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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein landwirtschaftliches
oder industrielles Nutzfahrzeug. Die Antriebsvorrichtung umfasst
einen Verbrennungsmotor, einen Kühler
eines Kühlkreislaufs,
einen Generator und einen Lüfter.
Mit dem Lüfter
ist Luft durch den Kühler
bewegbar. Der Lüfter
ist benachbart zum Kühler
angeordnet. Der Lüfter,
der Verbrennungsmotor und der Kühler
sind in einem Motorraum angeordnet. Dementsprechend könnte der
Lüfter
zwischen dem Kühler
und dem Verbrennungsmotor oder auf der dem Verbrennungsmotor abgewandten
Seite des Kühlers
angeordnet sein. Im letztgenannten Fall könnte der Lüfter über eine Welle angetrieben
werden, die an einer Stelle durch den Kühler hindurchgeführt ist.
Der Generator ist vom Verbrennungsmotor mechanisch antreibbar. Der
Generator ist von einer anderen als der dem Kühler zugewandten Seite des
Verbrennungsmotors mechanisch antreibbar. Mit dem Generator ist
elektrische Energie bzw. elektrische Leistung erzeugbar. Des Weiteren
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer
Antriebsvorrichtung.
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Antriebsvorrichtungen
der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik, insbesondere
aus dem Bereich der Personenkraftfahrzeuge bekannt. Weiterhin sind
diese Antriebsvorrichtungen bei landwirtschaftlichen oder industriellen
Nutzfahrzeugen üblich,
wo allerdings bei geringen Fahrgeschwindigkeiten hohe mechanische
Leistungen aufgebracht werden müssen,
beispielsweise bei der Feldarbeit mit einem Traktor oder bei Erdarbeiten
mit Baumaschinen. Dementsprechend ist es erforderlich, dass mit
Hilfe des Lüfters
stets eine ausreichende Luftmenge durch den Kühler bewegt wird. Daher ist
die Leistung des Lüfterantriebs
entsprechend zu hoch dimensionieren, damit auch bei geringen Fahrgeschwindigkeiten
der Motor ausreichend gekühlt
wird.
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Üblicherweise
werden Kühlerlüfter, das
heißt Lüfter für Kühler bzw.
für Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher, über einen
Riemenantrieb von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben.
Dementsprechend weist üblicherweise
ein Verbrennungsmotor an einer dem Kühler zugewandten Seite einen
Riemenabtrieb auf. Der Antrieb des Lüfters erfolgt über einen
Riemen oder vergleichbare Mittel rein mechanisch, wobei der Kühler auf
Grund der unmittelbaren Riemenkopplung stets eine Drehzahl aufweist,
welche von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängig ist.
Eine Anpassung der Lüfterdrehzahl
derart, dass der Lüfter
mit einer Drehzahl betreibbar ist, welche den momentanen Anforderungen
an die Kühlleistung
des Kühlers
angepasst ist, ist in diesem Fall nicht ohne weiteres möglich. Denkbar
ist, dass ein Riemenverstellgetriebe zum Einsatz kommt, mit welchen
die Übersetzung
zwischen der Riemenscheibe des Verbrennungsmotors und der Riemenscheibe
des Lüfters
variierbar ist, wodurch eine Anpassung der Kühlerdrehzahl möglich ist.
Eine solche Lösung
ist allerdings mit erhöhten
Kosten verbunden, nimmt einen erheblichen Bauraum in Anspruch und ist
darüber
hinaus reparaturanfällig,
nicht zuletzt auf Grund der höheren
Anzahl von Bauteilen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung
und ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung der eingangs
genannten Art anzugeben und weiterzubilden, durch welches die vorgenannten
Probleme überwunden
werden. Insbesondere soll der Lüfter
mit einer Drehzahl betreibbar sein, welche den momentanen Anforderungen
an die Kühlleistung
des Kühlers
bzw. des Kühlsystems
des Verbrennungsmotors angepasst ist und somit unabhängig von
der Drehzahl des Verbrennungsmotors einstellbar ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung
gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
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Erfindungsgemäß ist eine
Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet,
dass eine elektrische Maschine vorgesehen ist, welche mit der von
dem Generator erzeugten elektrischen Energie antreibbar ist und
mit welcher der Lüfter
mechanisch antreibbar ist.
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Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt
worden, dass Kühlerlüfter in
Fahrzeugen zur Erzeugung des zur Wärmeabfuhr aus dem Kühler bzw.
Kühlerpaket
notwendigen Luftmassenstroms dienen. Die Auslegung der Systeme erfolgt
auf den sogenannten Worst-Case, also den Betrieb des Fahrzeugs unter hoher
Last bei geringen Geschwindigkeiten und Umgebungstemperaturen. Wie
bereits bemerkt, werden üblicherweise
die Kühlerlüfter über einen
Riemenantrieb von der Kurbelwelle des Fahrzeugs mechanisch angetrieben.
Zur Reduktion der Antriebsleistung wird häufig eine so genannte Visco-Kupplung,
also eine Element zur temperaturabhängigen Drehzahlstellung verwendet.
Die Drehzahlstellung kann ausschließlich in Richtung "Reduktion" erfolgen, d.h. die
Drehzahl des Lüfters
ist unmittelbar abhängig
von der Drehzahl des Verbrennungsmotors oder geringer bzw. Null, falls
die Visco-Kupplung ausgerückt
ist. Dies basiert auf dem Funktionsprinzip der Erzeugung von viskosem
Schlupf. Eine weitere Möglichkeit
besteht im Einsatz von elektromagnetisch betätigbaren Kupplungen.
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Allen
bisher eingesetzten Verfahren im Bereich der mechanischen Antriebe
gemeinsam ist die alleinige Möglichkeit
zur Reduktion der Drehzahl gegenüber
derselben die sich durch das Übersetzungsverhältnis des
Riementriebs ergeben würde.
Hydrostatische Antriebe können
die Lüfterdrehzahl
sowohl reduzieren, als auch steigern. Ihre Regelbarkeit, das Einsatzverhalten
bei niedrigen Temperaturen, der geringe Drehzahlstellbereich und
unbefriedigende Wirkungsgrade bei höheren Drehzahlen stellen hier
die Nachteile dar.
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Im
Automobilbereich werden elektrische Lüfterantriebe eingesetzt. Diese
gibt es sowohl in Zwei-Punkt-Reglerausführung (an/aus),
als auch als drehzahlgeregelte Antriebe bei Fahrzeugen mit hohem
Kühlleistungsbedarf.
Elektrische Lüfterantriebe stellen
daher auch für
Nutzfahrzeuge eine interessante Alternative dar. Die bei diesen
Fahrzeugen erforderlichen Lüfterantriebsleistungen
betragen ca. 5–10%
der Verbrennungsmotor-Nennleistung und haben erhebliche Anforderungen
an Bauräume
und Kosten zur Folge. Insbesondere die Ausführung als Direktantrieb (d.h.
der Lüftermotor
treibt den Lüfter ohne
zwischengeschaltetes Getriebe an) erfordert Bauräume, die in konventionellen
Motorräumen
nicht vorhanden bzw. vorgesehen sind.
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Zur
Realisierung eines elektrischen Lüfterantriebs in Nutzfahrzeugen
ist es erforderlich, die elektrische Maschine an einer möglichst
günstigen
Position zu platzieren. Das Volumen einer elektrischen Maschine
bestimmt sich aus dem von dieser Maschine aufzubringenden mechanischen
Drehmoment. Die Leistung erhält
die Maschine über
die Drehzahl. Von der Leistungsdichte ausgehend erscheint also eine
elektrische Maschine mit möglichst
hoher Drehzahl günstig
zu sein. Konventionell zum Antrieb des Lüfters über einen Riementrieb mechanisch
von der Kurbelwelle ausgestaltete Motorräume lassen die Positionierung
eines direktantreibenden Elektromotors nicht zu. Eine konstruktive
Veränderung
des Verbrennungsmotors allein aus diesem Grund kommt nicht in Frage.
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Üblicherweise
wird die herkömmliche
Lichtmaschine (d.h. der herkömmliche
elektrische Generator) ebenfalls über einen Riementrieb von der
Riemenscheibe des Verbrennungsmotorabtriebs angetrieben und wird
somit in einem Bereich im Motorraum angeordnet, welcher an oder
benachbart zu der dem Kühler
zugewandten Seite des Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Grund hierfür ist, dass
auch der Riemen die für
die Lichtmaschine an diesem Bereich angeordnet sein muss, wobei üblicherweise
bei herkömmlichen
Fahrzeugen mit ein und demselben Riemen der Lüfter und die Lichtmaschine
angetrieben werden. In erfindungsgemäßer Weise wird daher der Generator
zur Erzeugung des elektrischen Stroms von einer anderen als der
dem Kühler
zugewandten Seite des Verbrennungsmotors mechanisch angetrieben.
Dies könnte
beispielsweise in Form eines Kurbelwellengenerators erfolgen, wie
er in der
DE 10 2004 052
023 beschrieben ist. Dort ist der Generator an der dem
Verbrennungsmotor nachgeschalteten Getriebe zugewandten Seite des
Verbrennungsmotors angeordnet. Der Rotor des Generators wird von
der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angetrieben, mit welchem
auch das Getriebe und der Fahrantrieb angetrieben wird. Der dort
beschriebene Kurbelwellengenerator umfasst eine Asynchronmaschine,
welche Drehstrom einer Frequenz erzeugt, die abhängig von der momentan vorliegenden
Drehzahl des Verbrennungsmotors ist. Dieser Drehstrom wird mittels
eines AC/DC-Wandlers in Gleichstrom umgewandelt und einem Gleichstrom-Zwischenkreis zugeführt. Falls
eine elektrische Maschine mit Wechsel- oder Drehstrom zu betreiben
ist, wäre
zwischen dem Gleichstrom-Zwischenkreis und der elektrischen Maschine
ein DC/AC-Wandler vorzusehen, mit welchem der Gleichstrom in Wechsel-
bzw. Drehstrom vorgebbarer Frequenz umgewandelt werden kann.
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Mit
zumindest einem Teil des von dem Generator erzeugten Stroms kann
dann die elektrische Maschine angetrieben werden, welche wiederum den
Lüfter
mechanisch antreibt. Insoweit wird die elektrische Maschine an einem
Bereich im Motorraum angeordnet, welcher an oder räumlich benachbart
zu der dem Kühler
zugewandten Seite des Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Im Konkreten könnte dies
an der Stelle sein, wo üblicherweise
die konventionelle Lichtmaschine des Fahrzeugs angebaut ist. Nähere Ausführungen
hierzu folgen weiter unten.
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Die
elektrische Maschine könnte
eine Ausgangswelle aufweisen, über
welche der Lüfter
mechanisch antreibbar ist. Üblicherweise
ist der Rotor der elektrischen Maschine starr mit der Ausgangswelle
verbunden. Es wäre
jedoch auch denkbar, den Rotor der elektrischen Maschine über ein
Zwischengetriebe bzw. eine Getriebezwischenstufe mit der Ausgangswelle
zu verbinden. Dies wäre
dann vorteilhaft, wenn die elektrische Maschine mit einer sehr hohen
Drehzahl betrieben wird, die Ausgangsdrehzahl, mit welcher der Lüfter angetrieben
wird, jedoch geringer als die Ausgangsdrehzahl der elektrischen Maschine
sein soll.
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In
einer ganz besonders bevorzugen Ausführungsform ist die elektrische
Maschine derart im Motorraum angeordnet, dass die Ausgangswelle
der elektrischen Maschine in einem Bereich des Motorraums angeordnet
ist, welcher einen mechanischen Abtrieb des Verbrennungsmotors aufweist.
Ein solcher mechanischer Antrieb könnte beispielsweise ein freies
Kurbelwellenende des Verbrennungsmotors sein, welcher eine Riemenscheibe
aufweisen könnte. Mit
der Riemenscheibe werden üblicherweise
der Kühlerlüfter, eine
Kühlmittelpumpe,
eine Motor- bzw. Getriebeölpumpe,
eine Lichtmaschine zum Erzeugen elektrischer Energie und/oder ein
Druckluftkompressor angetrieben. Da üblicherweise die mechanische Antriebswelle
des Lüfters
in einem Bereich der Riemenscheibe des Verbrennungsmotors angeordnet ist,
der Lüfter
jedoch nicht von dem Riemen unmittelbar vom Verbrennungsmotor angetrieben
wird, wird zweckmäßigerweise
die elektrische Maschine und deren Ausgangswelle ebenfalls in diesen
Bereich angeordnet, so dass der Lüfter mechanisch von der elektrischen
Maschine angetrieben werden kann. Durch eine derartige Konfiguration
kann das erfindungsgemäße Konzept
bei der Beibehaltung der sonst üblichen
und bewahrten Konfiguration im Motorraum realisiert werden. Dementsprechend
ist es nicht erforderlich, den Verbrennungsmotor hinsichtlich eines
zusätzlichen
oder modifizierten mechanischen Abtriebs zu verändern. Weiterhin kann der Anbauort
des Kühlers
und des Lüfters
sowie der übrigen Hilfsaggregate
unverändert
bleiben.
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Daher
könnte
in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die elektrische Maschine an einem Bauort
am Verbrennungsmotor angeordnet sein, wo üblicherweise eine herkömmliche
Lichtmaschine vorgesehen ist. Da mit der elektrischen Maschine der
Lüfter
mechanisch antreibbar ist und somit die dort üblicherweise vorgesehene mechanisch
anzutreibende Lichtmaschine als mechanischer Verbraucher nicht betrieben
wird, kann dieser – frei
gewordene – Bauraum
bei der eingangs genannten Antriebsvorrichtung für die elektrische Maschine
genutzt werden. Dies ist ebenfalls deshalb vorteilhaft, weil – wie schon
erwähnt – die grundsätzliche
Anordnung der übrigen
Komponenten im Motorraum nicht verändert werden muss.
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Bevorzugt
sind mit der elektrischen Maschine weitere Verbraucher mechanisch
antreibbar, beispielsweise ein Druckluftkompressor. Auch hier kommen
vor allem Verbraucher in Frage, welche ebenfalls in Abhängigkeit
des momentanen bzw. aktuell vorliegenden Leistungsbedarfs des Fahrzeugs
zu betreiben sind.
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Damit
eine effiziente und eine dem aktuell vorliegenden Lastzustand des
Fahrzeugs entsprechende Ansteuerung bzw. Regelung der elektrischen Maschine
und/oder des Generators möglich
ist, ist eine von einer Steuereinrichtung angesteuerte Leistungselektronikeinheit
vorgesehen, welche Leistungselektronik-Komponenten aufweist und
mit welcher die Drehrichtung, Drehzahl und/oder das Drehmoment der
elektrischen Maschine ansteuerbar ist.
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Im
Folgenden werden Ansteuer- bzw. Regelstrategien beschrieben, mit
welchen die Komponenten des Fahrzeugs und insbesondere der Lüfter angesteuert
bzw. geregelt werden können.
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So
ist es beispielsweise denkbar, dass die Drehzahl und/oder das Drehmoment
der elektrischen Maschine in Abhängigkeit
der Kühlmitteltemperatur des
Kühlkreislaufs,
gegebenenfalls eines weiteren Kühlkreislaufs,
steuerbar ist. Ist die Kühlmitteltemperatur
höher,
wird die Drehzahl des Lüfters
entsprechend erhöht.
Dies ermöglicht
eine bedarfsgerechte und an dem aktuell vorliegenden Lastzustand
des Kühlsystems
des Fahrzeugs angepasste Ansteuerung bzw. Regelung.
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Zusätzlich oder
alternativ könnte
die Drehzahl und/oder das Drehmoment der elektrischen Maschine in
Abhängigkeit
der Öltemperatur
des Verbrennungsmotors, des Antriebsstrangs und/oder einer Fahrzeughydraulik
steuerbar sein. Dies ermöglicht
eine bedarfsgerechte und an dem aktuell vorliegenden Lastzustand
des Verbrennungsmotors und/oder des Antriebsstrangs bzw. der Komponenten der
Fahrzeughydraulik angepasste Ansteuerung bzw. Regelung.
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Weiterhin
ist denkbar, dass die Drehzahl und/oder das Drehmoment der elektrischen
Maschine in Abhängigkeit
des Leistungsbedarfs weiterer elektrischer Verbraucher des Fahrzeugs,
beispielsweise einer Klimaanlage, steuerbar ist. Hierbei kann auch
eine entsprechende Ansteuerung des Generators einbezogen werden.
Im Konkreten könnte
die dem Lüfter
zur Verfügung
gestellte elektrische Leistung reduziert werden, falls ein weiterer
elektrischer Verbraucher zu versorgen ist und die Kühlmitteltemperatur
des Kühlkreislaufs
dies zulässt.
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Insbesondere
im Fall eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs, beispielsweise
einem Traktor, könnte
ein an dem Traktor bzw.
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Nutzfahrzeug
angekoppeltes Arbeitsgerät zumindest
teilweise elektrisch betrieben werden. Der oder die elektrischen
Verbraucher des Arbeitsgeräts könnten dementsprechend
ebenfalls von dem Generator des Nutzfahrzeugs/Traktors elektrisch
versorgt werden. Insoweit könnte
vorgesehen sein, dass die Drehzahl und/oder das Drehmoment der elektrischen Maschine
in Abhängigkeit
des Leistungsbedarfs eines elektrischen Verbrauchers eines an das
Fahrzeug ankoppelbaren Arbeitsgeräts steuerbar ist. Ein Beispiel
für ein
solches Arbeitsgerät
ist eine Drill- oder Sämaschine.
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Weiterhin
könnte
die Drehzahl und/oder das Drehmoment der elektrischen Maschine in
Abhängigkeit
des Bedarfs eines Druckluftkompressors ansteuerbar sein. Auch eine
Ansteuerung der Drehzahl und/oder des Drehmoments der elektrischen
Maschine in Abhängigkeit
der Temperatur des Kühlmittels
eines Sekundärkühlkreislaufs
ist denkbar. Dies ist insbesondere dann von Interesse, wenn mit
dem Lüfter Luft
durch einen Kühler
des Sekundärkühlkreislaufs bewegt
wird. In vergleichbarer Weise könnte
daher die Drehzahl und/oder das Drehmoment der elektrischen Maschine
in Abhängigkeit
der Temperatur eines Ladeluftkühlers
und/oder der Kühlmitteltemperatur
eines Kühlkreislaufs,
mit welchem der Ladeluftkühler
kühlbar
ist, ansteuerbar sein.
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Bei
der Steuerung bzw. Regelung könnte auch
die Betriebstemperatur der Leistungselektronik bzw. der Leistungselektronikeinheit
berücksichtigt werden,
so dass die Drehzahl und/oder das Drehmoment der elektrischen Maschine
in Abhängigkeit
der Temperatur der Leistungselektronik ansteuerbar ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist mindestens ein Temperatursensor vorgesehen, welcher derart angeordnet
ist, dass damit die Temperatur einer Komponente oder eines Kühlmittels
oder eines Öls
detektierbar ist. Der Temperatursensor erzeugt ein Signal, welches
einer Steuereinrichtung übermittelbar
ist.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
ist der Lüfter über ein
flexibles Mittel von der elektrischen Maschine antreibbar. So könnte der
Lüfter
eine Riemenscheibe aufweisen und derart räumlich im Motorraum des Fahrzeugs
angeordnet bzw. befestigt sein, dass die Riemenscheibe des Lüfters derart
angeordnet ist, dass sie auch – zum
Beispiel mittels eines Riemens – über eine
Riemenscheibe der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mittels eines
Riemens – quasi
herkömmlich – antreibbar
wäre. Mit
anderen Worten könnte
der Lüfter
unverändert und
an dem üblicherweise
vorgesehenen herkömmlichen
Anbauort angebaut sein. Der Lüfter
wird allerdings nicht von einem Riemen über die Riemenscheibe des Verbrennungsmotors
angetrieben, sondern beispielsweise über einen Riemen, der von einer
Riemenscheibe der elektrischen Maschine angetrieben wird. Dementsprechend
ist mit dem erfindungsgemäßen Konzept
lediglich der Riemenantrieb des Verbrennungsmotors für beispielsweise
die Wasser- und/oder Ölpumpe
dahingehend zu modifizieren, dass mit diesem Riementrieb nun nicht
mehr der Lüfter
angetrieben wird. Anstelle der Lichtmaschine kann die elektrische
Maschine montiert werden und es ist ein Riementrieb zum Antrieb
des Lüfters
vorzusehen, vorausgesetzt, der zum Betreiben der elektrischen Maschine
vorgesehene Generator ist an einem anderen Anbauort montiert. Hierdurch
kann in ganz besonders vorteilhafter Weise eine modularisierte Bauweise
der Komponenten im Motorraum realisiert werden, die insbesondere
bei der Serienproduktion herkömmlicher
Fahrzeuge und Fahrzeuge mit erfindungsgemäß angetriebenem Lüfter wirtschaftlich
darstellbar ist, denn dies ist mit einer geringen Anzahl unterschiedlicher
Teile möglich.
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Das
flexible Mittel könnte
einen Riemen, einen Keilriemen, Keilrippen, einen Zahnriemen oder eine
Kette aufweisen.
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In
einer weiteren Ausführungsform
könnte vorgesehen
sein, dass zwischen der elektrischen Maschine und dem Lüfter ein
Zwischengetriebe angeordnet ist. Mit einem solchen Zwischengetriebe, mit
welchem das Übersetzungsverhältnis der
von der elektrischen Maschine erzeugten Drehzahl zu der an den Lüfter abgegebenen
Drehzahl entsprechend eingestellt und/oder verändert werden kann, kann die elektrische
Maschine bei einer höheren
Drehzahl und der Lüfter
bei einer geringeren Drehzahl betreiben werden. Da die Kosten einer
direktantreibenden, also auf Lüfterdrehzahl
laufenden elektrischen Maschine (mit entsprechend geringerer Drehzahl)
höher sind, als
die einer Maschine gleicher Leistung auf höherem Drehzahlniveau, kann
durch die Kombination einer elektrischen Maschine auf hohen Drehzahlniveau
in Verbindung mit einem Zwischen- bzw. Übersetzungsgetriebe eine Kostenreduzierung
erzielt werden. Das Übersetzungsverhältnis könnte hierbei – wie allerdings
auch bei einem reinen Riemenantrieb des Lüfters von der elektrischen
Maschine mit vorgegeben Übersetzungsverhältnis – in ähnlichen
Bereichen wie bei der Lichtmaschine liegen, d.h. etwa 1:3 bis 1:4. Die
sich damit ergebenden relativ hohen Drehzahlen führen in vorteilhafter Weise
zu einer kompakten Maschinenbauform und entsprechend gegenüber einem Direktantrieb
reduzierten Kosten für
den Elektromotor. Da die Drehzahlen und die Größe der innerhalb der Maschine
rotierenden Teile in etwa denen einer Lichtmaschine entsprechen,
wird kein Nachteil in Bezug auf die Lebensdauer erwartet.
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Wie
bereits angedeutet, könnte
der Generator einen Wechselstromgenerator, insbesondere eine Asynchronmaschine,
aufweisen. Ein Gleichspannungswandler könnte vorgesehen sein, mit welchem die
von dem Generator erzeugte Wechselspannung in Gleichspannung umwandelbar
ist. Die umgewandelte Gleichspannung könnte einem Gleichstromzwischenkreis
zugeführt
werden.
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Es
könnte
ein – vorzugsweise
der Leistungselektronikeinheit zugeordneter – Umrichter vorgesehen sein,
mit welchem die Gleichspannung (z.B. des Gleichstromzwischenkreises)
in Wechselspannung derart gewandelt wird, dass die elektrische Maschine mit
einer variabel vorgebbaren Drehzahl betreibbar ist. Diese Drehzahl
kann dann derart gewählt
werden, dass die erwartete, durch den Lüfter erzeugte Luftbewegung
durch den Kühler
eine vorgebbare, aktuell erforderliche Kühlleistung erbringt. Letztendlich kann
die Drehzahl der elektrischen Maschine gemäß mindestens einer der oben
genannten Ansteuerstrategien kommandiert werden.
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In
verfahrensmäßiger Hinsicht
wird die eingangs genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs
22 gelöst.
Demgemäß dient
das erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung für ein landwirtschaftliches
oder industrielles Nutzfahrzeug. Die Antriebsvorrichtung weist einen
Verbrennungsmotor, einen Kühler
eines Kühlkreislaufs,
einen Generator und einen Lüfter
auf. Mit dem Lüfter
wird Luft durch den Kühler
bewegt. Der Lüfter
ist benachbart zum Kühler
angeordnet. Der Lüfter,
der Verbrennungsmotor und der Kühler sind
in einem Motorraum angeordnet. Der Generator wird vom Verbrennungsmotor
mechanisch angetrieben. Der Generator wird von einer anderen als
der dem Kühler
zugewandten Seite des Verbrennungsmotors mechanisch angetrieben.
Mit dem Generator wird elektrische Energie erzeugt. Erfindungsgemäß ist eine
elektrische Maschine vorgesehen, welche mit der von dem Generator
erzeugten elektrischen Energie angetrieben wird und mit welcher
der Lüfter
mechanisch angetrieben wird.
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Ganz
besonders bevorzugt ist das Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung
nach einem der Ansprüche
1 bis 21 vorgesehen. Im Konkreten könnten das Verfahren die entsprechenden
Ansteuer- bzw. Regelschritte aufweisen, wie sie mit den Ansprüchen 7 bis
15 nebst zugehörigem
Beschreibungsteil beschrieben sind. Insoweit umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
und/oder dessen bevorzugte Ausführungsformen
Verfahrensschritte zum Betreiben der Komponenten der Ansprüche 1 bis
21, wobei die Verfahrensschritte sich einem Fachmann in Kenntnis
des Offenbarungsgehalts des die Antriebsvorrichtung betreffenden
Teils der vorliegenden Anmeldung erschließt. Daher wird zur Vermeidung von
Wiederholungen auf den vorangegangenen Teil der Beschreibung sowie
auf die entsprechenden Ansprüche
verwiesen.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten,
die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten
und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch
1 nachgeordneten Patentansprüche
und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit
der Erläuterung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In
der Zeichnung zeigen in der einzigen
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Fig.
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung.
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Die
einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 10 für ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug,
nämlich
einen Traktor (nicht gezeigt). Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst
einen Verbrennungsmotor 12, einen Kühler 14 eines Kühlkreislaufs 16,
einen Generator 18 und einen Lüfter 20. Der Verbrennungsmotor 12,
der Kühler 14 und
der Generator 18 sind in einem gestrichelt umrandet angedeuteten Motorraum 15 des
Traktors angeordnet. Der Kühlkreislauf 16 befördert Kühlmittel
des Kühlkreislaufs des
Verbrennungsmotors 12 durch den Kühler 14. Dementsprechend sind
in der schematischen Darstellung mit dem Kühlkreislauf 16 lediglich
die Verbindungsleitungen gekennzeichnet.
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Mit
dem Lüfter 20 wird
Luft durch den Kühler 14 bewegt,
was mit den Pfeilen 22 angedeutet ist. Da der Lüfter 20 zwischen
dem Kühler 14 und
dem Verbrennungsmotor 12 angeordnet ist, saugt der Lüfter 20 Luft
von der dem Kühler 14 abgewandten
Seite des Verbrennungsmotors 12 an.
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Der
Generator 18 wird von der Kurbelwelle 24 des Verbrennungsmotors 12 mechanisch
angetrieben. Der Generator 18 ist an der dem Kühler 14 abgewandten
Seite des Verbrennungsmotors 12 angeordnet. Im Konkreten
ist der Generator 18 in Form eines Kurbelwellengenerators
ausgebildet. Mit dem Generator 18 wird elektrische Energie
erzeugt.
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Erfindungsgemäß ist eine
elektrische Maschine 26 vorgesehen, welche mit der von
dem Generator 18 erzeugten elektrischen Energie antreibbar ist.
Die elektrische Maschine 26 wiederum treibt den Lüfter 20 mechanisch
an. Die elektrische Maschine 26 weist eine Ausgangswelle 28 auf, über welche
der Lüfter 20 mechanisch
antreibbar ist.
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Die
elektrische Maschine 26 ist derart im Motorraum 15 angeordnet,
dass die Ausgangswelle 28 der elektrischen Maschine 26 in
einem Bereich des Motorraums 15 angeordnet ist, welcher
einen mechanischen Abtrieb 30 des Verbrennungsmotors 12 aufweist.
Der mechanische Abtrieb 30 ist ein freies Kurbelwellenende
des Verbrennungsmotors 12, welcher eine Riemenscheibe 32 aufweist.
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Die
elektrische Maschine 26 ist an einem Bauort am Verbrennungsmotor 12 angeordnet,
wo üblicherweise
eine herkömmliche
Lichtmaschine vorgesehen ist.
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Mit
der elektrischen Maschine 26 werden neben dem Lüfter 20 auch
noch weitere Verbraucher mechanisch angetrieben, wobei in dem in
der Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel
lediglich ein Druckluftkompressor 34 eingezeichnet ist.
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Weiterhin
ist eine Leistungselektronikeinheit 36 vorgesehen. Der
Leistungselektronikeinheit 36 wird der von dem Generator 18 erzeugte
elektrische Strom über
die Stromleitung 40 zugeführt wird. Die Leistungselektronikeinheit 36 wird
von einer Steuereinrichtung 38 angesteuert. Die Steuereinrichtung 38 wiederum
steuert die Leistungselektronikeinheit 36 derart an, das
die Drehrichtung und/oder die Drehzahl und/oder das Drehmoment der
elektrischen Maschine 26 ansteuerbar ist. Der zum Betreiben
der elektrischen Maschine 26 erforderliche elektrische Strom
wird über
die Stromleitung 42 geleitet.
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Es
ist ein Temperatursensor 44 vorgesehen, mit welchem die
Temperatur des Kühlmittels
des Kühlkreislaufs 16 detektierbar
ist. Der Temperatursensor erzeugt elektrische Signale, die abhängig von der
detektierten Temperatur sind und die der Steuereinrichtung 38 über die
Leitung 46 zugeführt
werden. Es ist eine Ansteuerstrategie derart vorgesehen, dass die
Drehzahl der elektrischen Maschine 26 in Abhängigkeit
der Kühlmitteltemperatur
des Kühlkreislaufs 16 steuerbar
ist.
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Lediglich
schematisch ist der Ölkühler 48 eingezeichnet,
durch welchen einerseits Motoröl
des Verbrennungsmotors 12 geleitet wird. Andererseits wird
durch den Ölkühler 48 Kühlmittel
(in diesem Fall ein Wasser-Glyzerin-Gemisch) geleitet, so dass der Ölkühler 48 in
Form eines Öl-Wasser-Wärmetauschers
ausgebildet ist. Weiterhin ist ein Ladeluftkühler 50 des Verbrennungsmotors 12 vorgesehen.
Sowohl der Ölkühler 48 als
auch der Ladeluftkühler 50 werden
mit Kühlmittel
des weiteren Kühlkreislaufs 52 gekühlt. Der
weitere bzw. sekundäre
Kühlkreislauf 52,
hier sind lediglich dessen Verbindungsleitungen mit dem Bezugszeichen 52 gekennzeichnet, weist
einen Luft-Kühlmittel-Wärmetauscher 54 auf,
welcher auf der dem Lüfter 20 abgewandten
Seite des Kühlers 14 angeordnet
ist. In einer weiteren Steuer- bzw. Regelstrategie wird die Drehzahl
der elektrischen Maschine in Abhängigkeit
der Öltemperatur
des Verbrennungsmotors 12 angesteuert. Die Öltemperatur ist
mit einem Temperatursensor 56 detektierbar, der ebenfalls
ein elektrisches Signal erzeugt, das abhängig von der detektierten Temperatur
ist und was über die
Leitung 58 der Steuereinrichtung 38 zugeführt wird.
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Die
Steuer- bzw. Regelstrategie der Steuereinrichtung 38 berücksichtigt
bei der Ansteuerung der Drehzahl der elektrischen Maschine auch
den momentanen Leistungsbedarf des Druckluftkompressors 34.
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Die
Leistungselektronikeinheit 36 weist einen Temperatursensor 62 auf,
der ebenfalls ein elektrisches Signal erzeugt, das abhängig von
der detektierten Temperatur ist und der Steuereinrichtung 38 übermittelt.
Die Drehzahl bzw. das Drehmoment der elektrischen Maschine wird
auch in Abhängigkeit
der Temperatur der Leistungselektronik 36 angesteuert, und
zwar derart, dass ein Überhitzen
der Leistungselektronik 36 ausgeschlossen wird.
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Der
Lüfter 20 und
der Druckluftkompressor 34 werden über ein flexibles Mittel 64 von
der elektrischen Maschine 26 angetrieben. Das flexible
Mittel 64 ist in Form eines Keilriemens ausgebildet. Der
Lüfter 20 weist
eine Riemenscheibe 66 auf. Die Riemenscheibe 32 des
mechanischen Abtriebs 30 des Verbrennungsmotors 12 treibt über einen
Riemen 68 die Ölpumpe 70 an.
Die Riemenscheibe 66 und somit der Lüfter 20 ist derart
angeordnet, dass sie auch über die
Riemenscheibe 68 des Verbrennungsmotors 12 mittels
eines in der Figur nicht gezeigten Riemens antreibbar wäre.
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Der
Generator 18 ist in Form eines Welchselstromgenerators
ausgebildet. Die Leistungselektronikeinheit 36 weist einen
Gleichspannungswandler auf (nicht separat eingezeichnet), mit welchem
die von dem Generator 18 erzeugte Wechselspannung in Gleichspannung
umwandelbar ist.
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Ein
der Leistungselektronikeinheit 36 zugeordneter Umrichter
(nicht separat eingezeichnet) ist vorgesehen, mit welchem die Gleichspannung
in Wechselspannung derart wandelbar ist, dass die elektrische Maschine 26 mit
einer variablen vorgebbaren Drehzahl betreibbar ist.
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Mit
dem Bezugszeichen 60 ist schematisch das vom Verbrennungsmotor 12 angetriebene
Getriebe bzw. der Fahrantrieb des Nutzfahrzeugs gekennzeichnet.
Ein Teil dieser Komponenten, insbesondere das Getriebeöl des Getriebes 60,
könnte ebenfalls
an einen Kühlkreislauf,
beispielsweise an den weiteren Kühlkreislauf 52,
angeschlossen und von diesen gekühlt
werden (in der Fig. nicht gezeigt).
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Lediglich
schematisch und mit dem Bezugszeichen 72 eingezeichnet
ist ein elektrischer Verbraucher eines an den Traktor adaptierbaren
Arbeitsgeräts
dargestellt. Dieser elektrische Verbraucher 72 wird ebenfalls
von der Leistungselektronikeinheit 36 über die Leitung 74 mit
elektrischem Strom versorgt, falls das entsprechende Arbeitsgerät an den
Traktor adaptiert ist. Hierzu ist eine Steckverbindung 76 zwischen
Fahrzeug und Arbeitsgerät
vorgesehen.
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Abschließend sei
ganz besonders darauf hingewiesen, dass die voranstehend erörterten
Ausführungsbeispiele
lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre dienen, diese
jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele
einschränken.