DE102022200940A1

DE102022200940A1 - Lüfterrad eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102022200940A1
Application number: DE102022200940.1A
Authority: DE
Inventors: Anand Patel; Ashish Sonawane; Lutz Wulf
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2023-08-03
Also published as: US11859636B2; US20230243367A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lüfterrad (30) eines Kraftfahrzeugs (2), mit einer Nabe (28), an der eine Anzahl an Lüfterflügeln (32) angebunden ist. Die Lüfterflügel (32) weisen jeweils eine Stabilisierungsstruktur (40) aus einem ersten Material auf, die mittels eines jeweiligen Körpers (44) aus einem zweiten Material umgeben ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Kühlerlüfter (8) eines Kraftfahrzeugs (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Lüfterrad eines Kraftfahrzeugs, mit einer Nabe, an der eine Anzahl an Lüfterflügeln angebunden ist. Das Lüfterrad ist bevorzugt ein Bestandteil eines Kühlerlüfters des Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner einen Kühlerlüfter eines Kraftfahrzeugs, wie einen Hauptlüfter.
Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor weisen während des Betriebs eine beträchtliche Wärmeentwicklung auf. Zum Halten der Betriebstemperatur des Verbrennungsmotors eingesetzt, welches wiederum gekühlt werden muss. Sofern das Kraftfahrzeug einen Elektromotor für den Vortrieb aufweist, wird bei Betrieb ein Hochvoltenergiespeicher geladen und entladen, wobei auch hier Verlustwärme auftritt, sodass der Hochvoltenergiespeicher gekühlt werden muss. Zum Kühlen und auch für den Betrieb einer Klimaanlage wird üblicherweise ein flüssiges Kühlmittel verwendet, das somit erwärmt wird. Zum erneuten Abkühlen des Kühlmittels wird üblicherweise ein von einem Fahrtwind beaufschlagtes Kühlernetz verwendet, das im Wärmeaustausch zu dem Kühlmittel steht. Beispielsweise wird hierfür das Kühlmittel in Rohre geleitet, die in das Kühlernetz eingearbeitet sind. Da insbesondere bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten der Fahrtwind zur Kühlung normalerweise nicht ausreicht, ist es bekannt, einen elektrischen Lüfter zu verwenden, mittels dessen der Fahrtwind verstärkt oder ein entsprechender Wind erzeugt wird.
Üblicherweise ist der Lüfter in Fahrtrichtung hinter dem Kühlernetz angeordnet. Mit Hilfe eines Lüfterrads des Lüfters wird die Luft durch das Kühlernetz hindurch gesaugt und ggf. auf den Verbrennungsmotor geleitet. Dort nimmt die Luft überschüssige Wärme des Verbrennungsmotors auf und transportiert diese ab.
Um einen vergleichsweise hohen Luftvolumendurchsatz durch das Kühlernetz zu erreichen, ist es möglich, dass Lüfterrad mit einer vergleichsweise hohen Rotationsgeschwindigkeit zu rotieren. Hierbei ist es jedoch möglich, dass einerseits ein Luftstrom abreißt. Andererseits treten auf diese Weise vergleichsweise hochfrequente Schwingungen auf, die als störend empfunden werden können. Alternativ hierzu ist es möglich, einen Durchmesser des Lüfterrad vergleichsweise groß zu wählen. Das Lüfterrad ist üblicherweise einstückig als ein Kunststoffspritzgussteil ausgestaltet. Bei einem vergleichsweise großen Durchmesser ist es möglich, dass aufgrund des Luftstroms die Lüfterflügel endseitig verbogen werden, sodass einerseits eine Wirkungsweise geschmälert ist. Andererseits ist es möglich, dass die Lüfterflügel an weiteren Bestandteilen des Kraftfahrzeugs schleifen, was zu Verschleiß und zu störenden Geräuschen führt. Zur Abhilfe hiervon ist meist ein Au-ßenring vorgesehen, mittels dessen die Lüfterflügel umfangsseitig umgeben sind, und an dem diese befestigt sind. Aufgrund des Außenrings jedoch ist eine zurückströmen von Luft in diesem Bereich begünstigt, weswegen der Luftvolumendurchsatz verringert ist
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Lüfterrad eines Kraftfahrzeugs und einen besonders geeigneten Kühlerlüfter eines Kraftfahrzeugs anzugeben, wobei insbesondere ein Luftvolumendurchsatz erhöht und/oder eine Geräuschentwicklung bei Betrieb verringert ist.
Hinsichtlich des Lüfterrads wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Kühlerlüfters durch die Merkmale des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Das Lüfterrad ist ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und insbesondere ein Bestandteil eines Kühlerlüfters. Hierbei ist das Lüfterrad geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, Luft durch einen Kühler des Kraftfahrzeugs zu saugen oder zu blasen. Der Kühlerlüfter und somit auch das Lüfterrad dienen vorzugsweise dem Kühlen eines Verbrennungsmotors oder eines Hochvoltenergiespeichers, wie einer Hochvoltbatterie, des Kraftfahrzeugs. Geeigneterweise wird mittels des Kühlers eine Kühlflüssigkeit abgekühlt, und/oder mittels des Lüfterrads wird ein Luftstrom auf den etwaigen Verbrennungsmotor geleitet. Alternativ hierzu ist das Lüfterrad beispielsweise ein Bestandteil eines Gebläses, mittels dessen insbesondere eine Luft in einen Innenraum eines Kraftfahrzeugs befördert wird. Das Kraftfahrzeug ist geeigneterweise landgebunden und beispielsweise ein Personenkraftwagen (Pkw). Alternativ hierzu ist das Kraftfahrzeug ein Nutzkraftwagen, beispielsweise ein Lastkraftwagen (Lkw) oder ein Bus.
Das Lüfterrad weist insbesondere eine im Wesentlichen flächige Ausgestaltung auf. Zumindest jedoch ist die Ausdehnung des Lüfterrad in einer Ebene größer als senkrecht hierzu. Das Lüfterrad ist geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, um eine Drehachse rotiert zu werden. Insbesondere ist die Drehachse senkrecht zu der Ebene, innerhalb derer das Lüfterrad angeordnet ist. Das Lüfterrad ist vorzugsweise ein Axiallüfterrad. Somit wird bei Betrieb mittels des Lüfterrads Luft entlang der Drehachse bewegt. Der Durchmesser des Lüfterrads ist zweckmäßigerweise zwischen 20 cm und 50 cm, zwischen 25 cm und 45 cm und beispielsweise im Wesentlichen gleich 30 cm, wobei jeweils zweckmäßigerweise eine Abweichung von 5 cm, 2 cm oder 0 Zentimeters vorhanden ist.
Das Lüfterrad selbst weist eine Nabe auf, an der eine Anzahl an Lüfterflügeln angebunden ist. Die Nabe ist geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet, an einem Elektromotor befestigt zu werden. Im Montagezustand ist an der Nabe zweckmäßigerweise der etwaige Elektromotor befestigt, mittels dessen das Lüfterrad um die Drehachse rotiert wird. Hierbei ist die Nabe geeigneterweise konzentrisch zur Drehachse angeordnet, was eine Unwucht und somit eine ungewollte Geräuschentwicklung und übermäßige Belastung verringert. Vorzugsweise ist die Nabe im Wesentlichen topfförmig ausgestaltet, wobei ein Topfboden zweckmäßigerweise im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse angeordnet ist. Die Lüfterflügel sind geeigneterweise an einem Außenumfang einer Wand der topfförmigen Nabe angebunden. Zweckmäßigerweise ist, sofern die Nabe topfförmig ausgestaltet ist, die Topföffnung entgegen einer etwaigen Luftströmung, insbesondere einer Fahrtwindrichtung und/oder einer Bewegungsrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet. Somit ist ein Luftwiderstand verringert. Zweckmäßigerweise ist hierbei die Nabe außenseitig im Wesentlichen glatt ausgestaltet.
Die Lüfterflügel, insbesondere auch als Lüfterradflügel bezeichnet, sind vorzugsweise zueinander baugleich, was eine Fertigung und Montage vereinfacht. Die Lüfterflügel sind beispielsweise bezüglich der Drehachse geneigt. Somit weist jeder der Lüfterflügel jeweils eine Hauptausdehnungsrichtung auf, die bezüglich der Drehachse geneigt ist. Hierbei ist insbesondere ein Winkel zwischen 10° und 80° oder zwischen 20° und 70° gebildet. Aufgrund der Neigung erfolgt mittels des Lüfterrads bei Betrieb ein Bewegen einer Luft in Axialrichtung, also entlang der Drehachse oder zumindest parallel zu dieser. Jeder der Lüfterflügel weist ferner einen im Wesentlichen radialen Verlauf auf, insbesondere bezüglich der Drehachse, sodass die Lüfterflügel von der Nabe aus nach außen weisen.
Besonders bevorzugt sind die Lüfterflügel gebogen ausgestaltet, sodass mittels dieser zweckmäßigerweise eine Sichelform gebildet ist. Somit ist das radial äu-ßere Ende bezüglich des radial inneren Endes des jeweiligen Lüfterflügels in tangentialer Richtung bezüglich der Drehachse versetzt. Geeigneterweise ist hierbei die Richtung, in die sämtliche radial äußeren Enden der Lüfterflügel versetzten sind, zueinander gleich, sodass das Flügelrad turbinenartig ausgestaltet ist.
Jeder der Lüfterflügel weist eine Stabilisierungsstruktur auf, die aus einem erstem Material gefertigt ist. Das erste Material ist beispielsweise ein Metall, wie ein Stahl. Alternativ hierzu ist das erste Material ein Kunststoff, das beispielsweise glasfaserverstärkt oder kohlefaserverstärkt ist. Alternativ hierzu besteht das erste Material aus Glasfasern, Kohlefasern oder Kompositfasern. Insbesondere wird als erstes Material PP, PA6 oder PP-LGF 30 oder PA6-GF30 verwendet. Zudem weist jeder Lüfterflügel einen Körper auf, mittels dessen die jeweilige Stabilisierungsstruktur umgeben ist, vorzugsweise vollständig. Hierbei ist die Ausdehnung des Körpers größer als die Ausdehnung der Stabilisierungsstruktur, und mittels des Körpers wird die äußere Form des Lüfterflügels vorgegeben. Besonders bevorzugt ist der Körper und die Stabilisierungsstruktur unlösbar miteinander verbunden. Der Körper ist aus einem zweiten Material gefertigt, das unterschiedlich zu dem ersten Material ist. Geeigneterweise ist dabei eine Dichte des zweiten Materials geringer als die Dichte des ersten Materials.
Mittels der Stabilisierungsstruktur wird die Form des jeweiligen Lüfterflügels stabilisiert, wobei die Form selbst mittels des jeweiligen Körpers vorgegeben ist. Somit ist es möglich, als zweitens Material ein Material mit einer verringerten Eigenstabilität und einem verringerten Gewicht zu verwenden, sodass das Gewicht des Lüfterrad verringert ist. Aufgrund der Stabilisierungsstruktur wird hierbei ein Verbiegen der Lüfterflügel bei Betrieb vermieden, sodass die Formstabilität des Lüfterrads erhöht ist. Mit anderen Worten wird bei Betrieb ein Verbiegen der Lüfterflügel vermieden, sodass ein Luftvolumendurchsatz erhöht ist. Dabei ist zudem beispielsweise ein Anschlagen der radialen Enden der Lüfterflügel an weiteren Bestandteilen des Kraftfahrzeugs vermieden. Zudem ist ein Ausbilden von Schwingungen innerhalb der Lüfterflügel vermieden oder zumindest verringert, sodass auch aufgrund dessen eine Geräuschentwicklung verringert ist. Aufgrund der Verwendung des zweiten Materials für den Körper ist dabei ein Gewicht verringert und daher eine Dynamik des Lüfterrad erhöht, sodass dieses bedarfsgerecht betrieben werden kann.
Beispielsweise wird der Körper unabhängig von der Stabilisierungsstruktur gefertigt, und der Körper und die Stabilisierungsstruktur werden zur Fertigung aneinander befestigt, beispielsweise mittels eines Befestigungsmittels, Verschweißens und/oder Verklebens. Besonders bevorzugt jedoch wird der Körper mittels Umspritzens der jeweiligen Stabilisierungsstruktur mittels des zweiten Materials erstellt. Dabei wird als zweites Material vorzugsweise ein Kunststoff verwendet, und die Körper sind somit insbesondere Spritzgussteile. Aufgrund des Umspritzens der jeweiligen Stabilisierungsstruktur mittels des zweiten Materials zur Ausbildung des jeweiligen Körpers ist einerseits eine Fertigung vereinfacht. Andererseits ist ein Ablösen der Stabilisierungsstrukturen von den Körpern auf diese Weise sicher vermieden.
Beispielsweise werden die Lüfterflügel und die Nabe separat voneinander erstellt. Besonders bevorzugt jedoch ist die Nabe oder zumindest ein Teil der Nabe, insbesondere der Teil der Nabe, der die äußere Begrenzung der Nabe bildet, und die Körper einstückig. Mit anderen Worten ist die Nabe somit ebenfalls aus dem zweiten Material gefertigt. Auf diese Weise ist ein Erstellen der Nabe und der Körper in einem Arbeitsschritt möglich, was eine Fertigung vereinfacht. Auch ist auf diese Weise eine Stabilität und Robustheit erhöht. Besonders bevorzugt ist das zweite Material ein Kunststoff, und die Nabe und die Körper werden vorzugsweise mittels Kunststoffspritzgießens erstellt.
Beispielsweise ragt jede Stabilisierungsstruktur durch den jeweiligen Körper vollständig hindurch. Zum Beispiel sind die Stabilisierungsstrukturen an der Nabe befestigt, was eine Stabilität weiter erhöht. Alternativ hierzu ist jede Stabilisierungsstruktur von der Nabe beabstandet und befinden sich lediglich in einem radial äu-ßeren Bereich des jeweiligen Lüfterflügels. Auf diese Weise ist ein Gewicht der Lüfterflügel reduziert. Dabei tritt bei Betrieb eine verstärkte Belastung im radial äu-ßeren Bereich der Lüfterflügel auf, wo jedoch eine Verformungen mittels der Stabilisierungsstrukturen sicher vermieden wird.
Zum Beispiel ist jede Stabilisierungsstruktur mittels einer zumindest teilweise radial verlaufenden Strebe gebildet. Hierbei ahmt die Strebe zweckmäßigerweise die Form oder zumindest den Verlauf des jeweiligen Lüfterflügels nach. Besonders bevorzugt umfasst die Stabilisierungsstruktur mehrere zumindest teilweise radial verlaufende Streben, wobei insbesondere mittels jeder der Streben der Verlauf des jeweiligen Lüfterflügels zumindest annähernd nachgeahmt wird. Somit verlaufende Streben beispielsweise zumindest teilweise parallel zueinander oder sind zueinander geringfügig geneigt. Besonders bevorzugt sind dabei die Streben zueinander versetzt, insbesondere in tangentialer Richtung. Bevorzugt sind somit sämtliche Streben aller Lüfterflügel im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, was eine Fertigung erleichtert. Beispielsweise sind die Streben jedes Lüfterflügels aneinander befestigt, insbesondere mittels Querstreben. Besonders bevorzugt jedoch sind diese nicht aneinander befestigt und zueinander beabstandet, was eine Fertigung erleichtert. Auch ist auf diese Weise ein separates Herstellen der Streben ermöglicht. Insbesondere sind die Streben als Strangpressprofil ausgestaltet, sodass Meterware zur Bereitstellung der Stabilisierungsstruktur verwendet werden kann, was Herstellungskosten weiter reduziert.
Beispielsweise ist der Querschnitt der Streben, insbesondere senkrecht zu deren jeweiligem Verlauf, im Wesentlichen quadratisch oder rund. Alternativ hierzu ist der Querschnitt der Streben rechteckförmig, wobei die Länge einer der Seiten vergrößert ist. Besonders bevorzugt ist hierbei die Länge des Querschnitts in axialer Richtung, also in einer Richtung, die parallel zur Drehachse ist, im Vergleich zur tangentialen Richtung vergrößert. Mit anderen Worten ist die Ausdehnung der Streben in axialer Richtung vergrößert. Auf diese Weise ist eine Stabilität der Streben in dieser Richtung vergrößert, sodass ein Umbiegen der radial äußeren Ende Lüfterflügel vergleichsweise sicher vermieden ist. Dabei ist aufgrund der verringerten Ausdehnung in tangentialer Richtung das Gewicht der Streben vergleichsweise gering. Aufgrund der verringerten Ausdehnung in tangentialer Richtung ist somit eine Stabilität der Streben in diese Richtung verringert. Jedoch weist jeder Lüfterflügel, nämlich der Körper, in dieser Richtung eine vergleichbare großer Ausdehnung auf, sodass dennoch eine vergleichsweise große Stabilität bereitgestellt ist. Falls der Querschnitt der Streben abweicht, oder die Stabilisierungsstrukturen keine Streben aufweist, ist jedoch besonders bevorzugt die Stabilität der Stabilisierungsstrukturen in axialer Richtung im Vergleich zur tangentialen Richtung vergrößert.
Beispielsweise endet jedes der Lüfterflügel in radialer Richtung stumpf. Alternativ hierzu sind die radial äußeren Enden der Lüfterflügel umgebogen, insbesondere nach Art eines Winglets. Besonders bevorzugt jedoch weist das Lüfterrad einen Außenring auf, der konzentrisch zur Nabe angeordnet ist, und an dem die radial äußeren Enden der Lüfterflügel angebunden sind. Somit werden die Lüfterflügel Mittels des Außenrings zusätzlich stabilisiert. Der Außenring ist beispielsweise im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgestaltet. Zum Beispiel weist der Außenring in axialer Richtung, also parallel zur Drehachse, eine Ausdehnung zwischen 1 cm und 10 cm, beispielsweise zwischen 2 cm und 5 cm und geeigneterweise gleich 3 cm auf. Mittels des Außenrings wird insbesondere eine Leckluft zwischen dem Lüfterrad und einer etwaigen das Lüfterrad umfangsseitig umgebenden Lüfterzarge begrenzt oder verhindert. Zweckmäßigerweise ist hierfür ein einer Außenseite des Außenrings eine Dichtung angebunden, beispielsweise eine Bürstendichtung. Alternativ oder in Kombination hierzu ist der Außenring zumindest abschnittsweise nach Art einer Labyrinthdichtung gefertigt und weist folglich zweckmäßigerweise eine Kontur auf, die im Montagezustand in eine entsprechende Kontur, insbesondere der etwaigen Lüfterzarge, eingreift, jedoch von dieser beabstandet ist. Somit ist einerseits eine Reibung nicht erhöht und andererseits jedoch ein Durchtritt von Luft zwischen dem Lüfterrad und der Zarge verhindert, insbesondere entgegen der Fahrtrichtung. Somit ist ein Wirkungsgrad weiter erhöht. Aufgrund der mittels der Stabilisierungsstrukturen erhöhten Stabilität ist es dabei möglich, eine vergleichsweise geringen Abstand zwischen den ineinandergreifenden Konturen zu wählen, sodass eine Dichtwirkung der Labyrinthdichtung verbessert ist.
Beispielsweise ist der Außenring einstückig und zum Beispiel aus einem Kunststoff erstellt. Besonders bevorzugt ist der Außenring an den Körpern der Lüfterflügel befestigt und beispielsweise einstückig mit diesen. Auf diese Weise ist eine Fertigung in einem gemeinsamen Arbeitsschritt möglich, was die Fertigung weiter vereinfacht. In einer weiteren Alternative weist der Außenring eine weitere Stabilisierungsstruktur aus einem weiteren ersten Material auf, die mittels eines weiteren Körpers aus einem weiteren zweiten Material umgeben ist, beispielsweise vollständig. Somit wird mittels der weitere Stabilisierungsstruktur die Form des Außenrings stabilisiert, wobei die Form des Außenrings mittels des weiteren Körpers vorgegeben ist. Aufgrund der weiteren Stabilisierungsstruktur werden die Lüfterflügel weiter stabilisiert, wobei ein Gewicht des Lüfterrads nicht übermäßig erhöht ist. Somit ist es möglich, die etwaigen ineinandergreifenden Konturen mit der Lüfterzarge vergleichsweise filigran auszugestalten, wobei nicht auf die speziellen Materialeigenschaften des ersten Materials geachtet werden müssen. Aufgrund der weiter Stabilisierungsstruktur ist es dabei möglich, den Abstand der einzelnen Konturen untereinander vergleichsweise gering zu wählen, sodass die Dichtwirkung der Labyrinthdichtung weiter verbessert ist.
Beispielsweise ist das erste Material gleich dem weiteren ersten Material und/oder das zweite Material gleich dem weiteren zweiten Material, sodass die Anzahl an unterschiedlichen Materialien verringert ist. Somit ist eine Kontaktkorrosion vermieden und ein Vorhalten unterschiedlichster Materialien nicht erforderlich. Vorzugsweise ist das weitere zweite Material gleich dem zweiten Material gewählt, und insbesondere werden die Körper und der weitere Körper in einem Arbeitsschritt erstellt, vorzugsweise mittels Kunststoffspritzgießens. Besonders bevorzugt ist dabei ebenfalls die Nabe aus dem zweiten Material erstellt, sodass eine Anzahl an benötigten Arbeitsschritten zur Fertigung des Lüfterrad weiter verringert ist.
Beispielsweise sind die Stabilisierungsstrukturen und die weitere Stabilisierungsstruktur zueinander beabstandet. Besonders bevorzugt jedoch sind diese direkt aneinander befestigt und vorzugsweise einstückig miteinander. Auf diese Weise ist eine Stabilität des Lüfterrad weiter erhöht, und die Lüfterflügel werden mittels der weiteren Stabilisierungsstruktur gegenseitig stabilisiert. Auch ist auf diese Weise eine Fertigung vereinfacht, insbesondere sofern der weitere Körper und die Körpern gemeinsam mittels Umspritzens der jeweiligen Stabilisierungsstrukturen erstellt werden. Folglich ist es lediglich erforderlich, die Stabilisierungsstrukturen, die an der weiteren Stabilisierungsstrukturen befestigt sind, in eine entsprechende Form zu legen, die nachfolgend mittels des zweiten Materials ausgespritzt wird. Hierbei ist die Positionierung der Stabilisierungsstrukturen mittels der weiteren Stabilisierungsstruktur möglich, sodass ein Aufwand ein Ausschuss verringert sind.
Beispielsweise weist die weitere Stabilisierungsstruktur mehrere zueinander beabstandete Bereiche auf. Alternativ oder in Kombination hierzu umfasst die weitere Stabilisierungsstruktur mehrere zickzackförmige Abschnitte. Besonders bevorzugt jedoch weist die weitere Stabilisierungsstruktur einen konzentrisch zu der Nabe angeordneten Hohlzylinder auf und ist bevorzugt mittels dessen gebildet. Auf diese Weise ist ein Gewicht der weiter Stabilisierungsstruktur verringert, wobei eine Robustheit in axialer Richtung erhöht ist. Zwar ist hierbei die Stabilität in radialer Richtung verringert. In diese Richtung wirken bei Betrieb auf den Außenring jedoch lediglich geringe Kräfte, die zudem mittels der an dem Außenring angebundenen Lüfterflügel abgefangen werden.
Der Kühlerlüfter ist ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs und dient zweckmäßigerweise dem Kühlen eines Verbrennungsmotors. Mit anderen Worten ist der Kühlerlüfter ein Hauptlüfter. Alternativ hierzu ist der Kühlerlüfter beispielsweise ein Bestandteil einer Klimaanlage oder eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs. Der Kühlerlüfter umfasst zweckmäßigerweise einen Kühler, der insbesondere ein Kühlernetz aufweist, durch das vorzugsweise eine Anzahl an Rohren geführt ist. Das Kühlernetz ist hierbei zum Beispiel thermisch mit den Rohren kontaktiert. Innerhalb der Rohre wird bei Betrieb bevorzugt eine Kühlflüssigkeit geleitet. Das Kühlernetz ist beispielsweise im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet. Zudem umfasst der Kühlerlüfter eine Lüfterzarge, die eine runde Aussparung aufweist. Innerhalb der runden Aussparung ist, zweckmäßigerweise parallel zu dieser und/oder der Lüfterzarge, ein Lüfterrad mit einer Nabe angeordnet, an der eine Anzahl an Lüfterflügeln angebunden ist. Die Lüfterflügel weisen jeweils eine Stabilisierungsstruktur aus einem ersten Material auf, die mittels eines jeweiligen Körpers aus einem zweiten Material umgeben ist. Vorzugsweise ist das Lüfterrad konzentrisch zur Aussparung angeordnet.
Zudem umfasst der Kühlerlüfter einen Elektromotor, der beispielsweise ein bürstenbehafteter Kommutatormotor oder bevorzugt ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC) ist. Der Elektromotor ist an der Lüfterzarge befestigt. Beispielsweise umfasst die Lüfterzarge eine Motorhalterung, die mittels einer Anzahl an Montagestreben oberhalb der Aussparung gehalten ist. Hierbei ist eine Rotationsachse des Elektromotors senkrecht zur Aussparung angeordnet und verläuft insbesondere auf der Drehachse des Lüfterrads, vorzugsweise auf einer Geraden, die durch den Mittelpunkt der Aussparung reicht. Beispielsweise ist der Elektromotor mit der Motorhalterung verklebt oder verschraubt. Somit ist der Elektromotor vergleichsweise sicher an der Motorhalterung gehalten.
Das Lüfterrad ist mittels des Elektromotors angetrieben und vorzugsweise an diesem angebunden, beispielsweise an einer Welle des Elektromotors. Zum Beispiel ist die Nabe mechanisch direkt mit dem Elektromotor gekoppelt. Beispielsweise umfasst das Lüfterrad den Außenring, an dem die Lüfterflügel an deren radialen Ende angebunden sind. Insbesondere greift der Außenring in eine entsprechende Aufnahme oder Kontur der Lüfterzarge ein, wobei diese bevorzugt zueinander beabstandet sind. Insbesondere ist zwischen diesen eine Labyrinthdichtung gebildet. Somit ist eine Ausbreitung von Leckluft unterbunden. Alternativ oder in Kombination hierzu ist zwischen dem etwaigen Außenring und der Lüfterzarge eine Bürstendichtung oder dergleichen angeordnet.
Die Lüfterzarge ist bevorzugt an in dem Kühler angebunden, zweckmäßigerweise befestigt. Beispielsweise ist die Lüfterzarge an den Kühler geschraubt oder mit diesem verklebt. Insbesondere überdeckte die Lüfterzarge das etwaige Kühlernetz. Mit anderen Worten ist die Lüfterzarge deckungsgleich zu dem Kühlernetz oder beispielsweise dem vollständigen Kühler. Somit ist ein Durchtritt von Luft zwischen dem Kühler und der Lüfterzarge unterbunden, und mittels der Lüfterzarge erfolgt folglich ein vergleichsweise effizientes Führen der Luft. Die Lüfterzarge ist vorzugsweise abstromseitig des Kühlers angeordnet, also zweckmäßigerweise in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs hinter dem Kühler.
Die im Zusammenhang mit dem Lüfterrad genannten Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf den Kühlerlüfter zu übertragen und umgekehrt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch ein landgebundenes Kraftfahrzeug mit einem Kühlerlüfter,
2 schematisch vereinfacht in einer Explosionsdarstellung teilweise den Kühlerlüfter mit einem Lüfterrad,
3 perspektivisch das mehrere Lüfterflügel aufweisende Lüfterrad,
4 ausschnittsweise einen Endbereich eines der Lüfterflügel, und
5, 6 jeweils perspektivisch eine Variante des Lüfterrads.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 in Form eines Personenkraftwagens (Pkw), mit einem Verbrennungsmotor 4 gezeigt. Mittels des Verbrennungsmotors 4 erfolgt ein Antrieb des Kraftfahrzeugs 2. Hierfür steht der Verbrennungsmotor 4 mittels eines nicht näher dargestellten Antriebsstrangs in Wirkverbindung mit mindestens einem der vier Räder 6 des Kraftfahrzeugs 2. Zudem umfasst das Kraftfahrzeug 2 einen Kühlerlüfter 8, der der Kühlung des Verbrennungsmotors 4 dient. Somit ist der Kühlerlüfter 8 ein Hauptlüfter des Kraftfahrzeugs 2. Der Kühlerlüfter 8 ist mittels einer Anzahl an Leitungen 10 mit dem Verbrennungsmotor 4 fluidtechnisch verbunden, durch die bei Betrieb eine Kühlflüssigkeit von dem Kühlerlüfter 8 zu dem Verbrennungsmotor 4 und durch Kühlkanäle dort geleitet wird. Mittels der Kühlflüssigkeit wird überschüssige Wärme aufgenommen und zurück zu dem Kühlerlüfter 8 geführt, mittels dessen eine Abkühlung der Kühlflüssigkeit erfolgt.
Der Kühlerlüfter 8 weist einen Kühler 12 mit einem nicht näher dargestellten Kühlernetz auf, durch das eine Anzahl von Rohren geführt und thermisch mit diesem kontaktiert ist. Die Rohre sind mit den Leitungen 10 fluidtechnisch gekoppelt, sodass bei Betrieb die Kühlflüssigkeit durch die Rohre geleitet wird. Der Kühlerlüfter 8 umfasst ferner einen Lüfterzarge 14, die in einer Fahrtrichtung 16 des Kraftfahrzeugs 2 hinter dem Kühler 12 angeordnet ist. An der Lüfterzarge 14 ist ein Elektromotor 18 befestigt. Bei Betrieb tritt Fahrtwind durch den Kühler 12 hindurch und wird mittels der Lüfterzarge 14 geeignet geformt. Bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs 2 wird mittels des Elektromotors 18 Luft durch den Kühler 12 hindurch gesaugt, sodass der Kühler 12 bei Betrieb im Wesentlichen stets oder zumindest in Abhängigkeit von bestehenden Anforderungen von dem Luftstrom durchsetzt ist. Somit erfolgt eine Abkühlung des Kühlers 12, weswegen auch nach einem vergleichsweise langen Betrieb der Verbrennungsmotors 4 keine Überhitzung des Kühlerlüfters 8 erfolgt. Zudem wird mittels der Lüfterzarge 14 die durch den Kühlerlüfter 8 hindurch tretende Luft auf den Verbrennungsmotor 4 geleitet und dieser auf diese Weise von außen zusätzlich gekühlt.
In 2 ist perspektivisch schematisch vereinfacht in einer Explosionsdarstellung der Kühlerlüfter 8 gezeigt, wobei der Kühler 12 weggelassen ist. An dem Kühler 12 ist die Lüfterzarge 14 befestigt, die das nicht näher dargestellte Kühlernetz vollständig überdeckt und deckungsgleich mit diesem ist. Die Lüfterzarge 14 ist im Wesentlichen flächig ausgestaltet und weist eine runde Aussparung 20 auf, die, senkrecht zur Fahrtrichtung 16 orientiert ist, und die einen Durchmesser von 30 cm aufweist.
Die Lüfterzarge 14 umfasst ferner eine Motorhalterung 22, die entgegen der Fahrtrichtung 16 oberhalb der Aussparung 20 angeordnet und dort mittels mehrerer Montagestreben 24 gehalten ist. Im Montagezustand ist mittels der Motorhalterung 22 der Elektromotor 18 gehalten und der Elektromotor 18 somit an dieser befestigt. Hierbei befindet sich der Elektromotor 18 auf der dem Kühler 12 gegenüberliegenden Seite der Lüfterzarge 14. Eine Welle 26 des Elektromotors 18 ragt in der Fahrtrichtung 16 durch die Motorhalterung 22 hindurch und ist an einer Nabe 28 eines Lüfterrads 30 drehfest befestigt. Somit ist das Lüfterrad 30 mittels des Elektromotors 18 angetrieben, der mittels der Motorhalterung 22 gehalten ist. An der Nabe 26 ist eine Anzahl an Lüfterflügeln 32 angebunden.
Im Montagezustand ist das Lüfterrad 30 innerhalb der Aussparung 20 parallel zu dieser angeordnet, und wird bei Betrieb wird mittels des Elektromotors 18 um eine Drehachse 34 rotiert, die parallel zur Fahrtrichtung 16 ist, und die durch den Mittelpunkt der Aussparung 20 reicht. Somit wird bei Betrieb Luft durch die Aussparung 22 entgegen der Fahrtrichtung 16 gesaugt.
Zudem umfasst die Lüfterzarge 14 eine Staudruckklappe 36, die eine Öffnung umfasst, die mittels einer Klappe 38 abgedeckt ist. Falls in Fahrtrichtung 16 vor der Lüfterzarge 14 ein vergleichsweise hoher (Luft-)Druck herrscht, insbesondere bei einer vergleichsweise schnellen Bewegung des Kraftfahrzeugs 2, ist aufgrund des Lüfterrads 30 ein Durchtritt der Luft durch die Aussparung 20 teilweise behindert oder das Lüfterrad 28 30 vergleichsweise schnell rotiert werden. Dies würde jedoch zu einer erhöhten Belastung des Elektromotors 18 sowie der weiteren Komponente und einer erhöhten Geräuschentwicklung führen. Ab einem bestimmten Druck wird die Klappe 38 daher verschwenkt und die Öffnung freigegeben, sodass durch diese Luft hindurch strömen kann. Somit ist ein Luftdurchsatz durch den Kühler 12, der sich in Fahrtrichtung 16 vor der Lüfterzarge 14 befindet, erhöht. Bei einem vergleichsweise niedrigen Luftdruck vor der Lüfterzarge 14, wie dies bei einem Stillstand des Kraftfahrzeugs 2 der Fall ist, ist die Klappe 38 geschlossen, sodass eine Ausbildung eines lediglich durch die Öffnung der Staudruckklappe 36 und der Aussparung 22 hindurchtretenden zirkularen Luftstroms unterbunden ist. Somit wird auch stets der Kühler 12 mittels eines ausreichenden Luftstroms durchsetzt.
In 3 und in 4 ausschnittsweise vergrößert ist perspektivisch in einer halbtransparenten Darstellung das Lüfterrad 30 dargestellt, das drehsymmetrisch bezüglich der Drehachse 34 ist. Das Lüfterrad 34 weist die topfförmige Nabe 28 auf, an der in diesem Beispiel insgesamt neun Lüfterflügel 32 angebunden sind, die bezüglich der Drehachse 34 teilweise radial und teilweise tangential verlaufen. Mit anderen Worten weisen die Lüfterflügel eine Sichelform auf, wobei diese stetes in die gleiche Richtung in tangentialer Richtung gewandt. Zur Erstellung des Luftstroms durch die Lüfterzarge 14 sind die Lüfterflügel 32 geringfügig senkrecht zu einer Ebene, die senkrecht zur Drehachse 34 ist, geneigt. Die radialen Enden der Lüfterflügel 32 bezüglich Drehachse 34 sind in dieser Ausführungsform stumpf ausgestaltet, und das Lüfterrad 30 ist somit außenringlos.
Jeder der Lüfterflügel 32 weist eine Stabilisierungsstruktur 40 auf, die mittels dreier zueinander beabstandeter Streben 42 gebildet ist. Die Streben 42, und somit die jeweilige Stabilisierungsstruktur 40, ist aus einem ersten Material gefertigt, nämlich einem Stahl, erstellt. Infolgedessen weisen die Streben 42 eine vergleichsweise hohe Stabilität auf, wobei jedoch ein Gewicht erhöht ist. Die Streben 42 sind hierbei zueinander baugleich oder zumindest aus dem demselben mittels Ablängens und geeigneten Biegens erstellt, dass sämtliche Streben 42 über deren vollständigen Verlauf den gleichen Querschnitt aufweisen.
Hierbei ist der Verlauf der Streben 42 im Wesentlichen gleich dem Verlauf des jeweiligen Lüfterflügels 32, wobei die radial äußeren Enden der Streben 42 der jeweiligen Stabilisierungsstruktur 40 aufeinander zu versetzt sind, sodass keinen vollständig zueinander parallelen Verlauf aufweisen. Die Streben 42 reichen bei dieser Ausführungsform von dem radial äußeren Ende des jeweiligen Lüfterflügels 32 bis zur Nabe 28. In einer nicht näher dargestellten Variante sind die Streben 42 verkürzt ausgeführt, sodass diese von der Nabe 28 radial nach außen versetzt sind. Die Streben 42 weisen senkrecht zu deren Verlauf einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitts auf. Hierbei ist deren Ausdehnung in axialer Richtung, also parallel zur Drehachse 34, vergrößert. Auf diese Weise ist eine Stabilität der Streben 42 in diese Richtung erhöht.
Jeder der Lüfterflügel 32 umfasst ferner einen Körper 44, der aus einem zweiten Material, nämlich einem Kunststoff, mittels Umspritzens der jeweiligen Stabilisierungsstruktur 40 erstellt ist. Somit unterscheidet sich das zweite Material von dem ersten Material. Jeder Körper 44 ist auch zwischen den einzelnen Streben 42 des gleichen Lüfterflügels 32 angeordnet, und diese sind verliersicher mittels des jeweiligen Körpers 44 gehalten. Mittels des jeweiligen Körpers 44 ist die äußere Form des jeweiligen Lüfterflügels 32 vorgegeben, und die Streben 42, und folglich auch jede Stabilisierungsstruktur 40, sind mit Ausnahme deren jeweiligen Enden vollständig mittels des jeweiligen Körpers 44 umgeben.
Die Körper 44 sind aus dem zweiten Material, nämlich einem Polyamid, erstellt stellt, wobei auch die Nabe aus dem zweiten Material gefertigt ist. Die Nabe 28 und die Körper 44 sind einstückig, sodass ein separates Befestigen der Lüfterflügel 32 an der Nabe 28 nicht erforderlich ist. Auch ist auf diese Weise eine Robustheit erhöht. Zur Herstellung werden des Lüfterrads 30 werden die Stabilisierungsstrukturen 40 innerhalb einer Gussform geeignet positioniert, die nachfolgend mittels des zweiten Materials mittels Spritzgießens ausgefüllt wird, sodass sämtliche Hohlräume der Gussform ausgefüllt werden. Infolgedessen werden die Körper 44 sowie die Nabe 28 erstellt, wobei die Stabilisierungsstrukturen 40 mittels der jeweiligen Körper 44 umgeben werden.
In 5 ist eine alternative Ausführungsform des Lüfterrads 30 dargestellt, wobei die Nabe 28 sowie die Lüfterflügel 32 nicht verändert ist. Jedoch sind die Lüfterflügel 32 mittels eines senkrecht und konzentrisch zur Drehachse 34 angeordneten Außenrings 46 umgeben. Somit ist der Außenring 46 konzentrisch auch zur Nabe 28, und diese sind im Wesentlichen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die senkrecht zur Drehachse 34 ist. Die radial äußeren Enden der Lüfterflügel 32 sind an dem Außenring 46 befestigt. Der Außenring 46 ist einstückig aus dem zweiten Material erstellt und an den Körpern 44 angeformt. Bei Herstellung wird der Au-ßenring 46 in einem Arbeitsschritt mit der Nabe 28 und den Körpern 44 mittels Spritzgießens erstellt.
Der Außenring 46 weist einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf, der somit zwei Schenkel umfasst. Hierbei ist einer der Schenkel parallel zur Drehachse 34 angeordnet, und der verbleibenden weist von diesem radial nach außen. Auf diese Weise ist eine Stabilität erhöht, wobei ein Gewicht des Lüfterrad 30 nicht übermäßig vergrößert ist. Im Montagezustand greift eine nicht näher dargestellte, an dem radial nach außen vorspringenden Schenkel angeordnete Kontur in eine korrespondierende Kontur der Lüfterzarge 14 ein, die die Aussparung 20 umgibt, sodass eine Labyrinthdichtung erstellt ist. Auf diese Weise wird eine Leckluft zwischen dem Lüfterrad 30 und der Lüfterzarge 14 minimiert.
In 6 ist eine weitere Abwandlung des Lüfterrad 30 dargestellt. Die Nabe 28 ist dabei nicht verändert. Auch ist wiederum der Außenring 46 vorhanden. Dieser ist jedoch nunmehr nicht mehr lediglich einstückig ausgestaltet sind, sondern weist eine weitere Stabilisierungsstruktur 48 auf, die mittels eines konzentrisch zur Nabe 28 und somit auch zur Drehachse 34 angeordneten Hohlzylinders aus einem weiteren ersten Material gebildet ist. Das weitere erste Material ist gleich dem ersten Material und somit ein Stahl.
Im Vergleich zur vorhergehenden Ausführungsform sind bei den Lüfterflügeln 32 die Streben 42 geringfügig an deren radial äußeren Ende verlängert, und an der weiteren Stabilisierungsstruktur 48, also dem Hohlzylinder, angeschweißt. Somit sind die Stabilisierungsstrukturen 40 und die weitere Stabilisierungsstruktur 48 direkt aneinander befestigt.
Die weitere Stabilisierungsstruktur 48 des Außenrings 46 ist mittels eines weiteren Körpers 50 aus dem weiteren zweiten Material umgeben. Mittels des weiteren Körpers 50 wird dabei die Außenform des Außenrings 46 vorgegeben, die der Außenform der vorhergehenden Ausgestaltung entspricht. Das weitere zweite Material ist dem gleichen dem zweiten Material, und der weitere Körper 50 ist einstückig mit den jeweiligen Körpern 44.
Zur Herstellung dieses Lüfterrads 30 wird die weitere Stabilisierungsstruktur 48, an der die Stabilisierungsstrukturen 40 bereits befestigt sind, in eine entsprechende Gussform eingelegt, die nachfolgend mittels des zweiten Materials, aus auch das weitere zweite Material bildet, ausgefüllt wird, sodass die Stabilisierungsstrukturen 40 und die weitere Stabilisierungsstruktur 48 mittels des zweiten Materials umspritzt und somit umgeben wird. Dabei wird auch die Nabe 28 erstellt. Aufgrund der weiteren Stabilisierungsstruktur 48 ist hierbei eine Positionierung der Stabilisierungsstrukturen 40 innerhalb der Gussform erleichtert.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Kraftfahrzeug
4: Verbrennungsmotor
6: Rad
8: Kühlerlüfter
10: Leitung
12: Kühler
14: Lüfterzarge
16: Fahrtrichtung
18: Elektromotor
20: Aussparung
22: Motorhalterung
24: Montagestrebe
26: Welle
28: Nabe
30: Lüfterrad
32: Lüfterflügel
34: Drehachse
36: Staudruckklappe
38: Klappe
40: Stabilisierungsstruktur
42: Strebe
44: Körper
46: Außenring
48: weitere Stabilisierungsstruktur
50: weiterer Körper

Claims

Lüfterrad (30) eines Kraftfahrzeugs (2), mit einer Nabe (28), an der eine Anzahl an Lüfterflügeln (32) angebunden ist, die jeweils eine Stabilisierungsstruktur (40) aus einem ersten Material aufweisen, die mittels eines jeweiligen Körpers (44) aus einem zweiten Material umgeben ist.
Lüfterrad (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Körper (44) mittels Umspritzens der Stabilisierungsstruktur (40) erstellt sind.
Lüfterrad (30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (28) und die Körper (44) einstückig sind.
Lüfterrad (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Stabilisierungsstruktur (40) mehrere zumindest teilweise radial verlaufende Streben (42) aufweist.
Lüfterrad (30) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der Streben (42) in axialer Richtung vergrößert ist.
Lüfterrad (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterflügel (32) an deren radialen äußeren Ende an einem konzentrisch zu der Nabe (28) angeordneten Außenring (46) angebunden sind.
Lüfterrad (30) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (46) eine weitere Stabilisierungsstruktur (48) aus einem weiteren ersten Material aufweist, die mittels eines weiteren Körpers (50) aus einem weiteren zweiten Material umgeben ist.
Lüfterrad (30) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsstrukturen (40) und die weitere Stabilisierungsstruktur (48) direkt aneinander befestigt sind.
Lüfterrad (30) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Stabilisierungsstruktur (48) eine konzentrisch zu der Nabe (28) angeordneter Hohlzylinder ist.
Kühlerlüfter (8) eines Kraftfahrzeugs (2), insbesondere Hauptlüfter, mit einer Lüfterzarge (14), die eine runde Aussparung (20) aufweist, innerhalb derer ein Lüfterrad (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 angeordnet ist, das mittels eines Elektromotors (18) angetrieben ist, der an der Lüfterzarge (14) angebunden ist.