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Technisches
Gebiet
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Um
in Kraftfahrzeugen auch bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten ausreichend
Kühlleistung
zur Kühlung
der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung zu stellen, werden Kühlgebläse eingesetzt.
Um den hierfür
benötigten
Kraftstoffverbrauch möglichst niedrig
zu halten, werden elektronische Steuergeräte eingesetzt, die das Kühlluftgebläse nur bei
Bedarf zuschalten. Aufgrund der heutzutage eingesetzten komplexen
elektronischen Bauteile ist es erforderlich, auch das elektronische
Steuergerät
zur Steuerung des Kühlgebläses zu kühlen.
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Zur
Kühlung
von Verbrennungskraftmaschinen in Kraftfahrzeugen wird heute weitgehend
die Wasserkühlung
eingesetzt. Anstatt reinen Wassers dient eine Mischung aus Wasser,
Frostschutzmittel und fallspezifischen Inhibitoren als Kühlmittel.
Die Wärme,
die das Kühlmittel
im Motor aufnimmt, muss anschließend wieder abgeführt werden.
Dies geschieht in einem Wärmeübertrager,
in dem die Wärme
aus dem Kühlmittel
an die Umgebungsluft übertragen
wird. Um einen effektiveren Wärmeübergang durch
erzwungene Konvektion zu erreichen, wird am Wärmeübertrager ein Gebläse angebracht.
Durch den Einsatz zweier unabhängiger
Lüfter
in dem Kühlgebläse wird
ein redundanter Betrieb ermöglicht.
Das heißt,
auch bei Ausfall eines Lüfters
wird ausreichend Luft durch den Wärmeübertrager geführt, um
das Kühlmittel
abzukühlen.
Zudem ist ein unabhängiger Betrieb
der beiden Lüfter
möglich.
Hierzu werden die Lüfter,
deren Lüfterräder jeweils
von einem Gleichstrommotor angetrieben werden, über ein gemeinsames elektronisches
Steuergerät
angesteuert, wozu eine Taktung der Versorgungsspannung erfolgt.
Die Taktung der Versorgungsspannung wird mittels Pulsweitenmodulation
realisiert, mit der das Pulsweitenverhältnis, das heißt die Pulspausenlänge zwischen den
Ansteuerungsimpulsen verlängert
oder verkürzt werden
kann, wodurch sich die Klemmenspannung an den Klemmen der eingesetzten
elektrischen Antriebe in einem weiten Bereich variieren lässt. Durch die
Vari ation der Klemmenspannung an den Klemmen des elektrischen Antriebs
des Kühlgebläses kann
die Stromaufnahme des elektrischen Antriebes geregelt oder vorgegeben
werden. Hierdurch wird die Drehzahl des Motors gesteuert. Die Kühlung des elektronischen
Steuergerätes
erfolgt durch einen Luftauslass an einem der beiden Lüfter. Aus
diesem Grund kann es bei Stillstand des Lüfters, an dem sich das elektronische
Steuergerät
befindet, durch den Ausfall der Kühlung zu einem Ausfall der
elektronischen Steuerung kommen.
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DE 199 49 322 C1 hat
ein Kühlgebläse, insbesondere
einen Kühlerventilator
mit einem elektronisch kommutierten Elektromotor, einem von dessen Rotorwelle
angetriebenen Lüfterrad
und eine in einem Elektronikgehäuse
angeordnete Steuerelektronik zum Gegenstand. Die Außenoberfläche des
Elektronikgehäuses
weist Kühlrippen
auf, deren freie Enden durch einen von dem Lüfterrad erzeugten Kühlluftstrom
beaufschlagbar sind. Die Kühlrippen
werden durch einen Kühlluftstrom
mit hoher Luftgeschwindigkeit dadurch beaufschlagt, dass die Kühlrippen
in einem Luftspalt zwischen dem Außenring des Lüfterrades
und einem Luftleitring in einer Zarge so angeordnet sind, dass als
Kühlluft
für die
Elektronik eine Leckluft erzeugt wird, die in dem Luftspalt entgegen
der eigentlichen Förderrichtung
strömt.
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DE 697 13 708 T2 hat
einen Wärmetauscher für ein Kraftfahrzeug
zum Gegenstand. Der Wärmetauscher
ist mit einer Vielzahl von Röhrchen
versehen, durch die hindurch ein Fluid strömt. Die Umströmung der
Röhrchen
durch Umgebungsluft wird durch ein Gebläse, das an dem Wärmeübertrager
angebracht ist, gewährleistet.
Hierbei weist das Gebläse zwei
Lüfter
auf.
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Darstellung
der Erfindung
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung wird
das elektronische Steuergerät
so angebracht, dass ein redundanter Betrieb der beiden Lüfter ermöglicht wird.
Hierzu wird das Gebläse
so mit zusätzlichen Luftauslässen versehen,
dass von jedem der beiden Lüfter
ein Teilluftstrom über
die Kühlrippen
des elektronischen Steuergerätes
geführt
wird. Dadurch wird auch bei Ausfall eines Lüfters gewährleistet, dass das elektronische
Steuergerät
ausreichend gekühlt wird.
Hierbei kann das elektronische Steuergerät entweder im Saugbetrieb von
der Luft überströmt werden,
indem es in Strömungsrichtung
vor dem Luftauslass angebracht ist oder die Luftüberströmung zur Kühlung des elektronischen Steuergerätes erfolgt
im Druckbetrieb, wenn dieses in Strömungsrichtung hinter dem Luftauslass
angebracht ist. Das elektronische Steuergerät ist bevorzugt fluchtend zu
dem zusätzlichen
Luftauslass angeordnet, damit es sich im direkten Strömungsweg
der Luft befindet.
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Zeichnung
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 einen Schnitt durch ein
erfindungsgemäß ausgebildetes
Kühlluftgebläse,
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2 eine Draufsicht auf ein
erfindungsgemäß ausgebildetes
Kühlluftgebläse,
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3 die Draufsicht auf das
Gehäuseunterteil
des Steuergerätes
und
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4 die Ansicht eines als
Abkühlkörper eingesetzten
Gehäuseoberteiles
des Steuergerätes
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Ausführungsvarianten
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1 ist ein Schnitt durch
ein erfindungsgemäß ausgebildetes
Kühlluftgebläse entnehmbar.
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Ein
erfindungsgemäß ausgebildetes
Kühlluftgebläse 1 umfasst
zwei Lüfter 3,7 und
ein elektronisches Steuergerät 2 zur
Ansteuerung der Lüfter 3, 7.
Mit Hilfe des elektronischen Steuergerätes 2 lassen sich
der erste Lüfter 3 und
der zweite Lüfter 7 unabhängig voneinander
betreiben. Zur Kühlung
der Kühlflüssigkeit
des Kraftfahrzeugverbrennungs-motors wird die Luft durch das Kühlluftgebläse 1 gefördert. Hierzu
wird ein erstes Lüfterrad 5,
das mit einem ersten Lüfteraußenring 6 versehen
ist, durch einen ersten Motor 4 des ersten Lüfters 3 und
ein zweites Lüfterrad 9,
das mit einem zweiten Lüfteraußenring 10 versehen
ist, durch einen zweiten Motor 8 des zweiten Lüfters 7 in
eine rotierende Bewegung versetzt. Durch die schräge Anstellung
der Schaufeln des ersten Lüfterrades 5 und
des zweiten Lüfterrades 9 wird
die Luft durch das Kühlluftgebläse 1 hindurch gefördert.
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Die
Befestigung des ersten Lüfters 3 und
des zweiten Lüfters 7 erfolgt
an einer Zarge 14. Hierzu wird der als Gleichstrommotor
ausgebildete erste Motor 4 des ersten Lüfters 3 und der ebenfalls
als Gleichstrommotor ausgebildete zweite Motor 8 des zweiten
Lüfters 7 an
der Zarge 14 mit Schrauben oder Nieten befestigt. Dazu
weisen die beiden Motoren 4, 8 des Kühlluftgebläses 1 jeweils
Laschen auf, durch welche die Schrauben oder Nieten durchgesteckt
werden, um eine Befestigung des Steuergerätes 2 an der Zarge 14 zu
gewährleisten.
Der erste Motor 4 des ersten Lüfters 3 beziehungsweise
der zweite Motor 8 des zweiten Lüfters 7 befinden sich
jeweils zentral im Lüfter 3,7.
Das heißt,
dass das erste Lüf terrad 5 außen um den
ersten Motor 4 und das zweite Lüfterrad 9 außen um den
zweiten Motor 8 rotiert. Das elektronische Steuergerät 2 ist
in der Mitte zwischen dem ersten Lüfter 3 und dem zweiten
Lüfter 7 mit
Befestigungen 15 an der Zarge 14 befestigt. Zur Kühlung der
elektronischen Bauteile auf dem elektronischen Steuergerät 2 ist
das elektronische Steuergerät 2 mit
Kühlrippen 13 versehen.
Durch die Rotation des ersten Lüfterrades 5 und
des zweiten Lüfterrades 9 wird
Luft nicht nur durch den ersten Lüfter 3 beziehungsweise
zweiten Lüfter 7 transportiert,
sondern zusätzlich
auch über
die Kühlrippen 13 zwischen
dem ersten Lüfteraußenring 6 und
dem zweiten Lüfteraußenring 10 durch
einen zusätzlichen Luftauslass 12.
Das elektronische Steuergerät 2 wird so
durch den vom ersten Lüfter 3 erzeugten
Luftstrom L1 und den vom zweiten Lüfter 7 erzeugten Luftstrom
L2 gekühlt.
Bei ausreichend hoher Rotationsgeschwindigkeit des ersten Lüfterrades 5 oder des
zweiten Lüfterrades 9 ist
einer der Luftströme
L1 oder L2 stets
ausreichend, um das elektronische Steuergerät 2 durch Überstreichen
der Kühlrippen 13 zu
kühlen.
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In 2 ist die Draufsicht auf
ein erfindungsgemäß ausgebildetes
Kühlluftgebläse dargestellt.
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In
dem erfindungsgemäß ausgebildeten Kühlluftgebläse 1 sind
der durch ein elektronisches Steuergerät 2 angesteuerte erste
Lüfter 3 und
zweite Lüfter 7 nebeneinander
auf einer Verbindungslinie 24, die die Mittelpunkte der
Motoren 4, 8 verbindet, angeordnet. Das elektronische
Steuergerät 2 befindet
sich mittig zwischen dem ersten Lüfter 3 und dem zweiten
Lüfter 7 im
oberen Drittel der Zarge 14. Das elektronische Steuergerät 2 kann
aber auch jede andere Position zwischen dem ersten Lüfter 3 und
dem zweiten Lüfter 7 an
der Zarge 14 annehmen. Die Steuerung des ersten Lüftermotors 4 erfolgt über einen
hier schematisch dargestellten ersten Schalter 16 am elektronischen
Steuergerät 2.
Hierzu ist der erste Schalter 16 mit dem ersten Motor 4 über ein Verbindungskabel 17 verbunden.
Die Drehzahl und der Betrieb des zweiten Motors 8 des zweiten
Lüfters 7 wird über einen
zweiten Schalter 18 gesteuert. Hierzu ist der zweite Schalter 18 mit
einem Verbindungskabel 19 mit dem zweiten Motor 8 verbunden. Die
Ansteuerung des ersten Schalters 16 und des zweiten Schalters 18 erfolgt über einen
Pulsweitenmodulator, der ebenfalls am elektronischen Steuergerät 2 angebracht
ist. Die Kühlung
des elektronischen Steuergerätes 2 erfolgt
hier nicht wie in 1 gezeigt
durch einen gemeinsamen zusätzlichen
Luftauslass 12, der von dem ersten Lüfter 3 und dem zweiten
Lüfter 7 versorgt
wird, sondern durch einen ersten Ausschnitt 21 im ersten
Lüfteraußenring 6 des ersten
Lüfters 3 und
einen zweiten Ausschnitt 22 im zweiten Lüfteraußenring 10 des
zweiten Lüfters 7. Bei
Betrieb des ersten Lüfters 3 wird
durch die Rotation des ersten Lüfterrades 5 Luft
durch den ersten Ausschnitt 21 zum elektronischen Steuergerät 2 transportiert.
Entsprechend wird durch Rotation des zweiten Lüfterrades 9 des zweiten
Lüfters 7 Luft durch
den zweiten Ausschnitt 22 zum elektroni schen Steuergerät 2 transportiert.
Auf diese Weise wird gewährleistet,
dass das elektronische Steuergerät 2 auch
bei Stillstand des ersten Lüfters 3 oder
des zweiten Lüfters 7 ausreichend
gekühlt
wird.
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3 ist die Draufsicht auf
ein Gehäuseunterteil
des Steuergerätes
entnehmbar.
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Aus
der Darstellung gemäß 3 geht hervor, dass am Gehäuseunterteil 27 des
elektronischen Steuergerätes 2 mehrere
Befestigungsöffnungen 32 vorgesehen
sind. Über
die bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung der 1 erwähnten Befestigungselemente,
wie beispielsweise Schrauben oder Nieten, kann das Gehäuseunterteil 27 des
elektronischen Steuergerätes 2 an
der Zarge 14 des Kühlluftgebläses 1 befestigt
werden. Darüber
hinaus sind am Gehäuseunterteil 27 des
elektronischen Steuergerätes 2 mehrere
Schnappverschlüsse 29 vorgesehen.
Mittels der Schnappverschlüsse 29, welche
mit am Gehäuseoberteil 28 ausgebildeten Schnappverschlussnasen 33 zusammenwirken,
lässt sich
das in 4 dargestellte,
als Abkühlkörper fungierende
Gehäuseoberteil 28 mit
dem Gehäuseunterteil 27 des
elektronischen Steuergerätes 2 lösbar verbinden.
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Am
in 3 dargestellten Gehäuseunterteil 27 des
elektronischen Steuergerätes 2 befindet
sich der erste Anschlussstecker 16, über welchen der erste Motor 4 mittels
des Verbindungskabels 17 mit dem elektronischen Steuergerät 2 verbunden
werden kann. Unweit vom ersten Anschlussstecker 16 ist
auf der Platine, die in das Gehäuseunterteil 27 des
elektronischen Steuergerätes 2 eingelassen
ist, ein erster Motorschalter 25 aufgenommen. An dem ersten
Anschlussstecker 16 für
den ersten Motor 4 gegenüberliegenden Ende des Gehäuseunterteils 27 des
elektronischen Steuergerätes 2 befindet
sich der zweite Anschlussstecker 18 für den zweiten Motor 8. Über diesen
wird ein ebenfalls in das Gehäuseunterteil 27 eingelassene
Platine vorgesehener zweiter Motorschalter 26 mit dem zweiten
Motor 8 des Kühlluftgebläses 1 gemäß der Darstellung
in 2 verbunden. Die
Platine, die im Gehäuseunterteil 27 des
elektronischen Steuergerätes 2 aufgenommen
ist, wird über einen
Anschluss 20 mit der Spannungsversorgung des Bordnetzes
eines Kraftfahrzeuges verbunden.
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4 ist eine perspektivische
Ansicht eines als Abkühlkörper eingesetzten
Gehäuseoberteils
des elektronischen Steuergerätes
entnehmbar.
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Das
Gehäuseoberteil 28,
welches als Abkühlkörper für das elektronische
Steuergerät 2 dient, wird
bevorzugt aus Aluminium gefertigt. Die maximal zulässige Temperatur,
die das Gehäuseoberteil 28 des
elektronischen Steuergerätes 2 annehmen
sollte, liegt bei etwa 140°C.
Die Oberseite des Gehäuseoberteils 28,
welche von den in 1 dargestellten Luftströmen L1 beziehungsweise L2 überstrichen wird,
ist mit Kühlrippen 13 beziehungsweise 30 versehen.
Am anschlusssteckerseitigen Ende 34 des Gehäuseoberteils 28 befinden
sich die Kühlrippen 13,
welche von dem über
das zweite Lüfterrad 9,
welches durch den zweiten Motor 8 angetrieben wird, erzeugten
Luftstrom gekühlt
werden. Die Kühlrippen 13 sind
derart ausgebildet, dass diese parallel zum Strömungsweg der Luft, welche durch
den zweiten Lüfter 7 erzeugt
wird, überstrichen
werden. Die Kühlrippen 13 befinden
sich unmittelbar über
dem zweiten Ausschnitt 22 (vgl. Darstellung gemäß 2) des zweiten Lüfterrades 9 in
der Zarge 14 des Kühlluftgebläses 1.
Am lüfterradseitigen
Ende 35 des Gehäuseoberteils 28 des
elektronischen Steuergerätes 2 sind darüber hinaus
mehrere gekrümmt
ausgebildete Kühlrippen 30 angeordnet.
Diese liegen derart, dass die durch den zweiten Lüfter 7 erzeugte
Luftströmung die
gekrümmt
ausgebildeten Kühlrippen 30 am
lüfterradseitigen
Ende 35 des Gehäuseoberteils 28 in
Umfangsrichtung durchströmt.
Anstelle der in 4 dargestellten
zwei gekrümmten
Kühlrippen 30 können am
lüfterradseitigen
Ende 35 des Gehäuseoberteils 28 auch
drei oder mehrere Kühlrippen
angebracht sein.
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Fällt der
zweite Lüfter 7 aus,
ist sichergestellt, dass das anschlusssteckerseitige Ende 34 des Gehäuseoberteils 28 des
elektronischen Steuergerätes 2 über den
aus dem ersten Ausschnitt 21 des ersten Lüfters 3 austretenden
Luftstrom angeströmt wird,
so dass die am anschlusssteckerseitigen Ende 34 am Gehäuseoberteil 28 vorgesehenen
Kühlrippen 13 noch
von dem durch den ersten Lüfter 3 erzeugten Luftstrom
umströmt
werden. Durch die Einbaulage des elektronischen Steuergerätes 2 gemäß der Darstellung
in 2 ist sichergestellt,
dass die Kühlrippen 13 des
Gehäuseoberteils 28 oberhalb
des ersten Motorschalters 25 des Gehäuseunterteils 27 liegen. Der
erste Motorschalter 25 bewirkt einen Anstieg der Temperatur
innerhalb des elektronischen Steuergerätes 2, wenn der über den
zweiten Motorschalter 26 betätigte zweite Motor 8 des
zweiten Lüfters 7 ausgefallen
ist. Bei Ausfall des zweiten Motors 8 des zweiten Lüfters 7 wird über den
zweiten Motorschalter 26 keine Wärme produziert. Jedoch ist
sichergestellt, dass eine kontinuierliche Wärmeabfuhr vom als Abkühlkörper fungierenden
Gehäuseoberteil 28 des elektronischen
Steuergerätes 2 über den
vom ersten Lüfter 3 über den
ersten Ausschnitt 21 austretenden Luftstrom erzeugt wird.
Dieser überstreicht
die Kühlrippen 13,
die am anschlusssteckerseitigen Ende 34 des Gehäuseoberteils 28 ausgebildet
sind.
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Fällt hingegen
der erste Lüfter 3 aus,
so ist eine Kühlung
des den ersten Motor 4 steuernden ersten Motorschalters 25 nicht
mehr erforderlich. Durch die Lage der gekrümmt ausgebildeten Kühlrippen 30 am
lüfterradseitigen
Ende 35 des Gehäuseoberteils 28 des
elektronischen Steuergerätes 2 ist
sichergestellt, dass der unterhalb der gekrümmten Kühlrippen 30 bei Betrieb
des zweiten Motors 8 des zweiten Lüfters 7 Wärme produzierende
Motorschalter 26 durch den vom zweiten Lüfter 7 produzierten
Luftstrom weiterhin gekühlt
wird.
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Durch
die erfindungsgemäße Lösung ist
somit gewährleistet,
dass bei Ausfall eines der die Lüfter 3, 7 antreibenden
Motors 7 beziehungsweise 8 immer derjenige Teil
des elektronischen Steuergerätes 2 gekühlt wird,
in welchem die jeweils noch in Betrieb befindlichen und daher Wärme erzeugenden Komponenten,
im vorliegenden Falle die Motorschalter 25, 26 angeordnet
sind.
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Die
die beiden Luftströme
L1 beziehungsweise L2 zuführenden
Ausschnitte 21 beziehungsweise 22 sind vorzugsweise
mit sich kontinuierlich verengendem Querschnitt, d.h. düsen- oder
trichterförmig ausgebildet,
so dass die Kühlluftströme L1 beziehungsweise L2 bei
Austritt aus den Öffnungsquerschnitten
der Ausschnitte 21 und 22 eine maximale Strömungsgeschwindigkeit
annehmen. Damit ist sichergestellt, dass die Kühlluft auch auf die jeweils
zu kühlenden
Bereiche des als Abkühlkörper des
elektronischen Steuergerätes 2 fungierenden
Gehäuseoberteils 28 auftreffen.
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Um
eine möglichst
wirkungsvolle und effektive Anströmung des als Abkühlkörper, vorzugsweise aus
Aluminium gefertigten Gehäuseoberteils 28 des elektronischen
Steuergerätes 2 zu
erreichen, sind die Ausschnitte 21 beziehungsweise 22 um
einen Winkel von vorzugsweise 30° zum
Schnittpunkt der Mittelachse 23 mit der Verbindungslinie 24 der
Mittelpunkte der Lüfter 3, 7 angeordnet.
Daneben können
die Ausschnitte 21, 22 auch um andere Winkelgrade
geneigt zum Schnittpunkt der Mittelachse 23 mit der Verbindungslinie
der Lüfter 3, 7 angeordnet
sein.
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- 1
- Kühlluftgebläse
- 2
- Elektronisches
Steuergerät
- 3
- erster
Lüfter
- 4
- erster
Motor
- 5
- erstes
Lüfterrad
- 6
- erster
Lüfteraußenring
- 7
- zweiter
Lüfter
- 8
- zweiter
Motor
- 9
- zweites
Lüfterrad
- 10
- zweiter
Lüfteraußenring
- 12
- zusätzlicher
Luftauslass
- 13
- Kühlrippen
- 14
- Zarge
- 15
- Befestigung
- 16
- Anschlussstecker
erster Motor
- 17
- Verbindungskabel
- 18
- Anschlussstecker
zweiter Motor
- 19
- Verbindungskabel
- 20
- Anschlussspannungsversorgung
- 21
- erster
Ausschnitt
- 22
- zweiter
Ausschnitt
- 23
- Mittelachse
- 24
- Verbindungslinie
- L1, L2
- Luftströme
- 25
- erster
Motorschalter
- 26
- zweiter
Motorschalter
- 27
- Gehäuseunterteil
- 28
- Gehäuseoberteil
(Abkühlkörper)
- 29
- Schnappverschluss
- 30
- gekrümmte Kühlrippen
- 31
- domförmige Erhebung
- 32
- Befestigungsöffnungen
für Zarge
- 33
- Schnappverschlussnasen
- 34
- anschlusssteckerseitiges
Ende
- 35
- lüfterradseitiges
Ende