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Dokumentenidentifikation DE102004028697A1 13.01.2005
Titel Kühlmodul mit Axialgebläse und druckreguliertem Querstromlüfter
Anmelder General Motors Corp. (n.d.Ges.d. Staates Delaware), Detroit, Mich., US
Erfinder Kußmann, Ingo, 55218 Ingelheim, DE
Vertreter Manitz, Finsterwald & Partner GbR, 80336 München
DE-Anmeldedatum 14.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004028697
Offenlegungstag 13.01.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.01.2005
IPC-Hauptklasse F01P 5/02
IPC-Nebenklasse B60K 11/06   B22D 25/08   F01P 7/04   
Zusammenfassung Eine Kühleinheit umfasst einen Kühler und ein Axialstromgebläse, das Luft durch den Kühler entlang einer Längsachse zieht, wie auch einen Querstromlüfter, der Luft entlang einer Querachse zieht. Der Querstromlüfter drückt Luft durch den Kühler entlang der Längsachse. Der Axialstromlüfter zieht Luft durch den Kühler entlang der Längsachse. Ein bewegbares Ablenkblech ist derart ausgebildet, dass es eine Luftströmung von dem Querstromlüfter selektiv blockieren kann.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorkühlung und insbesondere eine verbesserte Kühleinheit für einen Motor.

Fahrzeugmotoren erzeugen unabhängig davon, ob es sich um Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen handelt, während des Energieumwandlungsprozesses Wärme, die die Komponenten des Motors aufheizt. In einigen Fällen kann diese Wärme die Motorkomponenten schädigen oder beträchtlich verschleißen. Es ist ein Kühlkreislauf vorgesehen, um eine übermäßige Erhitzung der Motorkomponenten zu vermeiden.

Der Kühlkreislauf wälzt eine Strömung aus Kühlfluid durch den Motor und einen Kühler um. Das Kühlfluid steht in Wärmeaustauschbeziehung mit den Komponenten des Motors. Von dem Motor wird Wärme auf das Kühlfluid übertragen. Das Kühlfluid strömt von dem Motor durch einen Kühler. Der Kühler wirkt als ein Wärmetauscher, der eine Wärmeübertragung von dem Kühlfluid auf die Atmosphäre ermöglicht. Auf diese Art und Weise wird das Kühlfluid durch den Motor kontinuierlich erwärmt und durch den Kühler kontinuierlich gekühlt, um die Motortemperatur zu verringern.

Eine Luftströmung durch den Kühler entzieht der unmittelbar den Kühler umgebenden Atmosphäre Wärme. Diese Luftströmung ist nötig, damit der Kühler ausreichend Wärme von dem Kühlfluid übertragen kann. Während der Fahrzeugbewegung wird eine natürliche Luftströmung bewirkt. Dies bedeutet, dass, wenn sich das Fahrzeug vorwärts bewegt, Luft auf natürliche Weise durch das Fahrzeug strömt. Diese natürliche Luftströmung nimmt entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit zu oder ab. Bei höheren Geschwindigkeiten nimmt die natürliche Luftströmung ausreichend Wärme von dem Kühler. Wenn das Fahrzeug jedoch nicht oder nur mit geringen Geschwindigkeiten fährt, wird nur eine nicht ausreichende natürliche Luftströmung durch den Kühler bewirkt.

Herkömmliche Fahrzeugkühleinheiten umfassen entweder ein Axialgebläse, das vor dem Kühler positioniert ist, ein Axialgebläse, das hinter dem Kühler positioniert ist, oder Axialgebläse, die vor und hinter dem Kühler positioniert sind. Das vor dem Kühler positionierte Axialgebläse dient dazu, Luft durch den Kühler zu blasen. Das hinter dem Kühler positionierte Axialgebläse dient dazu, Luft durch den Kühler hindurch zu ziehen. Das bzw. die Axialgebläse werden dann aktiviert, wenn die natürliche Luftströmung zum ausreichenden Abzug von Wärme von dem Kühler zu gering ist, um so eine Luftströmung durch den Kühler hindurch zu bewirken.

Derartige herkömmliche Systeme weisen jedoch einige Nachteile auf. In dem Fall eines einzelnen, hinter dem Kühler positionierten Axialgebläses kann der durch das einzelne Gebläse bewirkte Luftdurchsatz zu gering sein. In dem Fall eines vor dem Kühler positionierten Axialgebläses kann das Axialgebläse selbst eine erhebliche Menge an durch die Fahrzeugbewegung bewirkter natürlicher Luftströmung blockieren. Infolgedessen wird bzw. werden das bzw. die Axialgebläse häufig eingeschaltet, um die nur unzureichende natürliche Luftströmung durch den Kühler hindurch zu kompensieren. Der häufige Betrieb des bzw. der Axialgebläse ist jedoch ineffizient und steigert den Verschleiß des bzw. der Axialgebläse.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Kühleinheit mit einem Kühler vor. Die Kühleinheit umfasst ferner ein Gebläse, das Luft durch den Kühler entlang einer Längsachse zieht, wie auch einen Querstromlüfter, der Luft entlang einer Querachse zieht. Der Querstromlüfter drängt Luft entlang der Längsachse durch den Kühler.

Bei einer Ausführungsform umfasst der Querstromlüfter eine Klappe, die zwischen einer offenen Stellung, in der eine Luftströmung von dem Querstromlüfter zugelassen wird, und einer geschlossenen Stellung bewegbar ist, in der eine Luftströmung von dem Querstromlüfter blockiert wird. Die Klappe wird durch ein Vorspannelement in die offene Stellung vorgespannt. Ferner wird, wenn sich die Klappe in der geschlossenen Stellung befindet, der Betrieb des Querstromlüfters gestoppt.

Bei einer weiteren Ausführungsform blockiert die in der offenen Stellung befindliche Klappe teilweise eine natürliche Luftströmung in den Kühler.

Bei einer noch weiteren Ausführungsform erstreckt sich entlang der Querachse ein Einlass, der dazu dient, Luft durch den Querstromlüfter zu ziehen.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein durch den Kühler strömendes Fluid durch Luft, die durch den Kühler gedrückt wird, und Luft, die durch den Kühler entlang der Längsachse gezogen wird, gekühlt.

Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung wie auch die spezifischen Beispiele, während sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellen, nur zu Zwecken der Veranschaulichung nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.

Die vorliegende Erfindung wird nun nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:

1 ein Funktionsblockschaubild eines Fahrzeugs mit einer Kühleinheit ist, die einen Querstromlüfter umfasst; und

2 eine Seitenansicht des Funktionsblockschaubildes von 1 ist.

Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch zu beschränken.

In den 1 und 2 ist ein Fahrzeug 10 mit einer Kühleinheit 12 und einem Motor 14 gezeigt. Der hier verwendete Begriff Motor 14 ist in einem breiteren Sinne zu verstehen, da er nämlich jede Energieumwandlungsvorrichtung umfassen kann, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor, einen Brennstoffzellenmotor oder andere Typen von Energieumwandlungsvorrichtungen, die ein Fahrzeug antreiben können. Zwischen dem Motor 14 und der Kühleinheit 12 wird ein Kühlfluid (nicht gezeigt) umgewälzt. Das Kühlfluid strömt in den Motor 14 durch eine Leitung 16 und steht in Wärmeaustauschbeziehung mit den Komponenten des Motors 14. Von dem Motor 14 findet eine Wärmeübertragung auf das Kühlfluid statt, wodurch das Kühlfluid erhitzt und der Motor 14 gekühlt wird. Das erhitzte Kühlfluid strömt von dem Motor 14 durch eine Leitung 18 an die Kühleinheit 12. Herkömmlich ist eine Pumpe (nicht gezeigt) vorgesehen, die durch den Motor 14 betrieben wird, um eine Umwälzung des Kühlfluides zwischen dem Motor 14 und der Kühleinheit 12 zu bewirken. Zusätzlich kann ein Thermostatventil (nicht gezeigt) verwendet werden, um den Durchfluss des Kühlfluides selektiv zu steuern.

Das Fahrzeug 10 umfasst auch eine Frontverkleidung 20 und Radkästen 22, die auf jeder Seite vorgesehen sind. In den Radkästen 22 sind Räder (nicht gezeigt) angeordnet, die von dem Motor 14 in dem Fall eines frontgetriebenen Fahrzeugs (FWD) angetrieben werden. Die Frontverkleidung 20 umfasst mehrere durch diese hindurch ausgebildete Lüftungsöffnungen 24. Die Verkleidung 20 schützt den Motor 14 wie auch die Kühleinheit 12, während sie eine Luftströmung durch die Lüftungsöffnungen 24 hindurch zulässt. Eine Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs 10 bewirkt eine Luftströmung, die durch mit A bezeichnete Pfeile angegeben ist, durch die Lüftungsöffnungen 24 hindurch und in die Kühleinheit 12 hinein. Diese natürliche Luftströmung kühlt das durch die Kühleinheit 12 strömende Kühlfluid, so dass dieses, um den Motor 14 weiter zu kühlen, zurück an den Motor 14 umgewälzt werden kann.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Kühleinheit 12 einen Kühler 26, einen Querstromlüfter 28 wie auch ein Axialgebläse 30. Der Kühler 26 steht durch die Leitungen 16, 18 in Fluidverbindung mit dem Motor. Der Kühler 26 ist ein Wärmetauscher, der das durch diesen hindurch umgewälzte Kühlfluid kühlt. Das Kühlfluid wird an den Motor 14 zurück umgewälzt, um den Motor 14 weiter zu kühlen. Der Kühler 26 ist ein herkömmlich ausgekleideter Rohr-Wärmetauscher, der Luftströmungskanäle (nicht gezeigt) und Rippen (nicht gezeigt) umfasst, durch die Luft an die Rohre strömt, die das Kühlfluid führen. Von dem Kühler 26 wird Wärme abgestrahlt, um das darin umgewälzte Kühlfluid zu kühlen. Die abgestrahlte Wärme wird durch die Luftströmung von dem Kühler 26 abgezogen.

Gelegentlich ist nur eine unzureichende Luftströmung durch den Kühler 26 vorhanden, mit der die gewünschte Wärmeübertragung nicht erreicht wird. In solchen Fällen wird das Kühlfluid nicht auf eine Solltemperatur gekühlt. Ein Temperatursensor 40 überwacht die Temperatur des Kühlfluides. Der Temperatursensor 40 erzeugt ein Temperatursignal, das an eine Steuerung 42 gesendet wird. Wenn die Kühlfluidtemperatur über eine vorbestimmte Schwelle ansteigt, schaltet die Steuerung 42 auf den Querstromlüfter 28 und das Axialgebläse 30 um, um eine ergänzende Luftströmung durch den Kühler 26 zu bewirken. Ansonsten schaltet die Steuerung den Querstromlüfter 28 und das Axialgebläse 30 ab.

Zwischen dem Kühler 26 und dem Motor 14 ist das Axialgebläse 30 angeordnet. Das Axialgebläse 30 umfasst einen herkömmlichen Lüfter, der in Kraftfahrzeuganwendungen verwendet wird und durch Rotation eine Luftströmung zur Folge hat. Wenn der Lüfter rotiert, wird Luft entlang einer Längsachse A gezogen. Die Luft wird durch den Kühler 26 und das Axialgebläse 30 gezogen und strömt in Richtung des Motors 14. Auf diese Weise bewirkt das Axialgebläse 30 eine Luftströmung durch den Kühler 26, um Wärme von dem Kühler 26 zu entnehmen. Zusätzlich lenkt das Axialgebläse 30 Luft über und um den Motor 14 herum, um eine Kühlung durch Konvektion zu bewirken.

Der Querstromlüfter 28 ist hinter der Verkleidung 20 angeordnet und so positioniert, dass er die natürliche Luftströmung durch die Lüftungsöffnungen 24 nicht behindert. Somit strömt während einer Fahrt des Fahrzeuges eine natürliche Luftströmung ohne Behinderungen durch den Kühler 26. Der Querstromlüfter 28 umfasst ein Gehäuse, einen Zentrifugallüfter bzw. Radiallüfter (engl. "centrifugal fan") 32, der in einem Lüftergehäuse 33 angeordnet ist und einen Auslass 34 aufweist. Der Lüfter rotiert, um Luft in den Querstromlüfter 28 entlang einer Querachse Y durch eine Lüftungsöffnung 38 oder mehrere Lüftungsöffnungen 38, die quer zu dem Kühler 26 angeordnet sind, zu ziehen. Die Luft wird von den Seiten des Fahrzeugs 10 über die Lüftungsöffnungen 38 in den Querstromlüfter 28 gezogen. Die Lüftungsöffnungen 38 können durch die Seiten des Fahrzeugs 10 oder die Radkästen 22 zu der Atmosphäre hin offen sein. Der Lüfter drückt die Luft durch den Auslass 34, wobei die Luft in Richtung der Vorderseite des Kühlers 26 geblasen wird. Auf diese Art und Weise bewirkt der Querstromlüfter 28 eine Luftströmung durch den Kühler 26, so dass Wärme von dem Kühler 26 entzogen wird.

An dem Lüftergehäuse ist eine Klappe oder ein bewegbares Ablenkblech 36 über ein Gelenk bzw. Scharnier angebracht, die bzw. das zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung (in gestrichelten Linien) schwenkbar ist. Zusätzlich kann ein Schalter 46 mit dem bewegbaren Ablenkblech verwendet werden, um den Querstromlüfter 32 außer Betrieb zu setzen, wenn sich das bewegbare Ablenkblech 36 in der geschlossenen Stellung befindet. In der offenen Stellung blockiert die Klappe 36 teilweise eine natürliche Luftströmung durch die Lüftungsöffnungen 24 und lässt eine Luftströmung durch den Auslass 34 zu. In der geschlossenen Stellung behindert die Klappe 30 eine Luftströmung durch den Auslass 34 und lässt eine vollständige natürliche Luftströmung durch die Lüftungsöffnungen 24 zu.

Bevorzugt erfolgt die Bewegung der Klappe 36 zwischen der offenen und geschlossenen Stellung aufgrund der natürlichen Luftströmung durch die Lüftungsöffnungen 24. Genauer nimmt, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 zunimmt, die natürliche Luftströmung durch die Lüftungsöffnungen dementsprechend zu. Die zunehmende natürliche Luftströmung drückt die Klappe 36 gegen die Vorspannkraft des Vorspannmechanismus 44 in Richtung der geschlossenen Stellung. Somit verläuft die natürliche Luftströmung unbehindert durch den Kühler 26 hindurch. Der Auslass 34 des Querstromlüfters 28 ist dabei blockiert und mit der erhöhten natürlichen Luftströmung ist keine ergänzende Luftströmung mehr nötig.

Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sind Abwandlungen, die nicht vom Schutzumfang der Erfindung abweichen, als innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung befindlich anzusehen. Derartige Abwandlungen stellen keine Abweichung vom Schutzumfang der Erfindung dar.

Zusammengefasst umfasst eine Kühleinheit einen Kühler und ein Axialstromgebläse, das Luft durch den Kühler entlang einer Längsachse zieht, wie auch einen Querstromlüfter, der Luft entlang einer Querachse zieht. Der Querstromlüfter drückt Luft durch den Kühler entlang der Längsachse. Der Axialstromlüfter zieht Luft durch den Kühler entlang der Längsachse. Ein bewegbares Ablenkblech ist derart ausgebildet, dass es eine Luftströmung von dem Querstromlüfter selektiv blockieren kann.


Anspruch[de]
  1. Kühleinheit mit:

    einem Kühler mit einer Vorderseite und einer Rückseite;

    einer ersten Lüfteranordnung, die benachbart der Vorderseite angeordnet ist, wobei die erste Lüfteranordnung einen Querstromlüfter umfasst, der Luft von einem Einlass zieht, der seitlich neben dem Kühler angeordnet ist, und der die Luft an die Vorderseite führt; und

    einer zweiten Lüfteranordnung, die benachbart der Rückseite angeordnet ist, wobei die zweite Lüfteranordnung einen Axialstromlüfter aufweist, der Luft durch den Kühler von der Vorderseite zu der Rückseite zieht.
  2. Kühleinheit nach Anspruch 1, wobei die erste Lüfteranordnung ferner ein bewegbares Ablenkblech umfasst, das zwischen einer offenen Stellung, in der eine Luftströmung von dem Querstromlüfter zugelassen ist, und einer geschlossenen Stellung positionierbar ist, in der eine Luftströmung von dem Querstromlüfter blockiert ist.
  3. Kühleinheit nach Anspruch 2, ferner mit einem Vorspannelement, um das bewegbare Ablenkblech in die offene Stellung vorzuspannen.
  4. Kühleinheit nach Anspruch 2, wobei der Querstromlüfter deaktiviert ist, wenn sich das bewegbare Ablenkblech in der geschlossenen Stellung befindet.
  5. Kühleinheit nach Anspruch 2, wobei das bewegbare Ablenkblech in der offenen Stellung eine natürliche Luftströmung in den Kühler hinein teilweise blockiert.
  6. Kühleinheit nach Anspruch 1, wobei der Kühler ferner einen Kühlfluidkreislauf mit einem Einlass, einem Innenvolumen und einem Auslass umfasst, wobei durch das Innenvolumen ein Kühlfluid strömt.
  7. Kühleinheit nach Anspruch 1, ferner mit einer Steuerung in Verbindung mit dem Querstromlüfter und dem Axialstromlüfter, wobei die Steuerung dazu dient, den Querstromlüfter und den Axialstromlüfter selektiv zu aktivieren.
  8. Kühleinheit nach Anspruch 7, wobei die Steuerung den Querstromlüfter und den Axialstromlüfter als Funktion eines durch den Kühler strömenden Kühlfluids selektiv aktiviert.
  9. Kühleinheit nach Anspruch 8, ferner mit einem Thermoelement in Verbindung mit der Steuerung, das die Temperatur des Kühlfluides misst.
  10. Kühleinheit mit:

    einem Kühler mit einem Innenvolumen, einem Einlass in Fluidverbindung mit dem Innenvolumen, einem Auslass in Fluidverbindung mit dem Innenvolumen, einer Vorderseite und einer Rückseite;

    einer ersten Lüfteranordnung, die benachbart der Vorderseite des Kühlers angeordnet ist, wobei die erste Lüfteranordnung umfasst:

    ein Lüftergehäuse mit einem ersten Ende, das seitlich benachbart des Kühlers angeordnet ist, einer Seitenwand, die sich quer entlang der Vorderseite erstreckt, einem Einlass, der in dem ersten Ende ausgebildet ist, und einem Auslass, der in der Seitenwand ausgebildet ist;

    einen Zentrifugallüfter, der in dem Lüftergehäuse angeordnet ist, um Luft in das Lüftergehäuse durch den Einlass zu ziehen und Luft von dem Auslass in Richtung der Vorderseite auszutragen; und

    einem bewegbaren Ablenkblech, das mit dem Lüftergehäuse verbunden und zwischen einer geschlossenen Stellung, um den Auslass abzudecken, und einer offenen Stellung positionierbar ist, um den Auslass freizugeben;

    einer zweiten Lüfteranordnung, die benachbart der Rückseite des Kühlers angeordnet ist und einen Axialstromlüfter umfasst, der Luft durch den Kühler von der Vorderseite an die Rückseite zieht; und

    einer Steuerung in Verbindung mit dem Zentrifugallüfter und dem Axialstromlüfter, wobei die Steuerung dazu dient, den Querstromlüfter und den Axialstromlüfter selektiv zu aktivieren.
  11. Kraftfahrzeug mit:

    einer Fahrzeugkarosserie mit einer Frontverkleidung, in der mehrere Lüftungsöffnungen darin ausgebildet sind;

    einem Motor mit einem durch diesen zirkulierenden Kühlfluid;

    einem Kühler, der zwischen der Frontverkleidung und dem Motor angeordnet und mit den mehreren Lüftungsöffnungen ausgerichtet ist, wobei der Kühler Leitungen aufweist, die einen Fluidverbindungsweg für das Kühlfluid zwischen dem Motor und einem Innenvolumen des Kühlers vorsehen;

    einer ersten Lüfteranordnung, die zwischen der Frontverkleidung und dem Kühler angeordnet ist, wobei die erste Lüfteranordnung einen Querstromlüfter aufweist, der Luft von einem Einlass, der in der Fahrzeugkarosserie seitlich neben dem Kühler angeordnet ist, zieht und Luft von einem Auslass in Richtung einer Vorderseite des Kühlers führt; und

    einer zweiten Lüfteranordnung, die zwischen dem Kühler und dem Motor angeordnet ist, wobei die zweite Lüfteranordnung einen Axialstromlüfter aufweist, der Luft durch den Kühler zieht;

    wobei die Luftströmung durch den Kühler Wärme von dem Kühlfluid entnimmt, das durch das Innenvolumen strömt.
  12. Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, wobei die erste Lüfteranordnung ferner ein bewegbares Ablenkblech umfasst, dass zwischen einer offenen Stellung, in der eine Luftströmung von dem Querstromlüfter zugelassen ist, und einer geschlossenen Stellung positionierbar ist, in der eine Luftströmung von dem Querstromlüfter blockiert ist.
  13. Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, ferner mit einer Gelenk- bzw. Scharnieranordnung, die das bewegbare Ablenkblech mit dem Lüftergehäuse koppelt.
  14. Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, ferner mit einem Vorspannelement, das das bewegbare Ablenkblech in die offene Stellung vorspannt.
  15. Kraftfahrzeug nach Anspruch 14, wobei der Querstromlüfter deaktiviert ist, wenn sich das bewegbare Ablenkblech in der geschlossenen Stellung befindet.
  16. Kraftfahrzeug nach Anspruch 12, wobei das bewegbare Ablenkblech in der offenen Stellung eine natürliche Luftströmung in den Kühler teilweise blockiert.
  17. Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, wobei der Kühler ferner einen Kühlfluidkreislauf mit einem Einlass, einem Innenvolumen und einem Auslass umfasst, wobei das Kühlfluid durch das Innenvolumen strömt.
  18. Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, ferner mit einer Steuerung in Verbindung mit dem Querstromlüfter und dem Axialstromlüfter, wobei die Steuerung dazu dient, den Querstromlüfter und den Axialstromlüfter selektiv zu aktivieren.
  19. Kraftfahrzeug nach Anspruch 18, wobei die Steuerung den Querstromlüfter und den Axialstromlüfter als Funktion eines durch den Kühler strömenden Kühlfluides aktiviert.
  20. Kraftfahrzeug nach Anspruch 19, ferner mit einem Thermoelement in Verbindung mit der Steuerung, das die Temperatur des Kühlfluides misst.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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