvorrichtung
mit Mantellüfter
und Einlaufdüse,
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2 eine
Kühlvorrichtung
mit Axiallüfter und
Zargenring,
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3 eine
erste Ausführungsform
eines Bewegungsausgleichselementes,
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4 eine
zweite Ausführungsform
des Bewegungsausgleichselementes und
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5 eine
dritte Ausführungsform
des Bewegungsausgleichselementes.
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1 zeigt
eine teilweise dargestellte Kühlvorrichtung 1,
welche aus einem Kühlmittelkühler 2, einem
Mantellüfter 3 und
einer Zarge 4 besteht. Der Kühlmittelkühler ist an einen nicht dargestellten
Kühlmittelkreislauf
einer Brennkraftmaschine angeschlossen und wird einerseits vom Kühlmittel
und andererseits von Umgebungsluft in Richtung des Pfeiles L durchströmt. Der
Mantellüfter 3 weist
eine Axialbeschaufelung 3a und einen mit der Beschaufelung 3a verbundenen
Mantel 3b auf. Die Zarge 4 ist über ein Bewegungsausgleichselement 5 mit
dem Umfang des Kühlers 2 verbunden
und abgedichtet, sodass aus dem Kühlmittelkühler 2 austretende
Luft durch die Zarge 4 kanalisiert und dem Lüfter 3 zugeführt wird.
Die Zarge 4 weist einen Zargenring 4a, welcher den
rotierenden Lüftermantel 3b umgibt,
sowie eine Einlaufdüse 4b auf,
in welche der stirnseitige, überstehende
Teil des Mantels 3b hineinragt. Zur Funktion des Mantellüfters in
Verbindung mit einer Einlaufdüse
wird auf den eingangs genannten Stand der Technik verwiesen. Die
Zarge 4 einschließlich
Zargenring 4a und Einlaufdüse 4b ist einstückig als Kunststoffspitzteil
ausgebildet. Der Lüfter 3 ist – was nicht
dargestellt ist – gegenüber einem
nicht dargestellten Motorblock einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges
gelagert und wird von der Brennkraftmaschine angetrieben. Auch die
Zarge 4 mit Zargenring 4a und Einlaufdüse 4b ist – was ebenfalls nicht
dargestellt ist – motorfest
angeordnet, sodass sich zwischen dem Mantel 3b und dem
Zargenring 4a ein minimaler Radialspalt 6 ergibt.
Der Kühlmittelkühler 2 ist – wie aus
dem Stand der Technik bekannt – gegenüber dem
nicht dargestellten Fahrzeugrahmen (Karosserie) abgestützt. Damit
ergeben sich die bekannten Relativbewegungen zwischen Zarge 4 und Kühlmittelkühler 2,
welche durch das hier nur schematisch dargestellte Bewegungsausgleichselement 5 kompensiert
werden. Erfindungsgemäß ist das
Bewegungsausgleichselement 5 direkt am Kühler 2 und am
kühlerseitigen
Stirnende der Zarge 4 angeordnet. Ausführungsformen des Bewegungsausgleichselementes 5 sind
als Einzelheit X in den 3, 4, 5 dargestellt.
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2 zeigt
eine weitere Kühlvorrichtung 7 mit
einem Kühlmittelkühler 2 (wie
in 1), einer Zarge 8 mit Zargenring 8a und
einem Axiallüfter 9 (hier
ohne Mantel), welcher im Zargenring 8a unter Belassung
eines geringen Radialspaltes 10 umläuft. Auch hier sind der Axiallüfter 9 und
die Zarge 8 motorfest angeordnet, sodass ebenfalls Relativbewegungen
auftreten, welche über
das am Kühler 2 angeordnete
Ausgleichselement 5 (analog 1) kompensiert
werden.
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Nach
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
liegen die in 1 und 2 dargestellten
minimalen Radialspalte 6, 10 in einem Bereich
zwischen 3,5 und 9 mm, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 4
und 8,5 mm. Der Radialspalt ergibt sich aus der halben Differenz
zwischen Lüfteraußendurchmesser
und Zargenringinnendurchmesser. Mit anderen Worten ist der Radialspalt
das Maß,
um welches der Lüfter 3 oder 9 verschoben
wird, bevor er an der Zarge 4a oder 8a streift.
Die angegebenen Bereiche für
das Spaltmaß gelten
für Lüfterdurchmesser im
Bereich von 400 bis 900 mm, was die Anmelderin durch Messungen festgestellt
hat. Dabei besteht kein festes Verhältnis zwischen Radialspalt
und Lüfterdurchmesser,
vielmehr wurden für
einen größeren Durchmesserbereich
konstante Spaltmaße
gemessen. Es handelt sich somit um absolute Spaltmaße, die
nicht oder zumindest in einem größeren Bereich nicht
vom Lüfterdurchmesser
abhängig
sind.
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3 zeigt
eine erste Ausführungsform
des Bewegungsausgleichselementes 5 gemäß 1 und 2,
welches hier mit der Bezugszahl 11 versehen ist. Das Bewegungsausgleichselement 11 ist als
ziehharmonikaartige Manschette, vorzugsweise aus einem Elastomer
ausgebildet und weist zwei Stirnseiten 11a, 11b auf,
welche einerseits am Umfang 2b des Kühlmittelkühlers 2 und andererseits
an der Stirnseite 4a der Zarge 4 befestigt sind.
Die Art der Befestigung der Manschette 11 an der Zarge 4, 4a und
am Kühler 2 sind
nicht näher
dargestellt, sie entsprechen dem bekannten Stand der Technik. Zwischen
der Stirnseite 4a der Zarge 4 und der rückseitigen
Stirnfläche 2a des
Kühlers 2 befindet
sich ein Spalt 12, welcher in Verbindung mit der Manschette 11 die
auftretenden Relativbewegungen zwischen Zarge 4 und Kühler 2 zulässt.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Bewegungsausgleichselementes 5, welches als leicht gewölbter Dichtstreifen 13 mit
zwei stirnseitigen Befestigungsrändern 13a, 13b ausgebildet
ist. Der vorzugsweise aus einem Elastomer bestehende Streifen 13 ist
ebenfalls mit der Stirnseite 4a der Zarge 4 und
mit dem Umfang 2b des Kühlers 2 verbunden.
Der Spalt 12 zwischen Kühlmittelkühler 2 und Stirnseite 4a der
Zarge 4 ist damit überbrückt und
abgedichtet. Aufgrund der flexiblen Ausbildung des Streifenelementes 13 sind
Relativbewegungen möglich.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel
gemäß 3,
d. h. der Manschette 11 liegt hier ein glatter Übergang
zwischen Kühler 2 und
Zarge 4, d. h. ohne wesentliche Störung der an der Zarge anliegenden
Strömung
vor.
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5 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Bewegungsausgleichselement 5,
nämlich eine
vorgespannte, gleitende Dichtung 14, welche zargenseitig
einen Befestigungsrand 14a und kühlerseitig einen Dichtbereich 14b aufweist,
welcher unter Vorspannung am Umfang 2b des Kühlers 2 anliegt und
somit eine Abdichtung bewirkt. Der Befestigungsrand 14a ist
mit der Zarge 4 fest verbunden, sodass eine Einspannung
der elastischen Dichtung 14 gegeben ist. Daher liegt der
Dichtbereich 14b, der beispielsweise als Bürstendichtung
ausgebildet sein kann, ständig
am Umfang 2b des Kühlers 2 an.
Wenn Relativbewegungen zwischen Kühler 2 und Zarge 4 auftreten,
folgt der Dichtbereich 14b aufgrund seiner Vorspannung
dem Umfang 2b des Kühlers 2.
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Durch
die Bewegungsausgleichselemente 11, 13, 14 werden
also keine bzw. nur geringe Kräfte zwischen
Kühler 2 und
Zarge 4 übertragen;
vielmehr besteht die primäre
Funktion in der Abdichtung bei gleichzeitigem Bewegungsausgleich.
Dementsprechend sind Abweichungen von den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen
möglich,
soweit sie erfindungsgemäß am Kühlmittelkühler angeordnet
sind.