Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Kühlvorrichtungen für Kraftfahrzeuge mit kühlmitteigekühlten Verbrennungsmotoren bestehen im Allgemeinen aus einem Kühlmittelkühler, der vom Kühlmittel und Umgebungsluft durchströmt wird, einem dem Kühlmittelkühler zugeordneten Lüfter und einer zwischen Lüfter und Kühler angeordneten Zarge, auch Kühlerzarge, Lüfterzarge oder Lüfterhaube genannt. Letztere hat die Aufgabe, die aus dem Kühlmittelkühler austretende Kühlluft möglichst vollständig dem Lüfter zuzuleiten. Der Lüfter ist im Allgemeinen als Axiallüfter, Mantellüfter (Axiallüfter mit ummantelten Blattspitzen) oder auch als Radiallüfter ausgebildet. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen wird der Lüfter von der Brennkraftmaschine über eine Flüssigkeitsreibungskupplung angetrieben und ist daher fest mit dem Motorblock verbunden, welcher elastisch gegenüber dem Fahrzeugrahmen aufgehängt ist. Auch der Kühlmittelkühler ist am Fahrzeugrahmen befestigt. Wegen der Schwingungen des Motors gegenüber dem Fahrzeugrahmen ergeben sich Relativbewegungen zwischen Kühler bzw. kühlerfeste Zarge und motorfestem Lüfter, welche kompensiert werden müssen. Dies kann entweder durch einen relativ großen Spalt zwischen Lüfter und Zargenring oder durch ein Bewegungsausgleichselement im Bereich der Zarge erfolgen, welche somit geteilt ist.

Durch die US-A 4,398,508 wurde eine Kühlvorrichtung mit einem motorfesten Axiallüfter und einer kühlerfesten Zarge bekannt, wobei zwischen Lüfterumfang und Kühlerzarge ein relativ großer Spalt belassen ist, welcher durch eine Bürstendichtung überbrückt wird. Eine ähnliche Kühlvorrichtung mit einem ummantelten Axiallüfter, einem so genannten Mantellüfter, wurde durch die DE 198 03 502 A1 der Anmelderin bekannt. Der Ringspalt zwischen kühlerfester Zarge, an welcher auch eine Einlaufdüse angeordnet ist, wird durch eine Bürstendichtung weitestgehend abgedichtet. Eine weitere Bürstendichtung wurde durch die DE 33 39 059 A1 einerseits für einen Axiallüfter und andererseits für einen Radiallüfter bekannt. Wegen der relativ großen Spalte und dem Verschleiß der Bürstendichtungen sind derartige Kühlvorrichtungen unzureichend.

Um den Spalt zwischen Lüfter und Zargenring möglichst gering zu halten, werden Lüfter und Zargenring jeweils motorseitig befestigt, und die Zarge wird zwischen Zargenring und Kühler geteilt, sodass ein Spalt gebildet wird, welcher durch ein Bewegungsausgleichs- bzw. elastisches Dichtelement überbrückt wird. Durch die DE 44 38 814 C1 der Anmelderin wurde eine solche Kühlvorrichtung mit einem motorfesten Axiallüfter und einem motorfesten Zargenring (Mantel) bekannt. Die bekannte Kühlvorrichtung weist einen Kühlmittelkühler auf, an den eine Kühlerzarge angeschlossen ist, welche über eine elastische, ringförmige Lippendichtung mit dem motorfesten Mantel verbunden ist. Damit können Relativbewegungen zwischen motorfestem Zargenring (Mantel) und Kühlerzarge ausgeglichen werden, wobei gleichzeitig die Zarge geschlossen ist. Nachteilig hierbei ist, dass die Zarge geteilt und der Spalt durch ein zusätzliches Bauteil, nämlich das Dicht- bzw. Bewegungsausgleichelement, überbrückt werden muss, was eine Vergrößerung der axialen Bautiefe der Kühlvorrichtung bedeutet.

Durch die DE 33 04 297 C2 der Anmelderin wurde eine weitere Kühlvorrichtung mit einem motorfesten Mantellüfter sowie einer motorfesten Einlaufdüse für den Mantellüfter bekannt. Am Kühlmittelkühler ist eine Kühlerzarge befestigt, welche mittels einer elastischen Lippe gegenüber der Einlaufdüse abgedichtet ist. Auch hier ergibt sich eine erhöhte axiale Bautiefe infolge des Einbaus der Dichtlippe.

Durch die DE 40 15 259 A1 wurde eine Kühlvorrichtung mit einem über eine Flüssigkeitsreibungskupplung vom Motor des Kraftfahrzeuges angetriebenen Axiallüfter bekannt, welcher von einem auf der Lüfterantriebswelle gelagerten Mantel bzw. Zargenring umgeben ist, sodass sich ein minimaler Radialspalt zwischen den Lüfterblattspitzen und dem Lüftermantel ergibt. Eine am Kühler befestigte Kühlerzarge ist über eine Gummimanschette mit dem Lüftermantel verbunden, um Relativbewegungen zwischen Lüftermantel und Kühler auszugleichen. Nachteilig bei der bekannten Kühlvorrichtung ist die erhebliche Vergrößerung der axialen Bautiefe und die Beeinträchtigung der Lüftetströmung durch die Manschette, was einen erhöhten Druckabfall bzw. einen erhöhte Lüfterleistung zur Folge hat.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Kühlvorrichtung der eingangs genannten Art die axiale Bautiefe zu verkürzen, die Strömungsführung der Luft zu verbessern und die Herstellkosten zu senken.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die zumindest eine Bewegungsausgleichseinrichtung bzw. das zumindest eine Dichtelement direkt an dem zumindest einen Kühlmittelkühler angeordnet, dort befestigt und/oder abgedichtet ist. Das andere Ende der zumindest einen Bewegungsausgleichseinrichtung schließt an das kühlerseitige Ende der zumindest einen Kühler- bzw. Lüfterzarge an. Damit wird der Spalt zwischen dem zumindest einen Kühlmittelkühler und den motorfesten Teilen wie Zarge oder Zargenring direkt an den zumindest einen Kühlmittelkühler verlagert, und die zumindest eine Zarge muss nicht mehr geteilt, sondern kann vielmehr einstückig ausgebildet werden. Damit entfällt auch ein zusätzliches Bauteil (Teil der Zarge). Es ergeben sich somit als Vorteile, dass die axiale Bautiefe verkürzt, die Strömungsführung an der zumindest einen Zarge verbessert, d. h. der Druckverlust vermindert und auch die Herstellkosten verringert werden. Durch das Verschieben des zumindest einen Bewegungsausgleichselementes an den Umfang des zumindest einen Kühlers entfällt auch eine Befestigungsstelle (Zargenteil gegenüber Kühler), sodass axialer Bauraum gewonnen wird. Die Zargentiefe (Lüfterhaubentiefe) kann somit entweder vergrößert werden, was eine bessere Kühlleistung ergibt, oder der Bauraum kann reduziert werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. So kann das Bewegungsausgleichselement als Manschette aus einem Elastomer ausgebildet sein, welche einerseits am Kühlmittelkühler und andererseits an der Stirnseite der Zarge befestigt bzw. abgedichtet wird. Damit wird der Spalt zwischen Kühler und Zarge überbrückt. Vorteilhaft ist auch eine Ausbildung des Bewegungsausgleichselementes als elastisch verformbarer Streifen, der ebenfalls beiderseits befestigbar ist. Durch die relativ glatte Ausbildung - gegenüber einer ziehharmonikaartigen Manschette - ergeben sich geringere Strömungsverluste.

Möglich ist auch, das Bewegungsausgleichselement nur an einer Seite, z. B. an der Zarge zu befestigen; die andere Seite liegt mit einer elastischen Vorspannung am Umfang des Kühlmittelkühlers an. Die Dichtwirkung bleibt bei Auftreten von Relativbewegungen erhalten, weil die Dichtfläche den Bewegungen des Kühlmittelkühlers aufgrund der elastischen Vorspannung folgen kann. Bei dieser Lösung entfällt die zweite Befestigung, die durch eine gleitende Dichtung ersetzt wird.

Der Lüfter kann vorteilhaft als Axiallüfter, vorzugsweise als Mantellüfter ausgebildet sein, der darüber hinaus mit einer Einlaufdüse ausgestattet ist. Durch die erfindungsgemäße Verschiebung des Bewegungsausgleichselements an den Umfang des Kühlmittelkühlers kann die gesamte Zarge einschließlich Zargenring und Einlaufdüse einstückig, insbesondere als Kunststoffspritzteil hergestellt werden. Von Vorteil sind hierbei die geringen Herstellkosten und die deutlich verbesserten Strömungsverhältnisse infolge der glatten Wand der Zarge, die nicht durch einen Spalt unterbrochen wird.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung von Lüfter und Zarge ergibt sich für den Radialspalt zwischen Lüfteraußen- und Zargenringinnendurchmesser sich ein äußerst geringes Maß. Vorzugsweise ist das Maß für den Radialspalt kleiner als 9 mm, vorzugsweise kleiner als 6 mm, wobei die Untergrenze bevorzugt oberhalb von 3,5 mm liegt. Diese Spaltmaße im Bereich von 3,5 bis 9 mm gelten für Lüfteraußendurchmesser im Bereich von 400 bis 900 mm, bevorzugt im Bereich von 500 bis 800 mm, wobei kein festes Verhältnis von Radialspalt zu Lüfteraußendurchmesser vorliegt. Als Vorteil des minimalen Radialspaltes ergibt sich eine höhere Lüfterleistung und eine geringere Geräuschentwicklung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1

eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit Mantellüfter und Einlaufdüse,

Fig. 2

eine Kühlvorrichtung mit Axiallüfter und Zargenring,

Fig. 3

eine erste Ausführungsform eines Bewegungsausgleichselementes,

Fig. 4

eine zweite Ausführungsform des Bewegungsausgleichselementes und

Fig. 5

eine dritte Ausführungsform des Bewegungsausgleichselementes.

Fig. 1 zeigt eine teilweise dargestellte Kühlvorrichtung 1, welche aus einem Kühlmittelkühler 2, einem Mantellüfter 3 und einer Zarge 4 besteht. Der Kühlmittelkühler ist an einen nicht dargestellten Kühlmittelkreislauf einer Brennkraftmaschine angeschlossen und wird einerseits vom Kühlmittel und andererseits von Umgebungsluft in Richtung des Pfeiles L durchströmt. Der Mantellüfter 3 weist eine Axialbeschaufelung 3a und einen mit der Beschaufelung 3a verbundenen Mantel 3b auf. Die Zarge 4 ist über ein Bewegungsausgleichselement 5 mit dem Umfang des Kühlers 2 verbunden und abgedichtet, sodass aus dem Kühlmittelkühler 2 austretende Luft durch die Zarge 4 kanalisiert und dem Lüfter 3 zugeführt wird. Die Zarge 4 weist einen Zargenring 4a, welcher den rotierenden Lüftermantel 3b umgibt, sowie eine Einlaufdüse 4b auf, in welche der stirnseitige, überstehende Teil des Mantels 3b hineinragt. Zur Funktion des Mantellüfters in Verbindung mit einer Einlaufdüse wird auf den eingangs genannten Stand der Technik verwiesen. Die Zarge 4 einschließlich Zargenring 4a und Einlaufdüse 4b ist einstückig als Kunststoffspitzteil ausgebildet. Der Lüfter 3 ist - was nicht dargestellt ist - gegenüber einem nicht dargestellten Motorblock einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges gelagert und wird von der Brennkraftmaschine angetrieben. Auch die Zarge 4 mit Zargenring 4a und Einlaufdüse 4b ist - was ebenfalls nicht dargestellt ist - motorfest angeordnet, sodass sich zwischen dem Mantel 3b und dem Zargenring 4a ein minimaler Radialspalt 6 ergibt. Der Kühlmittelkühler 2 ist - wie aus dem Stand der Technik bekannt - gegenüber dem nicht dargestellten Fahrzeugrahmen (Karosserie) abgestützt. Damit ergeben sich die bekannten Relativbewegungen zwischen Zarge 4 und Kühlmittelkühler 2, welche durch das hier nur schematisch dargestellte Bewegungsausgleichselement 5 kompensiert werden. Erfindungsgemäß ist das Bewegungsausgleichselement 5 direkt am Kühler 2 und am kühlerseitigen Stirnende der Zarge 4 angeordnet. Ausführungsformen des Bewegungsausgleichselementes 5 sind als Einzelheit X in den Figuren 3, 4, 5 dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine weitere Kühlvorrichtung 7 mit einem Kühlmittelkühler 2 (wie in Fig. 1), einer Zarge 8 mit Zargenring 8a und einem Axiallüfter 9 (hier ohne Mantel), welcher im Zargenring 8a unter Belassung eines geringen Radialspaltes 10 umläuft. Auch hier sind der Axiallüfter 9 und die Zarge 8 motorfest angeordnet, sodass ebenfalls Relativbewegungen auftreten, welche über das am Kühler 2 angeordnete Ausgleichselement 5 (analog Fig. 1) kompensiert werden.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegen die in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten minimalen Radialspalte 6, 10 in einem Bereich zwischen 3,5 und 9 mm, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 4 und 8,5 mm. Der Radialspalt ergibt sich aus der halben Differenz zwischen Lüfteraußendurchmesser und Zargenringinnendurchmesser. Mit anderen Worten ist der Radialspalt das Maß, um welches der Lüfter 3 oder 9 verschoben wird, bevor er an der Zarge 4a oder 8a streift. Die angegebenen Bereiche für das Spaltmaß gelten für Lüfterdurchmesser im Bereich von 400 bis 900 mm, was die Anmelderin durch Messungen festgestellt hat. Dabei besteht kein festes Verhältnis zwischen Radialspalt und Lüfterdurchmesser, vielmehr wurden für einen größeren Durchmesserbereich konstante Spaltmaße gemessen. Es handelt sich somit um absolute Spaltmaße, die nicht oder zumindest in einem größeren Bereich nicht vom Lüfterdurchmesser abhängig sind.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform des Bewegungsausgleichselementes 5 gemäß Fig. 1 und 2, welches hier mit der Bezugszahl 11 versehen ist. Das Bewegungsausgleichselement 11 ist als ziehharmonikaartige Manschette, vorzugsweise aus einem Elastomer ausgebildet und weist zwei Stirnseiten 11a, 11b auf, welche einerseits am Umfang 2b des Kühlmittelkühlers 2 und andererseits an der Stirnseite 4a der Zarge 4 befestigt sind. Die Art der Befestigung der Manschette 11 an der Zarge 4, 4a und am Kühler 2 sind nicht näher dargestellt, sie entsprechen dem bekannten Stand der Technik. Zwischen der Stirnseite 4a der Zarge 4 und der rückseitigen Stirnfläche 2a des Kühlers 2 befindet sich ein Spalt 12, welcher in Verbindung mit der Manschette 11 die auftretenden Relativbewegungen zwischen Zarge 4 und Kühler 2 zulässt.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des Bewegungsausgleichselementes 5, welches als leicht gewölbter Dichtstreifen 13 mit zwei stirnseitigen Befestigungsrändern 13a, 13b ausgebildet ist. Der vorzugsweise aus einem Elastomer bestehende Streifen 13 ist ebenfalls mit der Stirnseite 4a der Zarge 4 und mit dem Umfang 2b des Kühlers 2 verbunden. Der Spalt 12 zwischen Kühlmittelkühler 2 und Stirnseite 4a der Zarge 4 ist damit überbrückt und abgedichtet. Aufgrund der flexiblen Ausbildung des Streifenelementes 13 sind Relativbewegungen möglich. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, d. h. der Manschette 11 liegt hier ein glatter Übergang zwischen Kühler 2 und Zarge 4, d. h. ohne wesentliche Störung der an der Zarge anliegenden Strömung vor.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für das Bewegungsausgleichselement 5, nämlich eine vorgespannte, gleitende Dichtung 14, welche zargenseitig einen Befestigungsrand 14a und kühlerseitig einen Dichtbereich 14b aufweist, welcher unter Vorspannung am Umfang 2b des Kühlers 2 anliegt und somit eine Abdichtung bewirkt. Der Befestigungsrand 14a ist mit der Zarge 4 fest verbunden, sodass eine Einspannung der elastischen Dichtung 14 gegeben ist. Daher liegt der Dichtbereich 14b, der beispielsweise als Bürstendichtung ausgebildet sein kann, ständig am Umfang 2b des Kühlers 2 an. Wenn Relativbewegungen zwischen Kühler 2 und Zarge 4 auftreten, folgt der Dichtbereich 14b aufgrund seiner Vorspannung dem Umfang 2b des Kühlers 2.

Durch die Bewegungsausgleichselemente 11, 13, 14 werden also keine bzw. nur geringe Kräfte zwischen Kühler 2 und Zarge 4 übertragen; vielmehr besteht die primäre Funktion in der Abdichtung bei gleichzeitigem Bewegungsausgleich. Dementsprechend sind Abweichungen von den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich, soweit sie erfindungsgemäß am Kühlmittelkühler angeordnet sind.