EP3976971B1 - Kühler - Google Patents

Kühler

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EP3976971B1
EP3976971B1 EP20758096.0A EP20758096A EP3976971B1 EP 3976971 B1 EP3976971 B1 EP 3976971B1 EP 20758096 A EP20758096 A EP 20758096A EP 3976971 B1 EP3976971 B1 EP 3976971B1
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EP
European Patent Office
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heat exchanger
fan
housing
cooler
air
Prior art date
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EP20758096.0A
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English (en)
French (fr)
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EP3976971A1 (de
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Thomas Euler-Rolle
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ALPVER VERMOEGENS- und LIEGENSCHAFTSVERWALTUNGS GmbH
Original Assignee
Alpver Vermoegens und Liegenschaftsverwaltungs GmbH
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Publication date
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Publication of EP3976971A1 publication Critical patent/EP3976971A1/de
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    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/10—Guiding or ducting cooling-air, to, or from, liquid-to-air heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00—Liquid cooling
    • F01P3/18—Arrangements or mounting of liquid-to-air heat-exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/02—Pumping cooling-air; Arrangements of cooling-air pumps, e.g. fans or blowers
    • F01P5/06—Guiding or ducting air to, or from, ducted fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/002—Axial flow fans
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
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    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
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    • F05D2300/50—Intrinsic material properties or characteristics
    • F05D2300/501—Elasticity

Definitions

  • Cooling devices are used in the prior art for a wide variety of applications, for example as engine radiators. From the DE 10 2012 018 571 B3 A cooling system has been described. This system comprises a fan for generating a cooling airflow and a heat exchanger for cooling a medium, such as cooling water, using this airflow. A connecting duct for conveying cooling air to the heat exchanger is located between the fan and the heat exchanger.
  • the fan housing is made from a textile element.
  • This textile element has several overlapping textile segments arranged circumferentially to form an air guide jacket that surrounds the fan wheel.
  • a fan housing made of a flexible fabric is also known.
  • the flexible fabric bridges the gap between an opening in a floor slab and a ring surrounding the fan.
  • JP H 02 196 198 A The image reveals a radiator cover located between a radiator inlet and a fan bracket.
  • the radiator cover is made of an elastic material.
  • CN 205 047 290 U This concerns a radiator housing comprising a radiator frame, a rubber ring, and a mounting frame, with a cooling fan located inside the radiator frame.
  • the radiator frame is made of plastic, the rubber ring of flexible, elastic rubber material, and the mounting frame of sheet steel. The top of the rubber ring is secured in the groove of the mounting frame.
  • the mounting frame is attached to the engine block using combination bolts.
  • the state of the art includes, cf. DE 40 15 259 A1 , US 4 774 911 A and CN 104 747 266 A , fan shrouds and cuffs for fans, cooling blowers or the like made of rubber-elastic material, for example, known from documents which create simple assembly conditions through their design.
  • US 2017 275 458 A1 discloses the application of polyamide resin compositions for the manufacture of cooler housings, wherein these compositions may contain conductive additives.
  • the EP 0 098 397 A1 The figure reveals a water cooler for an internal combustion engine, to which a funnel-shaped radiator hood is attached on the engine side, transitioning into a cylindrical radiator frame.
  • the radiator hood and the radiator frame form a common housing.
  • a fan wheel is arranged within the radiator frame, in a flow opening.
  • the inside of the radiator frame is lined with an elastic plastic. If relative movements occur between the radiator frame and the fan wheel, the fan wheel is subjected to vibration at the points where it contacts the elastic plastic. Scrape or mill away this material until it can rotate freely within the flow opening.
  • the object of the present invention is to eliminate or at least mitigate some of the disadvantages of the prior art.
  • the invention therefore aims in particular to create a cooler of the type mentioned above in which a fluid-tight connection between different fan and heat exchanger housings is achieved with minimal design effort. Furthermore, the invention aims to improve the flow conditions between the fan and the heat exchanger and/or to reduce the noise generated during operation of the cooler.
  • the flexible, rubber-elastic design of the air guide element allows for a structurally simple, yet stable and durable connection between the fan airflow space of the fan housing and the heat exchanger airflow space of the heat exchanger housing.
  • the air guide element directs the airflow axially (relative to the fan's central axis) between the fan airflow chamber of the fan housing and the heat exchanger airflow chamber of the heat exchanger housing.
  • the air guide element extends from a heat exchanger air outlet opening of the heat exchanger to a fan air inlet opening of the fan.
  • the airflow can also be directed in the opposite direction. that the heat exchanger air outlet opening of the heat exchanger is designed as the heat exchanger air inlet opening and the fan air inlet opening of the fan is designed as the fan air outlet opening.
  • the flexible air guide element can be adapted to different installation situations in a particularly simple manner.
  • the air guide element is so flexible, i.e., essentially freely deformable, that adapting the transition from the fan housing to the heat exchanger housing is significantly facilitated.
  • the flexible design of the air guide element means that the air guide element can be manually bent, folded, or otherwise deformed in all directions.
  • a rubber-elastic material for the air guide element By using a rubber-elastic material for the air guide element, high tear resistance and particularly effective airtightness are achieved on the one hand.
  • a further advantage is that favorable flow conditions are achieved within the air guide element because a continuous, flow-optimized transition can be created between the different housing shapes of the fan and heat exchanger housings.
  • the air guide element exhibits low wear, even in humid environments.
  • a particularly advantageous feature is that the flexible, rubber-elastic material of the air guide element can absorb and dampen mechanical vibrations from the fan. This results in exceptionally low noise levels during cooler operation.
  • the inner surface of the rubber-elastic air guide elements has a sound-dampening effect when exposed to, for example, dust particles. Additional sound insulation can be achieved by selecting a thicker wall thickness for the air guide element.
  • the fan housing and the heat exchanger housing are essentially...
  • the fan and heat exchanger housings are rigid, meaning they are dimensionally stable, and therefore significantly less deformable than the air guide element.
  • One aspect of the invention is thus based on the surprising realization that, instead of using flexible materials for different applications in the fan and heat exchanger housings, the rigid design of the fan and heat exchanger housings should be retained, and only the air guide element arranged between them should be flexible. This allows the cooler's versatility to be increased without compromising its stability.
  • the invention provides at least one rigid connection between the fan housing and the heat exchanger housing.
  • the rigid connection allows the fan housing and the heat exchanger housing to be held in the predetermined position relative to each other, regardless of the operating loads.
  • the rigid connection makes it possible to design the flexible air guide element to be comparatively long, thereby achieving even greater adaptability and also significantly improving the flow characteristics.
  • the fan may have a fan wheel with attached fan blades and a motor to drive the fan wheel.
  • the fan housing has a fan air inlet opening with a first cross-section and the heat exchanger housing has a heat exchanger air outlet opening with a second cross-section, wherein the first cross-section is different from the second cross-section.
  • the assembly consisting of the fan housing, the heat exchanger housing, and the air guide element can be designed for different cross-sectional dimensions and/or geometries of the fan and/or heat exchanger by appropriately stretching the flexible air guide element.
  • an air inlet opening of the fan with a comparatively small cross-sectional area can be connected to an air outlet opening of the heat exchanger with a comparatively larger cross-sectional area via the same air guide element, just as with two air inlet and outlet openings of equal cross-sectional area.
  • the first cross-section is preferably essentially circular and/or the second cross-section is preferably essentially rectangular, in particular essentially square.
  • the different geometries of the individual airflow chambers in addition to simple and cost-effective manufacturing, ensure excellent airflow within the air guide element.
  • the flexible, rubber-elastic air guide element allows for a smooth and seamless transition between the different cross-sections. This increases the cooler's performance and reduces noise.
  • the heat exchanger housing preferably has a flange projecting towards the fan housing, in particular a substantially square flange, to which one end of the flexible The air guide element is attached.
  • a flange projecting towards the fan housing, in particular a substantially square flange, to which one end of the flexible The air guide element is attached.
  • one end of the flexible air guide element is slipped over the outside of the flange.
  • the flange is substantially rectangular, particularly substantially square, with rounded corners optionally provided. The flange encloses the air outlet opening of the heat exchanger.
  • the fan can have a mounting flange, in particular with a circular cross-section, to which the other end of the flexible air guide element is attached.
  • the rigid connection between the fan housing and the heat exchanger housing comprises a rod, in particular a threaded rod.
  • the rod extends essentially parallel to the central axis of the fan air inlet opening.
  • rods are arranged parallel to each other between the fan housing and the heat exchanger housing.
  • the flange of the heat exchanger housing can have projecting tabs to which one end of the rods is attached.
  • the other ends of the rods are preferably attached to corner areas of a square mounting plate of the fan housing.
  • the central axis of the fan housing's air inlet opening is radially offset from the central axis of the heat exchanger housing's air outlet opening.
  • This design allows for particularly Flexible arrangement of the fan housing relative to the heat exchanger housing.
  • the cooler according to the invention is advantageously suited for use as an engine cooler in narrow and convoluted engine compartments of a motor vehicle.
  • the air guide element is preferably electrically conductive. This counteracts potential sparking that can occur due to contact between aspirated particles, such as dust particles, and the inner surface of the air guide element. Therefore, the cooler according to the invention can also be used in strictly explosion-proof environments.
  • the air guide element is made of conductive rubber.
  • the conductive rubber of the elastic air guide sheath comprises a mixture of at least one elastomer and at least one electrically conductive metal and/or an electrically conductive alloy of two or more metals.
  • the electrically conductive metals and/or alloys are incorporated into the elastomer in the form of particles and/or wires.
  • a combination of at least one of the following is particularly suitable for producing conductive rubber: silicone, fluorosilicone, ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, or neoprene, and at least one of the following: Monel, aluminum, silver-aluminum, silver-glass, silver-copper, or nickel-graphite.
  • FIG. 1 A cooler 1 with an air guide element 2 is shown, which connects a fan housing 4 to a heat exchanger housing 6.
  • the fan housing 4 surrounds a fan element 3, which generates an airflow.
  • the heat exchanger housing 6 surrounds a heat exchanger 5, in which a medium to be cooled is cooled by the airflow from the fan element 3.
  • the fan housing 4 has a fan air inlet opening 7 and a fan air outlet opening 8, which define a fan airflow chamber. 9 limit on both sides.
  • the heat exchanger housing 6 encloses a heat exchanger airflow space 12 between a heat exchanger air inlet opening 10 and a heat exchanger air outlet opening 11.
  • the air guide element 2 is essentially flexible and rubber-elastic, whereas the heat exchanger housing 6 and the fan housing 4 are essentially rigid, i.e., dimensionally stable.
  • the fan air inlet opening 7 of the fan housing 4 and the second air outlet opening 11 of the heat exchanger housing 6 are essentially fluid-tightly connected to each other by the flexible air guide element 2.
  • the fan air inlet opening 7 of the fan housing 4 has a substantially circular cross-section
  • the heat exchanger air outlet opening 11 has a substantially rectangular, here substantially square, cross-section.
  • One end of the flexible air guide element 2 is fitted onto a substantially square flange 19 surrounding the heat exchanger air outlet opening 11.
  • the other end of the flexible air guide element 2 is attached to a mounting flange 13 of the fan housing 4.
  • the mounting flange 13 is substantially cylindrical, corresponding to the fan air inlet opening 7.
  • the cooler 1 has four rigid connections 14 between the fan housing 4 and the heat exchanger housing 6. Threaded rods 14 are provided as rigid connections.
  • the heat exchanger housing 6 has lugs 15 projecting from the flange 19 to receive one end of the threaded rods 14. The other ends of the threaded rods 14 are preferably attached to the corner regions 16 of a square mounting plate of the fan housing 4.
  • the heat exchanger housing 6 has a series of cooling elements 17 inside the airflow chamber 12.
  • several parallel lines 17 are provided for a fluid to be cooled.
  • the lines 17 extend essentially perpendicular to the airflow with which the fluid is cooled.
  • the fan housing 4 may have an air-permeable protective cover.
  • Fig. 3 shows a cooler 1 in which the central axis M1 of the fan air inlet opening 7 coincides with the central axis M2 of the heat exchanger air outlet opening 11.
  • FIG. 4 A cooler 1 is shown in which the central axis M1 of the fan air inlet opening 7 is offset radially from the central axis M2 of the heat exchanger air outlet opening 11. Due to the offset of the two central axes M1, M2, the air guide element 2 is designed as an asymmetric body of revolution with respect to the respective central axes M1, M2. The flexible air guide element 2 widens from the flange 19 on the heat exchanger housing towards the mounting flange 13 with respect to the central axis M2.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kühler, aufweisend:
    • einen Ventilator mit einem im Wesentlichen starren Ventilatorgehäuse, welches einen Ventilator-Luftströmungsraum einschließt,
    • einen Wärmetauscher mit einem im Wesentlichen starren Wärmetauschergehäuse, welches einen Wärmetauscher-Luftströmungsraum einschließt, und
    • ein Luftführungselement, welches den Ventilator-Luftströmungsraum innerhalb des Ventilatorgehäuses mit dem Wärmetauscher-Luftströmungsraum innerhalb des Wärmetauschergehäuses im Wesentlichen fluiddicht verbindet,
    • welches Luftführungselement sich von einer Wärmetauscher-Luftauslassöffnung des Wärmetauschers bis zu einer Ventilator-Lufteinlassöffnung des Ventilators erstreckt oder sich von einer Ventilator-Luftauslassöffnung des Ventilators bis zu einer Wärmetauscher-Lufteinlassöffnung des Wärmetauschers erstreckt,
    • wobei das Luftführungselement aus einem flexiblen, gummielastischen Material gebildet und biegsam ist.
  • Kühlvorrichtungen werden im Stand der Technik für verschiedenste Anwendungen, beispielsweise als Motorkühler, verwendet. Aus der DE 10 2012 018 571 B3 ist eine Kühlanlage bekannt geworden. Die Kühlanlage weist einen Lüfter zur Erzeugung eines Kühlluftstroms und einen Wärmetauscher zur Abkühlung eines Mediums, beispielsweise Kühlwasser, mit Hilfe des Kühlluftstroms auf. Zwischen Lüfter und Wärmetauscher ist ein Verbindungskanal zum Fördern von Kühlluft zum Wärmetauscher ausgebildet.
  • Diese Ausführung von Kühlern hat sich zwar grundsätzlich bewährt, bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass der Verbindungskanal zwischen Wärmetauscher und Lüfter für den jeweiligen Anwendungsfall ausgelegt und dimensioniert werden muss. Demnach mussten bisher für jede Baugröße und Form des jeweiligen Lüfter- und Wärmetauschergehäuses passende Verbindungskanäle vorgesehen werden, welche jedoch nachteiligerweise mit hohen Fertigungs- und Planungskosten einhergehen. Nicht optimal sind weiters die Strömungsverhältnisse in dem bekannten Verbindungskanal. Weiters besteht Verbesserungsbedarf hinsichtlich der Geräuschentwicklung.
  • Einen Lösungsansatz zur Erzielung einer höheren Variabilität bei der modularen Fertigung von Lüftern bietet beispielsweise das AT 515 865 B1. Um teure Spritzgussteile zu vermeiden, wird das Lüftergehäuse aus einem Textilelement gefertigt. Das Textilelement weist mehrere in Umfangsrichtung überlappend angeordnete Textilsegmente zur Ausbildung eines Luftführungsmantels auf, welcher das Lüfterrad umgibt.
  • Durch die US 2,198,420 A ist ebenfalls ein Lüftergehäuse aus einem flexiblen Gewebe bekannt. Dabei wird der Abstand zwischen einer Öffnung in einer Geschossdecke und einem einen Lüfter umgebenden Ring durch das flexible Gewebe überbrückt.
  • Bei diesen Ansätzen soll also das Lüftergehäuse aus flexiblen Materialien gefertigt werden. In der Praxis können jedoch erhebliche Stabilitätsprobleme auftreten. Keines dieser beiden Dokumente offenbart die Verwendung eines Wärmetauschers und demnach auch keine Verbindung zwischen einem Ventilatorgehäuse und einem Wärmetauschergehäuse.
  • DE 10 2017 200 222 A1 betrifft eine Kühlvorrichtung für Kraftfahrzeugmotoren mit einem Wärmetauscher und einem Lüfterrad, welche durch Lüfterzargen aus gummielastischem Material miteinander verbunden sind. Bei diesem Stand der Technik kann der flexible Verbindungsabschnitt nur eine kurze axiale Erstreckung aufweisen, um den Belastungen im Betrieb - einschließlich der Schwingungen - gerade noch standhalten zu können.
  • JP H 02 196 198 A offenbart eine Kühlerabdeckung zwischen einer Kühlereinlassöffnung und einer Gebläsehalterung. Die Kühlerabdeckung ist aus einem elastischen Material gefertigt.
  • CN 205 047 290 U betrifft ein Kühlergehäuse mit einem Kühlerrahmen, einem Gummiring und einem Befestigungsrahmen, wobei ein Kühlgebläse im Inneren des Kühlerrahmens angeordnet ist. Der Kühlerrahmen ist aus Kunststoff gefertigt, der Gummiring aus flexiblem, gummielastischen Material und der Befestigungsrahmen aus Stahlblech. Die Oberseite des Gummirings ist in der Nut des Befestigungsrahmens befestigt. Der Befestigungsrahmen wird mittels Kombinationsschrauben mit dem Motorblock verbunden.
  • Außerdem sind im Stand der Technik, vgl. DE 40 15 259 A1 , US 4 774 911 A und CN 104 747 266 A , Lüfterummantelungen sowie Manschetten für Lüfter, Kühlergebläse oder dergl. aus gummielastischem Material beispielsweise aus Dokumenten bekannt, die durch deren Ausgestaltung einfache Montagebedingungen schaffen.
  • US 2017 275 458 A1 offenbart die Anwendung von Polyamidharzzusammensetzungen für die Herstellung von Kühlergehäusen, wobei diese Zusammensetzungen leitfähige Additive enthalten können.
  • Die EP 0 098 397 A1 offenbart einen Wasserkühler einer Brennkraftmaschine, an dem zur Motorseite hin eine trichterförmig ausgestaltete Kühlerhaube befestigt ist, die in eine zylinderförmige Kühlerzarge übergeht. Die Kühlerhaube und die Kühlerzarge bilden ein gemeinsames Gehäuse. Innerhalb der Kühlerzarge, in einer Strömungsöffnung, ist ein Lüfterrad angeordnet. Die Innenseite der Kühlerzarge ist mit einem elastischen Kunststoff belegt. Treten Relativbewegungen zwischen der Kühlerzarge und dem Lüfterrad auf, so wird das Lüfterrad an den Stellen, an welchen es den elastischen Kunststoff berührt, diesen soweit abschaben bzw. abfräßen, bis es sich innerhalb der Strömungsöffnung frei drehen kann.
  • Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, zumindest einzelne Nachteile des Standes der Technik zu beheben bzw. zumindest zu lindern. Die Erfindung setzt sich daher insbesondere zum Ziel, einen Kühler der eingangsangeführten Art zu schaffen, bei welchem mit geringem konstruktiven Aufwand eine fluiddichte Verbindung unterschiedlicher Ventilator- und Wärmetauschergehäuse erzielt werden soll. Weiters setzt sich die Erfindung zum Ziel, die Strömungsverhältnisse zwischen dem Lüfter und dem Wärmetauscher zu verbessern und/oder die Geräuschentwicklung im Betrieb des Kühlers zu reduzieren.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Kühler mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Demnach ist zumindest eine starre Verbindung zwischen dem Ventilatorgehäuse und dem Wärmetauschergehäuse vorgesehen.
  • Das Luftführungselement kann durch die flexible, gummielastische Ausgestaltung des Luftführungselements eine konstruktiv einfache, aber dennoch stabile und dauerhafte Verbindung zwischen dem Ventilator-Luftströmungsraum des Ventilatorgehäuses und dem Wärmetauscher-Luftströmungsraum des Wärmetauschergehäuses erzielen.
  • Das Luftführungselement führt den Luftstrom in axialer Richtung (bezogen auf die Mittelachse des Ventilators) zwischen dem Ventilator-Luftströmungsraum des Ventilatorgehäuses und dem Wärmetausche-Luftströmungsraum des Wärmetauschergehäuses. Zu diesem Zweck erstreckt sich das Luftführungselement von einer Wärmetauscher-Luftauslassöffnung des Wärmetauschers bis zu einer Ventilator-Lufteinlassöffnung des Ventilators. Je nach Anwendung kann der Luftstrom auch in die entgegengesetzte Richtung geführt sein, so dass die Wärmetauscher-Luftauslassöffnung des Wärmetauschers als Wärmetauscher-Lufteinlassöffnung und die Ventilator-Lufteinlassöffnung des Ventilators als Ventilator-Luftauslassöffnung ausgebildet ist. Das flexible Luftführungselement kann auf besonders einfache Weise an unterschiedliche Einbausituationen angepasst werden. Anders als die Spritzguss- oder Blechteile von Teilen des Standes der Technik ist das Luftführungselement derart biegsam, d.h. im Wesentlichen frei verformbar, dass eine Anpassung des Übergangs vom Ventilatorgehäuse zum Wärmetauschergehäuse wesentlich erleichtert wird. Für die Zwecke dieser Offenbarung soll die flexible Ausgestaltung des Luftführungselements bedeuten, dass das Luftführungselement händisch umgebogen, gefaltet oder auf andere Weise in alle Richtungen verformt werden kann. Durch die Verwendung eines gummielastischen Materials für das Luftführungselement, wird einerseits eine hohe Reißfestigkeit und andererseits eine besonders wirksame Luftundurchlässigkeit erzielt. Vorteilhaft ist weiters, dass günstige Strömungsverhältnisse innerhalb des Luftführungselements erzielt werden, weil ein kontinuierlicher, strömungsoptimierter Übergang zwischen unterschiedlichen Gehäuseformen des Ventilator- und Wärmetauschergehäuses geschaffen werden kann. Darüber hinaus weist das Luftführungselement eine geringe Verschleißneigung, auch in feuchter Umgebung, auf. Besonders vorteilhaft ist, dass das flexible, gummielastische Material des Luftführungselements mechanische Vibrationen des Ventilators aufnehmen und dämpfen kann. Dadurch kommt es im Betrieb des Kühlers vorteilhafterweise zu einer besonders geringen Lärmentwicklung. Anders als bei Spritzguss- oder Blechteilen wirkt die Innenoberfläche der gummielastischen Luftführungselemente beim Auftreffen von beispielsweise Staubpartikeln schalldämmend. Durch die Wahl einer dickeren Wandstärke des Luftführungselements kann so eine zusätzliche Schalldämmung erzielt werden. Demgegenüber sind das Ventilatorgehäuse und das Wärmetauschergehäuse im Wesentlichen starr, d.h. formstabil, ausgebildet und daher im Vergleich zum Luftführungselement um ein Vielfaches weniger leicht verformbar. Einem Aspekt der Erfindung liegt daher die überraschende Erkenntnis zugrunde, nicht das Ventilator- bzw. das Wärmetauschergehäuse durch flexible Materialien für unterschiedliche Einsatzzwecke auszubilden, sondern die starre Ausführung des Ventilator- und Wärmetauschergehäuses beizubehalten und lediglich das dazwischen angeordnete Luftführungselement flexibel zu gestalten. Somit kann die Variabilität des Kühlers erhöht werden, ohne die Stabilität des Kühlers zu beeinträchtigen.
  • Um den im Betrieb des Kühlers auftretenden Belastungen dauerhaft standzuhalten und das Ventilatorgehäuse in der bestimmungsgemäßen Position zum Wärmetauschergehäuse zu halten, ist erfindungsgemäß zumindest eine starre Verbindung zwischen dem Ventilatorgehäuse und dem Wärmetauschergehäuse vorgesehen. Somit können das Ventilatorgehäuse und das Wärmetauschergehäuse durch die starre Verbindung unabhängig von den Betriebslasten in der vorgegebenen Stellung zueinander gehalten werden. Vorteilhafterweise ermöglicht es die starre Verbindung, das flexible Luftführungselement vergleichsweise lang auszugestalten, wodurch eine noch höhere Anpassungsfähigkeit erzielt wird und zudem auch die Strömungseigenschaften deutlich verbessert werden.
  • Je nach Ausführung kann der Ventilator ein Ventilatorrad mit daran angebrachten Ventilatorschaufeln und einen Motor zum Antrieb des Ventilatorrades aufweisen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist das Ventilatorgehäuse eine Ventilator-Lufteinlassöffnung mit einem ersten Querschnitt und das Wärmetauschergehäuse eine Wärmetauscher-Luftauslassöffnung mit einem zweiten Querschnitt auf, wobei der erste Querschnitt vom zweiten Querschnitt verschieden ist.
  • Vorteilhafterweise kann so die Baugruppe bestehend aus dem Ventilatorgehäuse, dem Wärmetauschergehäuse und dem Luftführungselement durch entsprechende Dehnung des flexiblen Luftführungselements für verschiedene Querschnittsdimensionen und/oder Querschnittsgeometrien des Ventilators bzw. Wärmetauschers ausgelegt werden. Beispielsweise kann so eine Lufteinlassöffnung des Ventilators mit einer vergleichsweise kleinen Querschnittsfläche mit einer Luftauslassöffnung des Wärmetauschers mit einer vergleichsweise größeren Querschnittsfläche über das gleiche Luftführungselement wie bei zwei gleich großen Querschnittsflächen von Lufteinlass- und Luftauslassöffnung verbunden sein. Durch die variable Verwendbarkeit können Kosteneinsparungen erzielt werden, wobei auf die Fertigung verschiedener Spritzguss- oder Blechteilen für die unterschiedlichen Luftführungselemente verzichtet werden kann.
  • Hinsichtlich einer fertigungstechnisch einfachen und kostengünstigen Herstellung ist der erste Querschnitt vorzugsweise im Wesentlichen kreisförmig und/oder der zweite Querschnitt vorzugsweise im Wesentlichen rechteckig, insbesondere im Wesentlichen quadratisch.
  • Die unterschiedlichen Geometrien der jeweiligen Luftströmungsräume bewirken neben der einfachen und kostengünstigen Herstellung eine hervorragende Luftführung innerhalb des Luftführungselements. Durch das flexible, gummielastische Luftführungselement kann auf einfache Art und Weise ein flexibler und fließender Übergang zwischen den unterschiedlichen Querschnitten erzielt werden. Dadurch wird die Leistung des Kühlers erhöht. Weiters wird die Geräuschentwicklung reduziert.
  • Das Wärmetauschergehäuse weist bevorzugt einen in Richtung des Ventilatorgehäuses vorstehenden, insbesondere im Wesentlichen quadratischen, Flansch auf, an dem das eine Ende des flexiblen Luftführungselements befestigt ist. Bevorzugt ist das eine Ende des flexiblen Luftführungselements über die Außenseite des Flansches gestülpt. In einer bevorzugten Ausführung ist der Flansch im Wesentlichen rechteckig, insbesondere im Wesentlichen quadratisch, wobei abgerundete Ecken vorgesehen sein können. Der Flansch schließt die Luftaustrittsöffnung des Wärmetauschers ein.
  • Entsprechend kann der Ventilator einen Befestigungsflansch, insbesondere mit kreisförmigem Querschnitt aufweisen, an welchem das andere Ende des flexiblen Luftführungselements angebracht ist.
  • Bei einer konstruktiv einfachen, stabilen und mit geringem Aufwand montierbaren Ausführungsform weist die starre Verbindung zwischen dem Ventilatorgehäuse und dem Wärmetauschergehäuse eine Stange, insbesondere eine Gewindestange auf.
  • Bevorzugt erstreckt sich die Stange im Wesentlichen parallel zur Mittelachse der Ventilator-Lufteinlassöffnung.
  • Bevorzugt sind mehrere, insbesondere vier, Stangen parallel zueinander zwischen dem Ventilatorgehäuse und dem Wärmetauschergehäuse angeordnet. Der Flansch des Wärmetauschergehäuse kann abstehende Ohrenteile aufweisen, an denen die einen Enden der Stangen angeordnet sind. Die anderen Enden der Stangen sind bevorzugt an Eckbereichen einer quadratischen Halteplatte des Ventilatorgehäuses befestigt.
  • Zur Optimierung der Strömungsverhältnisse kann es günstig sein, wenn die Mittelachse der Ventilator-Lufteinlassöffnung des Ventilatorgehäuses in radialer Richtung versetzt zur Mittelachse der Wärmetauscher-Luftauslassöffnung des Wärmetauschergehäuses angeordnet ist. Diese Ausführung ermöglicht eine besonders flexible Anordnung des Ventilatorgehäuses gegenüber dem Wärmetauschergehäuses. Beispielsweise eignet sich der erfindungsgemäße Kühler in vorteilhafter Weise für die Verwendung als Motorkühler in engen und verwinkelten Motorräumen eines Kraftfahrzeuges.
  • Um elektrostatische Aufladungen innerhalb des Luftführungselements zu vermeiden, ist das Luftführungselement bevorzugt elektrisch leitfähig. Dadurch wird einer möglichen Funkenbildung entgegengewirkt, die durch den Kontakt zwischen angesaugten Teilchen, wie beispielsweise Staubpartikel und der Innenoberfläche des Luftführungselements entstehen kann. Demnach lässt sich der erfindungsgemäße Kühler auch in zwingend explosionssicheren Umgebungen verwenden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante ist das Material des Luftführungselements ein leitfähiger Gummi. Beispielsweise weist der leitfähige Gummi des gummielastischen Luftführungsmantels eine Mischung aus mindestens einem Elastomer und mindestens einem elektrisch leitenden Metall und/oder einer elektrisch leitenden Legierung aus zwei oder mehreren Metallen auf. Die elektrisch leitenden Metalle und/oder die elektrisch leitenden Legierungen sind dabei in Form von Partikeln und/oder Drähten in das Elastomer eingearbeitet. Besonders gut für die Herstellung von leitfähigem Gummi eignet sich die Kombination aus mindestens einem von: Silkon, Fluorosilikon, Ethylen-Propylen-DienKautschuk oder Neopren und mindestens einem von: Monel, Aluminium, Silber-Aluminium, Silber-Glas, Silber-Kupfer oder Nickel-Graphit.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen in der Zeichnung:
    • Fig. 1 schematisch eine schaubildliche Ansicht eines erfindungsgemäßen Kühlers, bei dem ein flexibles Luftführungselement ein starres Ventilatorgehäuse mit einem starren Wärmetauschergehäuse verbindet.
    • Fig. 2 schematisch eine schaubildliche Ansicht des erfindungsgemäßen Kühlers, bei dem das flexible Luftführungselement entfernt wurde, um die Sicht auf eine Ventilator-Lufteinlassöffnung des Ventilatorgehäuses und eine Wärmetauscher-Luftauslassöffnung des Wärmetauschergehäuse freizugegeben.
    • Fig. 3 eine Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Kühlers, bei welchem die Ventilator-Lufteinlassöffnung des Ventilatorgehäuse kleiner als die Wärmetauscher-Luftauslassöffnung des Wärmetauschergehäuse ist und die Mittelachsen der Ventilator-Lufteinlassöffnung und der Wärmetauscher-Luftauslassöffnung zusammenfallen.
    • Fig. 4 eine Schnittansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Kühlers, bei welchem die Ventilator-Lufteinlassöffnung des Ventilatorgehäuse einen größeren Radius als die Höhe der Wärmetauscher-Luftauslassöffnung des Wärmetauschergehäuse hat und die Mittelachsen der Ventilator-Lufteinlassöffnung und der Wärmetauscher-Luftauslassöffnung radial zueinander versetzt sind.
  • In Fig. 1 ist ein Kühler 1 mit einem Luftführungselement 2 gezeigt, das ein Ventilatorgehäuse 4 mit einem Wärmetauschergehäuse 6 verbindet. Das Ventilatorgehäuse 4 umgibt ein Ventilatorelement 3, welches eine Luftströmung erzeugt. Das Wärmetauschergehäuse 6 umgibt einen Wärmetauscher 5, in welchem ein zu kühlendes Medium durch die Luftströmung des Ventilatorelements 3 gekühlt wird. Das Ventilatorgehäuse 4 weist eine Ventilator-Lufteinlassöffnung 7 und eine Ventilator-Luftauslassöffnung 8 auf, welche einen Ventilator-Luftströmungsraum 9 beidseitig begrenzen. Das Wärmetauschergehäuse 6 schließt zwischen einer Wärmetauscher-Lufteinlassöffnung 10 und einer Wärmetauscher-Luftauslassöffnung 11 einen Wärmetauscher-Luftströmungsraum 12 ein.
  • Das Luftführungselement 2 ist im Wesentlichen flexibel, gummielastisch, wohingegen das Wärmetauschergehäuse 6 und das Ventilatorgehäuse 4 im Wesentlichen starr, d.h. formstabil, sind. Die Ventilator-Lufteinlassöffnung 7 des Ventilatorgehäuse 4 und die zweite Luftauslassöffnung 11 des Wärmetauschergehäuse 6 sind durch das flexible Luftführungselement 2 im Wesentlichen fluiddicht miteinander verbunden.
  • In der gezeigten Ausführung weist die Ventilator-Lufteinlassöffnung 7 des Ventilatorgehäuses 4 einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und die Wärmetauscher-Luftauslassöffnung 11 einen im Wesentlichen rechteckigen, hier im Wesentlichen quadratischen, Querschnitt auf. Das eine Ende des flexiblen Luftführungselements 2 ist auf einen im Wesentlichen quadratischen, die Wärmetauscher-Luftaustrittsöffnung 11 umgebenden Flansch 19 aufgestülpt. Das andere Ende des flexiblen Luftführungselements 2 ist an einem Befestigungsflansch 13 des Ventilatorgehäuses 4 befestigt. Der Befestigungsflansch 13 ist entsprechend der Ventilator-Lufteintrittsöffnung 7 im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet.
  • In der gezeigten Ausführung weist der Kühler 1 vier starre Verbindungen 14 zwischen dem Ventilatorgehäuse 4 und dem Wärmetauschergehäuse 6 auf. Als starre Verbindungen sind Gewindestangen 14 vorgesehen. Das Wärmetauschergehäuse 6 weist zur Aufnahme der einen Enden der Gewindestangen 14 vom Flansch 19 abstehende Ohrenteile 15 auf. Die anderen Enden der Gewindestangen 14 sind bevorzugt an den Eckbereichen 16 einer quadratischen Halteplatte des Ventilatorgehäuses 4 befestigt.
  • Wie aus Fig. 2 (ohne Darstellung des Luftführungselements 2) ersichtlich, weist das Wärmetauschergehäuse 6 im Inneren des Luftströmungsraum 12 eine Reihe von Kühlelementen 17 auf. In der gezeigten Ausführung sind mehrere parallel zueinander angeordnete Leitungen 17 für ein zu kühlendes Fluid vorgesehen. Die Leitungen 17 erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zu der Luftströmung, mit welcher das Fluid abgekühlt wird. Das Ventilatorgehäuse 4 kann eine luftdurchlässige Schutzabdeckung aufweisen.
  • Fig. 3 zeigt einen Kühler 1, bei dem die Mittelachse M1 der Ventilator-Lufteinlassöffnung 7 mit der Mittelachse M2 der Wärmetauscher-Luftauslassöffnung 11 zusammenfällt.
  • In Fig. 4 ist ein Kühler 1 gezeigt, bei dem die Mittelachse M1 der Ventilator-Lufteinlassöffnung 7 in radialer Richtung zur Mittelachse M2 der Wärmetauscher-Luftauslassöffnung 11 versetzt ist. Durch den Versatz der beiden Mittelachsen M1, M2 ist das Luftführungselement 2 in Bezug auf die jeweilige Mittelachse M1, M2 als asymmetrischer Rotationskörper ausgebildet. Das flexible Luftführungselement 2 weitet sich ausgehend vom Flansch 19 am Wärmetauschergehäuse in Richtung des Befestigungsflansches 13 in Bezug auf die Mittelachse M2 auf.

Claims (8)

  1. Kühler (1), aufweisend:
    - einen Ventilator mit einem im Wesentlichen starren Ventilatorgehäuse (4), welches einen Ventilator-Luftströmungsraum (9) einschließt,
    - einen Wärmetauscher mit einem im Wesentlichen starren Wärmetauschergehäuse (6), welches einen Wärmetauscher-Luftströmungsraum (12) einschließt, und
    - ein Luftführungselement (2), welches den Ventilator-Luftströmungsraum (9) innerhalb des Ventilatorgehäuses (4) mit dem Wärmetauscher-Luftströmungsraum (12) innerhalb des Wärmetauschergehäuses (6) im Wesentlichen fluiddicht verbindet,
    - welches Luftführungselement (2) sich von einer Wärmetauscher-Luftauslassöffnung (11) des Wärmetauschers bis zu einer Ventilator-Lufteinlassöffnung (7) des Ventilators erstreckt oder sich von einer Ventilator-Luftauslassöffnung (8) des Ventilators bis zu einer Wärmetauscher-Lufteinlassöffnung (10) des Wärmetauschers erstreckt,
    - wobei das Luftführungselement (2) aus einem flexiblen, gummielastischen Material gebildet und biegsam ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine starre Verbindung (14) zwischen dem Ventilatorgehäuse (4) und dem Wärmetauschergehäuse (6) vorgesehen ist.
  2. Kühler (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilatorgehäuse (4) eine Ventilator-Lufteinlassöffnung (7) mit einem ersten Querschnitt und das Wärmetauschergehäuse (6) eine Wärmetauscher-Luftauslassöffnung (11) mit einem zweiten Querschnitt aufweist, wobei der erste Querschnitt vom zweiten Querschnitt verschieden ist.
  3. Kühler (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig und/oder dass der zweite Querschnitt im Wesentlichen rechteckig, insbesondere im Wesentlichen quadratisch, ist.
  4. Kühler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschergehäuse (6) einen in Richtung des Ventilatorgehäuses (4) vorstehenden, insbesondere im Wesentlichen quadratischen, Flansch (19) aufweist, an dem das eine Ende des flexiblen Luftführungselements befestigt ist.
  5. Kühler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die starre Verbindung (14) zwischen dem Ventilatorgehäuse (4) und dem Wärmetauschergehäuse (6) eine Stange, insbesondere eine Gewindestange, aufweist.
  6. Kühler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse (M1) der Ventilator-Lufteinlassöffnung (7) des Ventilatorgehäuses (4) in radialer Richtung versetzt zur Mittelachse (M2) der Wärmetauscher-Luftauslassöffnung (11) des Wärmetauschergehäuses (6) angeordnet ist.
  7. Kühler (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftführungselement (2) elektrisch leitfähig ist.
  8. Kühler (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Luftführungselements (2) ein leitfähiger Gummi ist.
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