DE102004034733A1

DE102004034733A1 - Kühlerzarge mit wenigstens einem elektrisch angetriebenen Lüfter

Info

Publication number: DE102004034733A1
Application number: DE102004034733A
Authority: DE
Inventors: Michael Niehues; Oliver GRÜNEMEIER; Christian Weidinger
Original assignee: Siemens AG; Volkswagen AG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2004-07-17
Filing date: 2004-07-17
Publication date: 2006-02-16
Also published as: WO2006008021A1; EP1789244A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlerzarge mit wenigstens einem elektrisch angetriebenen Lüfter mit einem Elektromotor und einem Lüfterrad, mit einer Aufnahmeöffnung für diesen und einer in der Aufnahmeöffnung ausgebildeten Halterung für den mit dem Lüfterrad verbundenen Elektromotor, wobei die Halterung über Verbindungsrippen oder dgl. mit dem Zargenkörper verbunden ist, sowie mit zur Halterung geführten elektrischen Leitungen. Sie löst die Aufgabe, eine derartige Kühlerzarge so zu gestalten, dass deren Montage vereinfacht und die Betriebssicherheit erhöht sind. Dazu sind die Leitungen (14, 15, 20) als voneinander getrennte Leiterbahnen in die Kühlerzarge (1) eingegossen oder an diese angespritzt, und die Enden der Leitungen (14, 15, 20) sind zu Steckanschlüssen (12, 13) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlerzarge mit wenigstens einem elektrisch angetriebenen Lüfter, insbesondere zur Kühlung der Antriebsaggregate in einem Kraftfahrzeug.

Elektrisch angetriebene, aus einem Elektromotor und einem Lüfterrad gebildete Lüfter werden insbesondere zur Verbesserung der Motorkühlung und Kühlleistungsverbesserung einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Dabei ist der wenigstens eine Lüfter üblicherweise in eine Kühlerzarge integriert, die am Frontend-Modul des Kraftfahrzeugs direkt am Kühler befestigt ist und die der Ausbildung eines definierten Luftstromes im wesentlichen parallel zur Drehachse des Lüfterrades und damit einer optimalen Kühlung dient. Das Lüfterrad ist dabei direkt mit dem Antriebsmotor gekoppelt, dessen Drehzahl vorzugsweise in Abhängigkeit von der geforderten Kühlleistung geregelt wird.

Die DE 196 12 679 C2 offenbart dazu einen Lüfter mit einem Lüfterrad mit einer topfförmigen Nabe, die über das Gehäuse des Antriebsmotors gestülpt und mit der Antriebswelle des Elektromotors drehfest verbunden ist. Die Wicklungen desselben sind über ein Verbindungskabel mit der in einem separaten Elektronikgehäuse untergebrachten Steuerelektronik verbunden, das außerhalb des Außenringes des Lüfterrades an der Kühlerzarge befestigt ist. Dabei ist das Verbindungskabel zwischen diesen an einem Befestigungsarm für den Elektromotor angeordnet. Auch in der DE 199 49 322 C1 ist ein Kühlgebläse beschrieben, bei dem die Steuerelektronik für den Elektromotor außerhalb des Außenringes des Lüfterrades an der Kühlerzarge in einem Elektronikgehäuse angeordnet ist.

Die Steuereinheit kann aber auch mit dem Antriebsmotor eine bauliche Einheit bilden und in einem gemeinsamen Gehäuse mit diesem untergebracht sein, was den Vorteil hat, dass der Lüfter einen geringeren Platzbedarf hat, elektromagnetisch gut verträglich und weniger störanfällig ist, wie das in der DE 100 44 066 A1 beschrieben ist. Allerdings muss die Kühlerzarge bei einer derartigen Ausbildung eine Stromversorgungsleitung für die Steuereinheit und den Antriebsmotor aufweisen, die ständig unter Spannung steht.

Des Weiteren ist eine im Spritzgussverfahren hergestellte Kühlerzarge aus Kunststoff mit zwei Lüftern bekannt, deren elektrische und elektronische Versorgung durch Leitungen erfolgt, die in Leitungskanälen geführt sind. Dabei sind die zu den Lüftern geführten Elektroleitungen mit Steckern untereinander und mit dem Bordnetz verbunden, wobei die Stecker insbesondere auch über an die Kühlerzarge angespritzte Halterungen an dieser festgelegt sind.

Problematisch bei Kühlerzargen kann die Leitungsanordnung und -verlegung sein. Wenn der Abstand der Kühlerzarge zum Kühler und damit auch der Leitungskanäle zu diesem nur wenige Millimeter beträgt, besteht die Gefahr, dass sowohl die Leitungen als auch die Kühllamellen des Kühlers beschädigt werden, wenn die Leitungen unzureichend fixiert sind, was insbesondere bei spannungsführenden Leitungen die Gefahr von Folgeschäden in sich birgt. Zur Verminderung der Gefahren können die Leitungskanäle als Rast- oder Klemmkanäle ausgebildet und mit Rastelementen versehen sein, in die die Leitungen eingeclipst werden, die jedoch bei der Leitungsverlegung einen sehr hohen Kraftaufwand erfordern. Ein Herausrutschen der Leitungen aus den Leitungskanälen wird durch die relativ hohen Toleranzen bei der Kabellänge begünstigt, die fertigungsbedingt notwendig sind. Als zusätzliche Sicherung gegen das Herausrutschen können beispielsweise Kabelbinder eingesetzt werden, die partiell die Leitungskanäle und die in diesen verlegten Leitungen umschließen, wodurch jedoch der Montageaufwand erhöht wird. Die Stecker werden jeweils mittels einer Rastverbindung an der Kühlerzarge befestigt. Dabei besteht die Gefahr des Abbrechens der Rastnasen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Kühlerzarge mit wenigstens einem elektrisch angetriebenen Lüfter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu gestalten, dass deren Montage vereinfacht und die Betriebssicherheit erhöht sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Kühlerzarge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung besteht darin, dass bei einer Kühlerzarge mit wenigstens einem elektrisch angetriebenen Lüfter mit einem Elektromotor und einem Lüfterrad, die in bekannter Weise mit einer Aufnahmeöffnung für den Lüfter und einer in dieser ausgebildeten Halterung für den mit dem Lüfterrad verbundenen Elektromotor versehen ist, wobei die Halterung über Verbindungsrippen od. dgl. mit dem Zargenkörper verbunden ist und elektrische Leitungen zur Halterung geführt sind, die Leitungen als voneinander getrennte Leiterbahnen, insbesondere in Gestalt eines mit isolierendem Kunststoff ganz oder teilweise umspritzten und relativ starren Einlegeverbundes aus gestanzten Leiterbahnen, in diese integriert oder an diese angespritzt sind, wobei die Enden der Leitungen zu Steckanschlüssen ausgebildet sind. Diese können dabei von einem an die Kühlerzarge angeformten Steckergehäuse umgeben sein.

Die Montage einer derart gestalteten, kompakten Kühlerzarge ist durch die Integration der elektrischen Leitungen für die Strom- und Signalversorgung in den Kühlerzargenkörper und den jeweiligen Verbindungssteg sowie durch die Ausbildung der Leitungsenden zu Steckanschlüssen und die Anformung von Steckergehäusen an die Kühlerzarge erheblich erleichtert. Fixierhilfen zur Positionierung der elektrischen Leitungen entfallen bei der Montage. Darüber hinaus hat die Kühlerzarge den Vorteil, dass die integrierten Leitungen vor Beschädigungen geschützt sind. Weitere Vorteile sind eine Erhöhung der Prozesssicherheit bei der Montage und eine Erhöhung der Betriebssicherheit, die insbesondere durch die Verringerung der Gefahr einer Beschädigung der elektrischen Leitungen gegeben ist. Überdies werden die Fertigungszeit für eine mit einem Lüfter versehene Kühlerzarge sowie die Material- und Fertigungskosten reduziert. Schließlich sind die kunststoffumspritzten elektrischen Leitungen gegenüber der Umwelt, insbesondere Feuchtigkeitseinfluß und Verschmutzung, hermetisch abgeschlossen.

Dabei sind die Leitungen vorteilhaft im Bereich zwischen dem Zargenkörper und der Halterung in eine ohnehin vorhandene Verbindungsrippe eingegossen. Halterungsseitig ist im Bereich der Anbindungsstelle der Verbindungsrippe an der Halterung ein Steckergehäuse für die motorseitigen Steckanschlüsse angeformt, das zudem benachbart zu einem an der Halterung ausgebildeten Befestigungselement für den Motor angeordnet ist. Damit ist das Steckergehäuse für die bei der Herstellung der lösbaren Steckverbindung mit einem am Elektromotor fest angeordneten Gegenstecker und die dabei auftretenden Kräfte ausreichend stabilisiert.

Zur Herstellung des Einlegeverbundes empfiehlt es sich, auf eines der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zurückzugreifen, beispielsweise auf die in der DE 39 24 176 A1/C2, der DE 195 19 752 A1/C2 und der DE 195 13 949 A1/C2 beschriebenen Verfahren. Grundsätzlich wird bei diesen der Einlegeverbund dadurch hergestellt, dass ein Stanz-Biegeteil aus einem Blech mit voneinander beabstandeten und über einzelne Verbindungsstege miteinander verbundenen Leiterbahnen und den Steckanschlüssen erzeugt wird. Danach werden die Leiterbahnen zusätzlich fixierende Kunststoffbrücken aufgespritzt und anschließend die Verbindungsstege entfernt, insbesondere durch Schneid- oder Stanzwerkzeuge. Der auf diese Weise hergestellte Einlegeverbund wird in die Kühlerzarge integriert und dabei nochmals umspritzt. Dieses nochmalige Umspritzen stellt sicher, dass die Leitungen im Einlegeverbund und dieser hermetisch abgeschlossen sind.

Die Kühlerzarge wird vorteilhaft durch Spritzgießen hergestellt. Dazu werden der Einlegeverbund vor dem Spritzgießen in der vorbestimmten Anordnung im Unterteil des jeweiligen Spritzgießwerkzeuges positioniert, dieses geschlossen und die Kunststoff-Formmasse, plastifiziert und dosiert, eingespritzt, wobei der Einlegeverbund umspritzt wird. Das Spritzgießwerkzeug ist dabei so ausgebildet, dass die Steckanschlüsse frei bleiben.

Als Spritzgussverfahren eignet sich insbesondere auch das physikalische Schäumen nach dem MuCell-Spritzgießverfahren ( DE 698 05 957 T2 ), das Kostenvorteile durch geringere Drücke im Spritzwerkzeug, eine Reduzierung der Zykluszeit, eine Materialeinsparung, verbunden mit einer Gewichtseinsparung bis zu etwa 20%, und auch eine höhere Qualität der hergestellten Kühlerzargen infolge eines geringeren Verzuges derselben, verbunden mit weniger Ausschuss, mit sich bringt. Zudem ist die Maschinengröße gegenüber den üblichen Spritzgießmaschinen reduziert, wodurch weitere Vorteile gegeben sind. Eine mit diesem Verfahren hergestellte Kühlerzarge besteht dann aus einem mikrozellulärem thermoplastischen Schaum.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen, teilweise schematisch:

1: eine Kühlerzarge mit zwei Aufnahmeöffnungen für jeweils einen elektrisch angetriebenen Lüfter,

2: zwei Einlegeverbunde,

3: einen Schnitt III-III durch die Kühlerzarge,

4: ein an der Kühlerzarge einstückig angeformtes Steckergehäuse,

5: eine Halterung für einen Lüfter mit angeformten Steckergehäuse und

6: einen am Elektromotor des Lüfters angeordneten Gegenstecker, vergrößert.

1 zeigt eine Kühlerzarge 1 mit zwei Aufnahmeöffnungen 2 und 3 für jeweils einen elektrisch angetriebenen Kühlerlüfter, von denen ein Kühlerlüfter 4, der als Hauptlüfter angesteuert wird, in der Aufnahmeöffnung 2 angedeutet ist. Dieser ist aus einem Elektromotor 5 mit integrierter Steuereinheit und einem an diesem angeordneten und angedeuteten Lüfterrad 6 gebildet. Beide Aufnahmeöffnungen 2, 3 weisen jeweils eine einstückig über Verbindungsrippen 7 an die Kühlerzarge 1 angeformte Halterung 8 und 9 für den jeweiligen Elektromotor auf. An diesen Halterungen 8, 9 sind Steckergehäuse 10 und 11 angeformt, in denen Steckanschlüsse 12.1, 12.2 und 13.1 und 13.2 (2) angeordnet sind. Diese Steckanschlüsse sind an den Enden von ausgestanzten Leiterbahnen 14, 15 aus einer Kupferlegierung durch Umformen dieser Enden ausgebildet, wobei die Leiterbahnen 14 bzw. 15 jeweils im Abstand voneinander und somit getrennt jeweils zu partiell mit isolierendem Kunststoff umspritzten Einlegeverbunden für die Stromversorgung und die Signalversorgung zusammengefasst sind, die jeweils als Einlegeteile in die Kühlerzarge 1 integriert sind. Die partielle Kunststoffumspritzung bildet dabei Kunststoffbrücken 16 aus, wie in 2 gezeigt ist, die zugleich Abstandshalter darstellen. An der Kühlerzarge 1 ist auch ein Steckergehäuse 17 für den Anschluss an das Bordnetz angeformt.

In 2 sind zwei dieser Leiterverbunde dargestellt, von denen der aus den Leiterbahnen 14 gebildete Leiterverbund I zwischen dem Steckergehäuse 17 für den Bordnetzanschluss (1 und 4) und dem Steckergehäuse 10 des Kühlerlüfters (Hauptlüfter) 4 angeordnet ist und der aus den Leiterbahnen 15 gebildete Leiterverbund II zwischen dem Steckergehäuse 10 und dem Steckergehäuse 11 des nicht dargestellten Nebenlüfters.

Die nach einem der eingangs beschriebenen bekannten Verfahren hergestellten Leiterverbunde I und II für die Stromversorgung werden vor dem Spritzgießen der Kühlerzarge 1, bevorzugt durch physikalisches Schäumen, in das Unterteil eines entsprechend gestalteten Spritzgießwerkzeuges eingelegt, wobei die Steckanschlüsse 12.1, 12.2, 13.1, 13.2 außerhalb des auszuformenden Raumes zur Anordnung gelangen und somit nicht umspritzt werden. Im Spritzgießverfahren wird anschließend die Kühlerzarge 1 hergestellt, wobei die Leiterverbunde I und II im Bereich der Aufnahmeöffnungen 2 und 3 in vorgesehene Verbindungsrippen 18, 19 (1) zwischen dem Zargenkörper und der jeweiligen Halterung 8, 9 integriert werden. Die Steckanschlüsse 12.1, 12.2 und 13.1, 13.2 werden dabei im Bereich der zu formenden Steckergehäuse 10, 11 und 17 positioniert und bleiben unumspritzt.

Die Integration von Signalleitungen neben den Leitungen für die Stromversorgung (Leiterverbunde I und II) erfolgt auf die gleiche vorbeschriebene Weise, indem die Signalleitungen 20 zu einem Leiterverbund III vereint und gemeinsam mit dem jeweiligen Leiterverbund I, II im Spritzgießwerkzeug angeordnet und umspritzt werden. Der Schnitt III-III in 3 zeigt die übereinander angeordneten, durch die Kunststoffumspritzung bei der Herstellung der Kühlerzarge 1 hermetisch abgeschlossenen und voneinander isolierten Leitungen 14, 20 und die aus diesen gebildeten Leiterverbunde I und III.

In den 5 und 6 ist die Zuordnung des Elektromotors 5 zur Halterung 8 und die Ausbildung des Gegensteckergehäuses 21 mit direkt am Elektromotor 5 angeordneten Gegensteckern 22 für das Steckergehäuse 10 mit den Steckanschlüssen 12.2, 13.1 und nicht gezeigten Steckanschlüssen der Signalleitungen dargestellt. In das Steckergehäuse 10 wird ein O-Ring eingelegt. Der Elektromotor 5 wird über der Halterung 8 positioniert und auf diese aufgesetzt, wobei das Steckergehäuse 21 in das Steckergehäuse 10 eingreift und dabei auch die Gegenstecker 22 mit den Steckanschlüssen 12.2, 13.1 und den Steckanschlüssen der Signalleitungen in Eingriff gebracht werden. Anschließend wird der Elektromotor 5 mit drei Befestigungsschrauben 23 an der Halterung 8 festgelegt, wodurch der O-Ring dichtend verspannt wird. Mit der Befestigung des Elektromotors 5 an der Kühlerzarge 1 entsteht somit zugleich eine zuverlässige Steckverbindung.

1: Kühlerzarge
2: Aufnahmeöffnung
3: Aufnahmeöffnung
4: Kühlerlüfter
5: Elektromotor
6: Lüfterrad
7: Verbindungsrippe
8: Halterung
9: Halterung
10: Steckergehäuse
11: Steckergehäuse
12.1: Steckanschluss
12.2: Steckanschluss
13.1: Steckanschluss
13.2: Steckanschluss
14: Leiterbahn
15: Leiterbahn
16: Kunststoffbrücke
17: Steckergehäuse
18: Verbindungsrippe
19: Verbindungsrippe
20: Signalleitung
21: Gegensteckergehäuse
22: Gegenstecker
23: Befestigungsschraube
I: Leiterverbund
II: Leiterverbund
III: Leiterverbund

Claims

Kühlerzarge mit wenigstens einem elektrisch angetriebenen Lüfter mit einem Elektromotor und einem Lüfterrad, mit einer Aufnahmeöffnung für diesen und einer in der Aufnahmeöffnung ausgebildeten Halterung für den mit dem Lüfterrad verbundenen Elektromotor, wobei die Halterung über Verbindungsrippen oder dgl. mit dem Zargekörper verbunden ist, sowie mit zur Halterung geführten elektrischen Leitungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (14, 15, 20) als voneinander getrennte Leiterbahnen in die Kühlerzarge (1) eingegossen oder an diese angespritzt sind, und dass die Enden der Leitungen (14, 15, 20) zu Steckanschlüssen (12, 13) ausgebildet sind.
Kühlerzarge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (14, 15, 20) als ein ganz oder teilweise mit isolierendem Kunststoff umspritzter Einlegeverbund (I, II, III) in die Kühlerzarge (1) eingegossen sind.
Kühlerzarge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckanschlüsse (12, 13) beidendig jeweils von einem an die Kühlerzarge (1) angeformten Steckergehäuse (10, 11, 17) umgeben sind.
Kühlerzarge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (14, 15, 20) im Bereich zwischen dem Zargenkörper und der Halterung (8) in eine Verbindungsrippe (18, 19) eingegossen sind.
Kühlerzarge nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Halterung (8) ein Steckergehäuse (10) für die motorseitigen Steckanschlüsse (12, 13) angeformt ist.
Kühlerzarge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steckergehäuse (10, 11) im Bereich einer Verbindungsrippe (18, 19) und eines an der Halterung (8, 9) ausgebildeten Befestigungselementes für den Elektromotor (5) ausgebildet ist.
Kühlerzarge nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (5) mit einem fest angeordneten Gegenstecker (21) für das Steckergehäuse (10) versehen ist.
Kühlerzarge nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckergehäuse (10, 11) derart gestaltet sind, dass diese dichtend mit dem jeweiligen motorseitigen Gegenstecker (21) verbindbar sind.
Kühlerzarge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlegeverbund (I, II, III) dadurch hergestellt wird, dass aus einem Blech, insbesondere aus Kupfer bzw. einer Kupferlegierung, ein Stanz-Biegeteil mit voneinander beabstandeten und durch Verbindungsstege miteinander verbundenen Leiterbahnen (14, 15, 20) und den Steckanschlüssen (12, 13) erzeugt wird, dass danach zusätzlich die Leiterbahnen (14, 15, 20) fixierende Kunststoffbrücken (16) aufgespritzt und anschließend die Verbindungsstege entfernt werden, insbesondere durch Stanzen.
Kühlerzarge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlerzarge (1) durch Spritzgießen hergestellt wird, wobei der Einlegeverbund (I, II, III) vor dem Spritzgießen in vorbestimmter Anordnung im Unterteil des vorgesehenen Spritzgießwerkzeuges positioniert wird.
Kühlerzarge nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlerzarge (1) durch physikalisches Schäumen hergestellt wird.