AT524428B1

AT524428B1 - Lüftervorrichtung für eine Kühlvorrichtung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: AT524428B1
Application number: ATA50175/2021A
Authority: AT
Inventors: Döbereiner Dr Rolf
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2021-03-11
Filing date: 2021-03-11
Publication date: 2022-06-15
Also published as: DE102022105627A1; AT524428A4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lüftervorrichtung (10) für eine Kühlvorrichtung (100) eines Fahrzeugs, aufweisend ein Gehäuse (20) und ein um eine Rotationsachse (RA) im Gehäuse (20) rotierbar gelagertes Lüfterrad (30) mit Lüfterradschaufeln (32) zum Erzeugen eines Luftstroms (L) zum Aufnehmen von Wärme an einer Wärmetauschervorrichtung (110), wobei das Lüfterrad (30) entlang der Umfangsrichtung (U) Magnetelemente (34) aufweist und das Gehäuse (20) entlang der Umfangsrichtung (U) Gegen-Magnetelemente (24) aufweist, welche mit den Magnetelementen (34) in magnetischer Wechselwirkung stehen zur axialen magnetischen Lagerung des Lüfterrades (30), wobei weiter das Gehäuse (20) eine Statorvorrichtung (26) aufweist, welche das Lüfterrad (30) umgibt, und das Lüfterrad (30) eine Rotorvorrichtung (36) aufweist, welche zusammen mit der Statorvorrichtung (26) einen Elektroantrieb (40) ausbildet für einen direkten Antrieb des Lüfterrades (30), wobei das Lüfterrad (30) einen Freilauf aufweist, welcher bei fehlender Antriebsleistung des Elektroantriebs (40) eine freie Rotation des Lüfterrades (30) erlaubt.

Description

Beschreibung

LÜFTERVORRICHTUNG FÜR EINE KÜHLVORRICHTUNG EINES FAHRZEUGS

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lüftervorrichtung für eine Kühlvorrichtung eines Fahrzeugs sowie eine Kühlvorrichtung zur Kühlung eines Antriebsmoduls eines Fahrzeugs mit einer solchen Lüftervorrichtung.

[0002] Es ist bekannt, dass Fahrzeuge Kühlvorrichtungen aufweisen, um darin enthaltene Antriebsmodule zu kühlen. Dies gilt für klassische Antriebsmodule in Form von Verbrennungsmotoren, insbesondere jedoch für moderne Antriebsmodule in Form von Batteriesystemen und/oder in Form von Brennstoffzellensystemen und/oder elektrischen Antriebssystemen. In all diesen Fällen sind diese Kühlvorrichtungen üblicherweise mit einem Temperierkreislauf ausgestattet, welcher im Kreislauf Wärme von dem Antriebsmodul aufnehmen und an eine Wärmetauschervorrichtung liefern kann. Die Wärmetauschervorrichtung, welche auch als Radiatorvorrichtung bezeichnet wird, ist häufig in der Frontpartie des Fahrzeugs angeordnet, um von Luft während des Betriebs des Fahrzeugs durchströmt zu werden. Dieser durchströmende Luftstrom kann die Wärme des aufgeheizten Temperierfluids an der Wärmetauschervorrichtung aufnehmen und abführen. Auf diese Weise gekühltes Temperierfluid wird im Kreislauf dem Antriebsmodul zurückgeführt, um wiederum Wärme aufzunehmen.

[0003] Bei bekannten Kühlvorrichtungen ist üblicherweise auch eine Lüftervorrichtung vorgesehen, um bei geringen Geschwindigkeiten oder im Stillstand des Fahrzeugs trotzdem einen ausreichend großen Luftvolumenstrom zur Verfügung stellen zu können, um die gewünschte Kühlleistung an der Wärmetauschervorrichtung zu ermöglichen.

[0004] Weitere Lüftervorrichtung für eine Kühlvorrichtung sind beispielsweise aus der US 2007007848 A1 und der WO 2007140504 A1 bekannt.

[0005] Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass der Antrieb und die Lagerung einer solchen Lüftervorrichtung sehr aufwendig ist und relativ viel Platz benötigt. So ist ein Antrieb eines Lüfterrades einer solchen Lüftervorrichtung durch eine mechanische Kopplung mit einer Kurbelwelle des Antriebsmoduls bekannt. Auch separate elektrische Antriebsmotoren, welche auf eine zentrale Antriebswelle und eine Nabenverbindung zum Lüfterrad die Antriebsleistung übergeben, sind bekannt. In beiden Fällen führt dies dazu, dass im zentralen Nabenbereich des Lüfterrades eine relativ große Bautiefe erforderlich ist, um die mechanische Kopplung mit der Kurbelwelle und/oder den elektrischen Antrieb des Lüfterrades anzuordnen. Dies führt insbesondere bei einem elektrischen Antrieb zu einem sehr großen Bauraumbedarf in Tiefenrichtung des gesamten Systems der Lüftervorrichtung. Darüber hinaus ist es bekannt, die Bautiefe zu reduzieren, indem der mechanische Anschluss oder der elektrische Antrieb breiter ausgeführt wird. Dies führt jedoch unweigerlich dazu, dass der durchströmbare Bereich von diesem verbreiterten Antriebskonzept zumindest teilweise blockiert wird, sodass eine geringere Menge an Luftströmung die Lüftervorrichtung durchströmen kann.

[0006] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine möglichst kompakte Lüftervorrichtung zur Zurverfügungstellung eines ausreichend großen Luftstroms für die Kühlvorrichtung zur Verfügung stellen zu können.

[0007] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst, durch eine Lüftervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

[0008] Erfindungsgemäß ist eine Lüftervorrichtung für eine Kühlvorrichtung eines Fahrzeugs ausgebildet. Eine solche Lüftervorrichtung weist ein Gehäuse und ein um eine Rotationsachse im Gehäuse rotierbar gelagertes Lüfterrad mit Lüfterradschaufeln zum Erzeugen eines Luftstroms zum Aufnehmen von Wärme an einer Wärmetauschervorrichtung auf. Dabei ist das Lüfterrad entlang der Umfangsrichtung insbesondere stirnseitig mit Magnetelementen ausgestattet. Das Gehäuse weist ebenfalls entlang der Umfangsrichtung Gegen-Magnetelemente auf, welche mit den Magnetelementen in magnetischer Wechselwirkung stehen zur axialen magnetischen Lagerung des Lüfterrades. Darüber hinaus ist das Gehäuse mit einer Statorvorrichtung ausgestattet, welche das Lüfterrad umgibt. Das Lüfterrad weist eine Rotorvorrichtung auf, welche zusammen mit der Statorvorrichtung einen Elektroantrieb ausbildet, für einen direkten Antrieb des Lüfterrades.

[0009] Eine erfindungsgemäße Lüftervorrichtung kombiniert zwei Gedanken für eine verbesserte Lüfterfunktionalität. Zum einen wird eine direkte Antriebsmöglichkeit vorgesehen, welche außerhalb und beabstandet von der Rotationsachse angeordnet wird. Dabei handelt es sich um den beschriebenen Direktantrieb für das Lüfterrad in Form des Elektroantriebs. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen ist dieser Elektroantrieb nicht separat von dem Lüfterrad ausgebildet, sondern wird durch das Gehäuse und das Lüfterrad selbst zur Verfügung gestellt. Hierfür ist die Statorvorrichtung nicht dem Lüfterrad nachgeordnet, sondern vielmehr das Lüfterrad umgebend in das Gehäuse integriert. Um die Antriebskraft dieses Elektroantriebs auf das Lüfterrad zu übertragen, sind nun entsprechende Rotorelemente der Rotorvorrichtung in das Lüfterrad integriert.

[0010] Dabei ist darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich jede Form einer elektromotorischen Ausbildung für die Statorvorrichtung und die Rotorvorrichtung einsetzbar ist. So können unterschiedlichste Wicklungsbauarten und/oder Magnetbauarten für die Statorvorrichtung und/oder die Rotorvorrichtung eingesetzt werden. Durch die Einbindung eines direkten Elektroantriebes für das Lüfterrad ist kein mechanischer Anschluss an eine Kurbelwelle und auch keine separate Anordnung eines Elektroantriebs im Bereich der Rotationsachse mehr notwendig. Dies führt zu zwei wesentlichen Vorteilen. Zum einen ist der Bauraum in der Tiefe, also entlang der Rotationsachse, im Vergleich zu den bekannten Lösungen deutlich reduziert, da dort keine weiteren Bauteile für die mechanische Anbindung an den Elektroantrieb mehr notwendig sind. Ein weiterer Vorteil wird erzielt, da in dem Bereich der Rotationsachse des Lüfterrades keine Einbauten notwendig sind, sodass hier eine freie oder im Wesentlichen freie Durchströmung der Lüftervorrichtung möglich wird. Der freie Strömungsquerschnitt, welcher für die Erzeugung des Luftstroms in Richtung der Wärmetauschervorrichtung zur Verfügung steht, ist damit im Vergleich zu den bekannten Lösungen vergrößert.

[0011] Die erfindungsgemäßen Vorteile des direkten Elektroantriebs werden insbesondere dadurch erreicht und/oder verstärkt, dass eine zumindest axiale, magnetische Lagerung mit dem direkten Elektroantrieb kombiniert ist. Dafür ist das Lüfterrad in Umfangsrichtung mit Magnetelementen ausgestattet, welche in magnetischer Wechselwirkung eine Lagerung in axialer Richtung gegen die Gegen-Magnetelemente am Gehäuse gewährleisten. Insbesondere ist eine Mehrzahl von vorzugsweise regelmäßig verteilten Magnetelementen vorgesehen. Auch die Gegen-Magnetelemente sind vorzugsweise regelmäßig verteilt und in einer Mehrzahl zur Verfügung gestellt. Dabei ist es unerheblich, ob die Anzahl der Magnetelemente der Anzahl der Gegen-Magnetelemente entspricht oder nicht. Entscheidend ist, dass die magnetische Wechselwirkung in ausreichender Weise zur Verfügung gestellt ist, sodass entlang der Umfangsrichtung die axiale Lagerung gewährleistet ist. Eine radiale Lagerung kann auch durch eine zentrale und sehr klein ausgestaltete Nabenvorrichtung als Wälzlager oder Gleitlager zur Verfügung gestellt sein. Jedoch kann, wie dies später noch erläutert wird, auch die radiale Lagerung durch Magnetelemente und Gegen-Magnetelemente zur Verfügung gestellt werden.

[0012] Durch das Vorsehen der magnetischen Lagerung in Umfangsrichtung und damit insbesondere beabstandet von der Rotationsachse, wird es nun möglich, nicht nur entlang der Rotationsachse auftretende Kräfte abzugreifen und abzustützen, sondern auch Kippmomente, welche in Abstand zu der Rotationsachse an den einzelnen Lüfterradschaufeln angreifen, wirksam und effizient in das Gehäuse abzutragen. Durch die Ausbildung der Lagerung in magnetischer Weise,

wird darüber hinaus die Reibung deutlich reduziert, sodass auf diese Weise die notwendige elektrische Antriebsleistung ebenfalls reduziert werden kann.

[0013] Es bleibt zusammenzufassen, dass durch die Kombination eines direkten Elektroantriebs mit einer magnetischen Lagerung zumindest in Axialrichtung entlang der Rotationsachse der notwendige Bauraum für die Lüftervorrichtung deutlich reduziert werden kann und gleichzeitig der durchströmbare Strömungsquerschnitt der Lüftervorrichtung erhöht wird.

[0014] Weiter kann es vorteilhaft sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung die Magnetelemente und die Gegen-Magnetelemente in radialer Richtung beabstandet von der Rotationsachse angeordnet sind, zur Abstützung eines Kippmomentes. Eine solche Anordnung, insbesondere mit einer Abstützung in das Gehäuse radial nach außen, führt dazu, dass diese Abstützung einen maximierten Hebelarm zur Rotationsachse mit sich bringt und gleichzeitig den Kernbereich um die Rotationsachse frei von Lagerbauteilen hält. Die notwendige Abstützkraft wird durch den Hebelarm reduziert und damit die Belastung auf die Magnetelemente, die GegenMagnetelemente und das Gehäuse ebenfalls verringert. Gleichzeitig bleibt der zentrale Raum um die Rotationsachse auch bei dieser Ausgestaltungsform frei oder im Wesentlichen frei von Einbauteilen, sodass hier ein maximierter Strömungsquerschnitt für die Luftströmung gewährleistet werden kann.

[0015] Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung die Gegen-Magnetelemente in radialer Richtung die Magnetelemente überragen. Während grundsätzlich die Magnetelemente und die Gegen-Magnetelemente identische Formen, Größen und/oder Anordnungen aufweisen können, kann es Vorteile mit sich bringen, wenn die GegenMagnetelemente in radialer Richtung weiter nach außen ragen, als dies für die Magnetelemente am Lüfterrad gilt. Dies erlaubt es sozusagen eine automatische und magnetisch unterstützte Zentrierfunktion zur Verfügung zu stellen, da auch bei einer Auslenkung aus der Rotationsachse heraus durch die radial überragende Anordnung der Gegen-Magnetelemente die magnetische Lagerung nicht aufgehoben wird, sondern vorzugsweise sogar verstärkt wird, um das Lüfterrad wieder in seine gewünschte und auf die Rotationsachse zentrierte Position zurückzubewegen. Die Gegen-Magnetelemente können dabei die gleiche oder eine vergrößerte geometrische Erstreckung als die Magnetelemente aufweisen. Insbesondere bei einer Ausbildung frei von einer zentralen Lagerwelle und dementsprechend einer Ausbildung einer Radiallagerung ebenfalls durch die Magnetelemente, kann dies eine weiter verbesserte Stabilität mit sich bringen.

[0016] Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung das Lüfterrad frei von einer zentralen Lagerwelle ausgebildet ist. Insbesondere dann, wenn Magnetelemente und Gegen-Magnetelemente zusätzlich die radiale Lagerung übernehmen, kann der zentrale Bereich um die Rotationsachse frei von zusätzlichen Lagermitteln zur Verfügung gestellt sein, sodass die mögliche Durchströmungsfläche als Strömungsquerschnitt für die Lüftervorrichtung sogar maximiert wird. Der zentrale Bereich des Lüfterrades ist also frei für die Durchströmung mit dem Luftstrom.

[0017] Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung die Magnetelemente und die Gegen-Magnetelemente separat von der Statorvorrichtung und separat von der Rotorvorrichtung ausgebildet sind. Während grundsätzlich Magnetelemente und Rotorvorrichtung sowie Gegen-Magnetelemente und Statorvorrichtung zumindest teilweise integral ausgebildet sein können, führt die getrennte Ausgestaltung zu einer weiteren Vereinfachung der Konstruktion der Lüftervorrichtung. So können besonders kompakte und auf die Funktion des Elektroantriebs ausgerichtete Ausgestaltungen der Statorvorrichtung und der Rotorvorrichtung gewählt werden, während die Magnetelemente und die Gegen-Magnetelemente hinsichtlich ihrer geometrischen Erstreckung und/oder ihrer Anordnung an die jeweils gewünschte Lagerfunktionalität in axialer und/oder radialer Richtung optimiert werden können. Auch eine Kombination unterschiedlicher Magnetmittel für die einzelnen Lösungen ist hier selbstverständlich denkbar.

[0018] Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung die Magnetelemente und die Gegen-Magnetelemente Permanentmagnete aufweisen und/oder als Permanentmagnete ausgebildet sind. Dabei handelt es sich um eine besonders kostengünstige und

einfache Ausgestaltungsform der Lüftervorrichtung. Selbstverständlich können auch unterschiedliche Ausgestaltungsformen für die Magnetelemente, aber auch für die Gegen-Magnetelemente, in einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung miteinander kombiniert sein.

[0019] Von Vorteil ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung die Magnetelemente und/oder die Gegen-Magnetelemente gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt sind. Eine solche gleichmäßige Verteilung führt insbesondere zu einer unwuchtarmen Rotation und Lagerung des Lüfterrades. Die Teilung in Umfangsrichtung ist also mit gleichem Winkelabstand oder im Wesentlichen gleichen Winkelabstand zwischen den Magnetelementen sowie den Gegen-Magnetelementen zur Verfügung gestellt. Dabei können die Magnetelemente kreisförmige, rechteckige oder auch andere geometrische Formen aufweisen. Die gleichmäßige Verteilung führt zu einer gleichmäßigen Lagerung und einer gleichmäßigen Abstützung der entstehenden Lagerkräfte. Vorzugsweise sind die Magnetelemente und die Gegen-Magnetelemente mit der gleichen gleichmäßigen Verteilung angeordnet.

[0020] Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung die Magnetelemente und die Gegen-Magnetelemente auf beiden Seiten des Lüfterrades angeordnet sind. Während üblicherweise der Luftstrom in ausschließlich einer Richtung durch die Lüftervorrichtung transportiert wird, reicht es normalerweise aus, das entstehende Kippmoment beim Betrieb des Lüfterrades auf diese einzige Richtung des Luftstroms auszurichten und entsprechend eine Abstützung der Lagerkräfte vorzusehen. Da jedoch auch durch andere Betriebssituationen andere Kraftrichtungen und Belastungssituationen entstehen können, kann durch die Anordnung der gleichen oder einer ähnlichen magnetischen Lagersituation auf beiden Seiten des Lüfterrades eine weitere Erhöhung der Stabilität der Lüftervorrichtung im Betrieb sowie im Stillstand gewährleistet werden. Insbesondere dann, wenn der Elektroantrieb außer Betrieb ist, das Fahrzeug sich bewegt und das Lüfterrad durch den Fahrtwind des Fahrzeugs angetrieben wird, kann eine umgekehrte Richtung der Lagerkräfte entstehen, welche entsprechend auf der anderen Seite des Lüfterrades in das Gehäuse abgestützt wird. Die Magnetelemente und die Gegen-Magnetelemente sind dabei vorzugsweise identisch oder im Wesentlichen identisch auf beiden Seiten des Lüfterrades angeordnet, ausgebildet und/oder ausgerichtet.

[0021] Bei einer Lüftervorrichtung gemäß dem voranstehenden Absatz kann es von Vorteil sein, wenn die Magnetelemente und/oder die Gegen-Magnetelemente auf den beiden Seiten in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Während grundsätzlich eine beidseitig identische Positionierung der Magnetelemente und/oder der Gegen-Magnetelemente möglich ist, bringt ein Versatz in Umfangsrichtung eine weitere Erhöhung der Stabilität. Somit ist insbesondere sichergestellt, dass in jeder möglichen Rotationsposition eine Mindestanzahl von Magnetelementen auf beiden Seiten des Lüfterrades gleichzeitig in Eingriff steht. Im Vergleich zu einer Ausgestaltung von Magnetelementen nur auf einer einzigen Seite des Lüfterrades, kann die Gesamtanzahl der Magnetelemente bei Anordnung auf beiden Seiten gleichgehalten oder nur geringfügig erhöht werden, da trotzdem mit hoher Stabilität die gewünschte Lagerfunktion sichergestellt ist.

[0022] Ebenfalls vorgesehen ist es, dass bei einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung das Lüfterrad einen Freilauf aufweist, welcher bei fehlender Antriebsleistung des Elektroantriebs eine freie Rotation des Lüfterrades erlaubt. Ein solcher Freilauf kann als mechanischer Freilauf, als elektrischer Freilauf und/oder als mechanischer Freilauf ausgebildet sein und führt dazu, dass bei ausgeschaltetem Elektroantrieb das Lüfterrad nicht blockiert ist, sondern sich frei drehen kann. Insbesondere bei ausgeschaltetem Elektroantrieb und Fahrbetrieb des Fahrzeugs, kann das Lüfterrad entsprechend durch den Fahrtwind bewegt werden und eine Blockade der Lüftervorrichtung wird vermieden.

[0023] Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Kühlvorrichtung zur Kühlung eines Antriebsmoduls eines Fahrzeugs, insbesondere eines Batteriesystems und/oder eines Brennstoffzellensystems. Eine solche Kühlvorrichtung weist eine Lüftervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sowie eine Wärmetauschervorrichtung zum Führen eines aufgeheizten Temperierfluids ein. Die Lüftervorrichtung fördert den Luftstrom auf die Wärmetauschervorrichtung für eine Aufnahme von Wärme aus dem aufgeheizten Temperierfluid und einem Abtransport

des aufgeheizten Luftstroms. Die Lüftervorrichtung ist also mit einer Strömungsrichtung des Luftstroms auf die Wärmetauschervorrichtung zu angeordnet.

[0024] Eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung bringt damit die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Lüftervorrichtung erläutert worden sind.

[0025] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch:

[0026] Fig. 1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung,

[0027] Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung in seitlicher Darstellung,

[0028] Fig. 3 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung in seitlicher Darstellung,

[0029] Fig. 4 eine Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung, [0030] Fig. 5 eine Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung, [0031] Fig. 6 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung, [0032] Fig. 7 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lüftervorrichtung, [0033] Fig. 8 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung.

[0034] Die Figur 1 zeigt schematisch in einer Vorderansicht entlang der Rotationsachse RA (in Figur 1 nicht dargestellt) eine Lüftervorrichtung 10. In einem Gehäuse 20 ist hier rotierbar ein Lüfterrad 30 angeordnet. Dieses Lüfterrad 30 ist mit einer Vielzahl von Lüfterradschaufeln 32 ausgestattet. Bei dieser Ausführungsform kann eine zentrale Nabe für eine Radiallagerung und/oder eine Verbindung der einzelnen Lüfterradschaufeln 32 vorgesehen sein.

[0035] Für den Antrieb des Lüfterrades 30 gemäß der Figur 1 ist ein Elektroantrieb 40 vorgesehen, welcher als Direktantrieb ausgebildet ist. Hierfür sind schematisch einzelne Statormodule als Statorvorrichtung 26 vorgesehen. Diese sind im Gehäuse 20 in Umfangsrichtung U um das Lüfterrad 30 angeordnet. Entsprechend bildet den Elektroantrieb 40 die komplementäre Rotorvorrichtung 36 des Lüfterrades 30 aus, sodass ein direkter, elektrischer Antrieb des Lüfterrades 30 möglich wird.

[0036] Um unabhängig von der Übertragung der elektromagnetischen Antriebskraft zumindest in axialer Richtung entlang der Rotationsachse RA das Lüfterrad 30 zu lagern, sind an dem äußeren Umfang des Lüfterrades 30 in Umfangsrichtung U regelmäßig Magnetelemente 34 angeordnet. Diese korrelieren mit hier gestrichelt dargestellten Gegen-Magnetelementen 24, welche an Umfangspositionen und ebenfalls regelmäßig in Umfangsrichtung U verteilt am Gehäuse 20 angeordnet sind. Bei der Rotation des Lüfterrades 30 entsteht nun eine magnetische Wechselwirkung in axialer Abstützrichtung zwischen den Magnetelementen 34 und dem Gegen-Magnetelementen 24. Diese ist insbesondere darauf beruhend, dass eine permanente Magnetisierung der Magnetelemente 34 und der Gegen-Magnetelemente 24 vorliegt, welche auch im Stillstand, also bei ausgeschaltetem Elektroantrieb 40, diese zumindest in axialer Richtung wirkende magnetische Lagerung zur Verfügung stellt.

[0037] Die Figur 2 zeigt schematisch noch genauer die Korrelationen dieser axialen Lagerfunktionalität. Hier ist das Lüfterrad 30 in seitlicher Darstellung gezeigt. An der Oberseite und der Unterseite in radialer Richtung R gesehen, befinden sich die Statorvorrichtung 26 des Gehäuses 20 und am Lüfterrad 30 die Rotorvorrichtung 36. Unabhängig vom Elektroantrieb 40 sind die Magnetelemente 34 und die Gegen-Magnetelemente 24 angeordnet, und dienen hier dazu, eine Lagerkraft bei der Rotation des Lüfterrades 30 unter Erzeugung des Luftstromes L in das Gehäuse 20 abzustützen.

[0038] Figur 3 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform, welche auf der Ausführungsform der Figur 2 basiert. Diese Magnetelemente 34 und Gegen-Magnetelemente 24 sind beidseitig am Lüfterrad

30 vorgesehen, sodass die beschriebene axiale Abstützung und Lagerung in beiden Richtungen entlang der Rotationsachse RA den gewünschten Kippschutz als axiale Lagerfunktion gewährleistet. Insbesondere für Fahrsituationen eines Fahrzeuges, bei welchem der Fahrtwind als Luftstrom L bei ausgeschaltetem Elektroantrieb 40 durch das Lüfterrad 30 strömt, führt dies zu einer erhöhten Stabilität der Lüftervorrichtung 10.

[0039] Die Figur 4 zeigt eine Möglichkeit einer weiteren Verbesserung der magnetischen Lagerung, insbesondere einer automatischen magnetischen Zentrierung. Die Gegen-Magnetelemente 24 am Gehäuse 20 erstrecken sich dabei in radialer Richtung R weiter hinaus vom Lüfterrad 30 als dies für die Magnetelemente 34 gilt. Insbesondere bei einer nabenfreien Ausgestaltung des Lüfterrades 30 kann auf diese Weise bei einem unerwünschten Verlassen der zentrierten Position ein Einfangen des Lüfterrades 30 durch die magnetische Wechselwirkung der überragenden Gegen-Magnetelemente 24 erfolgen, sodass eine Rückstellung und damit eine magnetische Zentrierung stattfindet.

[0040] Die Figur 5 zeigt eine ähnliche Lösung wie die Figur 4, jedoch bei gleicher geometrischer Ausgestaltung der Gegen-Magnetelemente 24 und der Magnetelemente 34, wobei die Magnetelemente 34 in radialer Richtung R nach außen nicht verlängert, sondern versetzt sind.

[0041] In der Figur 6 ist schematisch dargestellt, wie Magnetelemente 34 auf der Vorderseite und in gestrichelter Weise dargestellt weitere Magnetelemente 34 auf der Rückseite des Lüfterrades 30 in Umfangsrichtung U versetzt zueinander angeordnet sind. Entsprechend können vorzugsweise auch die hier nicht dargestellten Gegen-Magnetelemente 24 auf beiden Seiten des Lüfterrades 30 in ähnlicher oder identischer Weise versetzt positioniert sein, um eine weitere Verbesserung der Stabilität dieser magnetischen Lagerung zur Verfügung stellen zu können.

[0042] Bei der Ausführungsform der Figur 7 ist eine nabenfreie und/oder wellenfreie Ausgestaltung des Lüfterrades 30 dargestellt. Der zentrale Bereich um die hier nicht dargestellte Rotationsachse RA ist somit frei von jeglichen Einbauten, sodass der maximale Strömungsquerschnitt für die Durchströmung mit dem Luftstrom L optimiert und vergrößert worden ist. Bei dieser Ausführungsform ist die magnetische Lagerung durch die Magnetelemente 34 und die Gegen-Magnetelemente 24 vorzugsweise auch für eine radiale Lagerung des Lüfterrades 30 ausgebildet.

[0043] Die Figur 8 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Kühlvorrichtung 100 für ein Fahrzeug, welche hier mit einer Wärmetauschervorrichtung 110 beispielsweise in Form eines Radiators ausgebildet ist. Temperierfluid nimmt Wärme in einem Antriebsmodul des Fahrzeugs auf und kann in die Wärmetauschervorrichtung 110 gefördert werden. Der Luftstrom L wird hier von auBen angesaugt und von der Lüftervorrichtung 10 auf die Wärmetauschervorrichtung 110 gefördert, sodass dort ein Wärmeübergang vom heißen Temperierfluid auf den zugeführten Luftstrom L erfolgen kann. Der auf diese Weise aufgeheizte Luftstrom L wird am anderen Ende der Wärmetauschervorrichtung 110 abgeführt und fördert damit die aufgenommene Wärme in die Umgebung ab.

[0044] Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Lüftervorrichtung

20 Gehäuse

24 Gegen-Magnetelement 26 Statorvorrichtung

30 Lüfterrad

32 Lüfterradschaufel

34 Magnetelement

36 Rotorvorrichtung

40 Elektroantrieb

100 Kühlvorrichtung

110 Wärmetauschervorrichtung

L Luftstrom U Umfangsrichtung R radiale Richtung

RA _Rotationsachse

Claims

Patentansprüche

1. Lüftervorrichtung (10) für eine Kühlvorrichtung (100) eines Fahrzeugs, aufweisend ein Gehäuse (20) und ein um eine Rotationsachse (RA) im Gehäuse (20) rotierbar gelagertes Lüfterrad (30) mit Lüfterradschaufeln (32) zum Erzeugen eines Luftstroms (L) zum Aufnehmen von Wärme an einer Wärmetauschervorrichtung (110), wobei das Lüfterrad (30) entlang der Umfangsrichtung (U) Magnetelemente (34) aufweist und das Gehäuse (20) entlang der Umfangsrichtung (U) Gegen-Magnetelemente (24) aufweist, welche mit den Magnetelementen (34) in magnetischer Wechselwirkung stehen zur axialen magnetischen Lagerung des Lüfterrades (30), wobei weiter das Gehäuse (20) eine Statorvorrichtung (26) aufweist, welche das Lüfterrad (30) umgibt, und das Lüfterrad (30) eine Rotorvorrichtung (36) aufweist, welche zusammen mit der Statorvorrichtung (26) einen Elektroantrieb (40) ausbildet für einen direkten Antrieb des Lüfterrades (30) dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (30) einen Freilauf aufweist, welcher bei fehlender Antriebsleistung des Elektroantriebs (40) eine freie Rotation des Lüfterrades (30) erlaubt.

2. Lüftervorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (34) und die Gegen-Magnetelemente (24) in radialer Richtung (R) beabstandet von der Rotationsachse (RA) angeordnet sind zur Abstützung eines Kippmoments.

3. Lüftervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegen-Magnetelemente (24) in radialer Richtung (R) die Magnetelemente (34) überragen.

4. Lüftervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (34) und die Gegen-Magnetelemente (24) zusätzlich für eine radiale Lagerung des Lüfterrades (30) in magnetischer Wechselwirkung stehen.

5. Lüftervorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (30) frei von einer zentralen Lagerwelle ausgebildet ist.

6. Lüftervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (34) und die Gegen-Magnetelemente (24) separat von der Statorvorrichtung (26) und separat von der Rotorvorrichtung (36) ausgebildet sind.

7. Lüftervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (34) und die Gegen-Magnetelemente (24) Permanentmagnete aufweisen und/oder als Permanentmagnete ausgebildet sind.

8. Lüftervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (34) und/oder die Gegen-Magnetelemente (24) gleichmäßig in Umfangsrichtung (U) verteilt angeordnet sind.

9. Lüftervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (34) und die Gegen-Magnetelemente (24) auf beiden Seiten des Lüfterrades (30) angeordnet sind.

10. Lüftervorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetelemente (34) und/oder die Gegen-Magnetelemente (24) auf den beiden Seiten in Umfangsrichtung (U) versetzt angeordnet sind.

11. Kühlvorrichtung (100) zur Kühlung eines Antriebsmoduls eines Fahrzeugs, insbesondere eines Batteriesystems und/oder einer Brennstoffzellensystems, aufweisend eine Lüftervorrichtung (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 10 und eine Wärmetauschervorrichtung (110) zum Führen eines aufgeheizten Temperierfluides, wobei die Lüftervorrichtung (10) den Luftstrom (L) auf die Wärmetauschervorrichtung (110) fördert für eine Aufnahme von Wärme aus dem aufgeheizten Temperierfluid und einen Abtransport des aufgeheizten Luftstroms (L).

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen