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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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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.
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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 ther misch 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 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 die Fläche der
Luftführungseinheit
im Gegensatz zu der oben beschriebenen Gitterstruktur eine Begrenzungsfläche für das Isoliermaterial
darstellt, auf diese das Isoliermaterial durch ein Aufkleben 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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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 ober halb 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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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 Abluft kanal 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 an schließt.
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 Ausführungsbeispiel
einer Luftführungseinheit,
die als separates Teil an die Lüfterzarge 2 montiert
wird. Die Kunststofffläche
der Luftführungseinheit
ist geschlossen, so dass das akustisch dämpfende und wärmeisolierende
Material 5 leichter auf den Träger 18 aufgebracht
werden kann. Alternativ zu den bisher ausgeführten Anwendungen kann das
wärmeisolierende
und schalldämpfende
Material auch auf der dem Lüfterrad
zugewandten Seite angebracht sein.