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Die Erfindung betrifft ein Kühlmodul für ein Fahrzeug.
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Zur Ableitung der in einem Fahrzeug entstehenden Wärme werden Kühlmodule eingesetzt, die zumindest einen Wärmetauscher aufweisen, der die Wärme auf einen den Wärmetauscher durchströmenden Luftstrom überträgt, der beispielsweise durch den Fahrtwind des fahrenden Fahrzeugs oder durch einen zusätzlichen rotierenden Lüfter erzeugt wird.
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Die Wärmetauscher sind entsprechend der geforderten Kühlleistung dimensioniert und weisen deshalb häufig bezogen auf den Strömungsquerschnitt kleinere Abmessungen als der rotierende Lüfter auf. Ein singulärer Wärmetauscher deckt, in Hauptströmungsrichtung gesehen also nicht die gesamte Lüfterfläche ab. Durch das Vorbeistreichen der Lüfterblätter an Kanten des Wärmetauschers kann es zu einer störenden Geräuschbildung kommen, die im allgemeinen Sprachgebrauch auch als Lüfterheulen bekannt ist. Durch die unterschiedlichen Strömungswiderstände im Kühlmodul können darüber hinaus Druckdifferenzen auftreten, die ebenfalls zu einer Geräuschbildung führen können oder die oben genannten Probleme zusätzlich verstärken.
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Eine Einengung des Lüftungskanals auf die Abmessungen des Wärmetauschers würde aber zu einer unerwünschten Druckerhöhung und somit einer höheren Strömungsgeschwindigkeit führen, die ebenfalls zu störenden Geräuschen führen kann. Zudem wäre bei einem solchen Kühlmodul ein nachträglicher Einbau weiterer Wärmetauscher nicht mehr möglich.
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Zur Lösung dieser Problematik sind aus dem Stand der Technik Kühlmodule bekannt, die innenseitig eine Schalldämmung aufweisen, die die störenden Geräusche zumindest teilweise absorbieren kann. Dadurch werden aber zum einen die Strömungseigenschaften innerhalb des Kühlmoduls negativ beeinflusst. Zum anderen ist durch diese Maßnahme keine vollständige Reduzierung der Geräusche möglich. Zudem weisen solche Kühlmodule aufgrund des Dämmmaterials größere Abmessungen auf.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kühlmodul für ein Fahrzeug mit zumindest einem rotierenden Lüfter bereitzustellen, das einen wesentlich reduzierten Geräuschpegel aufweist.
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Zur Lösung der Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Kühlmodul für ein Fahrzeug vorgesehen, mit zumindest einem rotierenden Lüfter, einem oder mehreren Wärmetauschern, wobei der einzelne Wärmetauscher den Lüfter nur teilweise abdeckt oder, bei mehreren Wärmetauschern, die mehreren Wärmetauscher gemeinsam in einer Ebene senkrecht zur Hauptströmungsrichtung den Lüfter nur teilweise abdecken,: Ferner umfasst das erfindungsgemäße Kühlmodul zumindest ein luftdurchlässiges Dämpfungselement, das gemeinsam mit dem Wärmetauscher oder den mehreren Wärmetauschern in der senkrecht zur Hauptströmungsrichtung stehenden Ebene angeordnet ist. Bei mehreren Wärmetauschern ist eine Ebene vorzugsweise unmittelbar vor dem Lüfter vorhanden, die durch zumindest einen Wärmetauscher verläuft, in der aber der eine oder die mehreren in der Ebene liegenden Wärmetauscher den Lüfter nicht komplett abdecken (in Hauptströmungsrichtung gesehen). In dieser Ebene liegt das Dämpfungselement. Ferner decken der/die Wärmetauscher gemeinsam mit dem Dämpfungselement in Hauptströmungsrichtung gesehen die gesamte Fläche des Lüfters ab, wobei dies nicht auf die in der zuvor erwähnten Ebene liegenden Wärmetauscher und Dämpfungselemente beschränkt ist, sondern auf alle Wärmetauscher und Dämpfungselemente bezogen ist.
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Auf diese Weise entsteht zwischen dem Lüfter und dem oder den angrenzenden Wärmetauschern jeweils zusammen mit dem Dämpfungselement ein weitgehend homogenes Druckfeld. Der Wärmetauscher wird gleichmäßiger durchströmt, wodurch die Entstehung von störenden Geräuschen reduziert wird. Zudem schließt das Dämpfungselement an die freien Kanten des Wärmetauschers an, so dass ein Vorbeiströmen der Luft an diesen Kanten und somit eine Geräuschbildung vermindert ist. Durch die Verwendung eines Dämpfungselements wird also die Entstehung störender Geräusche vermindert, so dass ein wesentlich leiserer Betrieb des Kühlmoduls ohne zusätzliche schallabsorbierende Maßnahmen möglich ist. Da keine schallisolierenden Maßnahmen erforderlich sind, ist darüber hinaus ein Kühlmodul mit wesentlich kleineren Abmessungen und geringerem Gewicht möglich. Zudem ist ein nachträglicher Einbau weiterer Wärmetauscher und entsprechender Dämpfungselemente, beispielsweise bei einem erhöhten Kühlbedarf, problemlos möglich, da keine Einschränkungen aufgrund eines verengten Luftführungskanals vorhanden sind.
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Vorzugsweise weist das Dämpfungselement den gleichen Strömungswiderstand wie der oder die Wärmetauscher auf, sodass über den gesamten Querschnitt des Lüftungskanals ein gleichmäßiger Strömungswiderstand hergestellt ist, wodurch ein homogenes Druckfeld bzw. gleiche Druckverhältnisse über den gesamten Querschnitt hergestellt werden können.
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Um die Entstehung von Geräuschen an den Kanten des Wärmetauscher zuverlässig zu verhindern, schließt das Dämpfungselement vorzugsweise auf der dem Lüfter zugewandten Seite bündig mit dem Wärmetauscher bzw. einem der in einer Ebene liegenden Wärmetauscher ab, so dass auf der dem Lüfter zugewandten Seite keine freien Kanten vorhanden sind bzw. an diesen ein Vorbeiströmen des Luftstroms verhindert ist.
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Alternativ hierzu könnten die negativen Wirkungen von großen Sprüngen über dem Querschnitt und den Kanten dadurch reduziert werden, dass Dämpfungselemente verwendet werden, die zu kleineren Querschnittssprüngen führen als ohne sie. Um die Entstehung eines inhomogenen Druckfelds vor oder hinter dem Wärmetauscher aufgrund der verschiedenen Strömungswiderstände der Dämpfungselemente und der Wärmetauscher zu verhindern, weist das Dämpfungselement vorzugsweise solche Durchströmungseigenschaften auf, dass unmittelbar stromabwärts der Einheit aus Wärmetauscher und Dämpfungselement keine Druckunterschiede über den Strömungsquerschnitt auftreten. Das Dämpfungselement vergleichmäßigt somit den Strömungsquerschnitt über die Strömungsquerschnittsfläche. Das heißt, der Strömungswiderstand bzw. die Durchströmungseigenschaften sind über den gesamten Querschnitt des Kühlmoduls im Wesentlichen gleich, so dass eine gleichmäßige Durchströmung ohne Druckunterschiede sichergestellt ist.
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Das Dämpfungselement kann an der dem Lüfter zugewandten Seite und/oder an der dem Lüfter abgewandten Seite bündig mit den freien Kanten des oder der benachbarten Wärmetauscher abschließen, so dass keine freien Kanten im Luftstrom vorhanden sind, an den störende Geräusche entstehen können.
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Um ein Vorbeiströmen des Luftstroms am Dämpfungselement bzw. dem Wärmetauscher zu verhindern, wodurch es zu einer Geräuschbildung kommen könnte, decken das Dämpfungselement und der oder die Wärmetauscher den gesamten Strömungsquerschnitt des Kühlmoduls ab.
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Es ist auch denkbar, dass ein Dämpfungselement nicht ausschließlich einem Wärmetauscher zugeordnet ist. Es ist lediglich erforderlich, dass die jeweilige Kombination aus Wärmetauscher und Dämpfungselement bzw. Dämpfungselementen den gesamten Lüfter abdecken und so ein gleichmäßiges Druckfeld im Kühlmodul erzeugt wird bzw. scharfe Kanten im Strömungsweg verhindert werden. Es ist also auch denkbar, dass zumindest zwei in Strömungsrichtung neben- oder hintereinander angeordnete Wärmetäuscher und/oder zumindest zwei in Strömungsrichtung neben- und/oder hintereinander angeordnete Dämpfungselemente vorgesehen sind, wobei sich insbesondere die Wärmetauscher und/oder die Dämpfungselemente in Strömungsrichtung überlappen und/oder in einer senkrecht zur Strömungsrichtung angeordneten Ebene nebeneinander angeordnet sind.
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Ein solches Dämpfungselement kann sowohl bei einem saugenden Lüfter, also wenn der Wärmetauscher vor dem Lüfter angeordnet ist, wie auch bei einem drückenden Lüfter, bei dem der Wärmetauscher hinter dem Lüfter angeordnet ist, verwendet werden. Der Wärmetauscher und das Dämpfungselement können also in Strömungsrichtung stromaufwärts oder stromabwärts des Lüfters angeordnet sein.
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Das Dämpfungselement kann beispielsweise eine perforierte Platte sein, wobei durch die Perforation eine Anpassung an die gewünschten Strömungswiderstände erfolgt.
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Es ist aber auch denkbar, dass das Dämpfungselement ein Gitter ist, insbesondere ein Textilgitter.
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Das Dämpfungselement kann aber auch ein nicht mit einer Wärmetauschfläche versehener, inaktiver Abschnitt eines Wärmetauschers sein.
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In diesem Fall ist eine besonders einfache Anpassung der Durchströmungseigenschaften des Dämpfungselements möglich.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kühlmodul, und
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2 einen Querschnitt durch das Kühlmodul aus 1.
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In 1 ist ein Kühlmodul 10 für ein Fahrzeug gezeigt. Das Fahrzeug kann sich in eine Fahrtrichtung F bewegen, so dass das Kühlmodul 10 durch den dabei entstehenden Fahrtwind in einer Hauptströmungsrichtung R von einem Luftstrom durchströmt werden kann.
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Das Kühlmodul hat hier drei Wärmetauscher 14, 16, 18, die vom Luftstrom durchströmt werden, wobei jeweils ein Wärmeaustausch von den Wärmetauschern hin zur durchströmenden Luft erfolgt. Um, beispielsweise beim Stillstand des Fahrzeugs, eine ausreichende Durchströmung der Wärmetauscher 14, 16, 18 sicherzustellen, ist ein rotierender Lüfter 12 vorgesehen, der hier in Strömungsrichtung R hinter den Wärmetauschern 14, 16, 18 angeordnet ist.
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Ein so angeordneter Lüfter 12 wird allgemein als saugender Lüfter bezeichnet, der durch einen Unterdruck Luft durch die Wärmetauscher 14, 16, 18 ansaugt. Es ist aber auch denkbar, dass der Lüfter 12 vor den Wärmetauscher 14, 16, 18 angeordnet ist und die Luft durch einen Überdruck durch die Wärmetauscher 14, 16, 18 drückt. Ein solcher Lüfter wird allgemein als drückender Lüfter bezeichnet.
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Das Lüftungsmodul definiert einen Strömungsweg, der die Höhe H und die Breite B (siehe auch 2) hat. Wie insbesondere in 2 zu sehen ist, erstrecken sich die Wärmetauscher 14, 16, 18 im Wesentlichen über die gesamte Breite B des Lüfters. Die Höhe H1, H2, H3, der Wärmetauscher 14, 16, 18 ist allerdings jeweils geringer als die Höhe H des Strömungsweges. Die Wärmetauscher 14, 16, 18 können deshalb den Lüfter jeweils nur teilweise abdecken. Die Wärmetauscher 16, 18 sind zwar in einer senkrecht zur Hauptströmungsrichtung R stehenden Ebene angeordnet, können aber auch gemeinsam den Lüfter 12 in Strömungsrichtung gesehen in Ebenen E1 und E2 senkrecht zur Hauptströmungsrichtung R, die durch Wärmetauscher 14 bzw. 16 und 18 verlaufen, nicht abdecken. Darüber hinaus haben die Wärmetauscher jeweils unterschiedliche Dicken D1, D2, D3, wodurch die Wärmetauscher 14, 16, 18 jeweils voneinander abweichende Durchströmungseigenschaften aufweisen und sich über den Strömungsquerschnitt unterschiedliche Strömungswiderstände ergeben.
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Aufgrund der geringeren Höhe H1, H2, H3 haben die Wärmetauscher 14, 16, 18 jeweils frei im Luftstrom stehende Kanten 20, 22, 24, an denen es durch den vorbeiströmenden Luftstrom zu einer Geräuschbildung kommen kann, die allgemein auch als Lüfterheulen bezeichnet wird. Aufgrund der unterschiedlichen Durchströmungseigenschaften der Wärmetauscher 14, 16, 18 kann es zudem über den Querschnitt des Strömungsweges zu Druckdifferenzen kommen, so dass vor und/oder hinter den Wärmetauschern ein inhomogenes Druckfeld entsteht, das zusätzlich zu einer Geräuschbildung führen kann, bzw. durch eine verstärkte Anströmung der Kanten 20, 22, 24 zu einer erhöhten Geräuschbildung an diesen führen kann.
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Um diese Geräuschbildung zu reduzieren bzw. zu vermeiden, sind im Strömungsweg zwei Dämpfungselemente 26, 28 vorgesehen, wobei das erste Dämpfungselement 26 dem ersten Wärmetauscher 14 zugeordnet ist und das zweite Dämpfungselement 28 dem zweiten und dritten Wärmetauscher 16, 18.
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Wie in 1 und insbesondere in 2 zu sehen ist, deckt das erste Dämpfungselement 26 den vom ersten Wärmetauscher 14 nicht abgedeckten Bereich des Lüfters 12 ab. Das zweite Dämpfungselement 28 deckt den vom zweiten und dritten Wärmetauscher 16, 18 nicht abgedeckten Bereich ab.
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Das erste Dämpfungselement 26 und das zweite Dämpfungselement 28 vergleichmäßigen den Strömungsquerschnitt des gesamten aus Wärmetauschern und Dämpfungselementen bestehende Paket über den Strömungsquerschnitt.
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Das Kühlmodul 10 weist somit über den Querschnitt des Strömungsweges einen gleichbleibenden Strömungswiderstand auf, wodurch eine gleichmäßige Durchströmung des Kühlmoduls 10 und somit der Wärmetauscher 14, 16, 18 sichergestellt ist. Vor bzw. hinter den Wärmetauscher 14, 16, 18 entstehen so keine inhomogenen Druckfelder, wodurch die Geräuschbildung im Kühlmodul 10 deutlich reduziert ist.
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Wie in 1 zu sehen ist, schließt das erste Dämpfungselement 26 zudem auf der dem Lüfter 12 zugewandten Seite bündig mit dem ersten Wärmetauscher 14 ab, so dass die Kante 20 gewissermaßen verschwindet. Eine Anströmung dieser Kante 20 ist somit ausgeschlossen, so dass eine Geräuschbildung an dieser Kante 20 verhindert ist. Alternativ hierzu kann der Querschnittsversatz zwischen den Wärmetauschern 14, 18 zumindest reduziert werden, indem der singuläre Querschnittssprung durch zwei oder mehr kleinere Querschnittssprünge ersetzt wird. Hierzu wird z. B. ein Dämpfungselement 26' verwendet, das nicht die restliche, nicht vom Wärmetauscher 14 abgedeckte Lüfterfläche abdeckt, sondern nur einen Teil hiervon. Es ergeben sich zwei geringe Querschnittssprünge an Kanten 20, 50, die das Lüftergeräusch reduzieren.
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Auf der dem Lüfter abgewandten Seite wird die Anströmung der Kanten 22, 24 der Wärmetauscher 16, 18 zudem durch das Verhindern von Druckschwankungen im Strömungsweg deutlich reduziert, so dass auch an diesen Kanten 22, 24 die Geräuschbildung reduziert bzw. verhindert ist.
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Die Dämpfungselemente 26, 28 haben also allgemein zwei Funktionen: Zum einen bewirken diese eine gleichmäßige Druckverteilung im Külhlmodul 10 zwischen Lüfter 12 und angrenzendem Wärmetauscher 14 samt Dämpfungselement 26, so dass Druckschwankungen, die zu eine Geräuschbildung führen können, verhindert werden. Zum anderen decken diese freie Kanten 20, 22, 24 im Strömungsweg ab, wodurch an diesen eine Geräuschbildung verhindert ist. Dies gilt insbesondere für die zum Lüfter 12 weisende Stirnseite 40 des in Strömungsrichtung letzten Wärmetauschers 14. Das Dämpfungselement 26 schließt bündig an diese Stirnseite 40 an und ergänzt diese.
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Obwohl hier nicht dargestellt, ist es auch denkbar, dass die Dämpfungselemente 26, 28 auf der dem Lüfter 12 abgewandten Seite bündig mit dem jeweiligen Wärmetauscher 14, 16, 18 abschließen, so dass vom Lüfter 12 abgewandte Kanten 22, 24 ebenfalls abgedeckt sind. Vorzugsweise schließt das Dämpfungselement 26, 28 sowohl auf der dem Lüfter 12 zugewandten Seite wie auch auf der dem Lüfter 12 abgewandten Seite bündig mit einem Wärmetauscher 14, 16, 18 ab, so dass alle freien Kanten 20, 22, 24 abgedeckt sind. Das Dämpfungselement 26, 28 weist in diesem Fall vorzugsweise die gleichen Durchströmungseigenschaften auf, wie der Wärmetauscher 14, 16, 18, so dass dieses bei gleicher Dicke den gleichen Strömungswiderstand aufweist wie dieser.
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Das Dämpfungselement 26, 28 kann beispielsweise durch eine dünne perforierte Platte gebildet sein, deren Löcher und Aussparungen auf den jeweils gewünschten Strömungswiderstand bzw. auf die gewünschten Durchströmungseigenschaften dimensioniert sind.
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Das Dämpfungselement 26, 28 kann aber auch ein Gitter sein oder ein nicht mit einer Wärmeaustauschfläche versehener, inaktiver Abschnitt eines Wärmetauschers.
