-
Die
Erfindung betrifft eine Flüssigkeitskühlermontageeinheit
gemäß dem Oberbegriff
von Patentanspruch 1.
-
Aus
der
DE 20 2004
007 907 U1 ist bereits eine kompakte Wasserkühlermontageeinheit
für einen
Personalcomputer, bekannt, bei welcher eine Wasserpumpe Wasser durch
einen Kühlradiator
befördert,
durch welchen ein Lüfter
einen kühlenden Luftstrom
bewirkt.
-
Aus
dem Bereiche der Wasserkühlungen
für Personalcomputer
und von Motorrädern
sind weitere kompakte Wasserkühlermontageeinheiten
bekannt, die einen Kühlradiator
und einen elektromotorisch betriebenen Lüfter umfassen, der Luft durch
den Kühlradiator
strömen
lässt.
Eine Wasserpumpe ist bei diesen jedoch nicht in der Wasserkühlermontageeinheit
integriert.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, eine besonders kompakte Baueinheit zur Kühlung zu
schaffen.
-
Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
-
Ein
Vorteil der Erfindung ist, dass mittels einer kompakten Flüssigkeitskühlermontageeinheit thermisch
hoch belastete Bauteile gekühlt
werden können.
Dabei kann auf eine komplexe Leitungsführung verzichtet werden. Die
erfindungsgemäße Flüssigkeitskühlermontageeinheit
umfasst einen Kühler, einen
Lüfter
und eine Ölpumpe.
Die Pumpe und der Lüfter
sind dabei von der selben Antriebseinheit antreibbar. Insbesondere
können
die Pumpe und der Lüfter
koaxial zueinander angeordnet sein, so dass diese von einer gemeinsamen – einteiligen
oder mehrteiligen – Welle
antreibbar sind. Die Antriebseinheit kann insbesondere ein gemeinsamer
Elektromotor sein. Jedoch kann der Antriebseinheit auch eine Welle
sein, die aus dem zu kühlenden
Bauteil – beispielsweise
Aggregat oder Getriebe – austritt.
-
Bei
dem thermisch hoch belasteten Bauteil kann es sich insbesondere
um ein Längsverteilergetriebe
eines Nutzfahrzeuges handeln. So ist bei modernen Fahrzeugen zumindest
ein Schnellgang vorhanden. Bei Antriebssträngen mit solchen Schnellganggetrieben
in Verbindung mit schnell drehenden Verbrennungsmotoren ist jedoch
die Getriebeausgangsdrehzahl sehr hoch, was üblicherweise mit einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis im Hinterachs- und/oder Vorderachsgetriebe
kompensiert wird. Eine entsprechend hohe Drehzahl im Längsverteilergetriebe
ist die Folge. In Extremsituationen, wie beispielsweise die Langstreckenfahrt
eines Feuerwehrfahrzeuges auf einem Feuerwehrausflug, steigt bei
hohen Umgebungstemperaturen die Temperatur im Längsverteilergetriebe entsprechend
an. Bei Nutzfahrzeugen, deren Ladefläche relativ tief ist – so genannte
low-liner – sind
kleine Fahrzeugräder vorgesehen,
was in Extremsituationen ebenfalls zu hohen Temperaturen im Längsverteilergetriebe
führen
kann. Beispielsweise bei solchen extrem belasteten Fahrzeugen kann
die kompakte Flüssigkeitskühlermontageeinheit
als Add-on-Modul vorgesehen sein. Dabei kann dieses Add-on-Modul
am Längsverteilergetriebe
auch zusätzlich
zu einer Schmiermittelpumpe vorgesehen sein, welche die Lagerungen
der Zahnräder
im Längsverteilergetriebe
schmiert und kühlt.
Die Flüssigkeitskühlermontageeinheit
kann insbesondere für
diesen Anwendungsfall temperaturgeregelt sein. So kann die Antriebseinheit
für die Ölpumpe und
den Lüfter
ein Elektromotor sein, welcher erst bei einer Öltemperatur von beispielsweise
100°C eingeschaltet
wird. Auch ist es möglich
die Drehzahl des Elektromotors in Stufen oder stufenlos zu regeln.
-
Diese
Flüssigkeitskühlermontageeinheit kann
zur Vermeidung von Steinschlag spritzwassergeschützt relativ weit oben am Längsverteilergetriebe
oder am Fahrzeugrahmen angeordnet sein.
-
Die
Flüssigkeitskühlermontageeinheit
kann auch Anwendung bei anderen Kraftfahrzeugaggregaten und -nebenaggregaten
finden. Dies können beispielsweise
das Hauptgetriebe bzw.
-
Schaltgetriebe – insbesondere
ein gekapseltes Omnibusgetriebe – oder ein Nebenabtriebsgetriebe
sein. Ebenso kann es sich um thermisch hoch belastete Achsen insbesondere
eines low-liners handeln. Insbesondere Nebenabtriebsgetriebe, wie
sie beispielsweise für
einen Betonmischerantrieb oder eine Mehl- oder Holzpellets-Einblaseinrichtung
benötiget
werden, werden zumeist im Fahrzeugstillstand benutzt. Dabei entfällt jedoch
die Fahrtwindkühlung, was
durch die Flüssigkeitskühlermontageeinheit kompensiert
werden kann. Damit ist bei Verwendung der Flüssigkeitskühlermontageeinheit auch keine aufwändige Kühlmittelleitung
vom Nebenabtrieb zum Kühlwasserkreislauf
des Verbrennungsmotors notwendig, was auch zu einer thermischen
Entlastung dieses Kühlwasserkreislaufes
führt.
-
Die
Flüssigkeitskühlermontageeinheit
kann bei den genannten Anwendungsfällen in Kraft- bzw. Nutzfahrzeugen
sowohl am Gehäuse
des zu kühlenden
Bauteils selber, als auch an einem Rahmenteil angeschraubt bzw.
angeflanscht sein. Ebenso sind andere beliebige Einbauorte möglich. Beim
Anbau am Rahmenteil können
möglichst
kurze Zuleitungen vom zu kühlenden
Aggregat zur Flüssigkeitskühlermontageeinheit
vorgesehen sein.
-
In
Verbindung mit einem Elektromotor als Antriebseinheit ist ein Ölkühlung auch
bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten möglich. Sofern ein Temperatursensor
vorhanden ist, muss im Gegensatz zu einer nicht elektrischen – d.h. mechanischen – Verbindung
keine Leistung aufgenommen werden, wenn die Kühlung nicht benötigt wird.
-
Die
Flüssigkeitskühlermontageeinheit
ermöglicht
kurze Hydraulikleitungen zwischen dem Ölkühler und dem Längsverteilergetriebe.
-
Die
Flüssigkeitskühlermontageeinheit
ist auch zur Schmierung von Lagern nutzbar, wenn das Öl von der Ölpumpe der
Flüssigkeitskühlermontageeinheit
zu den Lagern geleitet wird.
-
Die
Flüssigkeitskühlermontageeinheit
kann unter Verwendung von Dünnblechteilen
und/oder Leichtmetallteilen und/oder Kunststoffteilen besonders
leicht, kompakt und kostengünstig
ausgeführt sein.
-
Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus den weiteren Patentansprüchen, der
Beschreibung und der Zeichnung vor.
-
Die
Erfindung ist nachfolgend anhand eines zeichnerisch dargestellten
Ausführungsbeispiels
erläutert.
-
Dabei
zeigen:
-
1 einen
Allrad-Antriebsstrang eines Nutzfahrzeuges mit einem Längsverteilergetriebe, das
eine kompakte Flüssigkeitskühlermontageeinheit aufweist
und
-
2 die
kompakte Flüssigkeitskühlermontageeinheit
aus 1.
-
1 zeigt
einen Allrad-Antriebsstrang eines Nutzfahrzeuges. Dabei ist ein
Längsverteilergetriebe 1 in
Einbaulage dargestellt. D.h. in der Zeichnungsebene oben ist die
Oberkante des Verteilergetriebes 1 dargestellt, wohingegen
die Unterkante in der Zeichnungsebene unten dargestellt ist. Die übrigen Komponenten
des Allrad-Antriebsstrangs
sind vereinfacht, schematisch und teilweise perspektivisch dargestellt.
-
Der
Allrad-Antriebsstrang ist in längs-bauweise
ausgeführt.
Dabei ist ein verbrennungsmotorischer Antriebsmotor 2 in
Kraftfahrzeug-Längsrichtung
angeordnet. An einen Kurbelwellenflansch dieses Antriebsmotors 2 ist
ein nicht näher
dargestelltes Anfahrelement eines Schaltgetriebes 3 geflanscht. Dessen
Getriebeausgangswelle 4 ist mit einer Eingangswelle 5 des
Längsverteilergetriebes 1 verbunden.
Das Längsverteilergetriebe 1 weist
zwei Ausgangswellen 6, 7 auf, die parallel versetzt
und unterhalb der Eingangswelle 5 angeordnet sind. Die
vordere Ausgangswelle 6 führt zum Vorderachsgetriebe 8 und
die hintere Ausgangswelle 7 führt zum Hinterachsgetriebe 9.
-
Das
Längsverteilergetriebe 1 weist
eine Schaltkupplung 10 auf, mit der wahlweise ein Straßengang 11 und
ein Geländegang 12 wählbar ist. Dazu
ist die Schaltkupplung 10 derart auf einer einteilig mit
der Eingangswelle 5 ausgeführten Hauptwelle 13 des
Längsverteilergetriebes 1 angeordnet, dass
die Hauptwelle 13 einerseits mit einem großen Losrad 61 und
andererseits mit einem kleinen Losrad 14 drehfest zu koppelbar
ist. Das große
Losrad 61 kämmt über ein
erstes kleines Zwischenrad 15 mit einem Festrad 16,
welches ein Eingangsglied eines koaxial angeordneten Planetendifferentials 18 bildet. Ein
erstes Ausgangsglied dieses Planetendifferentials 18 ist
die vordere Ausgangswelle 6. Ein zweites Ausgangsglied
dieses Planetendifferentials 18 ist die hintere Ausgangswelle 7.
Die Größenverhältnisse von
Sonnenrad, Planetenräder
und Hohlrad sind dabei im Planetengetriebe derart gewählt, dass
eine ungleichmäßige Drehmomentverteilung
auf Vorderachsgetriebe und Hinterachsgetriebe erfolgt, sofern nicht
eine planetengetriebeinterne Differentialsperre eingerückt ist.
-
Das
kleine Zahnrad 14 kämmt
mit einem zweiten großen
Zwischenrad 17, welches über eine Zwischenwelle 50 drehfest
mit dem benachbarten ersten kleinen Zwischenrad 15 verbunden
ist. Somit erfolgt auch in diesem Fall über dieses kleine Zwischenrad 15 der
Abtrieb auf das Planetendifferential 18. Das Festrad 16 und
das Planetendifferential 18 tauchen zum Teil in einen unteren Ölsumpf 19 mit niedrigem Ölniveau
ein. Das zweite große
Zwischenrad 17 taucht hingegen zum Teil in einen oberen Ölsumpf 20 mit
hohem Ölniveau
ein, der von dem unteren Ölsumpf 19 mittels
einer Trennwand 21 abgeteilt ist. Somit bildet sich eine
Kaskade mit zwei Ölniveaus.
Der untere Ölsumpf 19 mit
hohem Ölniveau wird
von Öl
gespeist, welches ausgehend von einem Nadellager 22 des
kleinen Losrades 14
- – das Losrad 14 und
- – das
zweite große
Zwischenrad 17
heruntertropft.
-
Unter
der Oberfläche
des hohen Ölniveaus weist
ein Verteilergetriebegehäuse 33 eine
Bohrung 23 auf, die zu dem Saugkanal 24 einer
kompakten Flüssigkeitskühlermontageeinheit 25 führt, welche
einen Kühler
in Form eines Kühlradiators 26 und
einen Lüfter 27 umfasst
und in 2 näher
dargestellt ist. Ein Druckkanal 41 dieser Flüssigkeitskühlermontageeinheit 25 führt das
angesaugte Öl
zur Kühlung
in den Kühlradiator 26.
Das gekühlte Öl wird im
Anschluss zu einem Kanal 28 und über eine weitere Bohrung 29 zurück zum oberen Ölsumpf 20 geleitet. Dabei
liegt diese weitere Bohrung 29 oberhalb des hohen Ölniveaus.
Die Flüssigkeitskühlermontageeinheit 25 bildet
dabei ein add-on für
das Verteilergetriebe 1 in einer thermisch hoch belasteten
Ausführungsvariante.
Eine solche Ausführungsvariante
kann beispielsweise ein low-liner
mit kleinen Antriebsrädern sein.
Demzufolge weist das Verteilergetriebe 1 zusätzlich eine
standardmäßig am Ende
der Hauptwelle 13 angeordnete Schmiermittelpumpe 30 auf.
Diese Schmiermittelpumpe 30 versorgt die Lagerungen der beiden
Losräder 11, 14 durch
die mit einer Zentralbohrung hohl gebohrte Hauptwelle 13 mit Öl. Dabei ist
das Lager am Straßengang 11 als Stahl/Stahl-Gleitlager
ausgeführt,
wohingegen das Lager am Geländegang
als das Nadellager 22 ausgeführt ist. Die Schmiermittelpumpe 30 entnimmt
das Öl
im unteren Ölsumpf 19 und
gibt es über
eine Leitung 31 an die Schmiermittelpumpe 30,
so dass diese das Öl
direkt am Ende der Hauptwelle 13 in die Zentralbohrung
einspeist. Diese Schmierung reicht bei thermisch nicht hoch belasteten
Ausführungsvarianten
ohne die Flüssigkeitskühlermontageeinheit 25, da
fast immer der Straßengang
eingelegt ist, so dass am Nadellager 22 eine Differenzdrehzahl
vorliegt, wohingegen am empfindlicheren Stahl/Stahl-Gleitlager keine
Differenzdrehzahl vorliegt.
-
2 zeigt
die Baueinheit aus 1. Deren ringförmiges Gehäuse 32 ist
bewegungsfest am Verteilergetriebegehäuse 33 verschraubt
und weist ein doppel-T-förmiges
Profil auf. In die Zentralöffnung des
ringförmigen
Gehäuses 32 ist
ein Trägerteil 42 mit
einem Elektromotor 34 eingesetzt, dessen Stator 60 dabei
bewegungsfest gegenüber
dem Trägerteil 42 und
dem drehfest mit diesem verbundenen ringförmigen Gehäuse 32 ist. Der Elektromotor 34 treibt über einen
Rotor 62 eine Welle 35 an, deren Enden als Zapfen 37, 38 beidseitig über den
Stator 60 des Elektromotors 34 hinaus stehen.
Der vordere Zapfen 37 ist mittels eines Wälzlagers
gegenüber
dem Trägerteil 42 abgestützt. Zwischen
diesem Wälzlager und
dem Stator 60 ist eine Zahnradpumpe 39 angeordnet,
deren zentrales Förderrad 40 von
der Welle 35 angetrieben wird. Radial außerhalb
dieser Zahnradpumpe 39 ist der Kühlradiator 26 in eine
ringförmige
Kammer innerhalb des doppel-T-förmigen
Profils eingesetzt, welche dem Verteilergetriebegehäuse 33 zugewandt
ist. Durch den Kühlradiator 26 fließt das von
der Zahnradpumpe 39 geförderte Öl durch
einen Verbindungskanal 28 im Trägerteil 42. Der hintere Zapfen 38 ist über eine
Welle-Nabe-Verbindung
mit einem Lüfterrad 43 des
Lüfters 27 verbunden.
Vor dem Lüfterrad 43 stützt ein
Wälzlager 44 die
Welle 35 ab. Zwischen diesem Wälzlager 44 und der
Welle-Nabe-Verbindung
ist ein Dichtring 45 vorgesehen. Lüfterschaufeln des Lüfterrades 43 sind
drehbar in einer ringförmigen
Kammer innerhalb des doppel-T-förmigen
Profils angeordnet, welche vom Verteilergetriebegehäuse 1 abgewandt
ist. Die Lüfterschaufeln
sind dabei derart ausgerichtet, dass der Elektromotor 34 die
Luft in der vom Verteilergetriebe 1 hinfort weisenden Richtung
bläst und
damit durch den Kühlradiator 26 saugt.
Dabei stellt ein relativ kleiner Spalt zwischen
- – dem Gehäuse 32 bzw.
dem Kühlradiator 26 und
- – dem
Verteilergetriebegehäuse 33
sicher,
dass durch einen Luftstrom 46 auch das Verteilergetriebegehäuse 33 gekühlt wird.
Die Strömungsrichtung
weist dabei großteils
von vorne nach hinten, so dass der Fahrtwind diese Strömung unterstützt.
-
In
einer alternativen Ausgestaltungsform sind die Lüfterschaufeln derart ausgeführt, dass
diese den Luftstrom durch den Kühlradiator
entlang dem Verteilergetriebegehäuse
saugen. Demzufolge ist in dieser alternativen Ausgestaltungsform
der Kühlradiator
dem Längsverteilergehäuse ferner
stehend, wohingegen der Lüfter
zwischen dem Kühlradiator
und dem Längsverteilergehäuse angeordnet
ist. Dabei kann der Spalt zwischen dem Längsverteilergehäuse und
dem Verteilergetriebegehäuse
größer gewählt werden.
Bei dieser Ausgestaltungsform wird das Verteilergetriebegehäuse ebenfalls
noch gekühlt,
da das Verteilergetriebegehäuse
zwangsläufig
heißer
ist, als die durch den Kühlradiator
geführte – und damit
bereits erwärmte – Luft.
-
Der
Elektromotor 34 kann mittels Leitungen 50, 51 mit
Strom versorgt werden. Diese Leitungen 50, 51 können in
das Gehäuse 32 und
das Trägerteil 42 eingebettet
sein und zu einem Stecker oder Steuergerät 52 führen, welches
mit dem Längsverteilergehäuse 33 verbunden
ist. Der Stecker bzw. das Steuergerät 52 kann auch in
das Gehäuse 32 integriert
sein, so dass die Flüssigkeitskühlermontageeinheit 25 noch
kompakter als vormontierte Montageeinheit ausgeführt ist. Die Leitungen 50, 51 bzw.
das Steuergerät 52 kann
mit einem Temperatursensor oder Temperaturschalter verbunden sein,
dass im Inneren oder an der Außenwand
des Längsverteilergetriebes
die Temperatur misst, so dass der Elektromotor 34 temperaturgeregelt
ist. Der Temperatursensor kann dabei insbesondere direkt im Ölsumpf die
Temperatur aufnehmen.
-
In
einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung wird auf die in 1 dargestellte
Schmiermittelpumpe 30 verzichtet, wobei deren Funktion
von der Flüssigkeitskühlermontageeinheit übernommen wird.
-
Anstelle
der dargestellten Zahnradpumpe für die
Flüssigkeitskühlermontageeinheit
kann auch eine andere Ölpumpe
vorgesehen sein. Es kann beispielsweise eine Radialkolbenpumpe,
eine Mondsichelpumpe vorgesehen sein. Es kann eine Ölpumpe mit
direkt drehzahlabhängiger
Förderleistung
oder mit volumenstromgeregelter Förderleistung vorgesehen sein.
Anstelle einer hydrostatischen Ölpumpe kann
auch eine hydrodynamische Ölpumpe
vorgesehen sein.
-
Anstelle
des in 2 dargestellten Elektromotors kann die Flüssigkeitskühlermontageeinheit auch
von einer Welle des Verteilergetriebes angetrieben werden. Diese
Welle kann beispielsweise ein Wellenfortsatz der Hauptwelle oder
der Zwischenwelle sein, wobei dieser Wellenfortsatz aus dem Verteilergetriebegehäuse austritt.
Auch in dem Fall des mechanischen Antriebs muss die zu kühlende Baueinheit
kein Verteilergetriebe sein.
-
Die
Flüssigkeit
kann Öl,
Wasser oder ein sonstiges geeignetes Medium sein.
-
Die
ringförmige
Kammer des Kühlradiators kann
auch viereckig ausgeführt
sein. Entsprechend kann ein Gehäuse
des Lüfters
ebenfalls viereckig ausgeführt
sein.
-
Der
Elektromotor kann beispielsweise mit zwölf Volt oder mit vierundzwanzig
Volt betrieben werden. Alternativ kann der Elektromotor mit Drehstrom
betrieben werden.
-
Bei
den beschriebenen Ausführungsformen handelt
es sich nur um beispielhafte Ausgestaltungen. Eine Kombination der
beschriebenen Merkmale für
unterschiedliche Ausführungsformen
ist ebenfalls möglich.
Weitere, insbesondere nicht beschriebene Merkmale der zur Erfindung
gehörenden
Vorrichtungsteile, sind den in den Zeichnungen dargestellten Geometrien
der Vorrichtungsteile zu entnehmen.