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Die Erfindung betrifft eine Lüftereinheit für den Kühler eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Zur Kühlung ihres Antriebsmotors, aber auch des Ölkreislaufes und/oder der Klimaanlage sind Kraftfahrzeuge mit Kühlern versehen, die im Betrieb vom kühlenden Fahrtwind durchströmt werden. Zur Unterstützung bei warmen Umgebungsbedingungen, beim Stillstand des Fahrzeuges oder dergleichen ist auf der Rückseite des Kühlers eine Lüftereinheit angeordnet, deren motorisch angetriebener Lüfter bedarfsweise aktiv Luft durch den Kühler hindurch fördert.
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Aus der
US 5 775 450 A ist ein Kühlungssystem unter einer Motorhaube eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem Luft unter der Haube und der Oberfläche der Brennkraftmaschine strömt, wobei ein Strömungsleitblech die Luftströmung zur Kühlung gezielt vom Lüfterrad in Richtung Brennkraftmaschine leitet.
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Die
JP H06 336 143 A zeigt eine Lüfterzarge eines Kraftfahrzeuges, welche eine geschlossene Oberfläche aufweist, auf die ein akustisch dämpfendes Material aufgebracht ist.
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Der
EP 0 074 941 A2 ist eine schallisolierende Anordnung einer Verbrennungskraftmaschine zu entnehmen, bei der die Verbrennungskraftmaschine von einem schalldämmenden Gehäuse allseitig mit Ausnahme einer Luftansaugöffnung und einer Luftauslassöffnung umschlossen ist.
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Vorbekannte Lüftereinheiten weisen hierzu eine rückwärtig des Kühlers angeordnete Lüfterzarge auf, die den Lüfter trägt, und die den Luftstrom leitet. Bei laufendem Antriebsmotor entsteht eine unerwünschte Geräuschentwicklung. Sofern der Antriebsmotor noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat, entstehen außerdem Wärmeverluste, die nachteilig für die CO2-Emission des Verbrennungsmotors sind. Im laufenden Betrieb wird der durch die Lüftereinheit hindurchtretende Kühlluftstrom ungesteuert in den Motorraum geführt. Thermisch gering belastete Komponenten im Motorraum werden hierdurch erwärmt, während sich an anderer Stelle Bereiche mit hohen Temperaturspitzen, sogenannte ”Hot Spots”, ausbilden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Lüftereinheit derart weiterzubilden, dass Geräuschentwicklung und Wärmeverluste verringert sind und die Wirksamkeit des akustisch dämpfenden und wärmeisolierenden Materials gesteigert ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Lüftereinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Es wird eine Lüftereinheit für den Kühler eines Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, die einen Lüfter und eine den Lüfter tragende Lüfterzarge umfasst. Die Lüfterzarge weist ein tragendes Gitter mit Öffnungen auf, wobei die Öffnungen mit einem akustisch dämpfenden und wärmeisolierenden Material ausgefüllt sind. Das akustisch dämpfende und wärmeisolierende Material reduziert deutlich die Schallabstrahlung bei laufendem Antriebsmotor. Die Geräuschbelastung der Umwelt und des Fahrzeuginnenraums ist verringert. Gleichzeitig verringert das wärmeisolierende Material die Wärmeverluste am Antriebsmotor des Kraftfahrzeuges, wodurch dieser schneller seine Betriebstemperatur erreicht. Durch die erfindungsgemäße Kapselung der Lüfterzarge wird in der Kaltstartphase des Antriebsaggregates des Kraftfahrzeuges eine schnellere Aufwärmung des Motors erreicht, da die Luft vom Kühler nicht den ganzen Motorraum durchströmt. Um im Betrieb nach der Aufwärmphase eine gezielte Kühlung der thermisch belasteten Komponenten im Motorraum zu erreichen, führen Luftleitungen von der Lüftereinheit zu diesen Stellen.
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Die zumindest abschnittsweise Ausbildung der Lüfterzarge als tragendes Gitter steigert die Wirksamkeit des akustisch dämpfenden und wärmeisolierenden Materials, in dem das Gitter infolge seiner großflächigen Öffnungen nur sehr eingeschränkt Schall und Wärme in das dämpfende und isolierende Material eintragen kann. Das tragende Gitter hält zwar die Lüfterzarge insgesamt in Form, lässt jedoch im Bereich seiner Öffnungen eine ungehinderte Entfaltung der akustisch dämpfenden und wärmeisolierenden Wirkung des die Öffnungen ausfüllenden Materials zu. Für eine wirksame Entfaltung dieser Eigenschaften hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, dass die Gesamtfläche der Öffnungen in einem luftführenden Bereich der Lüfterzarge mindestens etwa genau so groß wie und insbesondere größer als die Gesamtfläche des Gitters ist.
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In einer alternativen nicht beanspruchten Ausführungsform ist die Luftführungseinheit mit Lüfterzarge eine zum Motorraum hin geschlossene Einheit, auf die ein akustisch dämpfendes und wärmeisolierendes Material zumindest auf Teile dieser geschlossenen Oberfläche aufgebracht wird. Durch eine geschlossene Fläche ist eine Vereinfachung im Werkzeug möglich, da eine im Wesentlichen geschlossene Fläche der Luftführungseinheit im Gegensatz zu der oben beschriebenen Gitterstruktur eine Begrenzungsfläche für das Isoliermaterial darstellt, auf diese das Isoliermaterial als separat gefertigtes Formteil mit der Luftführungseinheit durch ein Aufkleben, Anschrauben oder Aufschweißen aufgebracht werden kann. Kleine Ausnehmungen oder Aussparungen in der Oberfläche der Luftführungseinheit können für eine formschlüssige und Verbindung des Isoliermaterials mit dieser dienen.
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In einer nicht beanspruchten Ausführungsform ist das akustisch dämpfende und wärmeisolierende Material direkt auf die geschlossene Kunststofffläche der Luftführungseinheit aufgespritzt. Somit ergeben sich keine Bauraum in Anspruch nehmende Hohlräume und eine zusätzliche Montage des Materials ist nicht erforderlich. Das Material kann je nach Ausführungsform und Anforderung Teilbereiche der Luftführungseinheit als auch die gesamte Kunststoffoberfläche bedecken.
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Als akustisch dämpfendes und wärmeisolierendes Material kommen verschiedene Werkstoffe in Betracht. Bevorzugt wird ein geschlossenzelliger Werkstoff mit guten schall- und wärmeisolierenden Eigenschaften. Ein geringes Gewicht, eine gute Korrosionsbeständigkeit gegen alle Medien im Motorraum eines Kraftfahrzeuges und eine schwere Entflammbarkeit sind ebenfalls ein wichtiges Kriterium. Als vorteilhaft hat sich eine Ausbildung als Polyurethan-Schaum (PUR-Schaum) herausgestellt, Für einen guten Kompromiss zwischen wärmeisolierender bzw. akustisch dämpfender Wirkung einerseits und einem geringen Gesamtgewicht andererseits hat sich eine Dichte des Materials in einem Bereich von einschließlich 0,02 g/cm3 bis einschließlich 0,5 g/cm3 und bevorzugt von etwa 0,03 g/cm3 herausgestellt.
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Als geeigneter Werkstoff für die Lüfterzarge haben sich technische Kunststoffe bewährt, insbesondere Polyamid als thermoplastischer Kunststoff mit einem Anteil Füllstoffe zur Verstärkung oder für eine bessere Oberfläche. Bevorzugt ausgeführt wird die Lüftereinheit in einem glasfaserverstärktem Polyamid 6, das sich ein einfacher Weise im Spritzgussverfahren herstellen lässt.
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Das Material zur akustischen Dämpfung und zur Wärmeisolation ist auf die Lüfterzarge aufgeklebt oder in diese eingeknüpft. Besonders vorteilhaft ist das Anspritzen des Materials an die Lüfterzarge, so dass die Teile untrennbar miteinander verbunden sind.
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In bevorzugter Weiterbildung weist die Lüftereinheit mindestens einen Abluftkanal auf, der gezielt von der Lüfterzarge aus zu einer überdurchschnittlich warmen Stelle des Kraftfahrzeuges geführt ist. Zweckmäßig ist der Abluftkanal ein zu einer Bremse des Kraftfahrzeuges, ein zu einer Ölwanne des Kraftfahrzeuges und/oder ein zu einem Unterboden des Kraftfahrzeuges führender Kanal. Hierdurch wird die durch den Kühler und die Lüftereinheit hindurchtretende Abluft gezielt einem oder mehreren ”Hot Spots” zugeführt, wodurch diese wirksam gekühlt werden. Gleichzeitig wird eine Wärmebelastung anderer Stellen des Motorraums infolge erwärmter Kühlluft zuverlässig vermieden.
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Bevorzugt verlaufen der oder die Abluftkanäle derart gekrümmt, dass zwischen einem Kanalanfang und einem Kanalende des betreffenden Abluftkanals keine innerhalb darin verlaufende Sichtlinie besteht. Die mit dem Luftstrom durch den gekrümmten Abluftkanal hindurchtretenden Schallwellen werden mehrfach gebrochen, was zu einer Gesamtverringerung der Schallemission beiträgt.
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In bevorzugter Weiterbildung liegt der Kanalanfang des Abluftkanals bezogen auf eine geodätische Höhenrichtung auf gleicher Höhe oder oberhalb des Kanalendes. Hierdurch ist beim Stillstand des Lüfters bzw. des Fahrzeuges eine konvektive Selbstentladung der im Kühler und am Antriebsmotor gespeicherten Wärme vermieden, da sich im Abluftkanal kein Kamineffekt einstellen kann. Außerdem ist zumindest ein Abluftkanal vorteilhaft mit einer unter Einwirkung des durchströmungsbedingten Staudruckes öffnenden Staudruckklappe versehen. Bei stillstehendem Fahrzeug und stillstehendem Lüfter ist diese Staudruckklappe geschlossen. Erst wenn infolge des Fahrtwindes oder des Lüfterbetriebes ein Staudruck im entsprechenden Abluftkanal entsteht, öffnet diese Staudruckklappe und gibt den hindurchtretenden Luftstrom frei. Dies verhindert eine konvektive Selbstentladung beim Stillstand. Insgesamt sind unerwünschte Wärmeverluste mit einhergehendem erhöhtem Schadstoffausstoß vermieden.
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In bevorzugter Weiterbildung ist die Anschlussstelle des Abluftkanals an der Lüfterzarge elastisch nachgiebig ausgebildet. Der Körperschalleintrag von der Lüfterzarge zum Abluftkanal ist verringert, wodurch die gesamte Schallemission weiter verkleinert ist.
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Um eine einheitliche Lüfterzarge für verschiedene Brennkraftmaschinen oder Fahrzeuge mit unterschiedlichen Luftleitungen zu bilden, ist es möglich, je nach Variante einzelne Anschlussstellen an der Lüftereinheit mit Blindstopfen zu versehen. So kann eine einheitliche Bauform der Lüfterzarge leicht auf unterschiedliche Motor- und Fahrzeugvarianten angepasst werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Lüftereinheit mit einer ausgeschäumten Lüfterzarge und angeschlossenen Abluftkanälen;
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2 eine Explosionsdarstellung der Lüftereinheit nach 1;
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3 die als tragendes, mit Öffnungen versehenes Gitter ausgeführte Lüfterzarge nach den 1 und 2;
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4 die Lüfterzarge nach 3, deren Öffnungen im Gitter mit PUR-Schaum ausgeschäumt sind,
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5 eine Luftführungseinheit ohne Lüfterzarge mit geschlossener Oberfläche zur Montage an einer Lüfterzarge.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Lüftereinheit für den nicht dargestellten Kühler eines Kraftfahrzeuges. Die Lüftereinheit umfasst eine Lüfterzarge 2, die sich stromab an einen nicht dargestellten Kühler anschließt. Ein luftführender Bereich 14 der Lüfterzarge 2 erhebt sich etwa ringförmig um einen radial inneren Träger 18 und einen radial äußeren Rahmen 19. Die Lüfterzarge 2 ist in gewöhnlicher Einbau- und Betriebslage relativ zu einer durch einen Pfeil angegebenen geodätischen Höhenrichtung 11 dargestellt. Von radialen Umfangabschnitten des luftführenden Bereichs 14 zweigen verschiedene Abluftkanäle 6, 7, 8 ab, die im Betrieb entsprechend Pfeilen 15, 16, 17 ausgehend von der Lüfterzarge 2 durchströmt werden. Die beiden seitlich links und rechts angeordneten Abluftkanäle 6 führen zu je einer linken bzw. rechten, nicht dargestellten Vorderradbremse des Kraftfahrzeuges, deren Bremsscheiben und Bremssättel durch den Kühlluftstrom der Pfeile 15 gekühlt werden. Der im radial unteren Bereich von der Lüfterzarge 2 abzweigende Abluftkanal 7 führt zu einer nicht dargestellten Ölwanne des Kraftfahrzeuges, die durch den hindurchtretenden Kühlluftstrom entsprechend dem Pfeil 16 gekühlt wird. Der bezogen auf die geodätische Höhenrichtung 11 untere Abluftkanal 8 führt nach unten und in Fahrtrichtung des Fahrzeuges gesehen nach hinten, so dass der entsprechend dem Pfeil 17 hindurchtretende Luftstrom unter den nicht dargestellten Unterboden des Kraftfahrzeuges geführt wird.
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Am Beispiel der Abluftkanäle 6 ist dargestellt, dass sie bezogen auf die durch die Pfeile 15 angegebene Durchströmungsrichtung mit einem Kanalanfang 9 an die Lüfterzarge 2 angrenzen und zu einem Kanalende 10 führen. Das Kanalende 10 kann eine Luftaustrittsöffnung sein oder als ein Verbindungsflansch ausgebildet sein zu einer sich anschließenden Luftleitung, die zu einer Luftaustrittsöffnung an einer weiter entfernten Stelle im Motorraum führt. Bezogen auf die geodätische Höhenrichtung 11 liegen hierbei die Kanalenden 10 etwa auf gleicher Höhe wie die Kanalanfänge 9. Bei den weiteren Abluftkanälen 7, 8 liegen deren nicht näher bezeichneten Kanalanfänge bezogen auf die geodätische Höhenrichtung 11 oberhalb der zugeordneten Kanalenden. Hierdurch ist ein Kamineffekt in den Abluftkanälen 6, 7, 8 mit einer daraus folgenden konvektiven thermischen Selbstentladung des Systems vermieden. Der beispielsweise zur Ölwanne führende Abluftkanal 7 weist eine Staudruckklappe 12 auf, die den Abluftkanal 7 im Ruhezustand verschließt. Sobald sich infolge der Eigengeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder bei laufendem, in 2 dargestellten Lüfter 1 ein Staudruck an der Staudruckklappe 12 ausbildet, öffnet sich diese und gibt den durch den Pfeil 16 angegebenen Luftstrom frei. Bei fehlendem Staudruck schließt die Staudruckklappe 12 selbsttätig, was ebenfalls zur Vermeidung einer konvektiven thermischen Selbstentladung des Systems beiträgt. Auch die weiteren Abluftkanäle 6, 8 können eine Staudruckklappe 12 aufweisen.
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Außerdem ist am Beispiel der Abluftkanäle 6 zu erkennen, dass dieser derart gekrümmt verläuft, dass zwischen seinem Kanalanfang 9 und seinem Kanalende 10 keine innerhalb des entsprechenden Abluftkanals 6 verlaufende Sichtlinie besteht. Sinngemäß das Gleiche gilt auch für die weiteren Abluftkanäle 7, 8. Hindurchtretende Schallwellen werden mehrfach gebrochen, wodurch die Schallemission reduziert wird.
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2 zeigt eine Explosionsdarstellung der Anordnung nach 1, demnach der mittig innerhalb des luftführenden Bereichs 14 angeordnete Träger 18 zur Befestigung des Lüfters 1 vorgesehen ist. Die Befestigung des Lüfters 1 am Träger 18 erfolgt schwingungsgedämpft, wodurch der Körperschalleintrag vom laufenden Lüfter 1 in die Lüfterzarge 2 minimiert wird. Des Weiteren weist die Lüfterzarge 2 noch verschiedene Anschlussstellen 13 für die Abluftkanäle 6, 7, 8 auf, die elastisch nachgiebig ausgebildet sind. Auch hierdurch wird eine Körperschallübertragung, und zwar zwischen der Lüfterzarge 2 und den daran angeschlossenen Abluftkanälen 6, 7, 8 vermindert. Zusätzlich übernehmen die nachgiebig ausgebildeten Anschlussstellen die Funktion eines Toleranzausgleichs der Bauteile.
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Die Abluftkanäle 6, 7, 8 führen von der Lüfterzarge 2 zu sogenannten ”Hot Spots” des Kraftfahrzeuges, also solchen Stellen mit überdurchschnittlicher Wärmeentwicklung. Die hindurchströmenden, durch die Pfeile 15, 16, 17 angegebenen Kühlluftströme dienen dabei der gezielten Kühlung dieser thermisch belasteten Stellen. Im Übrigen ist die Lüfterzarge 2 aerodynamisch dicht, so dass keine weiteren, ungesteuerten Luftstromanteile in den Motorraum gelangen.
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3 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Teil der Lüfterzarge nach den 1 und 2, der als Kunststoff-Spritzgussteil ausgeführt ist, und der im luftführenden Bereich 14, also demjenigen Abschnitt, der den aerodynamisch wirksamen Teil des Lüfters 1 (2) umschließt, als tragendes Gitter 3 ausgeführt ist. Zwischen den vergleichsweise dünnen Stäben des Gitters 3 sind großflächige Öffnungen 4 vorgesehen, deren Gesamtfläche mindestens etwa genau so groß wie und im gezeigten Ausführungsbeispiel größer als die Gesamtfläche des Gitters 3 und auch seiner Gitterstäbe im luftführenden Bereich 14 ist. Radial innenseitig des Gitters 3 befindet sich der als kreisförmige Platte ausgebildete Träger 18 für den Lüfter 1 (2), während sich radial außenseitig an das Gitter 3 der in der Außenkontur rechteckige, im Übrigen flächig geschlossene Rahmen 19 anschließt. Das hier gezeigte spritzgegossene Bauteil der Lüfterzarge 2 ist insgesamt einteilig ausgebildet.
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4 zeigt die fertiggestellte Lüfterzarge nach 3, bei der die in 3 dargestellten Öffnungen 4 des Gitters 3 mit einem akustisch dämpfenden und wärmeisolierenden Material 5 ausgefüllt sind. Für das akustisch dämpfende und wärmeisolierende Material 5 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein PUR-Schaum gewählt, dessen Dichte in einem Bereich von einschließlich 0,02 g/cm3 bis einschließlich 0,5 g/cm3 liegt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist das akustisch dämpfende und wärmeisolierende Material 5 eine Dichte von etwa 0,03 g/cm3 auf. Nach 4 sind lediglich die in 3 dargestellten Öffnungen 4 mit dem vorgenannten Material ausgefüllt. Es kann aber auch zweckmäßig sein, das Gitter 3 einschließlich seiner Streben insgesamt mit dem akustisch dämpfenden und wärmeisolierenden Material 5 zu umschäumen.
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5 zeigt ein nicht beanspruchtes Ausführungsbeispiel einer Luftführungseinheit, die als separates Teil an die Lüfterzarge 2 montiert wird. Die Kunststofffläche der Luftführungseinheit ist im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel mit einer Gitterstruktur geschlossen, so dass das akustisch dämpfende und wärmeisolierende Material 5 leichter auf die Luftführungseinheit aufgebracht werden kann. Die Wandung besteht aus einer Kunststoffwand und einem im Wesentlichen parallel zur Oberfläche angeordneten dämpfenden und wärmeisolierendem Material. Somit ergeben sich keine Bauraum in Anspruch nehmende Hohlräume und eine zusätzliche Montage des Materials ist nicht erforderlich.
