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Die Erfindung betrifft eine Lüfterzarge eines Kraftfahrzeugs, mit einem Zargenkörper und einer daran schwenkbar gelagerten Staudruckklappe zum Verschließen einer in den Zargenkörper eingebrachten Öffnung.
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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 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.
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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 gelenkt. Falls zusätzlich zum Kühlernetz noch ein Kondensatornetz eines Verflüssigers einer Klimaanlage vorhanden ist, wird üblicherweise das Kondensatornetz in Fahrtwindrichtung vor dem Kühlernetz angeordnet. Das Lüfterrad ist üblicherweise in einer kreisförmigen Aussparung eines Zargenkörpers einer Lüfterzarge angeordnet, mittels derer die Luft durch das Kühlernetz geleitet wird, wobei der Zargenkörper das Kühlernetz im Wesentlichen vollständig bedeckt.
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Zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrad des Lüfters ist der Zargenkörper abgesehen von der kreisförmigen Aussparung im Wesentlichen luftdicht ausgeführt. Auf diese Weise ist der Druckunterschied zwischen dem Bereich vor dem Kühlernetz und dem Bereich hinter dem Zargenkörper vergleichsweise groß. Bei einem Stillstand des Fahrzeugs wird somit eine vergleichsweise große Luftmenge durch das Kühlernetz gesaugt.
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Sobald das Kraftfahrzeug mit einer vergleichsweise großen Geschwindigkeit bewegt wird, wird der Fahrtwind vor dem Zargenkörper und dem Kühlernetz gestaut. Folglich tritt nur ein bestimmter Anteil des Fahrtwindes durch das Kühlernetz hindurch. Daher ist die Kühlung des Kühlernetzes und der Kühlflüssigkeit bei der Verwendung eines luftdichten Zargenkörpers reduziert.
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Zur Behebung dieses Problems wird in der
DE 20 2011 003 858 U1 vorgeschlagen, in den Zargenkörper eine mit einer Staudruckklappe verschließbare Öffnung einzubringen. Die Staudruckklappe weist etwa in ihrem oberen Drittel beidseitig entgegengesetzt gerichtete, horizontal verlaufende Lagerzapfen auf. Die Lagerzapfen werden von korrespondierenden Lagerbuchsen des Zargenkörpers gänzlich umschlossen, und auf diese Weise ist eine Schwenklagerung der Staudruckklappe realisiert. Bei einem Betrieb des Lüfters, insbesondere bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs, ist die Öffnung mittels der Staudruckklappe aufgrund der herrschenden Luftdruckunterschiede verschlossen. Bei einer Bewegung des Fahrzeugs mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit wird die Staudruckklappe mit dem herrschenden Fahrtwind beaufschlagt, was diese automatisch öffnet. Hierbei wird das obere Drittel entgegen der Fahrtwindrichtung, also auf das Kühlernetz hin, und die unteren zwei Drittel in Fahrtwindrichtung, also von dem Kühlernetz weg, verschwenkt. Somit ist die von dem Fahrtwind frei durchströmbare Fläche des Kühlernetzes und folglich die Kühlleistung vergrößert.
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Der Zargenkörper und die Staudruckklappe bestehen aus demselben Kunststoff-Spritzgussteil. Hierfür ist zwischen den Lagerbuchsen und den Lagerzapfen ein umlaufender Spalt vorhanden, der bei einer Fertigung von einem beweglichen Schieber der Spritzgussform gebildet wird. Der Schieber weist die Form einer dünnen Hülse auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Lüfterzarge anzugeben, die insbesondere vergleichsweise unkompliziert herzustellen ist, wobei vorteilhafterweise die Robustheit erhöht ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Lüfterzarge weist einen Zargenkörper und insbesondere einen elektromotorisch betriebenen Lüfter mit einem Lüfterrad auf, wobei das Lüfterrad in einer im Wesentlichen kreisförmigen Aussparung des Zargenkörpers angeordnet ist. Der Zargenkörper ist im montierten Zustand an einem Kühlernetz angebracht und beispielsweise mit diesem verschraubt oder verclipst. Ebenfalls ist denkbar, dass die Lüfterzarge oder zumindest der Zargenkörper anderweitig in der Nähe des Kühlernetzes positioniert ist, wobei zweckmäßigerweise der Zwischenraum zwischen dem Kühlernetz abgedichtet ist. Mit anderen Worten ist der Zargenkörper pneumatisch mit dem Kühlernetz verbunden. Beispielsweise sind das Kühlernetz und die Lüfterzarge ein Bestandteil einer Klimaanlage oder eines Hauptlüfters eines Kraftfahrzeugs, mittels dessen eine Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs gekühlt wird.
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Der Zargenkörper weist eine Öffnung mit einer zum Beispiel rechteckigen oder dreieckigen Form auf. Die Öffnung ist mittels einer Staudruckklappe verschließbar, die beispielsweise als eine ebene Platte ausgeführt ist. Die Staudruckklappe ist mit Hilfe einer Öse, die einen Achszapfen umgibt, schwenkbar gelagert, wobei zwischen der Öse und dem Achszapfen ein Freiraum gebildet ist. Es ist somit möglich, die Staudruckklappe von einem geöffneten Zustand in einen geschlossenen Zustand um eine Drehachse zu verschwenken. Insbesondere verläuft die Schwenkachse im montierten Zustand der Lüfterzarge auf der dem Kühlernetz abgewandten Seite des Zargenkörpers. In einer Ausführungsform der Erfindung verläuft die Drehachse außerhalb der Staudruckklappe und insbesondere in montiertem und geschlossenem Zustand der Lüfterzarge oberhalb der Staudruckklappe. Folglich ist die Staudruckklappe achsenlos.
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Geeigneterweise ist die Öffnung im geschlossenen Zustand von der Staudruckklappe vollständig abgedeckt, wobei beispielsweise die Staudruckklappe an dem Zargenkörper anliegt. Geeigneterweise ist die Ausdehnung der Staudruckklappe hierbei größer als die Fläche der Öffnung. Mit anderen Worten überdeckt die Staudruckklappe die Öffnung im Wesentlichen vollständig und steht im Randbereich im geschlossenen Zustand über. Folglich ist eine Leckluft zwischen der Staudruckklappe und dem Zargenkörper durch die Öffnung hindurch reduziert.
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Zweckmäßigerweise befindet sich im geöffneten Zustand zwischen der Staudruckklappe und dem Zargenkörper zumindest teilweise ein Schlitz, durch den Luft strömen kann. Geeigneterweise befindet sich die Staudruckklappe bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs in dem geschlossenen Zustand und wird vom Fahrtwind bei oder ab einer bestimmten Geschwindigkeit in einen geöffneten Zustand verschwenkt. Insbesondere wird der Schlitz zwischen der Staudruckklappe und dem Zargenkörper mit zunehmender Geschwindigkeit aufgeweitet.
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Die Öse ist um den Achszapfen gespritzt. Mit anderen Worten findet nach der Herstellung der Öse keine Montage der Staudruckklappe an dem Zargenkörper statt, da diese bereits dort befestigt ist. Auf diese Weise ist die Herstellung der Lüfterzarge vereinfacht und die Staudruckklappe verliersicher an dem Zargenkörper angebracht.
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Beispielsweise wird lediglich die Öse nach der Herstellung des Achszapfens um diesen herumgespritzt. Besonders bevorzugt jedoch werden die Staudruckklappe und der Zargenkörper sowie der Achszapfen und die Öse in einem Arbeitsschritt in einem Spritzgussverfahren hergestellt, und das verwendete Material ist vorzugsweise ein Kunststoff und geeigneterweise der gleiche Kunststoff für alle Komponenten. Auf diese Weise ist eine vergleichsweise günstige Fertigung der beiden Teile ermöglicht. Darüber hinaus ist das Verhalten der beiden Teile bei unterschiedlichen Witterungs- oder Betriebsbedingung im Wesentlichen gleich, so dass keine Verspannungen zwischen diesen auftreten, beispielsweise bei einer Ausdehnung aufgrund von Wärme.
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Zur Herstellung wird in eine Negativform des Zargenkörpers und der Staudruckklappe flüssiger Kunststoff eingeleitet, wobei der Achszapfen von einem beweglichen Schieber umfangsseitig verschlossen ist. Mit anderen Worten bildet der Schieber zumindest teilweise die Negativform des Achszapfens. Dabei stellt der Schieber ferner zumindest teilweise die Negativform der Ösen dar. Folglich wird mittels der Schieber eine Trennung des Kunststoffes in die Öse und den Achszapfen erreicht.
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Sobald der Kunststoff gehärtet ist, wird der Schieber zumindest entlang der Axialrichtung des Achszapfens bewegt und der Freiraum zwischen der Öse und dem Achszapfen freigegeben. In einem weiteren Arbeitsschritt wird die Gussform weiter entfernt und somit der integral mit der Staudruckklappe hergestellte Zargenkörper freigegeben. Aufgrund der Verwendung des Schiebers sind sowohl die Achszapfen und die Öse an den einander zugewandten Oberflächen gratfrei, weisen dort also eine ebene Oberfläche auf. Folglich wird eine Rotation der Öse um den Achszapfen während des Betriebs der Lüfterzarge nicht behindert.
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Bei der Herstellung befindet sich die Staudruckklappe vorzugsweise in einer geöffneten Position, damit die Kanten der Öffnung und der Staudruckklappe vergleichsweise exakt geformt werden können. Vorzugsweise ist der Verlauf der Staudruckklappe dabei im Wesentlichen senkrecht zu dem Zargenkörper. Auf diese Weise ist eine vergleichsweise einfache Entformung der Gießlings aus der Gussform gegeben.
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Beispielsweise wird sowohl in den von der Form gebildeten Hohlraum des Zargenkörpers und der Staudruckklappe jeweils mittels einer separaten Düse Kunststoff eingespritzt. Alternativ hierzu sind die beiden Gussformen verbunden. Mit anderen Worten werden der Zargenkörper und die Staudruckklappe integral hergestellt. Wenn der Zargenkörper und die Staudruckklappe aus der Gussform entfernt worden sind, wird die Verbindung gelöst, beispielsweise gebrochen.
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Bevorzugt ist die Öse und/oder der Achszapfen starr. Auf diese Weise ist eine Verformung während des Betriebs ausgeschlossen, die eine Bewegung der Öse um den Achszapfen herum zur Ausübung der Funktion des Schwenkens beeinträchtigen würde. Ferner ist es ermöglicht, die Öse und/oder den Achszapfen vergleichsweise robust zu fertigen, was deren Lebensdauer erhöht. Somit kann beispielsweise ausgeschlossen werden, dass während des Betriebs der Lüfterzarge sich die Staudruckklappe von dem Zargenkörper aufgrund einer übermäßigen Belastung löst.
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Der zwischen der Öse und dem Achszapfen gebildete Freiraum weist einen variierenden Innen- und/oder Außendurchmesser bezüglich der Drehachse auf. Mit anderen Worten ist der Querschnitt der entsprechenden Begrenzung des Freiraums senkrecht zur Drehachse nicht kreisrund. Folglich ist die Oberfläche der jeweiligen Begrenzungsfläche im Vergleich zu einer runden Zylinderform vergrößert. Vorzugsweise ist dabei die Dicke des Freiraums ebenfalls variierend.
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Auf diese Weise ist es ermöglicht, den den Freiraum formenden Schieber mit einer vergrößerten Wandstärke zu fertigen, und zwar in den Bereichen der erhöhten Ausdehnung des Freiraums. Somit ist die Stabilität des Schiebers erhöht. Da die Öse in den Bereichen der verringerten Dicke des Freiraums um den Achszapfen vergleichsweise sicher geführt wird, wird ein Flattern der Staudruckklappe während des Betriebs der Lüfterzarge vermieden. Mit anderen Worten ist eine etwaige Verschiebung der Drehachse während des Betriebs vergleichsweise gering. Ferner wird aufgrund der Vergrößerung des Freiraums eine Materialanhäufung des den Achszapfen und/oder die Öse formenden Materials vermieden, die zu einem Verzug des- bzw. derselben bei der Herstellung führen könnte.
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Geeigneterweise ist der Querschnitt des Achszapfens im Bereich des Freiendes des Achszapfens in Axialrichtung im Wesentlichen konstant, wobei das Freiende dabei insbesondere von der Öse zumindest teilweise umgeben ist. Die Axialrichtung verläuft hierbei insbesondere parallel zur Drehachse. Zum Beispiel ist der Querschnitt des Achszapfens über dessen vollständige Ausdehnung in Axialrichtung konstant. Unter in Axialrichtung konstant wird dabei insbesondere verstanden, dass sich der Querschnitt des Achszapfens nicht verändert und dessen Orientierung gleich ist. Der Achszapfen weist somit in diesem Bereich die Form eines geometrischen Zylinders auf. Folglich wird der Schieber zur Entformung lediglich in Axialrichtung bewegt und eine etwaige Rotationsbewegung dabei unterbleibt, die den Querschnitt des Achszapfens beschädigen könnte. Ferner sind die bei der Entfernung des Schiebers wirkenden Reibkräfte reduziert.
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Beispielsweise ist der Querschnitt des freiendseitigen Bereichs, und geeigneterweise der des vollständigen Achszapfens, ein Polygon, wobei die Schnittebene senkrecht zur Drehachse verläuft. Dabei sind die gebildeten Ecken geeigneterweise abgerundet, um die Schwenkbewegung der Öse um den Achszapfen nicht zu behindern. Das Polygon ist insbesondere regelmäßig, weist folglich eine konstante Seitenlänge und stets gleiche Innenwinkel auf. Somit liegen alle Ecken des Polygons auf einem Kreis, was die Führung der Öse erleichtert. Besonders bevorzugt ist das Polygon ein Dreieck oder ein Viereck, zum Beispiel ein Quadrat. Bei einer derartigen Wahl des Polygons ist zum einen eine ausreichende Führung der Öse um die Drehachse bereitgestellt und zum anderen eine genügende Wandstärke des zur Herstellung verwendeten Schiebers gegeben. Vorteilhafterweise ist die dem Achszapfen zugewandte Oberfläche der Öse dabei eben und geeigneterweise der Querschnitt der hiermit gebildeten Form kreisförmig. Mit anderen Worten ist der Außendurchmesser des Freiraums konstant.
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Alternativ ist der Querschnitt des Achszapfens im freiendseitigen Bereich sternförmig mit einer Anzahl von Strahlen. Mit anderen Worten ist der Achszapfen außenverzahnt. Dabei sind die Strahlen bzw. Zähne an deren Spitze insbesondere abgerundet, um einerseits ein Abbrechen zu verhindern und andererseits eine Reibung zwischen dem Achszapfen und der Öse zu verringern. Ferner wird auf diese Weise ein Verhaken der Öse mit dem Achszapfen vermieden. Alternativ oder in Kombination hierzu sind die zwischen den Strahlen bzw. Zähnen gebildeten Täler abgerundet, um eine Beschädigung des Achszapfens bei einem Entfernen des ansonsten in diesem Bereich scharfen Schiebers zu verhindern. Insbesondere ist der Querschnitt über dessen vollständige Ausdehnung in Axialrichtung im Wesentlichen sternförmig.
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Die Anzahl der Strahlen beträgt insbesondere 4 oder 6 und beispielsweise 5, wobei die Anzahl der Täler hierzu korrespondiert. Mittels einer derartigen Anzahl von Strahlen wird eine ausreichende Dicke der Strahlen des Achszapfens und der Form des Schiebers gewährleistet, was zu einer vergleichsweise hohen Stabilität dieser beiden führt. Ferner ist diesem Fall eine genügend große Anzahl von Anlagestellen der Öse an dem Achszapfen zu deren Führung vorhanden, wobei die Reibung zwischen diesen vergleichsweise gering ist.
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Vorzugsweise umgibt die Öse den Achszapfen vollumfänglich, um ein Verhaken zu vermeiden und somit eine Funktionsweise des Schwenklagers sicherzustellen. Ferner ist sich Lösen der Staudruckklappe von dem Zargenkörper durch einen anderweitig vorhandenen Schlitz oder dergleichen vermieden. Auch wird ein Eindringen von Schmutz in den Freiraum unterbunden.
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Vorzugsweise ist die Öse und/oder der Achszapfen einstückig. Somit ist eine Montage der Kühlerzarge vereinfacht, da die beiden Elemente in einem Arbeitsschritt hergestellt werden und kein weiterer Arbeitsschritt zu deren Montage erforderlich ist. Alternativ oder in Kombination hierzu ist die Öse an der Staudruckklappe und der Achszapfen an dem Zargenkörper angeformt. Aufgrund der Anordnung der Öse an der Staudruckklappe ist deren Gewicht im Vergleich zu einer Anbringung des Achszapfens an dieser reduziert, was deren Dynamik erhöht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Öffnung von einem Kragen umgeben, der sich insbesondere auf der dem Kühlernetz abgewandten Seite des Zargenkörpers befindet. Beispielsweise ist der Kragen zumindest teilweise hohlzylindrisch geformt, wobei zweckmäßigerweise die Innenfläche der hohlzylindrischen Form mit der Begrenzung der Öffnung fluchtet. Mittels des Kragens wird die durch die Öffnung hindurch strömende Luft gelenkt und Verwirbelungen in dem Fahrtwind werden vermieden oder zumindest reduziert. Beispielsweise ist an dem Kragen der Achszapfen angebracht, so dass die Drehachse zumindest teilweise durch diesen verläuft.
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In geeigneter Weise ist die Öse hohlzylindrisch und weist somit in deren axialer Richtung eine erhöhte Ausdehnung auf. Die Staudruckklappe wird bei einem Verschwenken um die Schwenkachse mittels der Öse geführt, so dass ein Verhaken der Öse oder der Staudruckklappe an dem Zargenkörper ausgeschlossen ist. Folglich entspricht aufgrund der hohlzylindrischen Ausführung der Öse die Schwenkachse im Wesentlichen der Ausdehnungsrichtung des Achszapfens. Hierfür liegt die Achse der hohlzylindrischen Öse im Wesentlichen auf der Schwenkachse und der Achse des geeigneterweise zylinderförmigen Achszapfens.
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Dabei ist die hohlzylindrische Öse insbesondere vergleichsweise dünnwandig, was deren Gewicht reduziert und somit die Dynamik des Schwenklagers erhöht. Zur Stabilisierung der Öse und Erhöhung von deren Robustheit weist diese an zumindest einem der beiden Freienden eine Abkröpfung auf, die radial nach außen gerichtet ist. Vorzugsweise ist die Abkröpfung im Wesentlichen scheibenförmig und nach Art eines Bundes gestaltet. Somit ist an einer, vorzugsweise beiden, Stirnseiten der Öse eine Materialanhäufung in Form des scheibenförmigen Bundes vorhanden, die die Form der Öse an deren Hauptbelastungspunkten stabilisiert, wobei dazwischen vergleichsweise wenig Material vorhanden ist, was zu einem vergleichsweise geringen Gewicht der Öse führt.
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Geeigneterweise weist das Schwenklager zwei Ösen und zwei Achszapfen auf, die insbesondere im Randbereich der Staudruckklappe angeordnet sind. Auf diese Weise wird ein Verkanten der Staudruckklappe beim Verschwenken mittels der beiden Ösen vermieden. Ferner ist bei einem Brechen einer der Ösen oder eines der Achszapfen ein Lösen der Staudruckklappe vom Zargenkörper vermieden.
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Dabei sind die beiden Achszapfen vorteilhafter Weise einander zugewandt. Mit anderen Worten sind die Achszapfen mit einem der Freienden fixiert, und das andere Freiende weist jeweils in Richtung des anderen Achszapfens. Folglich ist der von der Staudruckklappe benötigte Bauraum reduziert. Geeigneter Weise ragen dabei die Achszapfen zumindest teilweise in den Bereich der von der Staudruckklappe zu verschließenden Öffnung.
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Bei der Herstellung der beiden Achszapfen werden zwei Schieber verwendet, die aufeinander zu bewegt werden, sobald der Kunststoff gehärtet ist. Folglich kann die Form des Zargenkörpers vergleichsweise frei gewählt werden, da die Schieber zur Freigabe des Zargenkörpers lediglich in geringem Umfang bewegt werden müssen.
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Zweckmäßigerweise weist die Staudruckklappe zumindest teilweise einen im Wesentlichen Z-förmigen Querschnitt auf, wobei der Querschnitt insbesondere senkrecht zur Drehachse verläuft. Folglich umfasst die Staudruckklappe zwei zueinander parallele Schenkel, die zueinander versetzt sind. Insbesondere sind diese beiden Schenkel im geschlossenen Zustand im Wesentlichen parallel zu dem Zargenkörper, wobei der Abstand des einen Schenkels zu dem Zargenkörper von dem des anderen Schenkels abweicht. Die beiden Schenkel sind mittels eines Verbindungsschenkels miteinander verbunden, der im geschlossenen Zustand einen Winkel zwischen 50° und 90° mit dem Zargenkörper einschließt. Der Winkel zwischen dem Verbindungsschenkel und den beiden anderen Schenkeln ist jeweils beispielsweise kleiner als 130°. Mittels einer derartigen Kontur ist die Stabilität der Staudruckklappe vorteilhaft erhöht, weshalb diese auch unter widrigen Umgebungsbedingungen einsetzbar ist.
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Vorteilhafterweise verläuft hierbei die Drehachse zwischen den beiden im Wesentlichen parallelen Schenkeln durch den Verbindungsschenkel. Mit anderen Worten wird bei einer Schwenkbewegung der Staudruckklappe einer der beiden im Wesentlichen zueinander parallelen Schenkel entgegen der Fahrtwindrichtung und der andere in Fahrtwindrichtung verschwenkt. Dieser ist beispielsweise doppelt so groß wie der andere parallele Schenkel.
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Zweckmäßigerweise ist die Öffnung an den Z-förmigen Querschnitt der Staudruckklappe angepasst. Insbesondere ahmt hierbei die Randkontur die Z-Form derart nach, dass im geschlossenen Zustand die Staudruckklappe auf der Randkontur der Öffnung aufliegt und folglich im Betrieb keine oder nur eine vergleichsweise geringe Leckluft zwischen der Staudruckklappe und dem Zargenkörper auftritt. Sofern die Öffnung von dem Kragen umgeben ist, ist vorteilhafterweise der der Staudruckklappe zugewandte Rand des Kragens an diese angepasst.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 schematisch vereinfacht einen Kühlerlüfter mit einer Lüfterzarge,
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2 perspektivisch die Lüfterzarge mit einer Staudruckklappe,
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3 perspektivisch die an einem Kragen montierte Staudruckklappe in geöffnetem Zustand,
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4 die geöffnete Staudruckklappe in einer Schnittdarstellung mit einem Achszapfen,
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5 die Staudruckklappe gemäß 3 in geschlossenem Zustand,
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6 die Staudruckklappe gemäß 4 in geschlossenem Zustand,
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7 den Achszapfen mit entfernter Staudruckklappe,
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8 ausschnittsweise die Staudruckklappe nach der Fertigung, und
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9 eine weitere Ausführungsform des Achszapfens gemäß 4.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch vereinfacht in einer Seitendarstellung ein Kühlerlüfter 2 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Der Kühlerlüfter 2 umfasst ein Kühlernetz 4, durch das ein Kühlrohr 6 geführt ist. Innerhalb des Kühlrohrs 6 befindet sich eine Kühlflüssigkeit, welche mittels einer hier nicht dargestellten Pumpe in Zirkulation gehalten wird. Die Kühlflüssigkeit wird durch eine Verbrennungskraftmaschine 8 geleitet und von dieser erwärmt, wobei die Verbrennungskraftmaschine 8 gekühlt wird. Die erwärmte Kühlflüssigkeit wird erneut durch das Kühlernetz 4 geleitet, welches von einem Fahrtwind beaufschlagt ist. Die Richtung des Fahrtwindes ist hierbei längs einer Fahrtwindrichtung 10, die im Wesentlichen der Hauptfortbewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs entspricht.
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Mittels eines Lüfters 12, der in Fahrtwindrichtung 10 hinter dem Kühlernetz 4 angeordnet ist, wird der Fahrtwind verstärkt oder bei einem Stillstand des Fahrzeugs erzeugt. Dies erfolgt mittels eines Elektromotors 14, der ein Lüfterrad 16 in Rotation versetzt. Ferner wird mittels des Lüfterrads 16 der Fahrtwind auf die Verbrennungskraftmaschine 8 geleitet, und diese somit von außen mit dem Fahrtwind beaufschlagt. Dies führt zu einer zusätzlichen Kühlung der Verbrennungskraftmaschine 8. Das Lüfterrad 16 ist in einer runden Aussparung 18 innerhalb eins Zargenkörpers 20 angeordnet. In dem Übergangsbereich zwischen dem Zargenkörper 20 und dem Lüfterrad 16 befinden sich Bürsten oder eine bestimmte Kontur, die jeweils eine sogenannte Leckluft zwischen den beiden Komponenten minimiert. Der Elektromotor 14 ist mittels Streben 22 an dem Zargenkörper 20 befestigt. Die Streben 22 sind einstückig mit dem Zargenkörper 20 hergestellt, beispielsweise in einem Kunststoffspritzverfahren. Die Streben 22 und der Zargenkörper 20 sind Bestandteile einer Lüfterzarge 24, mittels derer der Fahrtwind auf die Verbrennungskraftmaschine 8 und durch das Kühlernetz 4 geleitet wird.
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In 2 ist die Lüfterzarge 24 perspektivisch entgegen der Fahrtwindrichtung 10 gezeigt. Die Lüfterzarge 24 ist im Wesentlichen rechteckig und die Aussparung 18 befindet sich in etwa mittig. Die Streben 22 sind in einer Ebene mit dem Zargenkörper 20 und verbinden einen Motorring 26 mit dem Zargenkörper 20. An dem Motorring 26 wird der Elektromotor 14 mittels Schrauben befestigt oder von diesem kraftschlüssig umgeben. In den Eckbereichen des Zargenkörpers 20 befinden sich Öffnungen 28, die jeweils von einer Staudruckklappe 30 abgedeckt sind. Die Größe der Öffnungen 28 und der jeweiligen zugehörigen Staudruckklappe 30 variiert, wobei die Staudruckklappe 30 die korrespondierende Öffnung 28 vollständig abdeckt.
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In 3 und 4 ist eine der Staudruckklappen 30 in geöffnetem Zustand perspektivisch und in einer Schnittdarstellung dargestellt. Die Staudruckklappe 30 ist mittels zweier Ösen 32 und zweier Achszapfen 34 um eine Drehachse 36 schwenkbar gelagert, die in etwa horizontal und senkrecht zur Fahrtwindrichtung 10 verläuft. Die Achszapfen 34 sind an einem Kragen 38 des Zargenkörpers 20 angeformt, der eine hohlzylindrische Form aufweist. Die Form erstreckt sich entlang der Fahrtwindrichtung 10 und umfasst eine im Wesentlichen T-förmige Grundform, wobei sich die Achszapfen 34 im Bereich der Verbreiterung des horizontalen T-Schenkels an der Innenseite des Kragens 38 befinden. Mit anderen Worten sind die Achszapfen 34 einander zugewandt. Der Querschnitt jedes Achszapfens 34 ist sternförmig, mit sechs Strahlen 40 zwischen denen sich sechs Täler 42 befinden. Sowohl die Täler 42 als auch die Strahlen 40 oder Zähne sind abgerundet ausgeführt. Dabei ist der Querschnitt des Achszapfens 34 über dessen Länge entlang der Drehachse 36 konstant. Mit anderen Worten ist der Querschnitt der Achszapfen 34 bei einem Schnitt senkrecht zur Drehachse 36 im Wesentlichen gleich.
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Jeder Achszapfen 34 wird freiendseitig, also dem Kragen 34 abgewandt, von jeweils einer der Ösen 32 voll umfänglich umgeben, die in einem in Richtung der Drehachse 36 sich erstreckenden Randbereich der Staudruckklappe 30 in dieser angeformt sind. Dabei ist der Querschnitt der Form, die aus dem zugeordneten Achszapfen 34 zugewandten Oberfläche der Öse 32 gebildet ist, kreisförmig. Mit andern Worten weist jede Öse 32 ein kreisrundes Loch auf, innerhalb dessen der jeweilige Achszapfen 34 angeordnet ist.
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Aufgrund der Querschnitte des Achszapfens 34 und der Öse 32 weist der zwischen diesen beiden gebildete Freiraum 44 in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 36 eine variierende Ausdehnung auf. Im Bereich der Strahlen 40 ist der Innendurchmesser 46 des Freiraums 44 nämlich im Verglich zu dem Innendurchmesser 46 im Bereich der Täler 42 reduziert. Der Außendurchmesser 48 des Freiraums 44 hingegen ist konstant.
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Die Staudruckklappe 30 selbst weist einen Z-förmigen Querschnitt auf, der aus zwei zueinander parallelen Schenkeln 50 und einem dazwischen angeordneten Verbindungsschenkel 52 gebildet ist, an dem die Ösen 32 befestigt sind. Die beiden parallelen Schenkel 50 verlaufen im geöffneten Zustand im Wesentlichen horizontal, wobei einer der beiden Schenkel 50 oberhalb des anderen Schenkels 50 angeordnet ist. Der untere Schenkel 50, der im Wesentlichen halb so groß ist, wie der verbleibende, ist dabei entgegen der Fahrtwindrichtung 10 verschwenkt, und befindet sich somit in Fahrtrichtung 10 vor der Drehachse 36.
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Falls keine Kraft außer der Gewichtskraft auf die Staudruckklappe 30 wirkt, stellt sich eine zu einem vertikalen Verlauf gering, beispielsweise um 5°, geneigten Position ein, wie in 5 und 6 gezeigt. Jeder der beiden zueinander parallelen Schenkel 50 liegt an dem Zargenkörper 20 an, wobei der kleinere der beiden Schenkel 50 flächig an dem Zargenkörper 20 anliegt und der größere der beiden Schenkel 50 auf einem Rand des Kragens 38 aufliegt. Aufgrund der geringen Neigung wirkt dabei die Gewichtskraft derart auf die Staudruckklappe 30, dass die Schenkel 50 gegen die jeweilige Anlagefläche gedrückt werden. Folglich befindet sich zwischen dem Zargenkörper 20 und der Staudruckklappe 30 kein Schlitz und es kann keine oder nur vergleichsweise wenig Luft zwischen diesen beiden hindurchtreten. Bei einer Beaufschlagung der Staudruckklappe 30 mit dem Fahrtwind wird diese um die Drehachse 36 verschwenkt und die Öffnung 28 freigegeben. Daher kann im geöffneten Zustand der Fahrtwind durch die Öffnung 28 treten und das Kühlernetz 4 wird effizient gekühlt.
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In 7 ist ausschnittsweise einer der Achszapfen 34 gezeigt, der an der Innenseite des Kragens 38 angeformt ist, wobei die Staudruckklappe 30 entfernt ist. Die Täler 42 und Zähne 40 verlaufen entlang der Drehachse 36 vom Freiende des Achszapfens 34 hin zu dem Verbindungspunkt des Achszapfens 34 mit dem Kragen 38. Der Achszapfen 34 ist glatt und gratfrei. Dies wird dadurch erreicht, dass bei der Fertigung des Zargenkörpers 20 mittels Spritzgusstechnik jeder Achszapfen 34 umfangsseitig vollständig von einem Schieber umgeben ist. Die Innenform des Schiebers ahmt dabei die Kontur des Achszapfens 34 nach und die Außenform des Schiebers ist korrespondierend zu der Öse 32 rund. Mit anderen Worten befindet sich der Schieber in dem auch in 8 gezeigten Freiraum 44 zwischen der Öse 32 und dem Achszapfen 34.
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Die Gussform der Staudruckklappe 30 und des Zargenkörpers 20 ist derart, dass beide in einem Arbeitsschritt hergestellt werden. Hierfür sind die beiden Gussformen miteinander verbunden und die Form der Staudruckklappe 30 in geöffneter Stellung orientiert. In diese Gussform wird in einem Kunststoffspritzverfahren flüssiger Kunststoff eingeleitet, der die Gussform im Bereich des Zargenkörpers 20 und der Staudruckklappe 30 vollständig ausfüllt.
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Nach der Härtung des Kunststoffes werden die die Achszapfen 34 umgebenden Schieber aufeinander zu bewegt, und zwar um den Betrag der Länge der Achszapfen 34. Auf diese Weise werden die Achszapfen 34 freigegeben und der Freiraum 44 ist erstellt. In einem weiteren Arbeitsschritt wird die den Gießling in Fahrtrichtung 10 abschließenden Teil der Gussform in Fahrtrichtung 10 entfernt und der Gießling der Gussform entnommen. In der Trennebene der beiden verwendeten Gussformen liegt die Drehachse 36. Aufgrund der speziellen Form des Achszapfens 34 ist einerseits der zur Herstellung des Achszapfens 34 und der Öse 32 verwendete Schieber vergleichsweise robust, da in den Bereichen des verdickten Freiraums, also im Bereich der Täler 42, die Schieberwand vergleichsweise dick ausgeführt ist. Ferner wird wegen des vergleichsweise geringen Materialbedarfs des Achszapfens 34 im Bereich der Täler 42 dessen Neigung zum Verzug bei einem Entfernen der Schieber reduziert.
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In einem folgenden Arbeitsschritt wird die Verbindung zwischen der Staudruckklappe 30 und dem Zargenkörper 20, über die der Kunststoff aus der Form des Zargenkörpers 20 zu der Form der Staudruckklappe 30 strömte, gelöst, beispielsweise gebrochen oder geschnitten. In Folge dessen ist die Staudruckklappe 30 um die Drehachse 36 freischwingend.
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Aufgrund der Fertigung der Staudruckklappe 30 und des Zargenkörpers 20 in einem Arbeitsschritt ist die Herstellungszeit verkürzt und die Staudruckklappe 30 verliersicher an dem Zargenkörper 20 befestigt. Ferner ist aufgrund der Verwendung des gleichen Materials für den Zargenkörper 20 und die Staudruckklappe 30 die Lebenszeit der einzelnen Komponenten nahezu gleich sowie deren physikalisches Verhalten bei einer Erwärmung während des Betriebs der Lüfterzarge 24. Auch tritt ein Verkanten der Staudruckklappe 30 während des Betriebs aufgrund der Starrheit und Einstückigkeit der Ösen 32 und der Achszapfen 34 nicht ein.
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Jede Öse 32 weist einen hohlzylindrischen Abschnitt 54 auf, der vergleichsweise dünnwandig ist. An den zugehörigen Stirnseiten 56 des Abschnitts 54 befindet sich je ein scheibenförmiger Bund 58, der den Außendurchmesser der Öse 32 in diesem Bereich erhöht.
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Jeder Bund 58 weist eine Stabilisierungsrippe 60 auf, die im Wesentlichen senkrecht zu dem kürzeren der beiden parallelen Schenkel 50 verläuft und an diesem angebunden ist. Auf diese Weise wird der vergleichsweise dünnwandige kurze Schenkel 50 stabilisiert und eine Verbiegung bei einem Verschwenken entgegen der von dem Fahrtwind in Fahrtwindrichtung 10 aufgebrachten Kraft vermieden. Ebenso wird die mittels der Ösen 32 definierte Drehachse 36 im Wesentlichen parallel zu den Schenkeln 50 gehalten.
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In 9 ist eine alternative Ausführungsform des Achszapfens 34 gezeigt. Der Querschnitt des Achszapfens 34 ist dreieckförmig mit abgerundeten Ecken. Die Form der Öse 32 hingegen und somit auch der Außendurchmesser 48 des Freiraums 44 entspricht der vorherigen Ausführungsform. Der Vorteil eines derartigen Achszapfens 34 liegt in der vereinfachten Herstellung des Schiebers, der bei der Formung des Achszapfens 34 verwendet wird. Es müssen nämlich keine zu den Tälern 42 korrespondierenden Strukturen in den Schieber eingebracht werden.
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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 den Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kühlerlüfter
- 4
- Kühlernetz
- 6
- Kühlrohr
- 8
- Verbrennungskraftmaschine
- 10
- Fahrtwindrichtung
- 12
- Lüfter
- 14
- Elektromotor
- 16
- Lüfterrad
- 18
- Aussparung
- 20
- Zargenkörper
- 22
- Strebe
- 24
- Lüfterzarge
- 26
- Motorring
- 28
- Öffnung
- 30
- Staudruckklappe
- 32
- Öse
- 34
- Achszapfen
- 36
- Drehachse
- 38
- Kragen
- 40
- Strahl
- 42
- Tal
- 44
- Freiraum
- 46
- Innendurchmesser
- 48
- Außendurchmesser
- 50
- Schenkel
- 52
- Verbindungsschenkel
- 54
- Hohlzylinder
- 56
- Stirnseite
- 58
- Bund
- 60
- Stabilisierungsrippe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1621773 A1 [0002]
- DE 202011003858 U1 [0006]
