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Die Erfindung betrifft eine Lüfterhaube zum Aufnehmen von mindestens einem relativ zu einem Kühler beabstandeten Lüfter, aufweisend eine an dem Kühler anbringbare Lüfterzarge mit mindestens einer Aussparung zum Zuführen von Luft zu einem Laufrad des Lüfters, wobei die Aussparung eine zentrierte Motoraufnahme zum Aufnehmen eines elektrisch antreibbaren Lüftermotors aufweist und wobei die Aussparung umfangsseitig von einem Lüfterkragen umgeben ist Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Lüfteranordnung mit mindestens einem an einer Lüfterhaube angeordneten Lüfter.
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Stand der Technik
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In unterschiedlichen technischen Bereichen werden Wärmetauscher und Kühler eingesetzt, um Komponenten durch Kühlmittelkreise zu kühlen oder thermisch zu regulieren. Zum Erhöhen der Kühlwirkung werden die Wärmetauscher oder Kühler durch Lüfter gekühlt. Ein Lüfter besteht üblicherweise aus einem Lüftermotor und einem durch den Lüftermotor angetriebenen Laufrad oder Propeller.
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Im Betrieb des Lüfters werden neben den Betriebsgeräuschen des Lüftermotors auch Geräusche und Vibrationen durch das Laufrad erzeugt. Das Laufrad des Lüfters verursacht insbesondere abhängig von einer sogenannten Blade-Pass-Frequency bzw. der Flügelpassierfrequenz Schwingungen, welche von dem Fahrer oder von Fahrgästen hörbar und spürbar sind. Derartige Schwingungsanregungen können den Betrieb eines Lüfters, welcher an einem Wärmetauscher befestigt ist, beeinträchtigen und das Betriebsgeräusch des Lüfters über einen Geräuschpegel des Lüftermotors hinaus erhöhen.
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Im automobilen Einsatzbereich werden hohe Anforderungen an die Schallemissionen von Betriebskomponenten gestellt. Insbesondere bei Elektrofahrzeugen oder bei Hybridfahrzeugen kann ein lauter Lüfter den Komfort stören.
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Offenbarung der Erfindung
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, eine Lüfterhaube und eine Anordnung mit einer derartigen Lüfterhaube vorzuschlagen, welche eine reduzierte Rauigkeit, insbesondere ein reduziertes Schwingungsniveau, während eines Lüfterbetriebs ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Lüfterhaube zum Aufnehmen von mindestens einem relativ zu einem Kühler beabstandeten Lüfter bereitgestellt. Die Lüfterhaube weist eine an dem Kühler anbringbare Lüfterzarge mit mindestens einer Aussparung zum Zuführen von Luft zu einem Laufrad des Lüfters auf. Die Aussparung weist eine zentrierte Motoraufnahme zum Aufnehmen eines elektrisch antreibbaren Lüftermotors auf. Der Lüfter kann vorzugsweise aus einem Lüftermotor und einem durch den Lüftermotor angetriebenen Laufrad bestehen. Die über die Aussparung dem Laufrad zugeführte Luft kann durch das Laufrad beschleunigt und durch den Kühler gefördert werden. Der Kühler kann beispielsweise als ein Radiator oder ein Flachrohrkühler ausgestaltet sein.
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Die Aussparung ist umfangsseitig von einem Lüfterkragen umgeben, wobei der Lüfterkragen mindestens eine Öffnung zum Einstellen einer durch den Lüfter erzeugbaren Luftdruckverteilung aufweist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Lüfteranordnung bereitgestellt. Die Lüfteranordnung weist eine erfindungsgemäße Lüfterhaube auf. In die Lüfterhaube ist mindestens ein Lüfter mit einem Lüftermotor und mit einem durch den Lüftermotor rotierbaren Laufrad eingesetzt. Die Lüfteranordnung kann vorzugsweise an einem Kühler, einem Kühlkörper, einem Radiator und dergleichen befestigt werden. Dabei kann die Lüfterhaube relativ zum Kühler parallel oder geneigt ausgerichtet sein.
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Im Betrieb des Lüfters werden unterschiedliche Arten von Schwingungen und damit auch von Schallwellen erzeugt. Abhängig von dem Abstand des Laufrads zum Kühler und zur Lüfterhaube können Schwingungsanregungen im Betrieb entstehen, welche sich nachteilig auf die Haltbarkeit und das Betriebsgeräusch der Lüfteranordnung auswirken.
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Durch das Einbringen von Öffnungen in den Lüfterkragen kann eine gezielte Steuerung der Druckverteilung im Bereich des Laufrads realisiert werden. Insbesondere kann die Steuerung einer durch den Betrieb des Laufrads resultierenden Druckverteilung im Bereich der radial endseitigen Spitzen des Laufrads durch das Einbringen von mindestens einer Öffnung in den Lüfterkragen erfolgen.
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Die mindestens eine Öffnung kann im Bereich der Spitzen des Laufrads einen zusätzlichen Luftvolumenstrom ermöglichen, welcher ein mögliches lokales Resonanz- und Schwingungsverhalten der Luft zwischen dem Kühler und dem Laufrad ändert und somit zu einer geringeren Rauigkeit und Geräuschemission während des Betriebs führt.
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Die durch den Betrieb des Laufrads erzeugbare Druckverteilung der Luft zwischen dem Laufrad und dem Kühler kann vorzugsweise in einem radial außenseitigen Ringabschnitt durch ein Einbringen von Öffnungen gesteuert werden.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Lüfterkragen dazu eingerichtet, ein Laufrad des Lüfters zumindest bereichsweise zu bedecken. Vorzugsweise kann der Lüfterkragen Spitzen des Laufrads oder zumindest einen radial außenseitigen Abschnitt des Laufrads zu bedecken. Ein Einbringen von Öffnungen bzw. Löchern in den Lüfterkragen kann hierdurch eine besonders effektive Steuerung der resultierenden Druckverteilung des Laufrads im radialen Randbereich ermöglichen.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Lüfterkragen einen V-förmigen, L-förmigen oder U-förmigen Querschnitt auf, welcher in Richtung eines Lüfters geöffnet ist. Insbesondere kann der Querschnitt des Lüfterkragens in Richtung des Laufrads des Lüfters geöffnet sein. Durch diese Maßnahme kann der Lüfterkragen und die Lüfterhaube besonders materialsparend hergestellt werden.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann der Lüfterkragen aus einem Vollmaterial bestehen, bei dem sein Querschnitt mit Material gefüllt ist. Die Öffnung kann sich bei einem derartigen Lüfterkragen durch den gesamten Querschnitt des Lüfterkragens erstrecken und somit einen luftleitenden Kanal ausbilden.
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Die Lüfterhaube kann beispielsweise aus einem gießfähigen Material hergestellt sein. Beispielsweise kann die Lüfterhaube aus einem spritzgussfähigen Kunststoff oder eine Leichtmetall bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Lüfterhaube aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt oder durch einen Faserverbundwerkstoff verstärkt werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Lüfterkragen einen Kragenboden und mindestens eine Kragenwand auf.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die mindestens eine Öffnung in den Kragenboden und/oder in die mindestens eine Kragenwand des Lüfterkragens eingebracht. Insbesondere kann der als Hohlprofil ausgestalteter Lüfterkragen einen Kragenboden und mindestens eine Kragenwand aufweisen, welche in Form einer Kurve oder in einem rechten Winkel ineinander übergehen.
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Der Kragenboden kann vorzugsweise parallel zu einer Fläche verlaufen, welche das rotierende Laufrad im Betrieb überstreicht. Die mindestens eine Kragenwand kann hierbei schräg oder senkrecht zu dem Kragenboden verlaufen.
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Vorzugsweise kann die Aussparung eine Kreisform aufweisen, welche im Wesentlichen eine Ausdehnung entsprechend einer Ausdehnung des Laufrads hat.
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Je nach Anordnung der mindestens einen Öffnung in der Kragenwand oder im Kragenboden kann eine flexible Steuerung der Druckverteilung realisiert werden. Insbesondere können durch diese Maßnahme unterschiedlich ausgestaltete Bauräume an der Lüfteranordnung optimal genutzt werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Öffnung quadratisch, quaderförmig, oval oder kreisförmig ausgestaltet. Hierdurch kann eine zusätzliche Steuerung des zusätzlich bereitgestellten Luftvolumens umgesetzt werden. Insbesondere kann eine abhängig vom Herstellungsverfahren der Lüfterhaube angepasste Form der Öffnung gewählt werden, um das Herstellungsverfahren und ein Entformen der Lüfterhaube zu vereinfachen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der Lüfterkragen mehrere Öffnungen auf, wobei die Öffnungen gleichmäßig oder ungleichmäßig über einen Umfang des Lüfterkragens verteilt sind. Beispielsweise kann durch diese Maßnahme eine abhängig von der Ausgestaltung des Kühlers gewählte Verteilung der Öffnungen entlang des Lüfterkragens umgesetzt werden. Dabei können lokale Schwankungen des resultierenden Staudrucks bzw. Luftdrucks, welchen das Laufrad im Betrieb erzeugt, ausgeglichen werden.
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Nach einer weiteren Ausführungsform sind die Öffnungen gleichmäßig oder ungleichmäßig entlang eines Umfangsabschnitts, insbesondere entlang einer Umfangshälfte, des Lüfterkragens verteilt. Die Öffnungen können beispielsweise entlang einer oberen Umfangshälfte oder einer unteren Umfangshälfte des Lüfterkragens verteilt angeordnet sein. Beispielsweise können die Öffnungen symmetrisch oder asymmetrisch auf dem Umfangsabschnitt verteilt sein.
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Die Druckverteilung der Luft zwischen dem Laufrad und dem Kühler im Betrieb des Lüfters hängt insbesondere von einem axialen Abstand zwischen dem Laufrad und dem Kühler ab. Je nach Ausgestaltung der Lüfteranordnung können der Kühler und/oder der Lüfter geneigt sein, um eine optimierte Luftanströmung zu erzielen. Hierdurch kann der Abstand des Laufrads zum Kühler an einer Umfangshälfte vergrößert sein, ohne zusätzliche Schwingungen zu verursachen.
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Durch das Einbringen von Öffnungen an einer Hälfte des Lüfterkragens, an welcher der Abstand zwischen dem Laufrad und dem Kähler vergrößert ist, kann ein Ausgleich der Druckverteilung erzielt werden. Diese Maßnahme ermöglicht eine verringerte Rauigkeit und Geräuschemission im Betrieb des Laufrads bzw. des Propellers des Lüfters.
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Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung einer Lüfterhaube gemäß einer Ausführungsform,
- 2 eine Detailansicht auf eine Lüfteranordnung mit der Lüfterhaube aus 1,
- 3 ein Diagramm zum Veranschaulichen von Schallpegeln einer Lüfteranordnung mit der in 1 gezeigten Lüfterhaube, mit in einem Prüfstandversuch ermittelten Messdaten,
- 4 ein Diagramm zum Veranschaulichen von Schallpegeln einer Lüfteranordnung mit der in 1 gezeigten Lüfterhaube, mit in einer Fahrzeugumgebung ermittelten Messdaten und
- 5 ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Leistungsfähigkeit einer Lüfteranordnung mit einer Lüfterhaube aus 1.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Lüfterhaube 1 gemäß einer Ausführungsform. Die Lüfterhaube 1 dient zum Anordnen von mindestens einem Lüfter 2 relativ zu einem Kühler 4, welche in der 2 dargestellt sind.
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Die Lüfterhaube 1 weist eine an dem Kühler 4 anbringbare Lüfterzarge 6 mit mindestens einer Aussparung 8 zum Zuführen von Luft zu einem in 2 gezeigten Laufrad 10 des Lüfters 2 auf.
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Die Lüfterzarge 6 ist im Wesentlichen rechteckig geformt und umgibt die Aussparung 8. Die Lüfterzarge 6 kann eine Form und Ausdehnung entsprechend einer Form und Ausdehnung des Kühlers 4 aufweisen.
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Die Lüfterhaube 1 kann an Befestigungspunkten 7, welche sich von der Lüfterzarge 6 aus erstrecken, an dem Kühler 4 direkt oder an einer Umgebung des Kühlers 4 befestigt werden. Beispielsweise kann die Lüfterhaube 1 durch Schreiben an den Befestigungspunkten 7 fixiert werden.
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Die Aussparung 8 weist eine zentrierte Motoraufnahme 12 zum Aufnehmen eines elektrisch antreibbaren Lüftermotors 14 auf.
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Die Aussparung 8 ist umfangsseitig von einem Lüfterkragen 16 umgeben. Der Lüfterkragen 16 ist ringförmig ausgestaltet und begrenzt die Aussparung 8 in Radialrichtung R entlang des gesamten Umfangs der Aussparung 8.
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Die Motoraufnahme 12 ist über Streben 18 zentriert in der Aussparung 8 angeordnet. Die Streben 18 erstrecken sich von der Lüfterzarge 6 oder von dem Lüfterkragen 16 aus.
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In den Lüfterkragen 16 sind Öffnungen 20 eingebracht, welche sich parallel zu der Aussparung 8 durch die Lüfterhaube 1 bzw. den Lüfterkragen 16 hindurch erstrecken.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Öffnungen 20 an einer in Schwerkraftrichtung S unteren Umfangshälfte des Lüfterkragens 16 ausgebildet, um auf eine durch den Lüfter 2 erzeugbare Luftdruckverteilung einzuwirken. Die untere Umfangshälfte des Lüfterkragens 16 ist in der 2 im Detail veranschaul icht.
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Die Öffnungen 20 können beispielsweise rund, oval, quadratisch, rechteckig und dergleichen ausgeformt sein. Beispielsweise können die Öffnungen 20 eine Umfangsbreite bzw. Abmessung in einer Größenordnung von 0,1 bis einschließlich 20 cm aufweisen. Dabei kann eine Öffnung 20 oder mehrere Öffnungen 20 in den Lüfterkragen 16 eingebracht sein.
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Die Öffnungen 20 stellen eine luftführende Verbindung zwischen beiden flächigen Seiten der Lüfterhaube 1 her und ermöglichen eine lokale Erhöhung des Luftvolumens, welches dem Lüfter 2 zur Verfügung steht.
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In der 2 ist eine Detailansicht auf eine Lüfteranordnung 22 mit der Lüfterhaube 1 aus 1 gezeigt. Die Lüfteranordnung 22 weist eine Lüfterhaube 1, einen in der Motoraufnahme 12 befestigten Lüftermotor 14 und ein durch den Lüftermotor 14 antreibbares Laufrad 10 auf.
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Das Laufrad 10 weist mehrere Schaufeln auf, welche im Betrieb des Lüftermotors 14 die Luft über die Aussparung 8 ansaugen und in Richtung des Kühlers 4 beschleunigen können. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Lüfter 2 mit dem Lüftermotor 14 und dem Laufrad 10 hinter der Lüfterhaube 1 und vor dem Kühler 4.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Öffnungen 20 in den Lüfterkragen 16 eingebracht. Die Öffnungen 20 sind spiegelsymmetrisch entlang einer vertikal verlaufenden Symmetrieachse V positioniert.
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Je nach Ausgestaltung können beispielsweise auch zwei, sechs, acht oder mehr Öffnungen 20 entlang einer Umfangshälfte bzw. entlang eines Umfangsabschnitts des Lüfterkragens 16 angeordnet werden.
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Der Lüfterkragen 16 weist beispielsweise nur an der unteren Umfangshälfte angeordnete Öffnungen 10 auf, weil ein Kühler bzw. Radiator 4 nur bereichsweise durch den Lüfter 2 bedeckt wird. An einem unteren Abschnitt 5 kann der Kühler 4 einen Versatz zu einem parallel angeordneten Ladeluftkühler oder einem Klimaanlagenkondensator aufweisen. Im Bereich des unteren Abschnitts 5 ist somit ein größerer axialer Abstand zwischen dem Laufrad 10 und einer zu kühlenden Fläche vorhanden, welche eine erhöhte Lautstärke und Rauigkeit verursachen kann.
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Die 3 zeigt ein Diagramm zum Veranschaulichen von Schallpegeln einer Lüfteranordnung 22. Die Lüfteranordnung 22 weist eine in 1 dargestellte Lüfterhaube 1 auf. Die im Diagramm ersichtlichen Messdaten wurden in einem Prüfstandversuch ermittelt. Das Diagramm zeigt einen Schallpegel in dBA und eine eingestellte Leistung des Lüftermotors 14 in %. Im Diagramm ist ein Vergleich zwischen einer regulären Lüfterhaube und einer Lüfterhaube 1 mit in dem Lüfterkragen 16 eingebrachten Öffnungen 20 dargestellt.
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Es sind zwei Messreihen 24, 26 gezeigt, welche ein Betriebsgeräusch 24 des Lüftermotors 14 und ein Betriebsgeräusch 26 des Laufrads 10, insbesondere ein durch die Blade-Pass-Frequency bzw. die Flügelpassierfrequenz verursachtes Betriebsgeräusch 26, bei unterschiedlicher Leistung des Lüftermotors 14, veranschaulichen.
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In der 4 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen von Schallpegeln einer Lüfteranordnung 22 mit der in 1 gezeigten Lüfterhaube 1 dargestellt. Die Messdaten wurden in einer Fahrzeugumgebung ermittelt. Dabei ist analog zur 3 ein Betriebsgeräusch 24 des Lüftermotors 14 und ein Betriebsgeräusch 26 des Laufrads 10 dargestellt.
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Im Unterschied zum in 3 gezeigten Diagramm wurden die Messdaten in einem Feldversuch in einer Fahrzeugumgebung bzw. in einem eingebauten Zustand der Lüfteranordnung 22 gemessen.
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Wie in der 3 und der 4 ersichtlich, resultiert durch die Öffnungen 20 eine deutliche Verringerung der Betriebsgeräusche 26 des Laufrads 10, insbesondere bei höheren Leistungen des Lüftermotors 14.
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Die 5 zeigt ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Leistungsfähigkeit einer Lüfteranordnung 22 mit einer Lüfterhaube 1 aus 1. Dabei werden ein statischer Druck p in mmAq und der Luftmassendurchsatz A in Kubikmeter pro Stunde gezeigt.
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Aus dem Diagramm ist ersichtlich, dass der Einsatz der Öffnungen 20 im Wesentlichen keine Auswirkungen auf den Luftmassendurchsatz A oder den erzeugten Druck p des Lüfters 2 hat.
