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Die Erfindung betrifft einen Lüfter eines Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Hauptlüfter einer Verbrennungsmaschine, mit einem einen Außenring umfassenden Lüfterrad.
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Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor weisen im Betrieb eine beachtliche Wärmeentwicklung auf. Zum Halten der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors wird üblicherweise ein Kühlmittel eingesetzt, welches wiederum gekühlt werden muss. Dies geschieht mittels Kühlluft, welche über Kühlrippen streicht, die im Wärmeaustausch zu dem Kühlmittel stehen. Da Insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs der als Kühlluft dienende Fahrtwind zur Kühlung normalerweise nicht ausreicht, ist es z. B. aus der
DE 10 2004 034 733 A1 bekannt, an dem die Kühlrippen umfassenden Kühler einen Lüfter mit einer Kühlerzarge zu befestigen, der einen zusätzlichen Luftstrom erzeugt.
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Üblicherweise weist der Zargenkörper eine im Wesentlichen runde Aussparung auf, innerhalb der sich ein Lüfterrad des Lüfters befindet. Die Ebene, in der sich das Lüfterrad befindet, ist dabei im Wesentlichen parallel zu dem Kühler. Ein mit dem Lüfterrad verbundener elektrischer Motor ist herkömmlicherweise stirnseitig mittels Schrauben an einer starren Halterung fixiert, wobei die Halterung mittels beispielsweise radial, tangential oder kurvenförmig verlaufender Streben im Zentrum der Aussparung gehalten wird. Die Streben wiederum sind fest mit dem Zargenkörper verbunden.
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In der
DE 10 2004 0005 028 A1 wird eine alternative Befestigung beschreiben, bei der der Motor stirnseitig mit der Halterung verclipst wird. In der
DE 10 2005 008 794 A1 wird hingegen ein Elektromotor vorgeschlagen, dessen Gehäuseteile teilweise durch die Zarge selbst gebildet werden.
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Die
DE 10 2007 031 462 A1 offenbart ein Lüfterrad, dessen Lüfterflügel an der radialen Außenseite von einem Außenring umgeben sind, welcher wiederum zur Ausnutzung eines verbesserten Luftstroms innerhalb einer Nut der Zarge verläuft. Der Abstand zwischen dem Lüfterrad und der Zarge muss aufgrund von Fertigungstoleranzen vergleichsweise groß gewählt werden, damit ein ordnungsgemäßer Betrieb sichergestellt ist. Andere Konstruktionen sehen vor, den Luftspalt zwischen dem Lüfterrad und dem Zargenkörper mittels Bürstendichtungen abzudichten, was zu einem hohen Verschleiß führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeigneten Lüfter sowie ein zugehöriges Lüfterrad anzugeben.
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Die den Lüfter betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der hierauf bezogenen Unteransprüche. Die ein Lüfterrad betreffende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 6.
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Der Lüfter, welcher insbesondere als Hauptlüfter einer Verbrennungsmaschine ausgeführt ist, umfasst ein Lüfterrad, welches vorzugsweise mittels eines herkömmlichen Elektromotors in eine Rotationsbewegung versetzt wird. Ebenso wäre jedoch auch denkbar, dass die Verbrennungsmaschine, welche direkt oder indirekt dem Vortrieb des Kraftfahrzeugs dient, das Lüfterrad selbst antreibt, z. B. über einen Riemen oder ein Getriebe. Das Lüfterrad umfasst eine Anzahl von Lüfterflügeln, mittels derer bei einer Rotationsbewegung des Lüfterrads ein Luftstrom erzeugt wird. Umfangsseitig sind die Lüfterflügel mittels eines Außenrings verbunden, wobei der Außenring einen L-förmigen Ringquerschnitt aufweist.
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Der Ringquerschnitt wird im Wesentlichen aus einem radialen Schenkel und einem axialen Schenkel gebildet, an welchem die Lüfterflügel angebunden sind. Der axiale Schenkel verlauft insbesondere parallel zu der Rotationsachse des Lüfterrads und umgibt hohlzylindrisch die Lüfterflkügel. Der radiale Schenkel verläuft im Wesentlichen rechtwinklig zu dem axialen Schenkel und insbesondere in einer zur Rotationsachse radialen Richtung. Geeigneterweise ist der radiale Schenkel auf einer Seite mit dem axialen Schenkel verbunden. Freiendseitig, also auf der dem axialen Schenkel gegenüberliegenden Seite des radialen Schenkels, wobei das Freiende des radialen Schenkels vorzugsweise weiter von der Rotationsachse entfernt liegt als das dem axialen Schenkel nahe liegende Ende, weist der radiale Schenkel eine Querschnittsvergrößerung auf. Die Querschnittsvergrößerung führt zu einer vergrößerten Stabilität des radialen Schenkels, so dass bei einer Rotationsbewegung des Lüfterrads der radiale Schenkel vergleichsweise geringe Vibrationen aufweist. Erkanntermaßen werden hierdurch störende Geräusche und Unwuchten vermieden. Ferner führt die vergrößerte Stabilität des radialen Schenkels zu einer geringeren Verformung desselben in Richtung der Rotationsachse während des Betriebes des Lüfters.
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Vorteilhafterweise ist die dem axialen Schenkel abgewandte Seite des radialen Schenkels plan und folglich die Querschnittsvergrößerung derart, dass die dem axialen Schenkel zugewandte Seite des radialen Schenkels freiendseitig eine Ausbeulung aufweist. Beispielsweise ist die Querschnittsvergrößerung wulst-, reckteck- oder dreieckförmig. Geeigneterweise ist die Querschnittsvergrößerung an den radialen Schenkel angeformt und Insbesondere einstückig mit diesem. Insbesondere wird das Lüfterrad einstückig aus einem Kunststoff hergestellt. Die Querschnittsvergrößerung stellt somit eine Abkröpfung am Freiende des radialen Schenkels dar.
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Geeigneterweise ist die Querschnittsvergrößerung im Wesentlichen umfangsseitig umlaufend. In anderen Worten ist bei jedem beliebigen Querschnitt entlang der Rotationsachse des Lüfterrads durch den Außenring die Querschnittsvergrößerung des radialen Schenkels vorhanden. Insbesondere ist hierbei die Querschnittsvergrößerung konstant. Denkbar wäre jedoch ebenfalls, dass die Querschnittsvergrößerung nicht umlaufend, sondern vielmehr unterbrochen nach Art von Zähnen oder Zacken ausgebildet ist. Folglich weist der radiale Schenkel die Querschnittsvergrößerung nur bei bestimmten Querschnitten entlang der Rotationsachse auf. Hierbei können die Zacken unregelmäßig umfangsseitig entlang des Umfangs des Außenrings angeordnet sein. Die Abstände der Zacken variieren somit. Ebenso ist aber auch ein konstanter Abstand zwischen den Zacken möglich.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung geht der radiale Schenkel in den axialen Schenkel über. In dem Bereich des Übergangs umfasst der Außenring eine Querschnittsverringerung, welche beispielsweise die Form einer Sicke aufweist. Insbesondere falls der Außenring einstückig und vergleichsweise heiß hergestellt wird, zum Beispiel in einem Spritzgußverfahren, neigt der Außenring bei einer Abkühlung zu einer ungewollten Verformung, welche auch als Verzug bezeichnet wird. Bei einem Außenring mit einem L-förmigen Querschnitt ohne Querschnittsverringerung werden die beiden Schenkel aufeinander zu gebogen, was zu einer ungewollten Verringerung des Winkels zwischen den beiden Schenkeln führt. Die Querschnittsverringerung dient dazu, den Verzug dahingehend positiv zu beeinflussen, dass dieser nicht oder zumindest vergleichsweise gering bei einer vorwiegend gleichmäßigen Abkühlung stattfindet. Somit bleiben beim Abkühlen der Winkel zwischen den beiden Schenkeln und die Form des Außenrings im Wesentlichen konstant. Das Einbringen der Querschnittsverringerung an dem Außenring in dem Bereich des Übergangs zwischen dem radialen Schenkels und dem axialen Schenkel kann auch unabhängig von der freiendseitigen Querschnittsvergrößerung des radialen Schenkels erfolgen und wird als eigenständige Erfindung betrachtet.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der radiale Schenkel, insbesondere die dem axialen Schenkel zugewandte Seite des radialen Schenkels, die Querschnittsverringerung auf. Die Querschnittsverringerung ist Geeigneterweise umlaufend nach Art einer Sicke in den radialen Schenkel eingebracht. Zwischen der Querschnittsverringerung und der Querschnittsvergrößerung des radialen Schenkels befindet sich ein Bereich, der einen Normalquerschnitt aufweist. Somit weist der radiale Schenkel mindestens drei Bereiche mit unterschiedlichen Querschnitten auf, wobei die Querschnitte von dessen Freiende zu dem dem axialen Schenkel am nächsten liegenden Bereich hin abnehmen. Hierbei ist insbesondere die dem axialen Schenkel abgewandte Seite des radialen Schenkels plan.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Lüfter eine Zarge mit einem Zargenkörper und einem Zargenring auf. Unter Zargenring wird hierbei eine Vertiefung innerhalb des Zargenkörpers verstanden, wobei die Vertiefung ringförmig um eine Aussparung innerhalb des Zargenkörpers herum verläuft. Innerhalb des Zargenrings liegt der radiale Schenkel zumindest teilweise ein, und ist vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Zargenkörpers um den Zargenring herum. Entlang eines mittels des Lüfters erzeugten Luftstroms befindet sich hierbei der radiale Schenkel im Wesentlichen vor dem axialen Schenkel. Insbesondere wird mittels der Querschnittsvergrößerung des radialen Schenkels ein sich zwischen der Zarge und dem Lüfterrad ergebender Luftspalt teilweise ausgefüllt. Aufgrund der vergrößerten Stabilität des radialen Schenkels und somit einer verringerten Verformung während des Betriebs des Lüfters können vergleichsweise geringe Abstände zwischen der Zarge und dem Lüfterrad gewählt werden, was zu einem vergleichsweise kleinen Luftspalt führt. Auf diese Weise wird der Luftstrom durch den Außenring hindurch geleitet und es entstehen vergleichsweise geringe Verluste des Luftstroms zwischen dem Außenring und der Zarge in Form sogenannter Leckluft. Somit wird mittels des Lüfters ein vergleichsweise effektiver Luftstrom bereitgestellt.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläuter. Darin zeigen:
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1 perspektivisch ein Lüfterrad mit einem Außenring,
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2 perspektivisch, ausschnittsweise eine alternative Ausführungsform des L-förmigen Außenrings,
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3 in Schnittdarstellung das Lüfterrad innerhalb einer Zarge, und
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4 einen Ausschnitt IV aus 3 in größerem Maßstab mit dem teilweise in einem Zargenring einliegenden Außenring.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist perspektivisch ein Lüfterrad 2 dargestellt, welches einstückig aus einem Kunststoff, insbesondere Polyamid, hergestellt ist. Das Lüfterrad 2 wird während dessen Herstellung vergleichsweise stark erwärmt. Beispielsweise wird das Lüfterrad 2 gepresst, gegossen oder in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Um eine zentrale Nabe 4 herum ist eine Anzahl von Lüfterflügeln 6 angeordnet. An der Nabe 4 kann ein Elektromotor 8 (3) angebunden werden, der dann mit dem Lüfterrad 2 in Wirkverbindung steht. Die Lüfterflügel 6 sind jeweils derart beschaffen, dass bei einer Rotationsbewegung des Lüfterrads 2 um die Nabe 4 herum entlang einer Rotationsachse x mittels des Elektromotors 8 ein Luftstrom entlang der Rotationsachse x erzeugt wird. Die Lüfterflügel 6 sind von einem Außenring 10 umgeben, welcher unter anderem der Stabilisation der Lüfterflügel 6 während der Rotationsbewegung dient. Mittels des Außenrings 10 wird der Luftstrom geleitet, und die aerodynamischen Eigenschaften des Lüfterrads 2 werden verbessert.
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Der Außenring 10 weist einen L-förmigen Querschnitt mit einem radialen Schenkel 12 und einem axialen Schenkel 14 auf. Der axiale Schenkel 12 ist parallel zu der Rotationsachse x und steht in Verbindung mit den Lüfterflügeln 6. Der radiale Schenkel 14 ist rechtwinklig zu dem axialen Schenkel 12 angeordnet und erstreckt sich von der im Zentrum des Lüfterrads 2 liegenden Nabe 4 in einer radialer Richtung y nach außen hin weg. Hierbei ist die Entfernung des radialen Schenkels 14 im Wesentlichen größer als die des axialen Schenkels 12 von der Nabe 4. Freiendseitig weist der radiale Schenkel eine Querschnittsvergrößerung 16 in Form einer Abkröpfung auf. Die Querschnittsvergrößerung 16 ist vollständig umlaufend ausgeführt. In anderen Worten ergäbe die Querschnittsvergrößerung 16 einen geschlossenen Ring, falls diese von dem radialen Schenkel 14 gelöst würde. Mittels der Querschnittsvergrößerung 16 wird der äußere Rand des axialen Schenkels 12 stabilisiert, so dass bei der Rotationsbewegung des Lüfterrads 2 keine oder nur vergleichsweise schwache Vibrationen des radialen Schenkels 14 entstehen. Ferner wird während der Rotationsbewegung des Lüfterrads 2 der radiale Schenkel 14 vergleichsweise gering in Richtung der Rotationsachse x verbogen. Im Bereich eines Übergangs 18 zwischen dem radialen Schenkel 14 und dem axialen Schenkel 12 weist der Außenring 10 eine Querschnittsverringerung 20 in Form einer Sicke auf. Bei einem Abkühlen des Lüfterrades 2 neigt dieses dazu, sich zu verformen. Mittels der Querschnittsverringerung 20 wird dieser Verformung entgegengewirkt, so dass der Winkel zwischen dem axialen Schenkel 12 und dem radialen Schenkel 14 während des Abkühlens konstant bleibt und daher nach dem Abkühlen dem Winkel bei der Herstellung des Lüfterrads 2 entspricht. Zwischen der Querschnittsverringerung 20 und der Querschnittsvergrößerung 16 befindet sich ein Abschnitt des radialen Schenkels 14, der einen Normalquerschnitt 22 aufweist.
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2 zeigt ausschnittsweise perspektivisch eine alternative Ausführungsform des Außenrings 10, wobei der Außenrings 10 entlang einer Ebene entlang der Rotationsachse x geschnitten ist. Die Querschnittsverringerung 20 weist ihrerseits einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt auf und ist vollständig in den radialen Schenkel 14 eingebracht. Dahingegen ist der Querschnitt des axialen Schenkels 12 im Wesentlichen konstant. Im Bereich des Übergangs 18 zwischen dem radialen Schenkel 14 und dem axialen Schenkel 12 ist die äußere Kante abgerundet.
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Direkt an die Querschnittsverringerung 20 angrenzend erstreckt sich der Bereich des radialen Schenkels 14, der den Normalquerschnitt 22 aufweist. Dieser ist im Wesentlichen gleich dem Querschnitt des axialen Schenkels 12. Im Vergleich zu der in 1 dargestellten Querschnittsvergrößerung 16 ist die in 2 gezeigte Querschnittsvergrößerung 16 nicht umlaufend. Die Querschnittsvergrößerung 16 befindet sich vielmehr an bestimmten Bereichen des radialen Schenkels 14 entlang des Umfangs des Außenrings 10. Auf diese Weise bildet die Querschnittsvergrößerung 16 eine Anzahl von Zähnen 24 aus, deren jeweiliger Abstand zueinander, wie hier gezeigt, variieren oder auch konstant sein kann. Ebenfalls ist eine Variation der Länge der Zähne 24 entlang des Umfangs, oder in radialer Richtung möglich. Auf diese Weise können beispielsweise Unwuchten des Lüfterrads 2 behoben oder gezielt herbei geführt werden.
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Sowohl die Querschnittsverringerung 20 als auch die Querschnittsvergrößerung 16 befinden sich auf der dem axialen Schenkel 12 zugewandten Seite des radialen Schenkels 14. Auf diese Weise ergibt sich eine plane Oberfläche, auf der Seite des radialen Schenkels 14, die dem axialen Schenkel 12 abgewandt ist.
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3 zeigt in Schnittdarstellung ausschnittsweise das Lüfterrad 2, entlang der in 2 erläuterten Schnittebene. 4 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus 3. Beispielsweise ist hier die Querschnittsvergrößerung 16 – vergleichbar mit der in 1 dargestellten Querschnittsvergrößerung 16 – vollständig umlaufend. Ebenfalls gezeigt ist ein Zargenring 26 einer Zarge 28 mit einem Zargenkörper 30. Der Zargenring 26 bezeichnet hierbei eine Vertiefung innerhalb des Zargenkörpers 30, der ringförmig um eine Aussparung 32 innerhalb des Zargenkörpers 30 herum verläuft, wobei die Lüfterflügel 6 sich innerhalb der Aussparung 32 befinden. Der radiale Schenkel 14 liegt teilweise innerhalb des Zargenrings 26 ein, wobei die plane Seite des radialen Schenkels 14 im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Zargenkörpers 30 ist und in einer Ebene liegt, die sich in der radialen Richtung y erstreckt, wobei die Rotationsachse x senkrecht auf dieser Ebene steht. Der mittels des Lüfterrads 2 erzeugt Luftstrom wird mittels der Zarge 28 durch die Aussparung 32 hindurch gelenkt, wobei sich der radiale Schenkel 14 entlang des Luftstroms vor dem axialen Schenkel 12 befindet. Wegen der aufgrund der Querschnittsvergrößerung 16 vergleichsweise großen Stabilität des radialen Schenkels 14 kann ein vergleichsweise geringer Abstand zwischen der Zarge 28 und dem Lüfterrad 2 gewählt werden, ohne dass bei einer Rotationsbewegung des Lüfterrads 2 dieses an der Zarge 28 schleift. Auf diese Weise wird der Luftstrom vergleichsweise effektiv durch die Zarge 28 hindurch gelenkt und es entstehen vergleichsweise wenig Verluste in Form von sogenannter Leckluft im Randbereich des Lüfterrads 2.
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In nicht näher dargestellter Art und Weise sind sowohl die Zarge 28 sowie der Elektromotor 8 als auch das Lüfterrad 2 Bestandteil eines Lüfters 34 eines Kraftfahrzeugs mit einer Verbrennungsmaschine, die direkt, beispielsweise über ein Getriebe oder indirekt, nach Art eines sogenannten Hybridantriebs, das Kraftfahrzeug antriebt. Mittels des Lüfters 34 wird die Verbrennungsmaschine direkt oder indirekt gekühlt. Die indirekte Kühlung erfolgt, indem die Verbrennungsmaschine mittels einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird, die zur Abkühlung ihrerseits mit einem herkömmlichen Kühler in einem Wärmeaustausch steht. An dem Kühler ist der Lüfter 34 und im speziellen die Zarge 28 angebracht. Der mittels des Lüfters 34 erzeugte Luftstrom strömt durch den Kühler hindurch und kühlt diesen somit.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Lüfterrad
- 4
- Nabe
- 6
- Lüfterflügel
- 8
- Elektromotor
- 10
- Außenring
- 12
- axialer Schenkel
- 14
- radialer Schenkel
- 16
- Querschnittsvergrößerung
- 18
- Übergang
- 20
- Querschnittsverringerung
- 22
- Normalquerschnitt
- 24
- Zahn
- 26
- Zargenring
- 28
- Zarge
- 30
- Zargenkörper
- 32
- Aussparung
- 34
- Lüfter
- x
- Rotationsachse
- y
- radiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004034733 A1 [0002]
- DE 1020040005028 A1 [0004]
- DE 102005008794 A1 [0004]
- DE 102007031462 A1 [0005]
