DE102011122534A1

DE102011122534A1 - Kühlerzarge und Kühlerverbund

Info

Publication number: DE102011122534A1
Application number: DE102011122534A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Latzel
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-06-27
Also published as: DE202011110551U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einerseits eine Kühlerzarge (4) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kühlernetz (6) und mit einem in Fahrtwindrichtung (2) dahinter angeordneten Lüfter (16), welcher ein Lüfterrad (14) und einen Elektromotor (20) umfasst, und welcher dem Saugen von Luft durch das Kühlernetz (6) dient. Der Elektromotor (20) weist Mittel (24, 28, 30) auf zum, insbesondere zwangsweise, Führen eines Luftstroms (42) im Wesentlichen in Fahrtwindrichtung (2) durch den Elektromotor (20) hindurch. Andererseits betrifft die Erfindung einen Kühlerverbund (44) eines Kraftfahrzeugs, mit einem zwischen einem Kondensatornetz (46) eines Verflüssigers und einem Kühlernetz (6) eines Kühlers angeordneten Lüfterrad (14) eines elektromotorischen Lüfters (16), wobei das Lüfterrad (14) insbesondere parallel zu einem der Netze (6, 46) ist.

Description

Die Erfindung betrifft sowohl einen Kühlerverbund eines Kraftfahrzeugs als auch eine Kühlerzarge eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kühlernetz und mit einem in Fahrtwindrichtung dahinter angeordneten, ein Lüfterrad und einen Elektromotor aufweisenden Lüfter zum Saugen von Luft durch das Kühlernetz.
Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor weisen während des Betriebs eine beträchtliche Wärmeentwicklung auf. Zum Halten der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors und auch für den Betrieb einer Klimaanlage wird üblicherweise ein flüssiges Kühlmittel eingesetzt, welches wiederrum gekühlt werden muss. Dies erfolgt üblicherweise mittels Fahrtwind, welche durch ein Kühlernetz streicht, das im Wärmeaustausch zu dem Kühlmittel steht. Beispielsweise wird das Kühlmittel in Rohre geleitet, die in das Kühlernetz eingearbeitet sind. Da insbesondere bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten der Fahrtwind zur Kühlung normalerweise nicht ausreicht, ist es beispielsweise aus der EP 1 621 773 A1 bekannt, einen elektrischen Lüfter zu verwenden, mittels dessen der Fahrtwind verstärkt wird.
Hierbei wird der Lüfter in Fahrtrichtung hinter dem Kühlernetz angeordnet. Mit Hilfe eines Lüfterrads des Lüfters wird die Luft durch das Kühlernetz hindurch gesaugt und auf den Verbrennungsmotor geleitet. Falls zusätzlich zum Kühlernetz noch ein Kondensatornetz eines Verflüssigers einer Klimaanlage vorhanden ist, so wird üblicherweise das Kondensatornetz in Fahrtwindrichtung vor dem Kühlernetz angeordnet.
Der Elektromotor des Lüfters wird mittels einer Elektronik betrieben. Diese befindet sich auf der dem Verbrennungsmotor zugewandten Seite des Elektromotors und wird mittels eines zweiten Luftstroms gekühlt. Dieser Luftstrom wird ebenfalls von dem Elektromotor erzeugt, wobei Luft von der dem Verbrennungsmotor zugewandten Seite des Elektromotors angesaugt und durch den Elektromotor hindurch geleitet wird. Der Luftstrom tritt auf der dem Kühler zugewandten Seite des Elektromotors aus und vermischt sich mit dem Fahrtwind.
Nachteilig hierbei ist, dass sich sowohl im Bereich des Eintritts als auch des Austritts des Luftstroms in bzw. aus dem Elektromotor Turbulenzen bilden können. Diese Turbulenzen führen zu einer ungewollten Geräuschentwicklung. Ferner wird der üblicherweise auf den Verbrennungsmotor gerichtete Fahrtwind von dem Luftstrom beeinflusst und verwirbelt, so dass eine Kühlung des Verbrennungsmotors von außen mittels des Fahrtwinds erschwert ist. Darüber hinaus wird die Elektronik des Elektromotors von dem Verbrennungsmotor vergleichsweise stark erhitzt, was zu Fehlfunktionen führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlerzarge und einen Kühlerverbund eines Kraftfahrzeugs anzugeben, bei dem Turbulenzen in einem Fahrtwind reduziert sind, wobei geeigneterweise eine Kühlleistung der Kühlerzarge bzw. des Kühlerverbund erhöht ist.
Erfindungsgemäß wird die die Kühlerzarge betreffende Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und die den Kühlerverbund betreffende Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Die Kühlerzage weist sowohl einen elektromotorischen Lüfter mit einem Lüfterrad, welches von einem Elektromotor betrieben wird, als auch ein Kühlernetz auf. Das Kühlernetz ist insbesondere Bestandteil eines Kühlers, welcher dem Kühlen einer Verbrennungsmaschine eines Kraftfahrzeugs dient. Denkbar wäre jedoch auch, dass das Kühlernetz Bestandteil einer Klimaanlage ist und zur Kondensation einer abzukühlenden Luft dient. Das Kühlernetz weist insbesondere eine Anzahl von Rohren auf, durch die ein flüssiges Kühlmittel, beispielsweise mittels einer Pumpe, geleitet wird. Die Rohre selbst sind geeignterweise mittels netzartigen Lamellen thermisch verbunden. Die Lamellen dienen hierbei einer Vergrößerung einer Wärmeaustauschfläche mit einem Fahrtwind, der durch das Kühlernetz mittels des Lüfters gesaugt wird. Hierfür ist der Lüfter in Fahrtwindrichtung hinter dem Kühlernetz angebracht. Mit anderen Worten wird der Fahrtwind zunächst durch das Kühlernetz hindurch gesaugt, bevor der durch das Kühlernetz erwärmte Fahrtwind auf das Lüfterrad des Lüfters trifft. Im Folgenden wird unter Fahrtwindrichtung insbesondere eine Richtung bezeichnet, die parallel zu einer Hauptfortbewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs und dieser entgegen gerichtet ist. Beispielsweise verläuft die Fahrtwindrichtung von der Kraftfahrzeugsfront zu dem Fahrzeugheck, falls das Kraftfahrzeug vornehmlich für eine Bewegung in Vorwärtsrichtung vorgesehen ist. Die Fahrtwindrichtung ist hierbei insbesondere konstant und auch bei einer etwaigen Kurven- oder Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeugs von dessen Front zum Heck gerichtet.
Der Elektromotor des Lüfters wird mittels eines Luftstroms gekühlt, welcher insbesondere dem Fahrtwind entnommen ist. Hierfür weist der Elektromotor Mittel auf, welche das Führen des Luftstroms durch den Elektromotor hindurch ermöglichen, wobei der Luftstrom im Wesentlichen parallel zum Fahrtwind ist. Beispielsweise weist der Elektromotor auf Seite des Kühlernetzes Öffnungen auf, insbesondere Schlitze, durch welche der Fahrtwind eintreten kann und der somit den Luftstrom bereitstellt. Zweckmäßigerweise sind auf der dem Kühlernetz abgewandten Seite des Elektromotors korrespondierende Öffnungen eingebracht, durch welche der Luftstrom erneut austreten und sich mit dem Fahrtwind vermischen kann. Aufgrund der Parallelität des Luftstroms und des Fahrtwinds ist eine Turbulenzenbildung im Bereich der Eintritts- bzw. Austrittsöffnung reduziert. Somit ist eine Materialbelastung und eine Geräuschentwicklung des Lüfters vorteilhaft reduziert, wobei dennoch eine Kühlleistung der Kühlerzage gegeben ist. Bevorzug sind die Mittel derart ausgestaltet, dass der Luftstrom zwangsweise durch den Elektromotor geführt wird. Beispielsweise sind an dem Lüfterrad zusätzliche Lüfterschaufeln angebracht, welche den Luftstrom bereitstellen oder der Elektromotor weist ein zweites Lüfterrad für diesen Zweck auf.
Beispielsweise umfasst der Elektromotor eine Ansteuer- und/oder Leistungselektronik. Mittels der Elektronik, welche beispielsweise eine Anzahl von Halbleiterschaltern umfasst, wird eine Drehzahl des Elektromotors gesteuert. Während des Betriebs des Elektromotors wird die Ansteuer- und/oder Leistungselektronik aufgrund von Schaltvorgängen und innerhalb der Elektronik vorhandenen elektrischen Widerständen erhitzt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Ansteuer- und/oder Leistungselektronik des Elektromotors fahrtwindseitig angeordnet. Mit anderen Worten befindet sich die Ansteuer- und/oder Leistungselektronik auf der dem Kühlernetz zugewandten Seite des Elektromotors und wird im Wesentlichen als erste Komponente des Elektromotors von dem Luftstrom gekühlt. Auf diese Weise ist es ermöglicht, die vergleichsweise sensible Elektronik mit dem Luftstrom zu kühlen, solange dieser noch nicht durch weitere Komponenten des Elektromotors, wie zum Beispiel Spulen des Rotors oder Stators, erwärmt wurde.
Aufgrund der Anordnung hinter dem Kühlernetz ist ferner eine Beschädigung der Ansteuer- und/oder Leistungselektronik aufgrund von in dem Fahrtwind enthaltenen Objekten ausgeschlossen, wie zum Beispiel kleine Steine oder Laub. Ferner wird die Elektronik nicht von einer in Fahrtwindrichtung hinter dem Lüfter angeordneten Komponente des Kraftfahrzeugs erwärmt, insbesondere der Verbrennungsmaschine. Alternativ oder in Kombination hierzu ist ein Kühlkörper, welcher mit der Ansteuer- und/oder Leistungselektronik im thermischen Kontakt steht, auf der Fahrtwindseite des Elektromotors angeordnet. Mittels des Kühlkörpers ist ein Wärmeaustausch zwischen der Ansteuer- und/oder Leistungselektronik und dem Luftstrom erhöht.
Besonders geeignet ist das Lüfterrad in Fahrtwindrichtung hinter dem Elektromotor angeordnet. Auf diese Weise ist der Fahrtwind hinter dem Lüfter vergleichsweise homogen und turbulenzenfrei. Ein hinter dem Lüfterrad angeordnetes Element des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise der Verbrennungsmotor, wird somit von einem konstanten und gleichmäßigem Fahrtwindstrom beaufschlagt und somit effektiv gekühlt. Zweckmäßigerweise ist das Lüfterrad innerhalb einer Lüfterzarge angeordnet, an der insbesondere der Elektromotor befestigt ist. Die Lüfterzarge umgibt das Lüfterrad und dient der vergleichsweise effektiven Führung des Fahrtwinds.
Der Kühlerverbund umfasst ein Kondensatornetz eines Verflüssigers, welcher insbesondere ein Bestandteil einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs ist. In dem Verflüssiger, auch als Kondensator bezeichnet, wird eine Innenraumluft abgekühlt, mittels derer ein Innenraum des Kraftfahrzeugs temperiert wird. Beispielsweise wird die Innenraumluft komprimiert, bevor sie in ein Rohrsystem des Kondensatornetzes eingeleitet wird. Das Kondensatornetz wird von einem Fahrtwind beaufschlagt, welcher das Kondensatornetz und die darin enthaltene bzw. durch das Rohrsystem geleitete Innenraumluft kühlt. Hierbei sind die Innenraumluft und der Fahrtwind pneumatisch voneinander getrennt.
Ferner weist der Kühlerverbund ein Kühlernetz eines Kühlers auf, der insbesondere dem Kühlen einer Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs dient. Hierfür wird insbesondere ein flüssiges Kühlmittel durch ein Rohrsystem des Kühlernetzes geleitet, welches im Betrieb eine Temperatur von beispielsweise bis zu 120°C aufweist. Das Kühlernetz ist ebenfalls mit dem Fahrtwind beaufschlagt, welcher das Kühlernetz und das darin enthaltene Kühlmittel abkühlt, wobei der Fahrtwind erwärmt wird. Der Kühlerverbund weist weiterhin einen Lüfter mit einem Lüfterrad auf. Im Betrieb des Kühlerverbunds wird das Lüfterrad von einem Elektromotor angetrieben. Mittels Rotation des Lüfterrad wird der Fahrtwind erzeugt oder zumindest verstärkt, falls ein auf das Kraftfahrzeug auftreffender Strom von Fahrtluft als Fahrtwind herangezogen wird, und falls das Kraftfahrzeug bewegt wird. Die Fahrtwindrichtung ist hierbei insbesondere einer Hauptfortbewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs entgegengesetzt.
Das Lüfterrad ist zwischen dem Kondensatornetz und dem Kühlernetz angeordnet. Mit anderen Worten wird mittels des Lüfterrads der Fahrtwind durch eines der beiden Netzte gesaugt und durch das andere Netz gedrückt. Geeigneterweise wird die Geometrie des Lüfterrads auf diese Art des Betriebs angepasst, also insbesondere das Erzeugen eines Unter- und eines Überdrucks. Somit wird mittels der Anordnung des Lüfterrads zwischen den beiden Netzten ein Saugen des Fahrtwinds durch das Kondensatornetz und das Kühlernetz vermieden, was vergleichsweise ineffektiv ist. Daher ist der Wirkungsgrad des Kühlerverbunds erhöht und der Elektromotor des Lüfters kann mit einer geringeren Geschwindigkeit betrieben werden, was zu einer verminderten Geräuschentwicklung führt. Ferner weist der Fahrtwind nach Austritt aus dem Kühlerverbund vergleichsweise wenige Turbulenzen auf. Zwar werden Turbulenzen aufgrund der Rotation des Lüfterrads in den Fahrtwind eingebracht, diese werden jedoch mittels des in Fahrtwindrichtung hinter dem Lüfterrad angeordneten Netzes beseitigt. Insbesondere wird der Fahrtwind durch etwaige Lamellen dieses Netzes geleitet, welche eine Umwandlung des Fahrtwinds in eine im Wesentlichen laminare Strömung bewirken.
Geeigneterweise ist das Lüfterrad im Wesentlichen parallel zu einem der beiden Netze angeordnet und insbesondere zu beiden. Hiermit ist die Saug- bzw. Druckleistung des Lüfters erhöht, und eine vergleichsweise große Fläche des jeweiligen Netzes wird von dem Fahrtwind durchsetzt. Vorteilhafterweise ist das Kondensatornetz senkrecht zur Fahrtwindrichtung angeordnet. Mit anderen Worten ist eine Hauptausbreitungsrichtung des Kondensatornetzes senkrecht zur Fahrtwindrichtung, wobei Hauptausbreitungsrichtung die Ebene bezeichnet, in der das Kondensatornetz hauptsächlich liegt. Alternativ oder besonderes bevorzugt in Kombination hierzu ist das Kühlernetz senkrecht zur Fahrtwindrichtung positioniert. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise großflächiges Durchströmen von Luft durch das jeweilige Netz von dem Fahrtwind ermöglicht, wobei der Fahrtwind nicht umgelenkt werden muss. Somit ist die Geschwindigkeit des durch das jeweilige Netz strömenden Fahrtwinds vergleichsweise groß, und daher der Wirkungsgrad des jeweiligen Netzes erhöht, insbesondere falls das Kraftfahrzeug mit einer vergleichsweise großen Geschwindigkeit bewegt wird.
Zweckmäßigerweise ist das Kondensatornetz in Fahrtwindrichtung vor dem Kühlernetz positioniert. Auf diese Weise wird der Fahrtwind zuerst von dem vergleichsweise kühlen Kondensatornetz erwärmt, bevor das vergleichsweise heiße Kühlernetz von dem Fahrtwind beaufschlagt wird. Auf diese Weise werden sowohl das Kühlernetz als auch das Kondensatornetz effektiv von dem Fahrtwind gekühlt.
Geeigneterweise sind das Kondensatornetz und das Kühlernetz im Wesentlichen deckungsgleich. Mit anderen Worten liegen die Grenzen einer Projektion des Kondensatornetzes auf die Hauptausbreitungsebene des Kühlernetzes, welche insbesondere senkrecht zu einem der Netze und geeignterweise senkrecht zu beiden Netzen erfolgt, im Wesentlichen auf den Grenzen des Kühlernetzes und umgekehrt. Vorteilhafterweise ist die Richtung der Projektion parallel zu der Fahrtwindrichtung. Geeigneterweise weisen das Kondensatornetz und das Kühlernetz die gleichen Abmessungen auf. Somit ist ein effektives Führen des Fahrtwinds durch den Kühlerverbund ohne eine vergleichsweise große Änderung der Geschwindigkeit des Fahrtwindes oder einer Turbulenzenbildung innerhalb des Fahrtwinds gegeben.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Lüfterrad in einer Aussparung einer Lüfterzarge angeordnet, die das Lüfterrad umfangsseitig umgibt. Die Lüftertzarge deckt zweckmäßigerweise eines der beiden Netze ab. Die Lüfterzarge ist also insbesondere deckungsgeleich mit mindestens dem Kühler- oder dem Kondensatornetz. Denkbar ist, dass der zwischen dem Lüfterrad und der Lüfterzarge gebildete Schlitz mittels Bürsten abgedichtet wird, um ein unkontrolliertes Vorbeiströmen von Luft zwischen der Zarge und dem Rad zu vermeiden. Alternativ oder in Kombination hierzu ist der Übergang zwischen dem Lüfterrad und der Lüfterzarge mit einer bestimmten Kontur ausgestaltet, die ebenfalls eine derartige Leckluft vermeidet oder zumindest reduziert. Aufgrund der Verwendung der Lüfterzarge ist ein effektiveres Führen des Fahrtwinds ermöglicht, wobei Turbulenzen und/oder Luftströme quer zur Fahrtwindrichtung vermieden werden. Ebenso ist es ermöglicht, den Fahrtwind direkt auf das Kühlernetz zu richten.
Besonders bevorzugt ist der zwischen dem Kondensatornetz und dem Kühlernetz gebildete Zwischenraum von einem Kühlerkasten umgeben. Mit anderen Worten ist der Zwischenraum allseitig entweder von dem Kühlerkasten oder einem der beiden Netze begrenzt. Somit ist das Lüfterrad innerhalb des Zwischenraums positioniert. Auf diese Weise wird die gleiche Luft durch das Kühlernetz geleitet, die bereits durch das Kondensatornetz geführt wurde. Der Fahrtwind, der also durch das Kondensatornetz in den Kühlerverbund gelangte, verlässt während des Betriebs den Kühlerverbund lediglich durch das Kühlernetz. Auf diese Weise ist der aus dem Kühlerverbund austretende Fahrtwind gleichförmig und konstant, weswegen ein etwaiges, hinter dem Kühlerverbund angeordnetes Bauteil des Kraftfahrzeugs gleichmäßig von dem Fahrtwind beaufschlagt wird.
Geeigneterweise ist hierbei das Lüfterrad innerhalb der Lüfterzarge angeordnet, welche insbesondere parallel zu mindestens einem der beiden Netze ist, und die an einem Rahmen des Kühlerkastens anliegt. Der Rahmen bezeichnet hierbei den innenliegenden Teil des Kühlerkastens, der zumindest teilweise die Begrenzung des Zwischenraums bildet. Mittels der Lüfterzarge wird geeigneterweise der Zwischenraum in einen an das Kühlernetz angrenzenden Druckraum und einen an das Kondensatornetz angrenzenden Saugraum unterteilt. Hierbei ist während des Betriebs des Kühlerverbunds mittels des Lüfters beispielsweise der Luftdruck innerhalb des Saugraums im Vergleich zu einem den Kühlerkasten außenseitig umgebenden Luftdruck zumindest geringfügig erniedrigt und innerhalb des Druckraums zumindest geringfügig erhöht.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Lüfterzarge mittels eines Feder-Nut-Systems mit dem Rahmen verbunden. Beispielsweise ist der Rahmen dreiseitig ausgeführt und weist insbesondere einen u-förmigen Querschnitt senkrecht zur Fahrtwindrichtung auf. Zur Montage wird die Lüfterzarge mittels des Feder-Nutsystems in den Rahmen eingeschoben, wobei bevorzugt die Lüfterzarge die Feder und der Rahmen die Nut umfasst. Im montierten Zustand ist daher die Feder in der Nut positioniert. An der Lüfterzarge ist vorteilhafterweise eine Deckfläche angeformt, welche im montierten Zustand den Zwischenraum auf einer Seite begrenzt und daher einen Teil des Kühlerkastens bildet. Die verbleibenden Seiten des Zwischenraums werden von dem Rahmen gebildet. Auf diese Weise ist ein erleichterter Wechsel oder Austausch der Lüfterzarge ermöglicht, an der beispielsweise der Elektromotor befestigt ist.
Alternativ hierzu ist die Lüfterzarge entweder am Kondensatornetz oder besonders bevorzugt am Kühlernetz angebunden. Insbesondere ist die Lüfterzarge einstückig mit dem Rahmen ausgeführt. Beispielsweise wird der die Lüfterzarge aufweisende Kühlerkasten in einem Arbeitsschritt als ein Spritzgußteil gefertigt.
Zum Beispiel ist das Lüfterrad in Fahrtwindrichtung nach dem Elektromotor angeordnet. Der Abstand zwischen dem Elektromotor und dem Kondensatornetz ist also geringer als derjenige zwischen dem Kondensatornetz und dem Lüfterrad. Auf diese Weise ist der Elektromotor vergleichsweise weit von dem Kühlernetz entfernt, das im Betrieb eine höhere Temperatur aufweist als das Kondensatornetz. Daher wird der Elektromotor vergleichsweise wenig von dem Kühlernetz erwärmt, zumal dazwischen das Lüfterrad angeordnet ist. Deshalb ist eine Lebensdauer des Elektromotors erhöht und/oder eine übermäßige Kühlung des Elektromotors kann entfallen.
Beispielsweise umfasst der Elektromotor eine Ansteuer- und/oder Leistungselektronik. Mittels der Ansteuer- bzw. Leistungselektronik wird während des Betriebs des Elektromotors mindestens eine Spule des Elektromotors bestromt, welche ein rotierendes Magnetfeld erzeugt. Bevorzugt ist eine Ansteuer- und/oder Leistungselektronik des Elektromotors fahrtwindseitig angeordnet. Mit anderen Worten ist die in Fahrtwindrichtung erste Komponente des Elektromotors – mit der etwaigen Ausnahme eines Gehäuses des Elektromotors oder Teilen hiervon – die Ansteuer- und/oder Leistungselektronik. Zumindest jedoch ist das erste Element des Elektromotors, welches eine Wärmeentwicklung aufweist, die Ansteuer- bzw. Leistungselektronik. Alternativ oder in Kombination hierzu ist ein Kühlkörper der Ansteuer- bzw. Leistungselektronik fahrtwindseitig des Elektromotors positioniert. Der Kühlkörper ist beispielsweise metallisch und direkt oder indirekt über ein Wärmeleitmittel in thermischen Kontakt mit der Elektronik. Aufgrund dieser Anordnung wird die Ansteuer- und/oder Leistungselektronik von dem noch vergleichsweise kühlen Fahrtwind beaufschlagt, der noch nicht von weiteren Komponenten, wie der Spule des Elektromotors, erwärmt wurde. Ferner wird die Elektronik und/oder der Kühlkörper nicht von einer Abwärme des Kühlernetzes erwärmt, da dieses sowohl auf der dem Elektromotor abgewandten Seite positioniert ist als auch der Fahrtwind eine einem derartigen Wärmeaustausch entgegengesetzte Strömungsrichtung aufweist.
Geeeigneterweise umfasst der Kühlerverbund ein Mittel zum Führen eines Luftstroms durch den Elektromotor hindurch. Zweckmäßigerweise ist das Mittel Bestandteil des Lüfters, und der Luftstrom dient insbesondere dem Kühlen von Komponenten des Elektromotors, wie beispielsweise der Ansteuer- bzw. Leistungselektronik. Vorteilhafterweise wird der Luftstrom zwangsweise geführt. Hierfür weist der Kühlerverbund zum Beispiel ein zweites Lüfterrad auf, das den Luftstrom durch den Elektromotor saugt oder bläst. Bevorzugt ist der geführte Luftstrom parallel zu dem Fahrtwind. Der insbesondere mit dem Mittel während des Betriebs erzeugte Luftstrom weist somit im Wesentlichen die gleiche Richtung auf, wie der Fahrtwind, solange sich der Luftstrom innerhalb des Elektromotors befindet. Da der Luftstrom sich innerhalb des Elektromotors befindet, werden Komponenten des Elektromotors vergleichsweise effektiv gekühlt und eine aufwendige Ableitung von in dem Elektromotor erzeugter Wärme zu dessen Außenseite kann entfallen. Wegen der Parallelität des Lufstroms zu dem Fahrtwind werden Turbulenzen vermieden, die sonst eine Materialbelastung und/oder eine Geräuschbelästigung hervorrufen würden.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in einer schematischen Schnittansicht eine Kühlerzarge,
2a einen Kühlerverbund gemäß 1, und
2b perspektivisch den Kühlerverbund.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist in einer Schnittdarstellung entlang einer Fahrtwindrichtung 2 schematisch eine Kühlerzage 4 eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Die Fahrtwindrichtung 2 ist hierbei parallel zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs und dieser entgegen gerichtet. Die Fahrtwindrichtung 2 bezeichnet insbesondere die Richtung eines Fahrtwindes, der auf das Kraftfahrzeug während dessen ordnungsgemäßen Betriebs auftrifft. Die Kühlerzage 4 umfasst ein Kühlernetz 6, an dem eine Lüfterzarge 8 angebracht ist. Die Befestigung erfolgt mittels vereinzelter Stege 10. Mit anderen Worten ist die dargestellte Lüfterzarge 8 nicht luftdicht mit dem Kühlernetz 6 verbunden. Denkbar wäre jedoch auch eine luftdichte Anbringung der Kühlerzage 4 an dem Kühlernetz 6. In einer Aussparung 12 der Lüfterzarge 8 ist ein Lüfterrad 14 eines elektrischen Lüfters 16 angeordnet, welches im Wesentlichen parallel zu dem Kühlernetz 6 ist. Der Übergang zwischen dem Lüfterrad 14 und der Lüfterzarge 8 kann zur Vermeidung von sogenannter Leckluft mittels bestimmter, hier nicht gezeigter Konturen oder Bürsten erfolgen. Das Lüfterrad 14 wird mittels einer Welle 18 von einem Elektromotor 20 angetrieben. Der Elektromotor 20 wiederrum ist mittels Streben 22 an der Lüfterzarge 8 befestigt. Hierbei ist der Elektromotor 20 zwischen dem Lüfterrad 14 und Kühler 6 positioniert.
Mit der Welle 18 steht eine Anzahl von Lüfterschaufeln 24 in Wirkverbindung, wobei deren radiale Ausdehnung im Verhältnis zu dem Lüfterrad 14 klein ist. Vielmehr ist die Ausdehnung im Wesentlichen gleich der radialen Ausdehnung eines Gehäuses 26 des Elektromotors 20. Das Gehäuse 26 ist im Wesentlichen zylinderförmig, wobei die Zylinderachse parallel zur Fahrtwindrichtung 2 ist. In das Gehäuse 26 ist eine Anzahl von Eintrittsöffnungen 28 und Austrittsöffnungen 30 in jeweils die Grund- bzw. Deckfläche des zylinderartigen Gehäuses eingebracht. In dem Gehäuse 26 ist eine elektrische Spule 32 angeordnet, mittels derer bei einer Bestromung derselben ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird. Dieses rotierende Magnetfeld treibt wiederrum einen hier nicht dargestellten Rotor des Elektromotors 20 an, welcher in Wirkverbindung zu der Welle 18 steht.
Die Bestromung der Spule 32 erfolgt mittels einer Leistungselektronik 34, welche eine Anzahl von Leistungshalbleiterschaltern umfasst. Insbesondere sind die Leistungshalbleiter in einer sogenannten Brückensechsschaltung (B6-Schaltung) elektrisch verbunden. Das Schalten der Halbleiterschalter erfolgt mittels einer Ansteuerelektronik 36. Aufgrund der vergleichsweise hohen Schaltfrequenz der Leistungshalbleiterschalter während des Betriebs des Elektromotors 20 werden diese erwärmt. Zum Kühlen der Ansteuer- und Leistungselektronik 34, 36 sind diese mit einem Kühlkörper 38 in thermischen Kontakt. Insbesondere ist auf den Leistungshalbleiterschaltern eine Wärmeleitpaste aufgetragen und auf dieser der Kühlkörper 38 aufgebracht. Die Ansteuer- und Leistungselektronik 34, 36 und der Kühlkörper 38 sind auf der dem Kühlernetz 6 zugewandten Seite des Elektromotors 20 innerhalb des Gehäuses 26 angeordnet. Die Spule 32 ist in Fahrtwindrichtung 2 hinter diesen positioniert.
Mittels Rotation des Lüfterrads 14 wird ein Fahrtwind 40 verstärkt oder bei Stillstand des Kraftfahrzeugs erzeugt, welcher parallel zur Fahrtwindrichtung 2 und gleichgerichtet mit dieser ist. Der Fahrtwind 40 wird somit mittels des Lüfters 16 durch das Kühlernetz 6 gesaugt. Der Fahrtwind 40 trifft zumindest teilweise auf eine der Deckflächen des zylinderartigen Gehäuses 26. Mittels der Eintrittsöffnungen 28 wird dieser Teil in das Gehäuse 26 geführt und somit ein Luftstrom 42 bereitgestellt. Der Luftstrom 42 wird von den Lüfterschaufeln 24, welche die gleiche Rotationsrichtung aufweisen wie das Lüfterrad 14 durch die Austrittsöffnungen 30 erneut aus dem Gehäuse 26 heraus gesaugt. Der Luftstrom 42 verläuft somit im Wesentlichen parallel zu der Fahrtwindrichtung 2 und zu dem Fahrtwind 40, welcher um das Gehäuse 26 herum geleitet wird.
Bei Eintritt des Luftstroms 42 in das Gehäuse 26 streift dieser über den Kühlkörper 38. Der Luftstrom 42 wird von dem Kühlkörper 38 erwärmt und dieser von dem Luftstrom 42 gekühlt. Mit anderen Worten wird die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlkörper 38 und dem Luftstrom 42 verringert. Mit dem so erwärmten Luftstrom 42 wird die Spule 32 beaufschlagt und von dem bereits vorgewärmten Luftstrom 42 gekühlt. Diese Art der Kühlung ist besonders effizient, da die Ansteuerelektronik 36 eine niedrigere Betriebstemperatur als die Leistungselektronik 34, und diese wiederrum eine niedrigere Betriebstemperatur als die Spule 32 aufweist. Mittels der sukzessiven Kühlung der jeweiligen Komponenten wird diesem Umstand Rechnung getragen. Der erwärmte Luftstrom 42 vereinigt sich außerhalb des Gehäuses 36 erneut mit dem Fahrtwind 40 und wird durch das Lüfterrad 14 geführt. Auf diese Weise ist auf der dem Kühlernetz 6 abgewandten Seite des Lüfters 16 eine homogene Luftgeschwindigkeit gegeben, wobei dort keine oder vergleichsweise wenige Turbulenzen auftreten. Eine etwaige dort positionierte Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs wird somit effektiv und gleichmäßig von dem Fahrtwind 40 gekühlt.
In 2a ist in einer schematischen Darstellung gemäß 1 und in 2b in einer perspektivisch vereinfachten Ansicht ein Kühlerverbund 44 eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Der Kühlerverbund 44 umfasst in Fahrtwindrichtung 2 angeordnet ein Kondensatornetz 46 eines Verflüssigers, eine Lüfterzage 8, die aus Aluminium und/oder einem Kunststoff gefertigt ist, und ein Kühlernetz 6. Der Verflüssiger ist hierbei ein Bestandteil einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs. In dem Verflüssiger wird eine zur Kühlung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs verwendete Luft gekühlt, beispielsweise wird die Luft dort oder im Anschluss an ein Durchleiten durch den Verflüssiger expandiert. Die Luft ist hierbei innerhalb von Rohren des Kondensatornetzes 46 geführt und von der Umgebung des Kondensatornetzes 46 abgeschirmt. Das Kühlernetz 6 ist Teil eines Kühlsystems, mittels dessen eine Verbrennungsmaschine des Kraftfahrzeugs gekühlt wird. Hierfür wird ein flüssiges Kühlmittel durch Rohre des Kühlernetzes 6 geleitet. Die Temperatur des Kühlmittels beträgt im Betrieb bis zu 100°C.
Die räumlichen Abmessungen des Kondensatornetzes 46, des Kühlernetzes 6 und der Lüfterzage 8 sind im Wesentlichen gleich groß, wobei der Abstand zwischen dem Kondensatornetz 46 und dem Kühlernetz 6 zwischen 120 mm und 225 mm beträgt. Ferner sind die Netze 6, 46 und die Lüfterzage 8 senkrecht zu der Fahrtwindrichtung 2 und deckungsgleich zueinander angeordnet. Mit anderen Worten überdeckt jede Projektion entweder der Lüfterzage 8, des Kühlernetzes 6 oder des Kondensatornetzes 46 entlang der Fahrtwindrichtung 2 die jeweils anderen Komponenten. Innerhalb der Lüfterzage 8 ist wiederrum ein Lüfterrad 14 eines elektromotorischen Lüfters 16 angeordnet. Der Aufbau des Elektromotors 20 des Lüfters 16 entspricht hierbei ein Wesentlichen den des in 1 gezeigten Elektromotors. Ebenso erfolgt die Befestigung des Elektromotors 20 an der Lüfterzage 8 in der vorhergehend beschriebenen Art und Weise, die Anordnung des Elektromotors 20 ist jedoch im Gegensatz zu dem der in 1 gezeigten Kühlerzage 4 auf der dem Kühlernetz 6 gegenüberliegenden Seite der Lüfterzage 8. Der Elektromotor 20 umfasst Mittel, nämlich Eintrittsöffnungen 28, Austrittsöffnungen 30 und Lüfterschaufeln 24, mittels derer ein Luftstrom 42 bei Betrieb des Kühlerverbunds 44 durch den Elektromotor 20 zwangsweise hindurch geführt wird. Dieser Luftstrom 42 dient dem Kühlen von einer Ansteuer- und/oder Leistungselektronik 34, 36 die während des Betriebs des Elektromotors 20 diesen steuert und dabei erwärmt wird.
Die Position des Kühlernetzes 6 und des Kondensatornetzes 46 wird mittels eines Kühlerkastens 48 bestimmt. Der Kühlerkasten 48 ist ein im Wesentlichen hohlzylindrisches Objekt mit einem rechteckigen Querschnitt. Der Querschnitt des Kühlerkastens 48 entspricht hierbei im Wesentlichen den Abmessungen des Kühlernetzes 6 bzw. des Kondensatornetzes 46, welche jeweils innerhalb des Kühlerkastens 48 angeordnet sind. Hierbei bilden die Netzte 6, 46 und der Kühlerkastens 48 ein zylinderförmiges bzw. quaderförmiges Objekt, wobei jedes der Netzte 6, 46 eine Deckfläche des Objekts formt.
Der Kühlerkasten 48 weist einen Rahmen 49 auf, wobei der Rahmen 49 im Wesentlichen u-förmig ist und bündig mit dem Kondensatornetz 46 und dem Kühlernetz 6 angeordnet ist. Zur Verringerung eines Luftwiderstands ist die Oberfläche des Rahmens 49 vergleichsweise glatt. Innerhalb des Rahmens 49 ist die Lüfterzage 8 positioniert. Die Lüfterzage 8 weist umfangsseitig eine Feder 50 auf, welche in einer innerhalb Rahmens 49 angeformten Nut 52 angeordnet ist. Bei der Montage des Kühlerverbunds 44 wird die Lüfterzage 8 in die Nut 52 des Rahmens 49 eingeschoben. Auf diese Weise ist eine vergleichsweise einfache Montage ermöglicht. An der Lüfterzage 48 ist, wie beispielsweise in 2b gezeigt, eine Deckfläche 54 angeformt, welche eine Seitenfläche des Kühlerkastens 48 bildet. Die Deckfläche 54 und der Rahmen 49 umgeben somit einen zwischen dem Kondensatornetz 46 und dem Kühlernetz 6 gebildeten Zwischenraum 55 vollständig. Ebenso denkbar wäre jedoch auch, dass die Lüfterzage 8 direkt an dem Kühlernetz 6 befestigt wird und der Kühlerkasten 48 von dem Rahmen 49 selbst gebildet wird.
Während des Betriebs des Kühlerverbunds 44 wird der Fahrtwind 40 von dem Elektromotor 16 durch das Kondensatornetz 46 in einen Saugraum 56 des Zwischenraums 55 hinein gesaugt. Der Saugraum 56 ist von sowohl dem Kühlerkasten 48 als auch dem Kondensatornetz 46 und der Lüfterzage 8 bzw. dem Lüfterrad 14 vollständig umgeben. Von dem Saugraum 56 wird der Fahrtwind mittels des Lüfterrads 14 in einen Druckraum 58 des und durch das Kühlernetz 6 hindurch gedrückt. Der Druckraum 58 des Zwischenraums 55 ist von dem Kühlernetz 6, dem Kühlerkasten 48 und dem Verbund aus der Kühlerzage 8 mit dem Lüfterrad 14 eingefasst. Hierbei verhindert die in die Nut 52 eingeschobene Feder 50 ein Zurückströmen von Luft aus dem Druckraum 58 in den Saugraum 56. Der aus dem Kühlerverbund 44 durch das Kühlernetz 6 austretende Fahrtwind 40 ist gleichmäßig und weist eine konstante Geschwindigkeit auf. Ferner sind in dem Fahrtwind 40 keine Turbulenzen vorhanden, weshalb eine dahinter angeordnete Komponente, wie beispielsweise der Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs, von einem gleichmäßigen Strom Luft beaufschlagt wird. Hierdurch ist eine vergleichsweise effektive Kühlung dieser Komponente ermöglicht.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen 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 dem Ausführungsbeispiel beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Fahrtwindrichtung
4: Kühlerzarge
6: Kühlernetz
8: Lüfterzarge
10: Steg
12: Aussparung
14: Lüfterrad
16: Lüfter
18: Welle
20: Elektromotor
22: Strebe
24: Lüfterschaufel
26: Gehäuse
28: Eintrittsöffnung
30: Austrittsöffnung
32: Spule
34: Leistungselektronik
36: Ansteuerelektronik
38: Kühlkörper
40: Fahrtwind
42: Luftstrom
44: Kühlerverbund
46: Kondensatornetz
48: Kühlerkasten
49: Rahmen
50: Feder
52: Nut
54: Deckfläche
55: Zwischenraum
56: Saugraum
58: Druckraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1621773 A1 [0002]

Claims

Kühlerzarge (4) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kühlernetz (6) und mit einem in Fahrtwindrichtung (2) dahinter angeordneten, ein Lüfterrad (14) und einen Elektromotor (20) aufweisenden Lüfter (16) zum Saugen von Luft durch das Kühlernetz (6), gekennzeichnet durch Mittel (24, 28, 30) zum, insbesondere zwangsweise, Führen eines Luftstroms (42) im Wesentlichen in Fahrtwindrichtung (2) durch den Elektromotor (20) hindurch.
Kühlerzarge (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuer- und/oder Leistungselektronik (34, 36) des Elektromotors (20) fahrtwindseitig angeordnet ist.
Kühlerzarge (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkörper (38) einer Ansteuer- und/oder Leistungselektronik (34, 36) des Elektromotors (20) fahrtwindseitig angeordnet ist.
Kühlerzarge (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (20) in Fahrtwindrichtung (2) vor dem Lüfterrad (14) angeordnet ist.
Kühlerzarge (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (14) in einer Lüfterzarge (8) angeordnet ist.
Kühlerverbund (44) eines Kraftfahrzeugs, mit einem zwischen einem Kondensatornetz (46) eines Verflüssigers und einem Kühlernetz (6) eines Kühlers angeordneten Lüfterrad (14) eines elektromotorischen Lüfters (16), wobei das Lüfterrad (14) insbesondere parallel zu einem der Netze (6, 46) ist.
Kühlerverbund (44) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensatornetz (46) und/oder das Kühlernetz (6) im Wesentlichen senkrecht zur Fahrtwindrichtung (2) angeordnet sind, wobei das Kondensatornetz (46) sich in Fahrtwindrichtung (2) vor dem Kühlernetz (6) befindet.
Kühlerverbund (44) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensatornetz (46) und das Kühlernetz (6) im Wesentlichen deckungsgleich sind.
Kühlerverbund (44) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (14) in einer Lüfterzarge (8) angeordnet ist.
Kühlerverbund (44) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (55) zwischen dem Kondensatornetz (46) und dem Kühlernetz (6) von einem Kühlerkasten (48) umgeben ist.
Kühlerverbund (44) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterzarge (8) mittels eines Feder-Nutsystems (50, 52) in einen Rahmen (49) des Kühlerkastens (48) eingeschoben – und insbesondere Bestandteil des Kühlerkastens (48) – ist.
Kühlerverbund (44) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (20) in Fahrtwindrichtung (2) vor dem Lüfterrad (14) angeordnet ist.
Kühlerverbund (44) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlkörper (38) einer Ansteuerelektronik (34, 36) des Elektromotors (20) und/oder die Ansteuerelektronik (34, 36) fahrtwindseitig des Elektromotors (20) angeordnet ist.
Kühlerverbund (44) nach einem der Ansprüche 5 bis 12, gekennzeichnet durch Mittel (24, 28, 30) zum, insbesondere zwangsweise, Führen eines Luftstroms (42) im Wesentlichen in Fahrtwindrichtung (2) durch den Elektromotor (20) hindurch.