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Die Erfindung betrifft ein Kühlmodul bzw. ein Kühlaggregat gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Derartige Kühlmodule haben ein Lüfterrad, über das Umgebungsluft durch einen Kühler des Kühlmoduls gefördert wird. Dabei wird ein Kühlmittel, das zuvor entfernt von dem Kühlmodul zur Kühlung genutzt wurde, in einem Kreislauf zum Kühler zurückgeführt und darin wieder abgekühlt. Dann kann das Kühlmittel wieder zur Kühlung genutzt werden.
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Derartige Kühlmodule werden zum Beispiel auf Dächern von Schienenfahrzeugen montiert, in denen sich Menschen befinden. Dann wird das Kühlmittel in die zu kühlenden Komponenten des Schienenfahrzeugs gefördert. Nachteilig an derartigen Kühlmodulen ist, dass störende Geräusche des Lüfterrads über das Gehäuse des Kühlmoduls verstärkt und in den Innenraum und die Umgebung übertragen werden können.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, das Gehäuse zur Schalldämmung mit Schaumstoffen oder faserigen Materialien auszukleiden. Nachteilig an derartigen Schalldämmungen ist, dass diese neben Staub auch Regen- bzw. Kondenswasser oder auch ausgetretene Kühlflüssigkeit aufsaugen, wodurch ihre Haltbarkeit verringert wird. Insbesondere können derartige Schalldämmungen nach der Beaufschlagung durch Flüssigkeiten bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt beschädigt werden.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Kühlmodul zu schaffen, bei dem diese Nachteile vermieden sind.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kühlmodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Das beanspruchte Kühlmodul hat ein Gehäuse und ein darin rotierendes Lüfterrad (zum Beispiel Schaufelrad). Zur Schalldämmung weist zumindest ein Wandabschnitt des Gehäuses erfindungsgemäß mehrere Kammern auf, die zumindest innenseitig von einem sich über mehrere Kammern erstreckenden mikro-perforierten Absorber und weiterhin von im Innern der des Wandabschnitts angeordneten Trennwänden begrenzt sind. Der mikro-perforierte Absorber hat eine Vielzahl von vergleichsweise kleinen Durchgangsausnehmungen. Die Kammern sind durch die Trennwände voneinander getrennt. Damit ist ein Kühlmodul geschaffen bei dem die Haltbarkeit der Schalldämmung verbessert ist. Insbesondere können derartige Schalldämmungen nach einer Beaufschlagung mit Staub und Flüssigkeit (Wasser oder Kühlflüssigkeit) auch Temperaturen unter dem Gefrierpunkt widerstehen und gereinigt werden. Unter Wandabschnitt ist auch ein Boden oder ein Deckel des Gehäuses zu verstehen.
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Vorzugsweise haben die Durchgangsausnehmungen einen Anteil an einer Fläche des Absorbers von wenigen Prozent (insbesondere unter 8 Prozent).
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Aus fertigungstechnischen Gründen wird es bevorzugt, wenn die Durchgangsausnehmungen Mikroschlitze sind.
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Vorzugsweise weist der Wandabschnitt ein äußeres flächiges Wandelement oder eine äußere Wandfläche und ein inneres flächiges Wandelement oder eine innere Wandfläche auf. Der mikro-perforierte Absorber bildet zumindest das innere Wandelement bzw. die innere Wandfläche.
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Bei einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist das äußere Wandelement des Wandabschnitts geschlossen. Damit sind die Kammern innenseitig vom Absorber und außenseitig von einem Schall reflektierenden Wandelement begrenzt. Durch die Wahl des Abstands zwischen dem äußeren geschlossenen Wandelement und dem inneren mikro-perforierten Wandelement kann die Schalldämmung an die zu dämmende Schallfrequenz angepasst werden.
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In Abhängigkeit des möglichen Aufwandes und angestrebter Schalldämmung können einzelne oder alle Wandabschnitte des Gehäuses innen mit dem Absorber ausgekleidet und mit den Kammern zur Schalldämmung versehen sein.
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Bei einer zweiten Weiterbildung der Erfindung ist auch das äußere Wandelement des Wandabschnitts von einem Absorber gebildet. Damit sind die Kammern außenseitig und innenseitig von Absorbern und weiterhin von den Trennwänden begrenzt. Damit ist die äußere Schallsystemgrenze des Kühlmoduls von mikro-perforiertem Absorber gebildet. Durch die Wahl des Abstands zwischen dem äußeren mikro-perforierten Wandelement und dem inneren mikro-perforierten Wandelement kann die Schalldämmung an die zu dämmende Schallfrequenz des Kühlmoduls angepasst werden.
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Die Schalldämmung ist weiter verbessert, wenn der Wandabschnitt ein oder mehrere mittlere flächige Wandelemente oder mittlere Wandflächen aufweist. Damit sind zwei oder mehr Ebenen von Kammern in dem Wandabschnitt gebildet. Auch dabei lassen sich die Abstände der verschiedenen Wandelemente (inneres, mittleres und äußeres Wandelement) auch unterschiedlich bemessen und so an die zu dämmende Schallfrequenz anpassen.
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Die so gebildeten Ebenen können unterschiedliche Dicke und damit Kammertiefe aufweisen.
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Vorrichtungstechnisch und fertigungstechnisch einfach ist es, wenn die Trennwände zwischen den Wandelementen und senkrecht zu den Wandelementen angeordnet sind.
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Die Trennwände können gemäß einer ersten Ausgestaltung eine mehreckige Wabenstruktur bilden.
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Die Trennwände können gemäß einer zweiten Ausgestaltung eine rechteckige oder quadratische Gitterstruktur bilden.
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Vorzugsweise sind die Trennwände fest mit den flächigen Wandelementen verbunden. Dazu können sie verklebt, verschweißt, verlötet oder elastisch dichtend zwischen den Wandelementen eingespannt sein. Damit wird ein akustischer „Kurzschluss“ zwischen den Trennwänden verhindert.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung hat das Gehäuse eine Rahmenstruktur, so dass sich ein kastenartiger Aufbau des Gehäuses ergibt. Dann wird der zumindest eine erfindungsgemäß mit Kammern versehene Wandabschnitt in einen Rahmen dieser Rahmenstruktur eingesetzt und / oder auf Stifte der Rahmenstruktur aufgesteckt. Damit ergibt sich die Möglichkeit, den Wandabschnitt als ebenes flächiges Teil einfach zu fertigen an der Rahmenstruktur zu befestigen, zum Beispiel durch Einsetzten zwischen Profile der Rahmenstruktur und / oder durch Aufstecken auf Stifte.
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Insbesondere bei dem kastenartigen Gehäuse wird es im Sinne einer Wirkungsgradoptimierung bevorzugt, wenn das Lüfterrad ein Radialgebläse bildet, das Umgebungsluft axial über einen Kühler ansaugt und radial abführt. Das Lüfterrad kann aber auch ein Axialgebläse bilden.
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Insbesondere im Falle des Radialgebläses können zur weiteren Schalldämmung am Umfang des Lüfterrades weitere mikro-perforierte Absorberelemente angeordnet sein, die einen spezifischen Winkel- und Radialabstand zum Lüfterrad haben. Die weiteren Absorberelemente können in einer oder mehreren Reihen angeordnet sein. Die weiteren Absorberelemente können Luft leitende Funktion haben.
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Der erfindungsgemäß mit Absorber und Kammern ausgebildete Wandabschnitt oder weitere Absorberfolien können parallel bzw. entlang einem Luftstrom angeordnet ist.
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Der Absorber kann aus Metall (zum Beispiel aus Blech) gefertigt sein.
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Der Absorber kann aus Kunststoff gefertigt sein.
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Der Absorber kann über eine bestimmte Flächenausdehnung einstückig sein und dabei mehrere innere flächige Wandelemente bilden und dazwischen angeordnete Anlageabschnitte aufweisen. Die Anlageabschnitte dienen zu Anlage und zur Befestigung des Absorbers an dem oder an den äußeren Wandelement(en). So wird der Absorber im gewählten Abstand zur äußeren Wandelement gehalten, wodurch die Tiefe der Kammern bestimmt ist.
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Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn der Absorber aus einem Blech umgeformt ist und mehrere zueinander parallele Biegestellen hat. Dann können zwei zueinander benachbarte Biegestellen paarweise einen Anlageabschnitt oder ein äußeres Wandelement begrenzen. Somit können das gebogene innere Wandelement und das flache äußere Wandelement Räume ausbilden, die jeweils durch die Trennwände in mehrere Kammern unterteilt sind.
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Das Kühlmodul kann ein weiteres Lüfterrad haben, wobei ein oder mehrere erfindungsgemäße Wandabschnitte (auch) zwischen diesen angeordnet sind.
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Das Gehäuse kann einen Ausblaskanal aufweisen oder begrenzen, der in Strömungsrichtung des Luftstroms hinter dem Lüfterrad angeordnet ist. Dann kann (auch) der Ausblaskanal zur Schalldämmung einen erfindungsgemäßen Wandabschnitt aufweisen.
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Das Gehäuse kann einen Ansaugkanal aufweisen oder begrenzen, der in Strömungsrichtung des Luftstroms vor dem Lüfterrad angeordnet ist. Dann kann (auch) der Ansaugkanal zur Schalldämmung einen erfindungsgemäßen Wandabschnitt aufweisen.
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Zur Maximierung der Effektivität des Absorbers kann die Größe der Kammern in Abhängigkeit einer zu dämmenden Schaufelblattfrequenz des rotierenden Lüfterrads ausgelegt werden. Die Schaufelblattfrequenz lässt sich aus der vornehmlichen Drehfrequenz (zum Beispiel Nenn-Drehfrequenz) des Lüfterrads und der Anzahl von Schaufelblättern des Lüfterrads ermitteln. Die Schaufelblattfrequenz kann bei einem Anwendungsfall 440 Hz betragen.
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Die Größe der Kammern wird über den Abstand der Wandabschnitte zueinander und über den Abstand zwischen den Trennwänden definiert.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung hat das erfindungsgemäße Kühlmodul Träger, die zur Befestigung des Kühlmoduls an einem Dach – insbesondere eines Schienenfahrzeugs – ausgebildet sind.
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Im Folgenden werden anhand der Figuren zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlmoduls in einer perspektivischen Ansicht,
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2 das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlmoduls in einer teilweise geschnittenen seitlichen Ansicht,
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3a und 3b jeweils ein Ausführungsbeispiel von Trennwänden und Kammern,
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4 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlmoduls in einer teilweise geschnittenen Ansicht,
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5 ein Gehäuse eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kühlmoduls in einer schematischen perspektivischen Ansicht,
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6a und 6b einen Wandabschnitt des dritten Ausführungsbeispiels gemäß 5, und
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7 das dritte Ausführungsbeispiel des Kühlmodul gemäß den 5 und 6 in einer schematischen geschnittenen seitlichen Ansicht.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlmoduls in einer perspektivischen Ansicht. Es hat zwei Querträger 1, die quer zur Fahrtrichtung auf einem Dach eines Schienenfahrzeugs (beide nicht gezeigt) montiert werden. Die Querträger 1 tragen einen Kühler 2, ein Zwischengehäuse 4 und ein Lüfterradgehäuse 6 mit einem Ausblaskanal 10.
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Im Betrieb des erfindungsgemäßen Kühlmoduls wird über eine Kühlmittelpumpe 8 Kühlmittel durch den Kühler 2 geführt und von dort in einen Innenraum des Schienenfahrzeugs (beide nicht gezeigt) geführt. Gleichzeitig wird über ein im Innern des Lüfterradgehäuses 6 angeordnetes Radiallüfterrad (vgl. 2) Umgebungsluft durch den Kühler 2 und durch das Zwischengehäuse 4 in das Lüfterradgehäuse 6 gesaugt. Das Radiallüfterrad wird von einem Elektromotor 16 angetrieben. Aus dem Lüfterradgehäuse 6 wird die Umgebungsluft durch den daran gebildeten Ausblaskanal 10 an die Umgebung abgeführt. Damit wird die Umgebungsluft, nach dem sie im Kühler 2 Wärme des zugeführten Kühlmittels aufgenommen hat, durch ein Gehäuse des Kühlmoduls geführt, das im Wesentlichen aus dem Zwischengehäuse 4, dem Lüfterradgehäuse 6 und dem Ausblaskanal 10 besteht.
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2 zeigt das Kühlmodul gemäß 1 in einer teilweise geschnittenen seitlichen Ansicht. Über die Kühlmittelpumpe 8 und die beiden geschnitten dargestellten Querträger 1 hinausgehend ist insbesondere ein Schnitt durch das Lüfterradgehäuse 6 dargestellt. In dem Lüfterradgehäuse 6 ist das Radiallüfterrad 12 benachbart zu einem Wandabschnitt 14 des Lüfterradgehäuses 6 angeordnet. Die Umgebungsluft strömt axial durch zum Radiallüfterrad 12 und verlässt dieses radial.
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Der Wandabschnitt 14 ist einstückig mit einem Wandabschnitt des Ausblaskanals 10 gebildet. Weiterhin sind ein Deckel 20 und ein Boden 22 des Lüfterradgehäuses 6 dargestellt, wobei der Boden 22 einstückig mit einem dazu abgewinkelten Boden 24 des Ausblaskanals 10 gebildet ist.
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An dem Deckel 20 des Lüfterradgehäuses 6 und an dem gemeinsamen Wandabschnitt 14 des Lüfterradgehäuses 6 und des Ausblaskanals 10 und an dem Boden 24 des Ausblaskanals 10 ist jeweils ein mikro-perforierter Absorber 28 befestigt, wobei die Absorber 28 des Deckels 20 und des Bodens 24 geschnitten dargestellt sind, während der Absorber 28 des Wandabschnitts 14 in einer Ansicht dargestellt ist. Die Absorber 28 sind aus Aluminiumblech hergestellt und sind mehrfach nach einem regelmäßigen Schema abgewinkelt. Durch die Abwinkelungen hat jeder Absorber 28 streifenförmige am Lüfterradgehäuse 6 befestigte Anlageabschnitte 30, die im Wesentlichen flächig am Wandabschnitt 14 bzw. am Boden 24 bzw. am Deckel 20 anliegen. Dazu benachbart sind streifenförmige Abschnitte geformt, zwischen denen jeweils ein Hauptabschnitt 32 des Absorbers 28 angeordnet ist. Die Hauptabschnitte 32 sind vorzugsweise parallel zum Wandabschnitt 14 bzw. zum Boden 24 bzw. zum Deckel 20 angeordnet. Dadurch entstehen mehrere flache Räume 34, die lediglich über eine Vielzahl von Mikroschlitzen, die die Absorber 28 durchdringen, mit dem Innenraum des Gehäuses 6 verbunden sind.
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3a und 3b zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel von regelmäßigen Strukturen aus Trennwänden 35; 135, die im Innern der Räume 34 aufgestellt sind, um voneinander getrennte Kammern 36; 136 zu bilden. Genauer gesagt hat das erste Ausführungsbeispiel gitterartige Trennwände 35, während die Trennwände des zweiten Ausführungsbeispiels derart angeordnet sind, dass sich wabenartige Kammern 136 ergeben. Bei beiden Ausführungsbeispielen entspricht die Höhe der Trennwände 35; 135 und damit der Kammern 36; 136 der Höhe der Räume 34, die durch den Abstand der Hauptabschnitte 32 der Absorber 28 vom äußeren Wandabschnitt 14 bzw. vom Boden 24 bzw. vom Deckel 20 definiert ist. Damit sind Kammern gebildet, deren Größe in Abhängigkeit der zu dämpfenden Schallfrequenz ausgelegt ist.
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4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kühlmoduls in einer teilweise geschnittenen Ansicht. Das Kühlmodul hat zusätzlich zum ersten Kühler 2 gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel einen zweiten Kühler 102, der von der einströmenden Umgebungsluft (in 4 von links nach rechts) durchströmt wird, bevor sie den ersten Kühler 2, das Zwischengehäuse 4 und das Lüfterradgehäuse 6 durchströmt. Weiterhin hat das zweite Ausführungsbeispiel einen Kühlmittelfilter 144.
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In 4 ist dargestellt, dass die Absorber 28 über ihre Anlageabschnitte 30 und über Einnietmuttern 146 am jeweiligen Gehäuse 4, 6 befestigt sind. Dazu durchdringen die Einnietmuttern 146 die betroffenen Wände und Böden und Decken der Gehäuse 4, 6. Einige Wandabschnitte der Gehäuse 4, 6 weisen an ihrer Innenseite die Absorber 28 auf, durch welche die Räume 34 gebildet sind, in die erfindungsgemäß gitterartige oder wabenartige regelmäßige Strukturen aus Trennwänden zur Kammerbildung eingepasst sind.
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5 zeigt ein Gehäuse 206 eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kühlmoduls in einer schematischen perspektivischen Ansicht. Es ist als Rahmenkonstruktion ausgeführt und hat entlang seinen Kanten Profile 248. In die Bereiche zwischen den Profilen 248 ist jeweils ein flächiger passgenauer Wandabschnitt 214 eingesetzt.
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6a und 6b einen Wandabschnitt 214 des dritten Ausführungsbeispiels gemäß 4. Genauer gesagt zeigt 6a den Wandabschnitt in einer perspektivischen Ansicht, währen 6b den Wandabschnitt 214 in einer seitlichen geschnitten Darstellung zeigt. Die Wandabschnitte sind aus drei flächigen Wandelementen von mikro-perforierten Absorbern 28 gebildet, also von einem inneren Wandelement 250, einem mittleren Wandelement 252 und einem äußeren Wandelement 254. Dazwischen sind zwei Ebenen bzw. Räume 34 gebildet, in denen Trennwände 35; 135 und Kammern 36; 136 (zum Beispiel nach einem der Ausführungsbeispiele gemäß den 3a oder 3b) angeordnet sind.
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Die Trennwände 25; 135 sind an den Wandelementen 250, 252, 254 befestigt, so dass die Kammern 36; 136 – abgesehen von den als Mikroschlitze ausgeführten Perforationen – luftdicht sind.
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Das äußere Wandelement 254 hat Löcher 256, über die es auf Stifte 258 der Profile 248 aufgesteckt ist.
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7 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel des Kühlmoduls gemäß den 5 und 6 in einer schematischen geschnittenen Darstellung. Es ist dargestellt, dass das Radiallüfterrad 12 die Umgebungsluft radial nach außen fördert. Dabei dringt ein Teil der Umgebungsluft gemäß den Pfeilen durch die Mikroschlitze von drei zusätzlichen am Umfang des Radiallüfterrades 12 verteilten Absorberelementen 218 und von drei Wandelemente 250, 252, 254. Der weitaus größere Teil der Umgebungsluft wird über den Ausblaskanal 10 (vergleiche 1) nach Außen gefördert.
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Offenbart ist ein Kühlmodul bzw. Kühlaggregat mit einem Gehäuse und mit einem Radiallüfterrad, das als Lüfter für einen Kühler dient. Das Gehäuse weist zur Schalldämmung einen aus einem Aluminiumblech umgeformten Absorber auf, der eine Vielzahl von Mikroschlitzen hat. Mit dem Absorber sind Innenwandungen des Gehäuses ganz oder teilweise ausgekleidet, wodurch Räume zwischen der Innenwandung und dem Absorber gebildet sind, die durch wabenförmige oder gitterförmige Trennwände in Kammern unterteilt sind. Die Kammern sind damit nur durch die Mikroschlitze mit dem Innenraum des Gehäuses verbunden und dämmen den Schall des Radiallüfterrads. Alternativ kann auch die äußere Gehäusewand von einem Absorber gebildet sein, der eine Vielzahl von Mikroschlitzen hat.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Querträger
- 2; 102
- Kühler
- 4
- Zwischengehäuse
- 6
- Lüfterradgehäuse
- 8
- Kühlmittelpumpe
- 10
- Ausblaskanal
- 12
- Radiallüfterrad
- 14; 214
- Wandabschnitt
- 16
- Elektromotor
- 20
- Deckel
- 22
- Boden
- 24
- Boden
- 28
- Absorber
- 30
- Anlageabschnitt
- 32
- Hauptabschnitt
- 34
- Raum
- 35; 135
- Trennwand
- 36; 136
- Kammer
- 40
- Deckel
- 144
- Kühlmittelfilter
- 146
- Einnietmutter
- 206
- Gehäuse
- 218
- Absorberelement
- 248
- Profil
- 250
- inneres Wandelement
- 252
- mittleres Wandelement
- 254
- äußeres Wandelement
- 256
- Loch
- 258
- Stift
