DE202019100367U1

DE202019100367U1 - Lüfterrad eines Kraftfahrzeugs

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Publication number: DE202019100367U1
Application number: DE202019100367.7U
Authority: DE
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-04-24
Anticipated expiration: 2029-01-24
Also published as: CN113366223A; KR20210113349A; JP2022523037A; US20220112901A1; MA54324A; WO2020152211A1; EP3887684A1

Abstract

Lüfterrad (28) eines Kraftfahrzeugs (2), insbesondere eines Kühlerlüfters (8), mit einer Nabe (26), an der eine Anzahl an Lüfterflügeln (30) angebunden ist, die bezüglich einer Drehachse (34) des Lüfterrads (34) geneigt sind, und die jeweils einen Abschnitt (46) aufweisen, der in einer Draufsicht entlang der Drehachse (34) s-förmig ausgestaltet ist.

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 und auch für den Betrieb einer Klimaanlage wird üblicherweise ein flüssiges Kühlmittel eingesetzt, welches wiederum gekühlt werden muss. Dies erfolgt üblicherweise mittels eines von einem Fahrtwind beaufschlagten Kühlernetzes, das im Wärmeaustausch zu dem Kühlmittel steht. Beispielsweise wird 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 wird.
Hierbei wird der Lüfter in Fahrtrichtung hinter dem Kühlernetz angeordnet. Mit Hilfe eines Lüfterrads des Lüfters wird die Luft durch das Kühlernetz hindurch gesaugt und auf den Verbrennungsmotor geleitet. Dort nimmt die Luft überschüssige Wärme des Verbrennungsmotors auf und transportiert diese ab. Hierbei trifft die Luft im Wesentlichen stumpf auf den Verbrennungsmotor und wird von diesem umgelenkt, beispielsweise um 90°. Infolgedessen treten Verwirbelungen auf, die zu einer Erhöhung eines Strömungswiderstand zum somit zu einer Minderung des Luftvolumendurchsatzes führen. Auch erfolgt eine Geräuschentwicklung, die unter Umständen störend 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 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 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 sind an der Nabe angebunden und beispielsweise einstückig mit dieser. Zweckmäßigerweise ist das vollständige Lüfterrad einstückig, was eine Herstellung vereinfacht. Besonders bevorzugt ist das Lüfterrad aus einem Kunststoff gefertigt, sodass ein Gewicht reduziert und eine Formgebung vereinfacht ist. Besonders bevorzugt ist hierbei das Lüfterrad in einem Kunststoffspritzgussverfahren erstellt. Die Lüfterflügel, insbesondere auch als Lüfterradflügel bezeichnet, sind vorzugsweise zueinander baugleich, was eine Fertigung und Montage vereinfacht. Die Lüfterflügel sind 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.
Jeder der Lüfterflügel weist jeweils einen Abschnitt auf, der in einer Draufsicht entlang der Drehachse s-förmig ausgestaltet ist. Somit ist in dem jeweiligen Abschnitt jeder der Lüfterflügel in Tangentialrichtung bezüglich der Drehachse unterschiedlich gekrümmt. Folglich weist jeder der Lüfterflügel nicht nur lediglich einen Verlauf in radialer Richtung sondern auch in tangentialer Richtung auf, wobei hierbei die tangentiale Richtung wechselt, sodass nicht lediglich eine einzige Krümmung vorhanden ist. Beispielsweise weist dabei jeder der Lüfterflügel auch einen weiteren Abschnitt auf, der beispielsweise gerade ausgestaltet ist und im Wesentlichen radial verläuft. Alternativ ist der weitere Abschnitt beispielsweise in einer Draufsicht entlang der Drehachse C-förmig ausgestaltet. Insbesondere umfasst jeder der Lüfterflügel mehrere weitere Abschnitte. In einer Alternative hierzu ist jeder Lüfterflügel jeweils mittels des s-förmigen Abschnitts gebildet.
Insbesondere ist der Verlauf jedes Lüfterflügels im Bereich der Nabe im Wesentlichen radial, also insbesondere streng radial, oder es herrscht eine Abweichung von 5°, 2° oder 1° vor. Aufgrund des s-förmigen Abschnitts ist insbesondere das radial äußere Ende jedes Lüfterflügels bezüglich dessen radial inneren Ende in der jeweiligen tangentialen Richtung versetzt. Beispielsweise weist das jeweilige radiale äußere Ende einen radialen und tangentialen Verlauf auf. Besonders bevorzugt jedoch verläuft das radial äußere Ende zweckmäßigerweise lediglich in radialer Richtung, wobei beispielsweise zur streng radialen Richtung eine Abweichung von 10°, 5°, 2° oder 0° vorhanden ist. Beispielsweise ist der vollständige s-förmige Abschnitt bezüglich weiterer Bestandteile des jeweiligen Lüfterflügels in Vorzugsdrehrichtung versetzt. Lediglich das radial äußere Ende ist hierbei entgegen der Vorzugsdrehrichtung versetzt, zumindest bezüglich weiterer Bestandteile des s-förmigen Abschnitts.
Aufgrund des s-förmigen Abschnitts wirkt jeder Lüfterflügel sowohl nach Art einer Düse als auch eines Diffusors. Somit wird in den Luftstrom, der das Lüfterrad bei Betrieb passiert, eine bezüglich der Drehachse radial nach außen gerichtete Bewegungskomponente eingebracht, sodass der Luftstrom in Luftstromrichtung, die insbesondere parallel zur Drehachse ist, hinter dem Lüfterrad eine größere Fläche durchsetzt, als mittels des Lüfterrads überdeckt ist. Aufgrund der vergrößerten Fläche ist eine Geschwindigkeit des Luftstroms verringert und folglich ein Druck erhöht. Daher wird durch das Lüfterrads ein vergrößertes Luftvolumen gefördert, wobei eine Rotationsgeschwindigkeit des Lüfterrads nicht erhöht ist. Folglich kann dieses im Wesentlichen mit einer gleich bleibenden Leistung betrieben werden. Zusammenfassend ist ein Volumenstrom, also der Luftvolumendurchsatz, erhöht, sodass eine Kühlleistung verbessert ist. Alternativ ist es ermöglicht, das Lüfterrad bei gleichem Luftvolumendurchsatz mit einer geringeren Drehgeschwindigkeit zu betreiben, was eine Geräuschentwicklung reduziert.
Zudem erfolgt aufgrund der Einbringung der radialen Bewegungskomponente in den Luftstrom mittels des Lüfterrad eine Auffächerung des Luftstroms, sodass dieser insbesondere nicht stumpf auf einen dahinter angeordneten Gegenstand, wie einen Verbrennungsmotor, trifft. Somit entstehen in dem Luftstrom weniger Verwirbelungen und Turbulenzen, was wiederum einen Wirkungsgrad erhöht und eine Geräuschentwicklung verringert. Ferner wird eine Ablösung des Luftstroms von Bestandteil des Lüfterrads vermieden und somit weitere Turbulenzen vermieden, was ebenfalls zu einer Erhöhung des Wirkungsgrads und Vermeidung von einer übermäßigen Geräuschentwicklung führt.
Insbesondere ist es ermöglicht, das Lüfterrad aufgrund des s-förmigen Abschnitts, bezüglich der Drehachse in die beiden unterschiedlichen Drehrichtungen zu betreiben. Besonders bevorzugt jedoch weist das Lüfterrad lediglich eine Vorzugsdrehrichtung auf. Hierbei ist das Lüfterrad insbesondere lediglich in Vorzugsdrehrichtung betreibbar. Beispielsweise weisen die Lüfterflügel senkrecht zu deren Verlauf, und/oder zur jeweiligen radialen Richtung, ein aerodynamisches Profil auf, das zweckmäßigerweise eine Verdickung aufweist. Aufgrund des aerodynamischen Profils ist ein Fördern des Luftstroms verbessert. Insbesondere ist der Querschnitt jedes Lüfterflügels konstant, insbesondere senkrecht zur jeweiligen radialen Richtung. Somit ändert sich aufgrund der s-förmigen Ausgestaltung der Querschnitt nicht, was eine Herstellung vereinfacht.
Insbesondere sind aufgrund der s-förmigen Ausgestaltung des Abschnitts die radialen Enden der Lüfterflügel entgegen den Vorzugsrichtung versetzt. Mit anderen Worten sind die Lüfterflügel derart angeordnet, dass das in Vorzugsdrehrichtung in tangentialer Richtung am weitesten versetzte Ende sich vor dem radialen Ende des Lüfterflügels befindet, insbesondere vor beiden radialen Enden des Lüfterflügels. Zumindest jedoch bildet das radial äußere Ende jedes Lüfterflügels nicht das tangentiale Ende des Lüfterflügels in Vorzugsdrehrichtung. Aufgrund einer derartigen Anordnung wird ein Ablösen eines Luftstroms im Bereich der radialen Enden der Lüfterflügel vermieden, sodass vergleichsweise wenig Turbulenzen in den durch das Lüfterrad hindurchtretenden und mittels dessen geförderten Luftstrom eingebracht werden. Somit ist ein Wirkungsgrad weiter erhöht und eine Geräuschentwicklung weiter verringert.
Beispielsweise ist eine bezüglich der Vorzugsdrehrichtung hintere Kante jedes Lüfterflügels in einer Draufsicht in Vorzugsdrehrichtung geradlinig. Mit anderen Worten weist die Kante zweckmäßigerweise lediglich einen radialen und gegebenenfalls tangentialen Verlauf auf. In Axialrichtung jedoch, also parallel zur Drehachse, weist die Kante keine Ausdehnung auf. Besonders bevorzugt jedoch ist die bezüglich der Vorzugsdrehrichtung hintere Kante der Lüfterflügel in einer Draufsicht in Vorzugsrichtung gewellt. Somit weist die Kante in axialer Richtung, also parallel zur Drehachse, eine Ausdehnung auf, die sich insbesondere in tangentialer Richtung abwechselt. Zweckmäßigerweise ist mittels der Kante eine Wellenform, also zweckmäßigerweise eine Sinusform oder im Wesentlichen Sinusform, gebildet. Beispielsweise ist der Querschnitt parallel zur Drehachse im Bereich des hinteren Endes jedes Lüfterflügels wellenförmig ausgestaltet. Aufgrund der Wellenform erfolgt ein verbesserter Volumendurchsatz der Luft, weswegen ein Wirkungsgrad weiter erhöht ist. Hierbei wird mittels der wellenförmigen Ausgestaltung der hinteren Kante in den das Lüfterrad passierenden Luftstrom ein geeignetes Strömungsprofil eingebracht. Insbesondere wird aufgrund dessen eine zusätzliche radial nach außen weisende Bewegungskomponente in den Luftstrom eingebracht, sodass ein Luftvolumendurchsatz weiter erhöht ist.
Beispielsweise ist die bezüglich der Vorzugsdrehrichtung vordere Kante der Lüfterflügel in einer Draufsicht entgegen der Vorzugsrichtung wellenförmig ausgestaltet. Besonders bevorzugt jedoch ist diese Kante gerade. Somit ist ein Führen der Luft entlang der Lüfterflügel verbessert. Besonders bevorzugt ist die vordere Kante hierbei abgerundet, was einen Strömungswiderstand reduziert. Vorzugsweise ist die vordere Kante der Lüfterflügel gerade und die hintere Kante der Lüfterflügel, jeweils bezüglich der Vorzugsdrehrichtung, wellenförmig, wobei zwischen den Kanten insbesondere ein kontinuierlicher Übergang oder zumindest teilweise kontinuierlicher Übergang erfolgt. Mit anderen Worten ist jeder der Lüfterflügel stufenlos. Somit ist ein Strömungswiderstand weiter reduziert.
Beispielsweise ist der s-förmige Abschnitt in radialer Richtung im Wesentlichen mittig des jeweiligen Lüfterflügels angeordnet. Alternativ hierzu wird insbesondere das radial innere Ende jedes Lüfterflügels mittels des s-förmigen Abschnitts gebildet. Besonders bevorzugt jedoch ist jeder der s-förmigen Abschnitte jeweils in radialer Richtung bezüglich der Drehachse nach außen versetzt. Mit anderen Worten befindet sich jeder der s-förmigen Abschnitte vorzugsweise in der äußeren Hälfte jedes der Lüfterflügel. Beispielsweise wird die äußere Hälfte jedes Lüfterflügels mittels des s-förmigen Abschnitts gebildet. Der radial innere Teil jedes Lüfterflügels ist dabei beispielsweise geradlinig oder in einer Draufsicht c-förmig ausgestaltet. In dem radial äußeren Bereich des Lüfterrads weisen die Lüfterflügel eine erhöhte Geschwindigkeit auf, sodass eine Wirkung des s-förmigen Abschnitts in diesem Bereich erhöht ist. Zudem ist in diesem Bereich ein mittels der Lüfterflügel bewegtes Luftvolumen vergrößert. Mit anderen Worten wird in diesem Fall der im Wesentlichen größtmögliche Volumenstrom an Luft mittels des s-förmigen Abschnitts bewegt.
Beispielsweise wechselt sich die Orientierung der Lüfterflügel in tangentialer Richtung ab, sodass die s-förmigen Abschnitte jeweils zueinander gewandt sind. Bevorzugt jedoch sind die s-förmigen Abschnitte in die gleiche Richtung gewandt. Alternativ oder in Kombination jeweils hierzu sind beispielsweise die s-förmigen Abschnitte von der Nabe in radialer Richtung unterschiedlich beabstandet. Insbesondere wechseln sich hierbei die Abstände zwischen in tangentialer Richtung benachbarten Lüfterflügel ab. Zweckmäßigerweise sind die Lüfterflügel drehsymmetrisch bezüglich der Nabe angeordnet. Vorzugsweise ist der Symmetriewinkel 360° geteilt durch die Anzahl der Lüfterflügel. Besonders bevorzugt ist das vollständige Lüfterrad drehsymmetrisch ausgestaltet, wobei der Drehwinkel insbesondere 360° geteilt durch die Anzahl der Lüfterflügel ist. Aufgrund der drehsymmetrischen Ausgestaltung ist eine Unwucht verhindert oder zumindest verringert, sodass eine Geräuschentwicklung bei Betrieb verringert ist. Auch ist eine Belastung der mechanischen Komponente des Lüfterrads und damit verbundener Bauteile verringert, insbesondere des etwaigen Elektromotors.
Beispielsweise sind die Lüfterflügel verjüngt ausgestaltet, wobei die Verjüngung beispielsweise in radialer Richtung ist. Somit weist das jeweilige radial äußere Ende jedes Lüfterflügels eine geringere Ausdehnung in tangentialer Richtung und/oder senkrecht zur jeweils radialen Richtung auf, als das radial innere Ende. Alternativ hierzu ist das radial innere Ende oder ein dazwischenliegender Bereich des Lüfterflügels verjüngt. Besonders bevorzugt jedoch ändert sich die Ausdehnung jedes Lüfterflügels in tangentialer Richtung nicht, oder die Änderung ist geringer als 10 % der Ausdehnung des jeweiligen Lüfterflügels in Tangentialrichtung. Besonders bevorzugt ist die Änderung geringer als 5 % der Ausdehnung des jeweiligen Lüfterflügels in tangentialer Richtung. Somit ist eine Fertigung vereinfacht und ein Gewicht reduziert, wobei dennoch ein vergleichsweise robustes Lüfterrad geschaffen ist. Auch sind eine Anpassung und insbesondere eine Simulation, vereinfacht. Zudem wird mittels jedes der Lüfterflügel auf diese Weise ein vergleichsweise großes Volumen von Luft befördert.
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 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.
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 bezüglich einer Drehachse des Lüfterrads geneigt sind. Die Lüfterflügel weisen jeweils einen Abschnitt auf, der in einer Draufsicht entlang der Drehachse s-förmig ausgestaltet 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 Streben 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. Zum Beispiel umfasst das Lüfterrad hierbei zusätzlich den Außenring, an dem die Lüfterflügel an deren radialen Ende angebunden sind. Mittels des Außenrings erfolgt eine Stabilisierung der Lüfterflügel, was einen akustischen Eindruck verbessert. 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 dem 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 in einer Draufsicht das Lüfterrad,
4 in einer Draufsicht ausschnittsweise das Lüfterrad,
5 gemäß 4 eine alternative Ausgestaltungsform des Lüfterrads, und
6 das Lüfterrad gemäß 5 in einer Draufsicht auf einen Lüfterflügel entgegen einer Drehrichtung

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 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. Die Aussparung 20 weist einen Durchmesser von 30 cm auf und ist umfangsseitig von einem Rand 22 umgeben, der hohlzylindrisch ausgestaltet und konzentrisch zur Aussparung 20 angeordnet ist. Der Durchmesser des Rands 22 ist gleich dem Durchmesser der Aussparung 20, und der Rand 24 weist in axialer Richtung bezüglich der Aussparung 22, also parallel zur Fahrtrichtung 16, eine Länge von 2 cm auf. Im Montagezustand befindet sich der Rand 22 auf der dem Kühler 12 abgewandten Seite der Lüfterzarge 14.
Die Lüfterzarge 14 umfasst ferner eine Motorhalterung 24, die entgegen der Fahrtrichtung 16 oberhalb der Aussparung 20 angeordnet ist. Im Montagezustand ist mittels der Motorhalterung 24 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 34 des Elektromotors 18 ragt in der Fahrtrichtung 16 durch die Motorhalterung 32 hindurch und ist an einer Nabe 26 eines Lüfterrads 28 drehfest befestigt. Somit ist das Lüfterrad 38 mittels des Elektromotors 18 angetrieben, der mittels der Motorhalterung 24 gehalten ist. An der Nabe 26 ist eine Anzahl an Lüfterflügeln 30 angebunden, die umfangsseitig mittels eines Außenrings 32 umgeben und an diesem angebunden sind. Die Nabe 26, die Lüfterflügel 30 und der Außenring 32 sind einstückig aus einem Kunststoffspritzgussverfahren erstellt.
Im Montagezustand ist das Lüfterrad 28 innerhalb der Aussparung 22 parallel zu dieser angeordnet, wobei der Außenring 32 radial umfangsseitig mittels des Rands 24 umgeben ist. Bei Betrieb wird mittels des Elektromotors 18 das Lüfterrad 38 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. Zwischen dem Außenring 32 und dem Rand 24 ist ein Durchströmen von Luft aufgrund einer nicht näher dargestellten Dichtung, beispielsweise einer Labyrinthdichtung, unterbunden.
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 Lüfterrad 28 ein Durchtritt der Luft durch die Aussparung 20 teilweise behindert oder das Lüfterrad 28 müsste 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 zirkulären Luftstroms unterbunden ist. Somit wird auch stets der Kühler 12 mittels eines ausreichenden Luftstroms durchsetzt.
In 3 ist das Lüfterrad 28 in einer Draufsicht entlang der Drehachse 34, entgegen der Fahrtrichtung 16 gezeigt. In 4 ist das Lüfterrad 28 ausschnittsweise vergrößert entsprechend der Darstellung in 3 gezeigt. Die Nabe 26 ist topfförmig ausgestaltet, und der Boden der Nabe 26 weist in Fahrtrichtung 16. An einer Außenwand der Nabe 26 sind die Lüfterflügel 30 angebunden. Bei der hier dargestellten Variante weist das Lüfterrad 28 insgesamt neun derartige Lüfterflügel 30 auf. Die Lüfterflügel 30 sind in drehsymmetrisch bezüglich in der Nabe 26 angeordnet, wobei die Symmetrieachse mit der Drehachse 34 zusammenfällt. Dabei ist das vollständige Lüfterrad 28 in drehsymmetrisch, wobei der Symmetriewinkel 40° entspricht.
Zwischen dem Außenring 32 und der Nabe 26 sind in radialer Richtung bezüglich der Drehachse 34 die Lüfterflügel 30 angeordnet, deren radial äußeres Ende 40 an dem Außenring 32 angebunden ist. Der Außenring 32 ist konzentrisch zur Nabe 26 und folglich auch zur Drehachse 34 angeordnet. Das radial innere Ende 42 jedes Lüfterflügels 30 ist an der Nabe 26 angebunden und dort angeformt. Jeder Lüfterflügel 30 weist dabei im Bereich der beiden radialen Enden 40,42 jeweils einen im Wesentlichen radialen Verlauf auf.
Jeder Lüfterflügel 30 ist bezüglich der Drehachse 34 geneigt und weist zu dieser einen Winkel zwischen 80° und 60° auf, sodass ein vergleichsweise effektives Bewegen der Luft entlang der Drehachse 34 durch die zwischen den Lüfterflügeln 30 gebildeten Öffnungen hindurch ermöglicht ist. Aufgrund der Neigung der Lüfterflügel 30 ist eine Vorzugsdrehrichtung 43 gebildet. Bei Rotation des Lüfterrad 28 um die Drehachse 34 in der Vorzugsdrehrichtung 43 wird mittels des Lüfterrads 28 Luft durch den Kühler 12 hindurch gesaugt. Bei einer anderweitigen Drehrichtung würde sich die Luft in Fahrtrichtung 16 durch den Kühler 12 bewegen. Zur Verbesserung eines Wirkungsgrads sind die Lüfterflügel 30 zudem profiliert ausgestaltet, und weisen somit ein aerodynamisches Profil auf. Somit ist ein Luftdurchsatz erhöht. Zusammenfassend weist das Lüfterrad 28 Vorzugsdrehrichtung 43 um die Drehachse 34 auf.
Jeder Lüfterflügel 30 weist einen radial inneren Abschnitt 44 auf, der im Wesentlichen geradlinig radial oder leicht C-förmig in einer Draufsicht entlang der Drehachse 34 ausgestaltet ist. Der radial innere Abschnitt 44 weist das radial innere Ende 42 auf und geht in einen s-förmig ausgestalteten Abschnitt 46 über, der das radial äußere Ende 40 aufweist. Somit sind die s-förmigen Abschnitte 46 in der jeweiligen radialen Richtung bezüglich der Drehachse 34 nach außen versetzt. Aufgrund der s-förmigen Ausgestaltung der Abschnitt 46 sind die radialen äußeren Enden 40 der Lüfterflügel 30 entgegen einer Vorzugsdrehrichtung 48 versetzt, wobei der vollständige s-förmige Abschnitt 46 bezüglich des jeweiligen radial inneren Abschnitts 44 jeweils in Vorzugsdrehrichtung 43 versetzt ist.
Zusammenfassend sind die Lüfterflügel 30 bezüglich der Drehachse 34 geneigt und weisen jeweils den in einer Draufsicht entlang der Drehachse 34 s-förmigen Abschnitt 46 auf. Hierbei ändert sich die Ausdehnung jedes Lüfterflügels 30 in tangentialer Richtung, also parallel zur Vorzugsdrehrichtung 43, nicht oder lediglich um weniger als 5 % der Ausdehnung des jeweiligen Lüfterflügels 30 in tangentialer Richtung. Mit anderen Worten weist jeder Lüfterflügel 30 in tangentialer Richtung, also entlang der Vorzugsdrehrichtung 43, die gleiche Dicke auf. Somit ist ein vergleichsweise effektives Bewegen der Luft ermöglicht.
Aufgrund des s-förmigen Abschnitt 46 wirkt das Lüfterrad 28 zustromseitig, also auf Seiten des Kühlers 12, nach Art eine Düse und abstromseitig, also auf der dem Kühler 12 gegenüberliegenden Seite, nach Art eines Diffusors. Somit wird in den Luftstrom, der mittels des Lüfterrads 28 erzeugt oder zumindest verstärkt wird, eine zusätzliche radiale Bewegungskomponente eingebracht, die somit von dem Verbrennungsmotor 4 weggerichtet ist. Somit trifft der Luftstrom nicht stumpf auf den Verbrennungsmotor 4, was zu verringerten Verwirbelungen führt. Auch ist eine mittels des Luftstroms durchgesetzte Fläche abstromseitig, also entgegen der Fahrtrichtung 16, im Vergleich zur Größe der Aussparung 20 vergrößert, sodass eine Geschwindigkeit der Luft verringert und folglich ein Druck erhöht ist. Folglich ist ein Luftvolumendurchsatz durch die Lüfterzarge 14 und daher auch durch den Kühler 12 bei gleichbleibender Rotationsgeschwindigkeit um die Drehachse 34 erhöht. Somit ist auch ein Wirkungsgrad vergrößert. Alternativ ist es möglich, das Lüfterrad 28 mit einer geringeren Drehgeschwindigkeit zu rotieren und somit einen leistungsschwächeren Elektromotor 18 heranzuziehen, was Herstellungskosten reduziert. Auch ist eine Geräuschentwicklung verringert. Zudem ist ein Abreißen des Luftstroms im Bereich des Außenrings 32 verringert oder vermieden, was den Wirkungsgrad weiter erhöht.
In 5 ist entsprechend der Darstellung in 4 eine Abwandlung des Lüfterrads 28 gezeigt, wobei der Außenring 32 und die Nabe 26 sowie die Anzahl der Lüfterflügel 30 nicht verändert ist. Wie in dem vorherigen Beispiel weist auch hier jeder Lüfterflügel 30 in Vorzugsdrehrichtung 43 eine vordere Kante 48 auf. Die vordere Kante 48 ist im Bereich des s-förmigen Abschnitts 46 ebenfalls s-förmig geformt. Die vordere Kante 48 weist über deren vollständige Länge senkrecht zu deren Verlauf eine Abrundung auf, ist aber ansonsten gerade ausgestaltet. Mit anderen Worten weist die vordere Kante 48 keinen Verlauf in axialer Richtung, also parallel zur Drehachse 34, auf. Zusammenfassend ist die bezüglich der Vorzugsdrehrichtung 43 vordere Kante 48 der Lüfterflügel 30 in einer Draufsicht entgegen der Vorzugsdrehrichtung 43 gerade.
Im Vergleich zur vorhergehenden Ausgestaltungsform jedoch ist die hintere Kante 50 in einer Draufsicht in Vorzugsrichtung 34 nicht mehr gerade ausgestaltet. Vielmehr ist die bezüglich der Vorzugsdrehrichtung 43 hintere Kante 50 der Lüfterflügel 30 in einer Draufsicht in Vorzugsdrehrichtung 34 gewellt, wie in 6 gezeigt. Die hintere Kante 50 weist somit eine Wellenform auf, insbesondere einen sinusförmigen Verlauf. Hierbei ist sowohl der radial innere Abschnitt 44 als auch der s-förmige Abschnitt 46 im Bereich der hinteren Kante 50 wellenförmig. Der Bereich zwischen den beiden Kanten 48, 50 verläuft i im Wesentlichen kontinuierlich, jedoch zumindest stetig, zwischen den beiden Kanten 48, 50. Wie auch im vorhergehenden Beispiel ist die hintere Kante 50 bezüglich der vorderen Kante 48 aufgrund der Neigung entgegen der Fahrtrichtung 16 versetzt, sodass sich die Vorzugsdrehrichtung 43 ergibt.
Zusammenfassend weist jedes der Lüfterflügel 30, also jedes Flügelblatt, den s-förmigen Abschnitt 46 auf, der insbesondere bumerangförmig nach Art einer Schaufelsicherung ausgestaltet ist. Mittels dieser Ausgestaltung wird ein Ablösen des Luftstroms von dem Außenring 32 verhindert oder zumindest verringert, insbesondere sofern der Kühler 12 vorhanden ist. Zudem wird in den das Lüfterrad 28 passierenden Luftstrom eine Bewegungskomponente in Radialrichtung nach außen eingebracht, insbesondere sofern der Kühler 12 nicht vorhanden ist. Somit wird die Luft in Abstromrichtung radial nach außen geleitet. Aufgrund einer derartigen Ausgestaltung ist der Wirkungsgrad erhöht, und eine Geräuschentwicklung positiv beeinflusst.
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: Rand
24: Motorhalterung
26: Nabe
28: Lüfterrad
30: Lüfterflügel
32: Außenring
34: Drehachse
36: Staudruckklappe
38: Klappe
40: radial äußeres Ende
42: radial inneres Ende
43: Vorzugsdrehrichtung
44: radial innerer Abschnitt
46: s-förmiger Abschnitt
48: vordere Kante
50: hintere Kante

Claims

Lüfterrad (28) eines Kraftfahrzeugs (2), insbesondere eines Kühlerlüfters (8), mit einer Nabe (26), an der eine Anzahl an Lüfterflügeln (30) angebunden ist, die bezüglich einer Drehachse (34) des Lüfterrads (34) geneigt sind, und die jeweils einen Abschnitt (46) aufweisen, der in einer Draufsicht entlang der Drehachse (34) s-förmig ausgestaltet ist.
Lüfterrad (28) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorzugsdrehrichtung (43) um die Drehachse (34).
Lüfterrad (28) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der s-förmigen Ausgestaltung des Abschnitts (46) die radialen äußeren Enden (40) der Lüfterflügel (30) entgegen der Vorzugsdrehrichtung (43) versetzt sind.
Lüfterrad (28) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine bezüglich der Vorzugsdrehrichtung (43) hintere Kante (50) der Lüfterflügel (30) in einer Draufsicht in Vorzugsdrehrichtung (34) gewellt ist.
Lüfterrad (28) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine bezüglich der Vorzugsdrehrichtung (43) vordere Kante (48) der Lüfterflügel (30) in einer Draufsicht entgegen der Vorzugsdrehrichtung (43) gerade ist.
Lüfterrad (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die s-förmigen Abschnitte (46) jeweils in einer radialen Richtung bezüglich der Drehachse (34) nach außen versetzt sind.
Lüfterrad (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterflügel (30) drehsymmetrisch bezüglich der Nabe (26) angeordnet sind.
Lüfterrad (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Ausdehnung jedes Lüfterflügels (30) in tangentialer Richtung geringer als 10%, insbesondere 5%, der Ausdehnung des jeweiligen Lüfterflügels (30) in tangentialer Richtung ist.
Lüfterrad (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterflügel (30) an deren radialen äußeren Ende (40) an einem konzentrisch zu der Nabe (26) angeordneten Außenring (32) angebunden sind.
Kühlerlüfter (8) eines Kraftfahrzeugs (2), insbesondere Hauptlüfter, mit einer Lüfterzarge (14), die eine runde Aussparung (20) aufweist, innerhalb derer ein Lüfterrad (28) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 angeordnet und mittels eines Elektromotors (18) angetrieben ist, der an der Lüfterzarge (14) angebunden ist.