DE102018219006A1

DE102018219006A1 - Lüfteranordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018219006A1
Application number: DE102018219006.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dreesen; Marco Wichers
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2018-11-07
Filing date: 2018-11-07
Publication date: 2020-05-07
Also published as: US20220003144A1; WO2020094676A1; EP3844399A1; CN112930443B; US11339707B2; MA53499A; CN112930443A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lüfteranordnung (6) zur Kühlung eines Verbrennungsmotors (4) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, aufweisend einen in einer Luftströmungsrichtung (5) hinter einem von einem Kühlmittel durchflossenen Wärmetauscher (2) angeordneten ersten Kühlerlüfter und einen zweiten Kühlerlüfter, wobei der erste Kühlerlüfter ein Radiallüfter (6a) ist, der Kühlluft (L) axial ansaugt und radial ausfördert, wobei der zweite Kühlerlüfter ein Axiallüfter (6b) ist, der Kühlluft (L) axial ansaugt und axial ausfördert, und wobei der Axiallüfter (6b) hinter dem Wärmetauscher (2) in einer zu dessen Rückseite (7) parallelen Ebene seitlich neben dem Radiallüfter (6a) oder in Luftströmungsrichtung (5) vor dem Wärmetauscher (2) in einer zu dessen Vorderseite (8) parallelen Ebene angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lüfteranordnung zur Kühlung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem in einer Luftströmungsrichtung hinter einem von einem Kühlmittel durchflossenen Wärmetauscher (Kühler) angeordneten Kühlerlüfter. Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Betrieb der Lüfteranordnung. Unter Kraftfahrzeug wird hierbei auch ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und mit einem von einer aufladbaren Batterie gespeisten Elektromotor verstanden.
Das Kühlsystem eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, führt hauptsächlich diejenige Wärme ab, welche an die Brennraum- oder Zylinderwände abgegeben wird. Da zu hohe Temperaturen den Motor beschädigen würden, muss der Verbrennungsmotor gekühlt werden. Moderne Verbrennungsmotoren, insbesondere Viertaktmotoren in Kraftfahrzeugen, werden, allenfalls mit wenigen Ausnahmen, flüssigkeitsgekühlt, wobei als Kühlmittel zum Halten der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors und auch für den Betrieb einer Klimaanlage in der Regel ein Gemisch aus Wasser sowie Frost- und Korrosionsschutzmittel zum Einsatz kommt.
Das in Rohren, die in das Kühlernetz eines Kühlers eingearbeitet sind, geleitete Kühlmittel muss wiederum gekühlt werden, wozu Kühlluft über Kühlrippen streicht, die im Wärmeaustausch zu dem Kühlmittel stehen. Da insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs der als Kühlluft dienende Fahrtwind zur Kühlung normalerweise nicht ausreicht, ist es z. B. aus der DE 10 2013 006 499 U1 bekannt, an dem die Kühlrippen umfassenden Kühler einen Axiallüfter innerhalb einer Kühlerzarge anzuordnen. Der vorzugsweise elektromotorisch angetriebene Axiallüfter erzeugt einen zusätzlichen Luftstrom, wobei die Kühlerzarge eine Anzahl an Staudruckklappenöffnungen aufweist, welche mit Staudruckklappen verschließbar sind. Bei geöffneten Staudruckklappen und vergleichsweise hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist aufgrund geringer Verblockung eine verringerte Kühlflächenabdeckung sowie eine große frei durchströmbare Fläche und somit eine erhöhte Kühlleistung ermöglicht.
Der Lüfter ist in Fahrtrichtung typischerweise hinter dem Kühlernetz des Kühlers (Wärmeaustauscher) 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, so wird üblicherweise das Kondensatornetz in Fahrtwindrichtung (Luftströmrichtung) vor dem Kühlernetz angeordnet. Das Lüfterrad des Lüfters ist in einer kreisförmigen Aussparung des Zargenkörpers der Lüfterzarge angeordnet, mittels derer die Luft durch das Kühlernetz geleitet wird, wobei der Zargenkörper das Kühlernetz im Wesentlichen vollständig bedeckt.
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 - jeweils in Fahrtrichtung des Fahrzeugs gesehen - vergleichsweise groß. Bei einem Stillstand des Fahrzeugs wird somit mittels des Axiallüfters eine vergleichsweise große Luftmenge durch das Kühlernetz des Kühlers gesaugt. 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.
Zur Behebung dieses Problems sind in den Zargenkörper die mit jeweils einer Staudruckklappe verschließbaren Staudruckklappenöffnungen eingebracht. Bei einem Betrieb des Lüfters während eines Stillstands des Fahrzeugs sind die Staudruckklappenöffnungen mittels der Staudruckklappen verschlossen, was einen vergleichsweise großen Druckunterschied zwischen dem Bereich vor und hinter der Lüfterzarge bedingt. Sobald die Staudruckklappen von einem Fahrtwind beaufschlagt werden, also sobald das Kraftfahrzeug bewegt wird, verschwenken die Staudruckklappen in einen geöffneten Zustand und der Fahrtwind strömt zusätzlich zu der Aussparung für das Lüfterrad auch durch die Staudruckklappenöffnungen. Auf diese Weise ist das durch das Kühlernetz strömende Luftvolumen erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Lüfteranordnung (Lüftermodul) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Hybridfahrzeug mit einem verbrennungsmotorischen und mit einem elektromotorischen Antrieb, anzugeben. DesWeiteren soll ein Verfahren zum Betreib einer solchen Lüfteranordnung angegeben werden, welche in allen Arbeitsbereichen des Kraftfahrzeug möglichst effektiv (Leistungseffektiv) arbeitet. Insbesondere soll beim Ladebetrieb der Batterie eines vorgesehenen elektromotorischen Antriebs die Geräuschentwicklung der Lüfteranordnung (des Lüftermoduls) möglichst gering sein, diese also möglichst geräuscharm (leise) arbeiten.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Lüfteranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 6 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Hierzu weist die Lüfteranordnung zur Kühlung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und mit einem von einer aufladbaren Batterie gespeisten Elektromotor, einen ersten und einen zweiten Kühlerlüfter auf. Der erste Kühlerlüfter ist ein Radiallüfter, welcher die einen Kühler, d. h. einen von einem Kühlmittel durchflossenen Wärmetauscher durchströmende Kühlluft axial ansaugt und - nach erfolgter Umlenkung (90°-Umlenkung) - radial ausfördert, d. h. in radialer Richtung nach außen fördert (ausbläst). Der zweite Kühlerlüfter ist ein Axiallüfter, welcher die Kühlluft axial ansaugt und axial ausfördert, d. h. in axialer Richtung nach außen fördert (ausbläst).
Unter „axial“ wird hierbei eine Richtung parallel (koaxial) zur Drehachse (Axialrichtung) des Axial- und/oder Radiallüfters und unter „radial“ eine Richtung senkrecht (quer) zur Drehachse (Radialrichtung) des Axial- bzw. Radiallüfters verstanden. Die Lüfterdrehachsen verlaufen wiederum in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs und somit parallel zur Fahrtrichtung.
Der Kühler, d. h. der vom Kühlmittel durchflossene Wärmetauscher weist bezogen auf die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs, d. h. bezogen auf dessen Hauptbewegungsrichtung und den dadurch erzeugten Fahrtwind (Fahrtwind-/Luftströmrichtung) eine Vorderseite und eine Rückseite auf. Der Fahrtwind, welcher mittels der Lüfteranordnung verstärkt werden kann, trifft den Kühler (Wärmetauscher) auf dessen Vorderseite und tritt nach dessen Durchströmung auf der Rückseite aus. Dies führt zu einer Kühlung des Kühlmittels und gegebenenfalls zu einer zusätzliche Kühlung des Verbrennungsmotors.
Gemäß einer bevorzugten Variante der Lüfteranordnung zur Kühlung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und mit einem von einer aufladbaren Batterie gespeisten Elektromotor, aufweisend einen in einer Luftströmungsrichtung hinter einem von einem Kühlmittel durchflossenen Wärmetauscher angeordneten ersten Kühlerlüfter und einen zweiten Kühlerlüfter, wobei der erste Kühlerlüfter ein Radiallüfter ist, der Kühlluft axial ansaugt und radial ausfördert, und wobei der zweite Kühlerlüfter ein Axiallüfter ist, der Kühlluft axial ansaugt und radial ausfördert, ist der Axiallüfter hinter dem Wämetauscher in einer zu dessen Rückseite parallelen Ebene seitlich neben dem Radiallüfter angeordnet.
Gemäß einer zweiten Variante der Lüfteranordnung zur Kühlung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und mit einem von einer aufladbaren Batterie gespeisten Elektromotor, aufweisend einen in einer Luftströmungsrichtung hinter einem von einem Kühlmittel durchflossenen Wärmetauscher angeordneten ersten Kühlerlüfter und einen zweiten Kühlerlüfter, wobei der erste Kühlerlüfter ein Radiallüfter ist, der Kühlluft axial ansaugt und radial ausfördert, und wobei der zweite Kühlerlüfter ein Axiallüfter ist, der Kühlluft axial ansaugt und radial ausfördert, ist der Axiallüfter in Luftströmungsrichtung vor dem Wärmetauscher, vorzugsweise in einer zu dessen Vorderseite parallelen Ebene, angeordnet.
Mit anderen Worten ist der Axiallüfter in Luftströmungsrichtung der Kühlluft hinter dem Kühler bzw. Wärmetauscher und dabei in einer parallelen Ebene zu dessen Rückseite angeordnet, wobei bei dieser Anordnung des Axiallüfters der Radiallüfter in der zur Rückseite des Wämetauschers (Kühler) parallelen Ebene seitlich neben dem Axiallüfter positioniert ist. Alternativ ist der Axiallüfter in Luftströmungsrichtung vor dem Wärmetauscher (auf der Vorderseite des Kühlers) angeordnet, während der Radiallüfter wiederum hinter dem Wärmetauscher (auf der Rückseite des Kühlers) angeordnet ist. Bei beiden Varianten ist die axiale Ansaugöffnung des Radiallüfters dem Kühler bzw. Wärmetauscher, d. h. dessen Rückseite zugewandt.
Zwar ist aus der DE 10 2004 028 697 A1 ein Kühlmodul mit einem Axiallüfter in Fahrtrichtung (des Kraftfahrzeugs) hinter dem Kühler (also auf dessen Rückseite) und mit einem weiteren Lüfter bekannt. Hierbei handelt es sich jedoch um einen Querstromlüfter mit einem gegenüber einem Radiallüfter grundlegend anderen Funktionsprinzips. So wird bei dem Querstromlüfter die Luft im Gegensatz zum erfindungsgemäß Radiallüfter nicht axial, sondern radial (bzw. tangential) ansaugt, und der Querstromlüfter strömt (bläst) die Luft nach erfolgter 90°-Umlenkung im Gegensatz zum erfindungsgemäß Radiallüfter nicht radial, sondern axial in den nachgeordneten Kühler aus. Zudem ist der Querstromlüfter bei dem bekannten Kühlmodul in Fahrtrichtung (des Kraftfahrzeugs) im Gegensatz zum erfindungsgemäß vor dem Kühler (also auf dessen Vorderseite) angeordnet.
In vorteilhafter Ausgestaltung sind der Axiallüfter und der Radiallüfter der erfindungsgemäßen Lüfteranordnung elektromotorisch angetrieben. Für eine besonders raumsparende Ausgestaltung des Axiallüfters und des Radiallüfters, insbesondere für eine möglichst geringe Baugröße der Kühlerlüfter in Axialrichtung, sind die zum Antrieb deren Laufräder dienenden Elektromotoren geeigneterweise in einer Lüfternabe eines Radiallaufrades des Radiallüfters und in einer Lüfternabe eines Axiallaufrades des Axiallüfters angeordnet.
Insbesondere wenn der Axiallüfter und der Radiallüfter in der gleichen Ebene hinter dem Wärmetauscher vorgesehen sind, sind der Axiallüfter und der Radiallüfter vorteilhafterweise in einer gemeinsamen Lüfterzarge angeordnet. Die Drehachse des Axiallaufrads des Axiallüfters und die Drehachse des Radiallaufrads des Radiallüfters verlaufen dabei parallel. Sind der Radiallüfter und der Axiallüfter - unter Zwischenlage des Kühlers (Wärmetauschers) - hintereinander angeordnet, so verlaufen deren Drehachsen geeigneterweise koaxial.
Durch die Anordnung des Axiallüfters auf der Vorderseite und des Radiallüfters auf der Rückseite des Kühlers (Wärmetauschers) ist die Flächenabdeckung (Verblockung) der Kühlerfläche gegenüber einer umgekehrten Anordnung, nämlich einer Anordnung des Radiallüfters auf der Vorderseite und des Axiallüfters auf der Rückseite des Kühlers gering, zumal beim Betrieb auch nur des Radiallüfters eine ausreichend große Durchströmfläche durch den Axiallüfter gegeben ist und dessen Laufrad antriebslos frei drehen kann, was den Strömungswiderstand weiter reduziert.
In vorteilhafter Weiterbildung der Lüfteranordnung ist dieser eine Steuervorrichtung zugeordnet, welche dazu vorgesehen und eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Fahrbetriebs (Fahrzyklus) oder des Arbeitsbereichs des Kraftfahrzeugs den Axiallüfter und den Radiallüfter oder nur den Axiallüfter oder nur den Radiallüfter zu betreiben. Hierzu werden deren Elektromotoren, welche das Axiallaufrad des Axiallüfters bzw. das Radiallaufrad des Radiallüfters antreiben entsprechend bestromt. Die Steuervorrichtung kann separat oder auch, insbesondere mit einzelnen Funktionsbausteinen, in die Elektromotoren integriert sein.
Geieigneterweise ist hierbei ein Schwellwert der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgegeben, oberhalb dessen nur der Axiallüfter und unterhalb dessen, insbesondere bei einem Ladebetrieb einer Batterie für einen elektromotorischen Antrieb des Kraftfahrzeugs, nur der Radiallüfter betrieben ist. Der Betrieb lediglich des Radiallüfters bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten und insbesondere bei dessen Stillstand und/oder beim Ladebetrieb der gegebenenfalls vorhandenen Batterie für einen elektromotorischen Fahrzeugantrieb eines Hybridfahrzeugs ist besonders vorteilhaft, da sich der Radiallüfter durch eine sehr geringe Geräuschemission auszeichnet, also besonders geräuscharm arbeitet. Insbesondere im Ladebetrieb ist beim elektromotorischen Radiallüfter das Verhältnis von (aerodynamischer) Kühlleistung und (elektrischer) Leistungsaufnahme besonders günstig, d. h. der Radiallüfter arbeitet besonders effizient.
Bei höherer, hoher und/oder maximaler Fahrzeuggeschwindigkeit, d. h. bei einer Schnellfahrt oder bei hoher Belastung des Verbrennungsmotors, z. B. bei Bergfahrten und/oder bei einer zusätzlichen Beanspruchung aufgrund eines vom Fahrzeug gezogenen Anhängers, eignet sich besonders der Betrieb sowohl des Axiallüfters als auch des Radiallüfters (Doppelbetrieb der Lüfteranordnung). Dabei kann der Axiallüfter vergleichsweise klein (kleinbauend mit geringen Abmessungen) sein, oder vergleichsweise leistungsschwach und insbesondere kennlinienoptimiert ausgelegt werden. Zudem kann der Axiallüfter auf nur einen (einzigen) zu erfüllenden aerodynamischen Arbeitspunkt ausgelegt werden.
Bei dem Verfahren zum Betrieb einer solchen Lüfteranordnung werden der Axiallüfter und der Radiallüfter in Anhängigkeit des Arbeitsbereichs, der verbrennungsmotorischen Belastung, des jeweiligen Fahrzyklus und/oder der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs gemeinsam oder einzeln betrieben. Dabei kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung oberhalb eines Schwellwertes der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, beispielswiese bei einer Schnellfahrt, der Axiallüfter und der Radiallüfter und unterhalb des Schwellwertes, beispielsweise bei Langsamfahrt des Fahrzeugs, nur der Axiallüfter oder nur der Radiallüfter betrieben werden, beispielsweise bei Stillstand des Fahrzeugs und/oder bei Ladebetrieb einer Batterie eines Hybridfahrzeugs mit verbrennungs- und elektromotorischem Fahrzeugantrieb.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Bereitstellung einer Lüfteranordnung mit einem Axiallüfter und mit einem Radiallüfter praktisch alle Fahrsituationen und Arbeitsbereiche eines Kraftfahrzeugs unter Bereitstellung eines zur sicheren Kühlung ausreichenden Volumenstroms der Kühlluft abgedeckt werden. Dabei können der Axiallüfter und der Radiallüfter im Bereich deren jeweils optimalen Wirkungsgrad bei gleichzeitig geringer Geräuschbelastung, insbesondere bei geringer Fahrzeuggeschwindigkeit, arbeiten. Bei Hochtemperaturanforderungen eignet sich ein kombinierter Betrieb mit dem Axiallüfter und mit dem Radiallüfter. In Kombination mit verschiedenen Kühlern werden durch geeignete Abschottung oder Verblockung eine hohe Effizienz und dadurch eine bessere Kühlung bzw. verbesserte Abgaswerte erzielt.
Bei einem Hybridfahrzeug eignet sich zudem der Fahrbetrieb mit lediglich dem Axiallüfter oder bei Hochtemperaturanforderungen mit diesem und dem Radiallüfter, und bei Fahrzeugstillstand und insbesondere im Batterieladezustand eignet sich der Betrieb lediglich des Radiallüfters, zumal dieser dann effizient und sehr geräuscharm arbeitet.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch vereinfacht einen Kühlerlüfter mit einer Lüfteranordnung mit Radial- und Axiallüfter,
2 in perspektivischer Ansicht die Lüfteranordnung gemäß einer ersten Variante mit dem Radiallüfter und dem Axiallüfter auf der Rückseite eines Kühlers,
3 in perspektivischer Ansicht die Lüfteranordnung gemäß einer zweiten Variante mit einem Radiallüfter auf der Rückseite und einem Axiallüfter auf der Vorderseite eines Kühlers, mit Blick auf den Axiallüfter, und
4 in perspektivischer Darstellung die Lüfteranordnung gemäß der zweiten Variante mit Blick auf den Radiallüfter.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch vereinfacht in einer Seitendarstellung ein Kühler- oder Kühlerlüftersystem 1 eines nicht näher veranschaulichten Kraftfahrzeugs dargestellt. Das Kühlerlüftersystem 1 umfasst einen nachfolgend als Kühler 2 bezeichneten Wärmetauscher, an welchen Kühlrohre oder Kühlschläuche 3 geführt sind. Innerhalber der Kühlrohre 3 befindet sich ein Kühlmittel (eine Kühlflüssigkeit) K, welches (welche) mittels einer nicht dargestellten Pumpe in Zirkulation gehalten wird. Das Kühlmittel K wird durch einen Verbrennungsmotor (Verbrennungskraftmaschine) 4 geleitet und von diesem erwärmt, wobei der Verbrennungsmotor 4 gekühlt wird. Das erwärmte Kühlmittel K wird erneut durch den Kühler 2 geleitet, welcher von einem Fahrtwind beaufschlagt ist. Die Richtung des Fahrtwindes ist hierbei längs einer Fahrtwindrichtung, die im Wesentlichen der Hauptfortbewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs entspricht und nachfolgend als Luftströmrichtung 5 bezeichnet ist.
Mittels einer Lüfteranordnung 6 wird der Fahrtwind verstärkt oder bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs erzeugt. Die Lüfteranordnung 6 umfasst einen Radiallüfter 6a und einen Axiallüfter 6b. Der Radiallüfter 6a und der Axiallüfter 6b sind in einer bevorzugten Ausführungsform auf der Rückseite 7 des Kühlers 2 angeordnet und befinden sich dort in einer zur Rückseite 7 des Kühlers 2 parallelen Ebene nebeneinander, d. h. senkrecht zur Zeichenebene der 1 hintereinander.
Gemäß einer Alternative ist der Radiallüfter 6a in Luftströmrichtung 5 hinter dem Kühler 2 und somit wiederum auf dessen Rückseite 7 angeordnet, während der Axiallüfter 6b in Luftströmrichtung 5 vor dem Kühler 2 und dort wiederum in einer parallelen Ebene zu dessen Vorderseite 8 angeordnet ist. Der Radiallüfter 6a und der Axiallüfter 6b sind jeweils mit einem Elektromotor 9 bzw. 10, also elektromotorisch angetrieben.
Eine Steuervorrichtung 11 stellt den Betrieb des Radiallüfters 6a und Axiallüfters 6b ein. Dies bedeutet, dass die Steuereinrichtung 11 über entsprechende Steuersignale S_R, S_A den Radiallüfter 6a oder den Axiallüfter 6b oder sowohl den Radiallüfter 6a als auch den Axiallüfter 6b in Betrieb setzt. Dies erfolgt abhängig von der Fahrsituation, dem jeweiligen Arbeitsbereich, der Arbeitsbelastung (z. B. bei Bergfahrt und/oder bei Fahrt mit einem Anhänger) und dabei vorzugsweise in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. So werden geeigneterweise bei hoher oder maximaler Fahrzeuggeschwindigkeit (Schnellfahrt) und/oder bei besonders hoher Temperaturbelastung (Hochtemperaturanforderung) sowohl der Radiallüfter 6a als auch der Axiallüfter 6b zum Betrieb angesteuert. Hierzu werden deren jeweiliger Elektromotor 9, 10 entsprechend bestromt.
Bei vergleichsweise geringer Fahrzeuggeschwindigkeit kann beispielsweise lediglich der Axiallüfter 6b betrieben werden. Bei Langsamfahrt und bei Stillstand des Fahrzeugs eignet sich besonders der Betrieb lediglich des Radiallüfters 6a, zumal dieser effizient und sehr geräuscharm arbeitet.
Im Falle eines Hybridfahrzeugs mit zusätzlich zum Verbrennungsmotor 4 einer weiteren Antriebsmaschine in Form eines Elektromotors 12 ist besonders vorteilhaft der Betrieb lediglich des Radiallüfters 6a während eines Ladevorgangs einer Batterie 13, welche den zum Betrieb des Elektromotors 12 versorgungtechnisch erforderlichen elektrischen Strom liefert.
Prinzipiell ist die Betriebsweise der Lüfteranordnung 6 derart, dass während der Fahrt des Fahrzeugs lediglich der Axiallüfter 6b oder dieser und der Radiallüfter 6a betrieben werden, während bei Fahrzeugstillstand und/oder einem Ladebetrieb der Batterie 13 zur Versorgung des Elektromotors 12 lediglich der Radiallüfter 6a betrieben wird.
Der Radiallüfter 6a saugt über den Kühler 2 die Kühlluft L an, lenkt diese um 90° um und fördert (bläst) die umgelenkte Kühlluft L radial aus. Dies ist durch die Strömungspfeile 14 veranschaulicht. Der Axiallüfter 6b saugt die Kühlluft L axial an und fördert (bläst) diese auch axial aus. Dies ist durch die Strömungspfeile 15, 16 veranschaulicht.
Insbesondere bei der Ausführungsform mit auf der Rückseite 7 des Kühlers 2 nebeneinander angeordnetem Radial- und Axiallüfter 6a bzw. 6b sind diese geeigneterweise in einer gemeinsamen Lüfterzarge 17 angeordnet. Auf diese Weise kann ein besonders geeignetes Doppellüftermodul mit Radiallüfter 6a und Axiallüfter 6b bereitgestellt werden.
Bei der Ausführungsform mit in Luftströmrichtung 5 hintereinander angeordnetem Axial- und Radiallüfter 6b bzw. 6a kann ebenfalls eine gemeinsame Kühlerzarge vorgesehen sein. Diese ist dann derart konstruiert, dass bei montiertem Kühler 2 auf dessen Vorderseite 8 der Axiallüfter 6b und auf dessen Rückseite 7 der Radiallüfter 6a positioniert ist.
2 zeigt die Lüfteranordnung 6 mit in einer Ebene parallel zur Rückseite 7 des Kühlers 2 nebeneinander angeordnetem Radiallüfter 6a und Axiallüfter 6b in der gemeinsamen Lüfterzarge 17. Die zueinander parallelen Drehachsen des Radiallüfters 6a und des Axiallüfters 6b sind mit 18 bzw. 19 bezeichnet. Beim Axiallüfter 6b ist dessen Elektromotor 10 mit Blick auf eine Motorelektronik 20 erkennbar. Der Elektromotor 10 ist in einer zentralen, feststehenden Nabe 21 mit im Wesentlichen radialen Stützstreben 22 angeordnet, welche mit der Lüfterzarge 17 im Bereich eines Öffnungsrandes 23 einer Durchströmöffnung 24 verbunden sind. Der Axiallüfter 6b kann im Bereich der Nabe 21 bzw. der Motorelektronik 20 mit einer Abdeckung versehen sein.
Mit der zentralen, feststehenden Nabe 21 fluchtet eine Radnabe 25 eines Axiallaufrades 26 des Axiallüfters 6b. Ausgehend vom Außenumfang der Radnabe 25 erstrecken sich sichelförmig und im Wesentlichen radial eine Anzahl von umfangsseitig verteilt angeordneten Schaufelblättern oder -flügeln 27. Aufgrund der Anordnung des Elektromotors 10 im Bereich der Naben 21 und 25 ist die axiale Baugröße oder Bautiefe des Axiallüfters 6b in Richtung dessen Drehachse 19 besonders gering.
Der Radiallüfter 6b, der rückseitig mit einer (nicht gezeigten) Gehäuseabdeckung versehene ist oder sein kann, weist (rückseitig) eine Motorelektronik 28 auf. Der Elektromotor 9 und dessen Motorelektronik 28 sind wiederum in einer zentralen, feststehenden Nabe 29 mit im Wesentlichen radialen Stützstreben 30 angeordnet, welche mit der Lüfterzarge 17 verbunden sind. Eine zur Rückseite 7 des Kühlers 2 hin gerichtete axiale Ansaugöffnung 31 des Radiallüfters 6a ist in 2 erkennbar. Der Elektromotor 9 treibt ein Radiallaufrad 32 mit einer Anzahl von Schaufelblättern oder -flügeln 33 des Radiallüfters 6a an. Zur Erzielung einer möglichst geringen axialen Baugröße befindet sich der Elektromotor 9 zumindest teilweise, insbesondere rotorseitig, d. h. bei dessen Ausführung als Außenläufer mit dessen Rotor, in einer Radnabe des Radiallaufrades 32. Die Schaufelblätter oder -flügel 33 des Radiallaufrades 32 erstrecken sich axial in Richtung der Drehachse 18 und bilden umfangseitig eine Ausströmöffnung 34. Über die Ausströmöffnung 32 des Radiallüfters 6a strömt die axial angesaugte Kühlluft L nach erfolgter 90°-Umlenkung radial aus.
Die 3 und 4 zeigen die Anordnung des Radiallüfters 6a und des Axiallüfters 6b axial hintereinander, wobei der Radiallüfter 6a in einer parallelen Ebene zur Rückseite 7 und der Axiallüfter 6b in einer parallelen Ebene zur Vorderseite 8 des Kühlers 2 angeordnet ist. Beim Ausführungsbeispiel verlaufen die Drehachsen 18, 19 des Radial- und Axiallüfters 6a bzw. 6b koaxial (gleichachsig). Im Übrigen ist der Aufbau des Radiallüfters 6a und des Axiallüfters 6b bei der Ausführungsform nach den 3 und 4 gleich desjenigen nach 2.
Die Motorelektronik 20, 28 der Elektromotoren 9, 10 des Radiallüfters 6a bzw. des Axiallüfters 6b können Funktionsbausteine der Steuervorrichtung 11 enthalten. Auch kann die Steuervorrichtung 11 vollständig in die Motorelektronik 20, 28 des Axial- und/oder des Radiallüfters 6b bzw. 6a integriert sein. Die Steuersignale S_R und S_A können somit von der jeweiligen Motorelektronik 20, 28 generiert werden. Die Elektromotoren 9, 10 der beiden Lüfter 6a, 6b sind dann lediglich über Versorgungsleitungen mit dem Bordnetz des Fahrzeugs verbunden.
Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Kühler- /Kühlerlüftersystem
2: Kühler/Wärmetauscher
3: Kühlrohr/-schlauch
4: Verbrennungsmotor
5: Fahrtwind-/Lüftströmrichtung
6: Lüfteranordnung
6a: Radiallüfter
6b: Axiallüfter
7: Rückseite
8: Vorderseite
9,10: Elektromotor
11: Steuervorrichtung
12: Elektromotor/Antrieb
13: Batterie
14: radialer Strömungspfeil
16: axialer Strömungspfeil
17: Lüfterzarge
18,19: Drehachse
20: Motorelektronik
21: Nabe
22: Strebe
23: Öffnungsrand
24: Durchströmöffnung
25: Radnabe
26: Axiallaufrad
27: Schaufelblatt/-flügel
28: Motorelektronik
29: Nabe
30: Sützstrebe
31: Ansaugöffnung
32: Radiallüfterrad
33: Schaufelblatt/-flügel
34: Ausströmöffnung
K: Kühlmittel
L: Kühlluft
S_A,R: Steuersignal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013006499 U1 [0003]
DE 102004028697 A1 [0015]

Claims

Lüfteranordnung (6) zur Kühlung eines Verbrennungsmotors (4) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor (5) und mit einem von einer aufladbaren Batterie (13) gespeisten Elektromotor (12), aufweisend einen in einer Luftströmungsrichtung (5) hinter einem von einem Kühlmittel durchflossenen Wärmetauscher (2) angeordneten ersten Kühlerlüfter und einen zweiten Kühlerlüfter, - wobei der erste Kühlerlüfter ein Radiallüfter (6a) ist, der Kühlluft (L) axial ansaugt und radial ausfördert, - wobei der zweite Kühlerlüfter ein Axiallüfter (6b) ist, der Kühlluft (L) axial ansaugt und axial ausfördert, und - wobei der Axiallüfter (6b) hinter dem Wärmetauscher (2) in einer zu dessen Rückseite (7) parallelen Ebene seitlich neben dem Radiallüfter (6a) oder in Luftströmungsrichtung (5) vor dem Wärmetauscher (2) in einer zu dessen Vorderseite (8) parallelen Ebene angeordnet ist.
Lüfteranordnung (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Axiallüfter (6b) und der Radiallüfter (6a) elektromotorisch angetrieben sind.
Lüfteranordnung (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Axiallüfter (6b) und der Radiallüfter (6a), insbesondere wenn diese in der gleichen Ebene hinter dem Wärmetauscher (2) vorgesehen sind, in einer gemeinsamen Lüfterzarge (17) angeordnet sind.
Lüfteranordnung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuervorrichtung (11) vorgesehen und dazu eingerichtet ist, in Anhängigkeit des Fahrbetriebs oder des Arbeitsbereichs des Kraftfahrzeugs den Axiallüfter (6b) und den Radiallüfter (6a) oder nur den Axiallüfter (6b) oder nur den Radiallüfter (6a) zu dessen Betrieb anzusteuern.
Lüfteranordnung (11) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellwert der Fahrzeuggeschwindigkeit oder des Arbeitsbereichs vorgegeben ist, oberhalb dessen der Axiallüfter (6b) und der Radiallüfter (6a) und unterhalb dessen nur der Axiallüfter (6b) oder, insbesondere beim Ladebetrieb einer Batterie (13) für einen elektromotorischen Antrieb (12) des Kraftfahrzeugs, nur der Radiallüfter (6a) betrieben ist.
Verfahren zum Betrieb einer Lüfteranordnung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Axiallüfter (6b) und der Radiallüfter (6a) in Anhängigkeit des Arbeitsbereichs und/oder der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs gemeinsam oder einzeln betrieben werden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei oberhalb eines Schwellwertes der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs der Axiallüfter (6b) und der Radiallüfter (6a) und unterhalb des Schwellwertes nur der Axiallüfter (6b) oder, insbesondere bei Fahrzeugstillstand, nur der Radiallüfter (6a) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei bei einem Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (4) und mit einem von einer aufladbaren Batterie (13) gespeisten Elektromotor (12) im Ladebetrieb der Batterie (13) nur der Radiallüfter (6a) betrieben wird.