DE102017200222A1

DE102017200222A1 - Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Lüfterzarge

Info

Publication number: DE102017200222A1
Application number: DE102017200222.0A
Authority: DE
Inventors: Falk Gerbig
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-01-09
Filing date: 2017-01-09
Publication date: 2018-07-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, aufweisend: einen von Frischluft durchströmbaren Wärmetauscher (2), ein in Luftströmungsrichtung hinter dem zumindest einen Wärmetauscher (2) angeordnetes Lüfterrad (3) und eine Lüfterzarge (4), welche Wärmetauscher (2) und Lüfterrad (3) derart miteinander verbindet, dass ein Luftstrom erzeugbar ist, der durch den Wärmetauscher (2) strömt, um einen Wärmeaustausch durchzuführen. Das Lüfterrad (3) sich radial nach außen verjüngt, wodurch ein sich radial nach außen erweiternder Zwischenraum (5) zwischen dem zumindest einen Wärmetauscher (2) und dem Lüfterrad (3) ausgebildet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie eine Lüfterzarge für eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahrzeugs.
Technischer Hintergrund
In Kraftfahrzeugen werden Kühlvorrichtungen primär zur Kühlung eines Antriebs, insbesondere zur Kühlung einer Brennkraftmaschine, verwendet, optional jedoch auch für die Kühlung eines Kältemittelkreislaufes für eine Klimaanlage. Kühlvorrichtungen für Kraftfahrzeuge umfassen daher im Allgemeinen mehrere Wärmetauscher, wie zum Beispiel einen Kühlmittelkühler, einen Ladeluftkühler, einen Ölkühler sowie einen Kondensator zur Kühlung des Kältemittels der Klimaanlage. Um bei Fahrsituationen mit höherer Antriebslast bei wenig Fahrtwind eine ausreichende Kühlleistung bereitstellen zu können, weist die Kühlvorrichtung ferner einen Lüfter auf, um für einen ausreichenden Wärmeaustausch zu sorgen. Dieser Lüfter ist in der Regel in Strömungsrichtung des Fahrtwindes hinter dem Wärmetauscher angeordnet und saugt somit Frischluft von außerhalb des Fahrzeugs durch den Wärmetauscher an. Damit dieser Lüfter keine Falschluft am Wärmetauscher vorbei ansaugt und somit die Ansaugleistung des Lüfters reduziert wird, wird der meist rechteckige Abströmquerschnitt des Wärmetauschers mit einer Lüfterzarge auf den kreisrunden Ansaugquerschnitt eines Lüfterrads des Lüfters überführt.
In modernen Kraftfahrzeugen ist aufgrund der hohen Anzahl von Komponenten, die in einem Motorraum untergebracht werden müssen, bei gleichzeitiger Optimierung des Gesamtgewichts des Fahrzeugs, im Allgemeinen der Bauraum äußerst begrenzt, weshalb Lüfterzargen in ihrer axialen Erstreckung, die in etwa der Strömungsrichtung der Frischluft (Fahrtwind) sowie der Fahrtrichtung des Fahrzeugs entspricht, nur knapp bemessen werden. Hier kommt es oft auf jeden Millimeter an. Ferner besteht oft das Problem, dass nicht ausreichend Platz im Motorraum vorhanden ist, um den Lüfter radial so groß auszubilden, dass er den Abströmquerschnitt des Wärmetauschers vollständig abdeckt.
In 1 ist eine bekannte Kühlvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt. Wie der 1 entnommen werden kann, ist das Lüfterrad 3 des Lüfters radial kleiner ausgebildet als eine Längsseite des Wärmetauschers 4. Ferner ist der Wärmetauscher 4 breiter wie hoch und das Lüfterrad 3 ist aufgrund des verfügbaren Bauraums asymmetrisch angeordnet. Entsprechend ist das Lüfterrad 3 in Bezug auf eine gedachte Mittelachse M_Wärm des Wärmetauschers nach links versetzt angeordnet. Wegen der Abweichung von einer quadratischen Form des Wärmetauschers 4 bleibt ein Teil des Wärmetauschers abseits des Lüfters und wird nur bei ausreichend hoher Fahrgeschwindigkeit über Stauluftklappen zum Wärmetausch genutzt. Ferner ist wie oben bereits geschildert, die Lüfterzarge 4 flach, also in ihrer axialen Erstreckung kurz ausgebildet. Des Weiteren ist die Lüfterzarge 4 eng anliegend an das Lüfterrad 3 ausgebildet, um rechts neben dem Lüfterrad 3 Bauraum für weitere Komponenten zu schaffen.
Wie dargestellt kann die Lüfterzarge 4 strömungstechnisch nicht optimal ausgelegt werden. D.h., aufgrund der flachen Ausbildung der Lüfterzarge 4 kann keine günstige Trichterform realisiert werden, weshalb es insbesondere in dem obig skizzierten Fall, dass der Fahrtwind nicht ausreicht, um den Wärmetauscher 2 ausreichend mit Frischluft zu versorgen und daher der Lüfter genutzt wird, um Frischluft von außen durch den Wärmetauscher 2 anzusaugen, nur bedingt möglich ist, Frischluft von außen derart anzusaugen, dass der Wärmetauscher 2 in seinem kompletten Abströmquerschnitt durchströmt werden kann. Dies liegt insbesondere daran, dass die Lüfter gewöhnlich als Axiallüfter ausgebildet sind, womit die Frischluft nur axial durch den Wärmetauscher 2 angesaugt werden kann. Aus diesem Grund kann die Lüfterzarge 4 auch eng anliegend (mit einem geringen Luftspalt) an das Lüfterrad 3 ausgebildet werden, da der Lüfter keine radiale Saugleistung aufweist. Aufgrund der kurzen axialen Länge der Lüfterzarge 4 kann die axiale Ansaugströmung jedoch nicht ausreichend aufgefächert werden, womit nur der direkt vor dem Lüfter angeordnete Bereich des Wärmetauschers 2 mit Frischluft durchströmt wird. D.h., lediglich ein Teil des Wärmetauschers 2 kann in diesem Einsatzfall genutzt werden, womit die Kühlleistung des Wärmetauschers 3 reduziert wird.
Um dennoch ausreichend Kühlleistung bereitstellen zu können, ist es somit notwendig, den Lüfter leistungsmäßig größer auszulegen und bei höheren Umdrehungszahlen zu betreiben, was zu einer unerwünschten Erhöhung des Lärmpegels führt. Ferner muss der Lüfter länger betrieben werden. Beides führt zu unerwünschtem Energieverbrauch, insbesondere zu unerwünschtem Brennstoffverbrauch.
Falls es der Bauraum im Motorraum zulässt, werden daher teilweise mehrere Lüfter verbaut. In 2 ist ein Beispiel gezeigt, in dem zwei Lüfter verbaut sind. Dies ermöglicht es, die Lüfter, insbesondere die Lüfterräder 3 derart zu dimensionieren, dass für notwendige Komponenten ausreichend Bauraum geschaffen wird und trotzdem der Abströmquerschnitt des Wärmetauschers größtmöglich durch die Lüfter abgedeckt wird. Hinsichtlich der Lüfterzarge besteht jedoch weiterhin das gleiche Problem wie unter Bezug auf 1 geschildert. Entsprechend geht weiterhin ein Teil des Abströmquerschnitts und somit Kühlleistung des Wärmetauschers verloren. Ferner entstehen durch die mehreren Lüfter erhöhte Produktions- und Wartungskosten.
Gegenstand der Erfindung
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie eine Lüfterzarge für eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, die in der Lage sind, eine strömungsgünstige Anbindung eines Lüfterrads an einen Wärmetauscher zu schaffen und gleichzeitig eine möglichst gedrungene axiale Bauweise zu realisieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 sowie eine Kühlerzarge nach Anspruch 6. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
Einer der Kerngedanken der vorliegenden Erfindung ist es, einen Zwischenraum zwischen einem Lüfterrad und einem Wärmetauscher einer Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, der sich radial nach außen erweitert und der durch eine Lüfterzarge definiert ist, wobei eine axiale Gesamtlänge einer Anordnung, die den Wärmetauscher, die Lüfterzarge und das Lüfterrad umfasst, nicht vergrößert wird.
Mittels der vorgeschlagenen Kühlvorrichtung bzw. der Lüfterzarge ist es auf einfache Weise möglich, anhand des geschaffenen Zwischenraums zwischen Lüfterrad und Wärmetauscher die durch das Lüfterrad angesaugte Frischluft, die durch den Wärmetauscher strömt, weiter aufzufächern. D.h., den Ansaugbereich des Lüfterrads über den Außenumfang des Lüfterrads hinaus, radial zu erweitern. Damit ist es möglich, den Ansaugbereich des Lüfterrads annährend bis auf einen Abströmquerschnitt des Wärmetauschers auszuweiten, bevorzugt ganz auf den Abströmquerschnitt auszuweiten. Auf diese Weise ist es möglich, die Kühlleistung des Wärmetauschers zu erhöhen und dadurch gegebenenfalls den Wärmetauscher und/oder das Lüfterrad kleiner zu dimensionieren. Andererseits kann dadurch auch die Möglichkeit geschaffen werden, dass seitens einer Brennkraftmaschine, die durch den Kühlkreislauf gekühlt werden kann, und die somit besser bzw. effizienter gekühlt werden kann, konstruktive Änderungen vorzunehmen, die eine höhere Kühlleistung erfordern. Darunter ist zu verstehen, dass Änderungen vorgenommen werden können, die zwar eine höhere Kühlleistung seitens der Kühlvorrichtung fordern, jedoch mit anderen Vorteilen wie Leistungssteigerung des Antriebs, Kosteneinsparung und dergleichen verbunden sind.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, zumindest einen von Frischluft durchströmbaren Wärmetauscher, ein in Luftströmungsrichtung hinter dem zumindest einen Wärmetauscher angeordnetes Lüfterrad, insbesondere ein Axiallüfterrad, und eine Lüfterzarge auf, welche den Wärmetauscher und das Lüfterrad derart miteinander verbindet, dass ein Luftstrom erzeugbar ist, der durch den Wärmetauscher strömt, insbesondere durch diesen angesaugt wird, um einen Wärmeaustausch zwischen der durchströmenden Frischluft und einem Kühlmittel, das durch den Wärmetauscher strömt, durchzuführen. Ferner ist das Lüfterrad so ausgebildet, dass es sich radial nach außen verjüngt, wodurch ein sich radial nach außen erweiternder Zwischenraum zwischen dem zumindest einen Wärmetauscher und dem Lüfterrad ausgebildet ist. D.h., der Zwischenraum erweitert sich quer zu einer Strömungsrichtung der Frischluft (Fahrtwindrichtung). Dadurch, dass das Lüfterrad sich radial nach außen verjüngt, insbesondere auf der Seite, die dem Wärmetauscher zugewandt ist, kann der sich radial nach außen erweiternde Zwischenraum geschaffen werden, der sich entsprechend auf der dem Lüfterrad zugewandten Seite radial nach außen erweitert.
Anhand dieser Kühlvorrichtung ist es wie oben bereits angeführt möglich, einen Zwischenraum zwischen Wärmetauscher und Lüfterrad zu schaffen, ohne die axiale Länge der Anordnung zu vergrößern. Dies ist insbesondere dadurch möglich, dass sich das Lüfterrad in Radialrichtung nach außen verjüngt, also die axiale Länge jeder einzelnen Lüfterschaufel von einer Lüfternabe ausgehend nach außen abnimmt. Entsprechend ist es möglich, den Ansaugbereich des Lüfterrads radial zu erweitern und damit die Kühlleistung des Wärmetauschers zu optimieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Lüfterzarge der Kühlvorrichtung in einem Verbindungsabschnitt, der zwischen Lüfterrad und Wärmetauscher vorgesehen ist, trichterförmig ausgebildet, insbesondere derart trichterförmig ausgebildet, dass eine kleinere Öffnung des Verbindungsabschnitts an einem Außenumfang des Lüfterrads angeordnet ist und eine größere Öffnung des Verbindungsabschnitts an einem Außenumfang des Wärmetauschers angeordnet ist.
Durch die trichterförmige Ausbildung des Verbindungsabschnitts ist es möglich, den Zwischenraum von dem Außenumfang des Lüfterrads bis hin zu dem Außenumfang (Außenkontur) des Wärmetauschers auszudehnen, und damit genügend Raum zu schaffen, dass sich die durch das Lüfterrad, insbesondere das Axiallüfterrad erzeugte Luftströmung radial erweitert. Falls wie im Stand der Technik (siehe 1) der Verbindungsabschnitt der Lüfterzarge sich entlang des Lüfterrads bis nahezu an den Wärmetauscher erstreckt, verbleibt zwischen dem Wärmetauscher und der Lüfterzarge (Verbindungsabschnitt), einem das Lüfterrad umgehenden Teil der Lüfterzarge, nur ein geringer Luftspalt, womit kaum Frischluft durch diesen Bereich des Wärmetauschers angesaugt werden kann. Bei vorliegender Ausführung hingegen, wird durch die Trichterform des Verbindungsabschnitts der Spalt auf einen trichterförmigen Zwischenraum erweitert, wodurch genügend Raum geschaffen wird, dass die grundsätzlich erzeugte, axiale Luftströmung sich radial erweitert.
Ferner ist es bevorzugt, das Lüfterrad zu einer gedachten Mittelachse des Wärmetauschers versetzt anzuordnen, insbesondere in einer horizontalen Ebene versetzt anzuordnen.
Da vorliegende Erfindung für ein Kraftfahrzeug gedacht ist, ist die hier beschriebene horizontale Ebene als eine Ebene anzusehen, die zu einer Fahrbahn parallel angeordnet ist. Die oben bereits erwähnte Strömungsrichtung des Fahrtwinds oder die Strömungsrichtung der angesaugten Frischluft, verlaufen in etwa parallel zu dieser horizontalen Ebene. Ferner verlaufen beide in etwa parallel zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs.
Anhand der versetzten Anordnung des Lüfterrads zu der gedachten Mittelachse des Wärmetauschers ist es möglich, zusätzlichen Bauraum für notwendige Komponenten im Motorraum zu schaffen. Mittels der vorliegenden Ausführungsform ist es trotz seitlicher Anordnung des Lüfterrads, und der damit verbundenen unvollständigen Abdeckung des Abströmquerschnitts des Wärmetauschers durch das Lüfterrad möglich, eine ausreichende Durchströmung des das Lüfterrad umgebenden Teils des Wärmetauschers mit Frischluft zu gewährleisten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Lüfterrad derart ausgebildet, dass es sich linear oder exponentiell nach außen verjüngt, insbesondere auf einer dem Wärmetauscher zugewandten Seite, wobei das Lüfterrad bevorzugt als eine Baugruppe samt Antrieb ausgebildet ist.
Aufgrund der Tatsache, dass sich die Ansaugfläche des Lüfterrads mit steigendem Durchmesser quadratisch vergrößert, steigt die Saugleistung des Lüfterrads annähernd quadratisch an, abhängig von dem Abstand zu einem Drehzentrum des Lüfterrads. Um eine annähernd gleichbleibende Saugleistung des Lüfterrads und somit Kühlleistung des Wärmetauschers pro Flächeneinheit zu schaffen, kann es daher vorteilhaft sein, das Lüfterrad, insbesondere die Lüfterradschaufeln des Lüfterrads so auszubilden, dass die axiale Länge der Lüfterradschaufeln von radial innen nach außen exponentiell abnimmt. D.h., in einem Innenbereich des Lüfterrads langsamer abnimmt wie in einem Außenbereich des Lüfterrads.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, das Lüfterrad mit einem umlaufenden Mantelring auszubilden, der Enden von Lüfterradschaufeln radial umlaufend miteinander verbindet. Hierdurch kann die Steifigkeit des Lüfterrads erhöht werden und ein sauberer Übergang zwischen Lüfterrad und Lüfterzarge geschaffen werden.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Lüfterzarge für eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für die obig beschriebene Kühlvorrichtung, aufweisend: einen Basisrahmen, bevorzugt mit zumindest einer Befestigungseinrichtung, mittels der die Lüfterzarge an einem Wärmetauscher eines Kraftfahrzeugs befestigbar ist, eine Aufnahmeeinrichtung, mittels der ein Lüfterrad, insbesondere ein Axiallüfterrad, aufnehmbar ist, und einen Verbindungsabschnitt, der zwischen Lüfterrad und Wärmetauscher vorgesehen ist, wobei die Lüfterzarge in dem Verbindungsabschnitt trichterförmig ausgebildet ist, insbesondere derart trichterförmig ausgebildet, dass eine kleinere Öffnung des Verbindungsabschnitts, an einer ersten Position angeordnet ist, an der das Lüfterrad aufnehmbar ist, und eine größere Öffnung des Verbindungsabschnitts an einer zweiten Position angeordnet ist, an der die Lüfterzarge mit dem Wärmetauscher in Kontakt bringbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die kleinere Öffnung und die größere Öffnung auf entgegengesetzten Seiten der Lüfterzarge angeordnet.
Ferner ist es bevorzugt, die kleinere Öffnung des Verbindungsabschnitts kreisförmig auszubilden, sodass sie einen Außenumfang des Lüfterrads umgeben kann, und die größere Öffnung des Verbindungsabschnitts rechteckförmig ausgebildet ist, damit diese einen rechteckförmigen Wärmetauscher umgeben kann, wobei insbesondere die kürzere Seite der größeren Öffnung vertikal verläuft, insbesondere vertikal zu einer Fahrbahn.
Des Weiteren kann die Aufnahmeeinrichtung einen Leitring, der bevorzugt aus Kunststoff ausgebildet ist, und der einen Innendurchmesser aufweist der etwas größer ist als der Außendurchmesser des aufnehmbaren Lüfterrads, wobei der Leitring sich in axialer Richtung (Strömungsrichtung)an den Verbindungsabschnitt anschließt, und eine Halteeinrichtung aufweisen, mittels der das Lüfterrad drehbar an der Lüfterzarge befestigbar ist.
Hierbei ist unter sich in axialer Richtung an den Verbindungsabschnitt anschließt zu verstehen, dass der trichterförmige Verbindungsabschnitt in den Leitring, der kreisförmig ausgebildet ist, übergeht. Der Leitring ist bevorzugt aus Kunststoff ausgebildet, um eine ausreichende Steifigkeit und damit verbunden eine ausreichende Toleranz des Luftspalts zwischen Leitring und Außenumfang des Lüfterrads gewährleisten zu können.
Ferner ist bevorzugt eine axiale Länge des Verbindungsabschnitts und eine axiale Länge des Leitrings zusammen (addiert) etwas länger als eine axiale Länge des aufnehmbaren Lüfterrads, insbesondere eine axiale Länge von Lüfterradschaufeln des Lüfterrads, ausgebildet, insbesondere länger ausgebildet als das Lüfterrad axial in die Lüfterzarge hineinsteht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die axiale Länge des Leitrings in etwa so lange ausgebildet wie eine kürzeste axiale Länge von Lüfterradschaufeln des Lüfterrads oder eine axiale Länge eines umlaufenden Mantelrings, der Enden von Lüfterradschaufeln radial umlaufend miteinander verbindet. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass eine maximale Größe an Zwischenraum zwischen Lüfterrad und Wärmetauscher erzielt wird. D.h., dass der Leitring, der eine radiale Erweiterung des Saugbereichs des Lüfterrads verhindert, nicht unnötig lang ausgebildet ist.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, den Verbindungsabschnitt derart auszubilden, dass ein Luftstrom, der durch die kleinere Öffnung in den Verbindungsabschnitt einströmen kann bzw. durch das Lüfterrad in den Verbindungsabschnitt angesaugt, teilweise nach außen, in Richtung größere Öffnung umgelenkt wird, insbesondere durch Leitstrukturen umgelenkt wird. Die Leitstrukturen können durch integral mit der Lüfterzarge ausgebildete Führungsrippen, durch an der Lüfterzarge befestigte Leitbleche oder durch Saugrohre ausgebildet sein. Mittels der Leitstrukturen kann die Wirkung der Erweiterung des Saugbereichs des Lüfterrads weiter verbessert werden. Ferner ist es damit möglich, insbesondere das Ansaugen der Frischluft in den äußeren Bereichen des Wärmetauschers zu fördern.
Des Weiteren ist es bevorzugt, den Verbindungsabschnitt aus einem elastischen Material, insbesondere aus einer Gummihaut, auszubilden. Dies bietet den Vorteil, dass beim Ein- und Ausbau der Lüfterzarge etwas Spielraum hinsichtlich der Einbautoleranzen vorliegt, sowie eine versehentliche Beschädigung angrenzender Bauteile vermieden werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Verbindungsabschnitt Stauluftklappen auf, die insbesondere an großflächigen Bereichen des Verbindungsabschnitts vorgesehen sind. Anhand der Stauluftklappen wird es ermöglicht, dass während einer Fahrt mit niedriger Geschwindigkeit, bei der die Stauluftklappen geschlossen sind, der Verbindungsabschnitt geschlossen ist, also die Frischluft, die durch den Wärmetauscher strömt, insbesondere die Frischluft, die durch das Lüfterrad angesaugt wird, entlang dem Verbindungsabschnitt zu dem Lüfterrad geführt wird, ohne Falschluft anzusaugen. Andererseits, wenn sich das Kraftfahrzeug in einem Fahrzustand mit hoher Geschwindigkeit befindet, d.h., ein ausreichend hoher Fahrtwind vorhanden ist, sodass der Lüfter nicht betrieben werden muss, die Möglichkeit geschaffen ist, bei zu hohem Staudruck und somit unnötigem Luftwiderstand die Stauluftklappen zu öffnen und damit einen Teil des Fahrtwinds durch die Stauluftklappen auszulassen, um den Staudruck und damit den Luftwiderstand zu reduzieren.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch eine bekannte Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem außermittig angeordneten Lüfter zeigt,
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine andere bekannte Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit zwei außermittig angeordneten Lüftern zeigt,
3 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,
3a ist eine vergrößerte Ansicht der 3, zur besseren Veranschaulichung eines Verbindungsabschnitts zwischen Wärmetauscher und Lüfterrad,
4 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, und
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform einer Lüfterzarge gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend werden anhand der beigefügten Figuren bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Weitere in diesem Zusammenhang genannte Modifikationen bestimmter Merkmale können jeweils einzeln miteinander kombiniert werden, um neue Ausführungsformen auszubilden.
In 3 ist eine Ausführungsform einer Kühlvorrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch gezeigt. Die dargestellte Kühlvorrichtung 1 weist einen Wärmetauscher 2, ein Lüfterrad 3 eines Lüfters und eine Lüfterzarge 4 auf. Die weiteren Komponenten der Kühlvorrichtung 1 wurden zur Vereinfachung der Darstellung sowie im Sinne eines einfachen Verständnisses der vorliegenden Erfindung weggelassen. Wie der 1 ebenfalls entnommen werden kann, ist das Lüfterrad 3 von einer gedachten Mittellinie M_Wärm des Wärmetauschers in der Ansicht nach links versetzt, also in einer Fahrtrichtung R_Fahrt eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) nach links versetzt, insbesondere um das Maß V versetzt. Hierdurch wird rechts neben dem Lüfterrad zusätzlicher Raum für andere Komponenten des Kraftfahrzeugs geschaffen. Ferner ist das Lüfterrad 3 in seiner radialen Erstreckung kleiner ausgebildet als eine Längsseite des Wärmetauschers 2. Die Längsseite des Wärmetauschers 2 ist für gewöhnlich quer zu der Fahrtrichtung R_Fahrt des Kraftfahrzeugs, in das die Kühleinrichtung installiert ist, ausgerichtet. Ein Fahrtwind L, der während der Fahrt des Kraftfahrzeugs auftritt, kann somit durch den Wärmetauscher 2 strömen und diesen effizient kühlen. Des Weiteren entspricht bevorzugt die radiale Erstreckung des Lüfterrads 3 einer Breitseite des Wärmetauschers 2, die sich vertikal erstreckt. D.h., die Breitseite des Wärmetauschers erstreckt sich senkrecht zu einer Fahrbahn, auf der das Kraftfahrzeug fährt.
Wie ebenfalls in 3 dargestellt ist, verbindet die Lüfterzarge 4 das Lüfterrad 3 bzw. den Lüfter physikalisch und strömungstechnisch mit dem Wärmetauscher 2. D.h., der Fahrtwind L, der in den Wärmetauscher 2 einströmt und/oder die Frischluft, die in den Wärmetauscher 2 eingesaugt wird, und durch diesen hindurchströmt, wird durch die Lüfterzarge 4 zu dem Lüfterrad 3 geführt. Ferner ist in der dargestellten Ausführungsform das Lüfterrad 3 linear, radial nach außen verjüngt, d.h., dass die axiale Länge (in Fahrrichtung R_Fahrt) jeder einzelnen Lüfterradschaufel von einer Lüfternabe ausgehend radial nach außen abnimmt. Entsprechend ist das Lüfterrad 3 im Querschnitt kegelstumpfförmig ausgebildet. Aufgrund der kegelstumpfförmigen Ausbildung des Lüfterrads 3 kann ein Zwischenraum 5 zwischen Lüfterrad 3 und Wärmetauscher 2 geschaffen werden. Dieser geschaffene Zwischenraum 5 ermöglicht es dem Fahrtwind L, insbesondere jedoch der durch den Lüfter angesaugten Frischluft, den kompletten Abströmquerschnitt des Wärmetauschers zu nutzen. Darunter ist im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass die durch das Lüfterrad 3, insbesondere durch ein Axiallüfterrad 3, angesaugte Frischluft, in Fahrtrichtung einen ausreichend großen bzw. langen Zwischenraum 5 vorfindet, der es ermöglicht, dass sich die grundsätzlich axiale Luftströmung, die durch das Lüfterrad 3 erzeugt wird, radial, d.h., quer zur Fahrtrichtung R_Fahrt, erweitern kann.
Wie der 3 des Weiteren entnommen werden kann, weist die Lüfterzarge 4 einen Verbindungsabschnitt 6 und einen Leitring 7 auf. Hierbei ist der Verbindungsabschnitt 6 bevorzugt aus einem elastischen Material hergestellt, sodass sich der Verbindungsabschnitt 6 gegebenenfalls an die Außenkonturen von angrenzenden Komponenten anpassen kann. Der Leitring 7 hingehend ist bevorzugt aus einem formfesten Kunststoff hergestellt, um sicherzustellen, dass ein notwendiges Spaltmaß zwischen Lüfterrad 3 und Leitring 7 gewährleistet werden kann.
Um den Übergang zwischen der rechteckigen Form des Wärmetauschers 2 und der kreisförmigen Form des Lüfterrads 3, sowie die Querschnittsreduzierung von einer größeren Öffnung 6b des Verbindungsabschnitts 6, die dem Wärmetauscher 2 zugewandt ist, und einer kleineren Öffnung 6a des Verbindungsabschnitts 6, die dem Lüfterrad 3 bzw. dem Leitring 7 zugewandt ist, zu realisieren, ist der Verbindungsabschnitt 7 bzw. die Lüfterzarge 4 trichterförmig ausgebildet. Wie der 3a entnommen werden kann, ist es bevorzugt, dass der Leitring 7 in seiner axialen Erstreckung (axiale Länge L2) lediglich geringfügig länger ist als die (radial) äußere axiale Länge L4 des Lüfterrads 3. Dies dient der maximalen Ausnutzung des geschaffenen Zwischenraums 5 zur radialen Erweiterung der angesaugten Luftströmung, da innerhalb des Leitrings 7 keine Auffächerung (radiale Erweiterung) der Luftströmung möglich ist. Des Weiteren um sicherzustellen, dass das Lüfterrad 3 vollständig innerhalb der Lüfterzarge 4 aufgenommen ist, eine Gesamtlänge der axialen Länge L1 des Verbindungsabschnitts 6 und der axialen Länge L2 des Leitrings 7 etwas länger ausgebildet als eine axiale Länge L3 des Lüfterrads.
Um den Effekt der radialen Erweiterung der angesaugten Luftströmung weiter zu verbessern, ist es möglich, wie in 4 dargestellt, in dem Verbindungsabschnitt 6 Leitstrukturen 8 vorzusehen, die dazu dienen, die durch das Lüfterrad 3 erzeugte Luftströmung zusätzlich radial nach außen zu erweitern. So können beispielsweise dünne Saugrohre vorgesehen werden, die die durch das Lüfterrad 3 angesaugte Luftströmung radial nach weiter außen leiten.
In 5 ist eine Querschnittsansicht gezeigt, die schematisch eine Ausführungsform einer Lüfterzarge 4 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die in der 5 dargestellte Lüfterzarge 4 weist einen Basisrahmen 100 mit zwei Befestigungseinrichtungen 101 auf, anhand der der Basisrahmen 100 der Lüfterzarge 4 an einem Wärmetauscher 2 befestigbar ist. Ferner kann der 5 deutlich der trichterförmige Verbindungsabschnitt 6 entnommen werden, der eine größere Öffnung 6b und eine kleinere Öffnung 6a aufweist. An die kleinere Öffnung 6b schließt sich in axialer Richtung der Leitring 7 an, der ein Teil einer Aufnahmeeinrichtung 102 ist, die dazu dient, das Lüfterrad 3, insbesondere einen Lüfter mit dem Lüfterrad 3, aufzunehmen. Hierzu weist die Aufnahmeeinrichtung 102 eine Halteeinrichtung 103 auf, mittels der das Lüfterrad 3, insbesondere der Lüfter mit dem Lüfterrad, an der Lüfterzarge 4 befestigbar ist. Des Weiteren können der 5 die Leitstrukturen 8 entnommen werden, die zu einer Verbesserung des Effekts der radialen Erweiterung der durch das Lüfterrad 3 erzeugten Luftströmung vorgesehen werden können.

Claims

Kühlvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, umfassend: zumindest einen von Frischluft durchströmbaren Wärmetauscher (2), ein in Luftströmungsrichtung hinter dem zumindest einen Wärmetauscher (2) angeordnetes Lüfterrad (3), insbesondere ein Axiallüfterrad (3), und eine Lüfterzarge (4), welche Wärmetauscher (2) und Lüfterrad (3) derart miteinander verbindet, dass ein Luftstrom erzeugbar ist, der durch den Wärmetauscher (2) strömt um einen Wärmeaustausch durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (3) sich radial nach außen verjüngt, wodurch ein sich radial nach außen erweiternder Zwischenraum (5) zwischen dem zumindest einen Wärmetauscher (2) und dem Lüfterrad (3) ausgebildet ist.
Kühlvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterzarge (4) in einem Verbindungsabschnitt (6), der zwischen Lüfterrad (3) und Wärmetauscher (2) vorgesehen ist, trichterförmig ausgebildet ist, insbesondere derart trichterförmig ausgebildet, dass eine kleinere Öffnung (6a) des Verbindungsabschnitts (6) an einem Außenumfang (3a) des Lüfterrads (3) angeordnet ist und eine größere Öffnung (6b) des Verbindungsabschnitts (6) an einem Außenumfang (2a) des Wärmetauschers (2) angeordnet ist.
Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (3) zu einer gedachten Mittelachse (M_Wärm) des Wärmetauschers (2) versetzt angeordnet ist, insbesondere in einer horizontalen Ebene versetzt angeordnet ist.
Kühlervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (3) sich linear oder exponentiell nach außen verjüngt, insbesondere auf einer dem Wärmetauscher (2) zugewandten Seite verjüngt, wobei das Lüfterrad (3) bevorzugt als eine Baugruppe samt Antrieb ausgebildet ist.
Kühlervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (3) mit einem umlaufenden Mantelring ausgebildet ist, der Enden von Lüfterradschaufeln radial umlaufend miteinander verbindet.
Lüfterzarge (4) für eine Kühlvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere für die Kühlvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: einen Basisrahmen (100), bevorzugt mit zumindest einer Befestigungseinrichtung (101), mittels der die Lüfterzarge (4) an einem Wärmetauscher (2) eines Kraftfahrzeugs befestigbar ist, eine Aufnahmeeinrichtung (102), mittels der ein Lüfterrad (3), insbesondere ein Axiallüfterrad (3), aufnehmbar ist, und einen Verbindungsabschnitt (6), der zwischen Lüfterrad (3) und Wärmetauscher (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterzarge (4) in dem Verbindungsabschnitt (6) trichterförmig ausgebildet ist, insbesondere derart trichterförmig ausgebildet, dass eine kleinere Öffnung (6a) des Verbindungsabschnitts (6), an einer ersten Position angeordnet ist, an der das Lüfterrad (3) aufnehmbar ist, und eine größere Öffnung (6b) des Verbindungsabschnitts (6) an einer zweiten Position angeordnet ist, an der die Lüfterzarge (4)mit dem Wärmetauscher (2) in Kontakt bringbar ist.
Lüfterzarge (4) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (6a, 6b) auf entgegengesetzten Seiten der Lüfterzarge angeordnet sind, und/oder die kleinere Öffnung (6a) des Verbindungsabschnitts (6) kreisförmig ausgebildet ist und die größere Öffnung (6b) des Verbindungsabschnitts (6) rechteckförmig ausgebildet ist, wobei insbesondere die kürzere Seite der größeren Öffnung (6b) vertikal verläuft.
Lüfterzarge (4) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeeinrichtung (102) umfasst: einen Leitring (7), der bevorzugt aus Kunststoff ausgebildet ist, und der einen Innendurchmesser aufweist der etwas größer ist als der Außendurchmesser des aufnehmbaren Lüfterrads (3), wobei der Leitring (7) sich in axialer Richtung an den Verbindungsabschnitt (6) anschließt, und eine Halteeinrichtung (103), mittels der das Lüfterrad (3) drehbar an der Lüfterzarge (4) befestigbar ist.
Lüfterzarge (4) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Länge L1 des Verbindungsabschnitts (6) und eine axiale Länge L2 des Leitrings (7) zusammen etwas länger sind als eine axiale Länge L3 des aufnehmbaren Lüfterrads (3), insbesondere als eine axiale Länge L3 von Lüfterradschaufeln des Lüfterrads (3).
Lüfterzarge (4) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge L2 des Leitrings (7) in etwa so lang ist wie eine kürzeste axiale Länge L3 von Lüfterradschaufeln des Lüfterrads (3) oder eines umlaufenden Mantelrings (6), der Enden von Lüfterradschaufeln radial umlaufend miteinander verbindet.
Lüfterzarge (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (6) derart ausgebildet ist, dass ein Luftstrom, der durch die kleinere Öffnung (6a) in den Verbindungsabschnitt (6) einströmen kann, teilweise nach außen, in Richtung größere Öffnung (6b) umgelenkt wird, insbesondere durch Leitstrukturen (8) umgelenkt wird.
Lüfterzarge (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (6) aus einem elastischen Material ausgebildet ist, insbesondere aus einer Gummihaut.
Lüfterzarge (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (6) Stauluftklappen aufweist, die insbesondere an großflächigen Bereichen des Verbindungsabschnitts (6) vorgesehen sind.