-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Lüfterrad, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
beziehungsweise ein Kraftfahrzeugkühlsystem, das über eine hydrodynamische
Kupplung oder eine Viskokupplung angetrieben wird, gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1, beziehungsweise ein Verfahren zum Herstellen eines
Lüfterrads
gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 11.
-
Die
Form eines Lüfters
beziehungsweise eines Lüfterrades
zum Kühlen
des Motors eines LKWs wird in dem Gebrauchsmuster
DE 299 03 619 U1 beschrieben.
Bei der dort gezeigten Ausführungsform weist
das Lüfterrad
einen im Wesentlichen zylindrischen Innenring auf, von welchem aus
die Lüfterschaufeln
radial nach außen
hervorstehen. Üblicherweise
werden solche Lüfterräder aus
Kunststoff hergestellt, wobei auch die radial äußeren Enden durch einen Ring
miteinander verbunden sein können.
-
Ein
solches Lüfterrad
wird über
eine Antriebswelle mit dem zu kühlenden
Motor verbunden. Mittels des rotierenden Lüfters wird Kühlluft dem
Motor und in der Regel einem zwischengeschalteten Wasserkühler zugeführt. Die
Ankopplung des Lüfters an
den Motor erfolgt in der Regel über
eine Viskokupplung, die radial innerhalb der Nabe angeordnet ist.
Der Anschluss der Viskokupplung, genauer des Sekundärrades derselben,
erfolgt über
eine Metallplatte im Nabeninneren des Lüfterrades.
-
Das
Dokument
DE 10
2004 008 861 A1 beschreibt ebenfalls ein über eine
Viskokupplung angetriebenes Lüfterrad.
Auch hier erfolgt der Anschluss der Viskokupplung an das Lüfterrad über eine
Metallplatte, die als Befestigungsring ausgeführt ist. Dabei kann der Metallring
kunststoffummantelt ausgeführt sein,
wobei die Kunststoffummantelung insbesondere aus demselben Material
wie die Lüfterschaufeln hergestellt
ist.
-
Die
Viskokupplungen, die dem Antrieb der herkömmlichen Lüfterräder dienen, werden aus Metall
ausgeführt.
Viskokupplungen sind dabei dadurch gekennzeichnet, dass sie ein
Primärrad
und ein Sekundärrad
aufweisen, zwischen welchen ein viskoses Fluid angeordnet ist, das
mit dem Primärrad
in Umfangsrichtung beschleunigt wird. Über eine Flüssigkeitsreibung des Fluids
wird Drehmoment beziehungsweise Antriebsleistung vom Primärrad auf
das Sekundärrad übertragen.
Viskokupplungen werden daher auch als Flüssigkeitsreibkupplungen bezeichnet.
Zur optimalen Leistungsübertragung
weisen Viskokupplungen in der Regel ineinander eingreifende Lamellen
auf, welche in einem Axialschnitt durch die Viskokupplung betrachtet
einen mäanderförmigen fluidgefüllten Spalt
miteinander ausbilden.
-
Ein
weiteres, jedoch über
eine Reibscheibenkupplung und eine Wirbelstromkupplung angetriebenes
Lüfterrad
ist in der Offenlegungsschrift
DE 43 23 651 A1 dargestellt. Auch dieses
Lüfterrad
ist an einer mit den Kupplungen verbundenen Scheibe angeschraubt.
-
-
Bei
den bekannten Lüfterrädern ist
es als nachteilig anzusehen, dass diese aufgrund ihres komplexen
Aufbaus und der notwendigen Montage verschiedener Bauteile aus verschiedenen
Werkstoffen in mehreren Arbeitsgängen
zu vergleichsweise hohen Herstellungskosten führen, was sich insbesondere
bei einer Serienproduktion ungünstig
auswirkt. Ferner müssen
verschiedene Maschinen zur Fertigung der Einzelteile der im Antrieb
vorgesehenen Kupplungen und der Lüfterschaufeln zur Verfügung gestellt
werden. Schließlich
ist die Montage personal- und zeitintensiv.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lüfterrad,
insbesondere für
ein Fahrzeug beziehungsweise Fahrzeugkühlsystem anzugeben, welches
sich kostengünstig
herstellen lässt. Vorteilhaft
soll das Lüfterrad
dabei zugleich ein geringes Gewicht aufweisen.
-
Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird durch ein Lüfterrad
mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben
besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung. In dem unabhängigen Verfahrensanspruch
ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Lüfterrads
angegeben.
-
Das
erfindungsgemäße Lüfterrad
weist eine Lüfterradnabe
und eine Vielzahl von an der Lüfterradnabe
angeschlossenen Lüfterschaufeln
auf. Ferner ist eine Antriebswelle vorgesehen, welche als Vollwelle,
Hohlwelle oder in jeder anderen geeigneten Form ausgeführt sein
kann, welche eine Drehbewegung auszuführen vermag.
-
Das
Lüfterrad
wird über
eine hydrodynamische Kupplung oder eine Viskokupplung angetrieben.
Hierzu ist die hydrodynamische Kupplung oder die Viskokupplung in
der oder an der Lüfterradnabe angeordnet
und weist ein Primärrad
und ein Sekundärrad
auf. Das Primärrad
ist mit der Antriebswelle in einer Triebverbindung verbunden. Insbesondere
ist das Primärrad
unmittelbar an der Antriebswelle angeschlossen oder einteilig mit
dieser ausgeführt.
-
Erfindungsgemäß ist das
Sekundärrad
einteilig mit den Lüfterschaufeln
aus demselben Material ausgeführt.
Beispielsweise bildet der radial äußere Bereich des Sekundärrads zugleich
die Lüfterradnabe
oder einen Teil der Lüfterradnabe.
-
Im
Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet die einteilige Ausbildung
des Sekundärrads
mit den Lüfterschaufeln
aus demselben Material nicht, dass die gesamten Lüfterschaufeln
zwingend einteilig ausgeführt
sein müssen,
was jedoch möglich
ist. Vielmehr können
die Lüfterschaufeln
mehrteilig, insbesondere zweiteilig ausgeführt sein, umfassend einen Grundkörper und
einen Deckelkörper.
Beispielsweise erstrecken sich sowohl der Grundkörper als auch der Deckelkörper zumindest
bis in den radialen Bereich der Lüfterschaufeln, welcher das
Strömungsprofil
für die
geförderte
Luft ausbildet. Vorteilhaft erstrecken sich Grundkörper und
Deckelkörper über den
größten Teil
der radialen Erstreckung jeder Lüfterschaufel
oder über
die gesamte radiale Erstreckung jeder Lüfterschaufel. Der Grundkörper ist
dann einteilig mit dem Sekundärrad
aus demselben Material ausgeführt,
und der Deckelkörper
kann beliebig an dem Grundkörper
montiert sein, ist jedoch insbesondere ebenfalls aus demselben Material
wie der Grundkörper
ausgeführt.
Zur Montage des Deckelkörpers
an dem Grundkörper
kommen formschlüssige,
kraftschlüssig
oder stoffschlüssige
Verbindungen in Betracht, so dass im letzteren Fall nach der Montage
wieder eine insgesamt einteilige Lüfterschaufel zusammen mit dem
Sekundärrad
erreicht wird.
-
Wenn
die Kupplung zum Antrieb des Lüfterrads
als hydrodynamische Kupplung ausgeführt ist, so weist sie bekanntermaßen ein
beschaufeltes Pumpenrad als Primärrad
und ein beschaufeltes Turbinenrad als Sekundärrad auf, wobei das Pumpenrad und
das Turbinenrad einen torusförmigen
Arbeitsraum miteinander ausbilden, der mit einem Arbeitsmedium befüllbar oder
befüllt
ist, um über
eine Kreislaufströmung
des Arbeitsmediums im Arbeitsraum Drehmoment beziehungsweise Antriebsleistung
hydrodynamisch vom Pumpenrad auf das Turbinenrad zu übertragen.
Insbesondere stehen sich das Pumpenrad und das Turbinenrad in Axialrichtung
des Lüfterrads
gegenüber,
so dass das Arbeitsmedium im Pumpenrad radial nach außen beschleunigt
wird, in das Turbinenrad eintritt, in welchem es radial nach innen
verzögert
wird, und dann radial innen wieder in das Pumpenrad eintritt. Bei
einer Ausführungsform mit
einer hydrodynamischen Kupplung ist dann das Turbinenrad einteilig
und aus demselben Material mit den Lüfterschaufeln, zumindest mit
dem Grundkörper
derselben, ausgebildet.
-
Die
Lüfterschaufeln
können
zusammen mit dem Sekundärrad,
bei einer Ausführung
der Kupplung als hydrodynamische Kupplung mit dem Turbinenrad, vorteilhaft
aus Kunststoff, Aluminium oder Blech – insbesondere Stahlblech oder
Aluminiumblech – ausgeführt sein.
Insbesondere, wenn das Sekundärrad
zusammen mit den Lüfterschaufeln
aus Kunststoff ausgeführt
ist, so weist, bei Vorsehen einer hydrodynamischen Kupplung, diese
vorteilhaft einen externen Arbeitsmediumkreislauf aus, um Wärme aus
der hydrodynamischen Kupplung mit dem Arbeitsmedium als Wärmeträger nach
außen
abzuführen.
Insbesondere, wenn das Sekundärrad
aus Blech oder Aluminium hergestellt ist, kann die hydrodynamische
Kupplung auch mit einem sogenannten geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf
ausgeführt sein,
das heißt,
das Arbeitsmedium verbleibt stets innerhalb der hydrodynamischen
Kupplung, in deren Arbeitsraum oder einem zusätzlich zu dem Arbeitsraum vorgesehenen
Vorratsraum – auch
Verzögerungskammer
genannt. Die Wärmeabfuhr
kann dann konvektiv über
die äußere Oberfläche der
Kupplung erfolgen, welche hierzu insbesondere mit Kühlrippen versehen
ist.
-
Ein
erfindungsgemäßes Lüfterrad
kann beispielsweise durch Gießen
der Lüfterschaufeln
und des Sekundärrads
einteilig und aus demselben Material hergestellt werden. Auch hierbei
bedeutet dies, dass zumindest der Grundkörper der Lüfterschaufeln einteilig und
aus demselben Material zusammen mit dem Sekundärrad gegossen wird. Insbesondere
wird das Sekundärrad
zusammen mit den Lüfterschaufeln,
zumindest dem Grundkörper
der Lüfterschaufeln,
durch Spritzgießen
hergestellt.
-
Somit
ist es möglich,
das Sekundärrad
und die Lüfterschaufeln,
zumindest den Grundkörper
der Lüfterschaufeln,
durch Gießen
oder Spritzgießen
in einem gemeinsamen Werkzeug beziehungsweise einer gemeinsamen
Gießform
herzustellen. Das Gießen
beziehungsweise Spritzgießen
kann dabei gleichzeitig, das heißt in einem gemeinsamen Arbeitsgang
erfolgen.
-
Die
Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels exemplarisch
beschrieben werden.
-
Es
zeigen:
-
1 einen
schematischen Axialschnitt durch eine Hälfte eines erfindungsgemäß ausgeführten Lüfterrades
mit einer hydrodynamischen Kupplung;
-
2 einen
abgewickelten, um 90° gedrehten
Schnitt in Umfangsrichtung entlang der Linie A-A der 1.
-
Das
in der 1 dargestellte Lüfterrad wird mittels einer
Antriebswelle 3 angetrieben. Auf der Antriebswelle 3 ist
das Pumpenrad 4.1 einer hydrodynamischen Kupplung 4 drehfest,
beispielsweise über eine
Verzahnung gelagert oder auch einteilig mit der Antriebswelle 3 ausgeführt. Das
Pumpenrad 4.1 bildet zusammen mit dem Turbinenrad 4.2 einen
torusförmigen
Arbeitsraum 4.3 aus, der mit einem Arbeitsmedium befüllt oder
befüllbar
ist, um – wie
bekannt – Antriebsleistung
vom Pumpenrad 4.1 auf das Turbinenrad 4.2 zu übertragen.
-
Das
Turbinenrad 4.2 ist einteilig mit allen Grundkörpern 2.1 aller
Lüfterschaufeln 2 ausgeführt. Vorliegend
weist das Turbinenrad 4.2 eine Kupplungsschale auf, die
ein stirnseitiges Gehäuse
des Lüfterrades
bildet und die Antriebswelle 3 stirnseitig abdeckt. Der
radial äußere Bereich
des Turbinenrads 4.2 beziehungsweise der durch dieses gebildeten Kupplungsschale
ist in einem Axialschnitt durch das Lüfterrad C-förmig. Diese C-Form umschließt eine Hälfte des
Arbeitsraums 4.3 und zugleich die dort positionierten Schaufeln
des Turbinenrads 4.2.
-
Im
radial äußeren Bereich
geht die C-Form des Turbinenrads 4.2 beziehungsweise der
Kupplungsschale in eine im Wesentlichen zylindrische Form über, die
konzentrisch zu der Drehachse 9 des Lüfterrads angeordnet ist. Diese
zylindrische Form weist eine zylinderförmige äußere Oberfläche 5 auf, aus welcher über dem
gesamten Umfang des Lüfterrads
betrachtet, die einzelnen Lüfterschaufeln 2 radial
nach außen
herausragen. In der 2 erkennt man die Oberfläche 5 als
abgewickeltes Band.
-
Wieder
mit Bezug auf die 1 erkennt man ferner, dass die
zylinderförmige äußere Oberfläche 5 einen
Hohlraum 8 innerhalb der Lüfterschaufeln 2 auf der
radial inneren Seite begrenzt. In Axialrichtung schließt sich
an die zylinderförmige äußere Oberfäche 5 eine
ebenfalls zylinderförmige äußere Oberfläche 10 an,
die durch eine zweite Kupplungsschale 7 gebildet wird.
Die zweite Kupplungsschale 7 umschließt zusammen mit dem Turbinenrad 4.2 beziehungsweise
der ersten Kupplungsschale das Pumpenrad 4.1 in Axialrichtung
beidseitig und radial außen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die zweite Kupplungsschale 7 einteilig und aus demselben
Material wie der Deckelkörper 2.2 hergestellt. Somit
ist es möglich,
alleine durch Zusammenfügen von
zwei Bauteilen, in der Regel aus Kunststoff, die Lüfterschaufeln 2 und
das gesamte Gehäuse
der hydrodynamischen Kupplung 4 auszubilden. Vor dem Zusammenfügen, das
stoffschlüssig,
formschlüssig oder
kraftschlüssig,
insbesondere durch Verschweißen,
Verkleben, Verschrauben, Verlöten
oder Falzen erfolgt, ist es nur notwendig, das Pumpenrad 4.1 und gegebenenfalls
die Antriebswelle 3 einzulegen, wobei die Antriebswelle 3 auch,
je nach Ausführung, später eingesteckt
werden kann.
-
Beide
Kupplungsschalen, das heißt
das Turbinenrad 4.2 und die zweite Kupplungsschale 7,
sind auf der Eingangswelle 3 relativgelagert und werden vorliegend
ausschließlich
von dieser getragen. Hierzu sind zwei Lager, vorliegend als Kugellager 11 ausgeführt, vorgesehen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist je ein Kugellager 11 auf einer axialen Seite des Pumpenrads 4.1 angeordnet.
Selbstverständlich
sind auch andere Lageranordnungen möglich.
-
Schließlich ist
der von den beiden Kupplungsschalen beziehungsweise dem Turbinenrad 4.2 und
der zweiten Kupplungsschale 7 umschlossene Innenraum gegen
die Antriebwelle 3 abgedichtet, siehe den Wellendichtring 12.
-
In
der 2 erkennt man den Verlauf der Teilfuge 6 zwischen
den jeweils einstückig
hergestellten Bauteilen – Grundkörper 2.1 zusammen
mit Turbinenrad 4.2 und Deckelkörper 2.2 zusammen
mit der zweiten Kupplungsschale 7. Dieser weicht vom geradlinigen
Verlauf (in Umfangsrichtung des Lüfterrads) des Trennspaltes 13 zwischen
Pumpenrad 4.1 und Turbinenrad 4.2 beziehungsweise
deren beiden Beschaufelungen ab und weist eine Mäanderform auf, die durch die
Anstellung der Lüfterschaufeln 2 gegenüber der
Längsachse
beziehungsweise Drehachse 9 und einer senkrecht hierzu
angeordneten Ebene (zum Beispiel durch den Trennspalt 13)
bedingt ist, um die zumindest vor dem Zusammenfügen zweiteilige Ausführungsform
der Lüfterschaufeln 2 zu ermöglichen.