DE102006044725A1

DE102006044725A1 - Vorrichtung zur Drehzahlregelung eines Lüfters

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Publication number: DE102006044725A1
Application number: DE102006044725A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2007-08-23

Abstract

Vorrichtung (1) zur Drehzahlregelung eines Lüfters (3), der trieblich mit einem Fahrzeug-Motor (2), einem Verbrennungs-Motor oder dgl. verbunden und der dem Kühlkreislauf (4, 5) des Motors (2) zugeordnet ist, mit einem in dem Kühlkreislauf (4, 5) angeordneten Temperatursensor (7), durch den die Vorrichtung (1) in Abhängigkeit von der Motortemperatur steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Planetenradgetriebe (11) umfasst, das zwischen dem Motor (2) und dem Lüfter (3) eingesetzt und mit beiden trieblich verbunden ist, dass das Planetenradgetriebe (11) stufenlos zwischen zwei Betriebsstellungen schaltbar ist und dass zur Betätigung des Planetenradgetriebes (11) der Temperatursensor (7) auf eine mit dem Planetenradgetriebe (11) gekoppelte Verstelleinrichtung (21) einwirkt, mittels der die Betriebsstellungen des Planetenradgetriebes (11) einstellbar sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung eines Lüfters nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Solche Vorrichtungen werden üblicherweise in Fahrzeugen, insbesondere Lastkraftwagen, verwendet, um den Fahrzeugmotor während des Betriebes durch ein Anströmen mit Umgebungsluft zu kühlen. Die Motortemperatur ist dabei von einer Vielzahl von unterschiedlichen Faktoren abhängig, beispielsweise von der herrschenden Außentemperatur und von dem Belastungs- bzw. Betriebszustand des Fahrzeugmotors. In Abhängigkeit von der Motortemperatur wird hierbei ein Lüfter aktiviert, durch den Umgebungsluft in den Kühlkreislauf des Motors eingeblasen wird, um ausreichend Kühlluft an den Motor zu leiten.

Üblicherweise werden diese Lüfter mit einer elektro-magnetisch schaltbaren Kupplung mit an den Fahrzeugmotor angekuppelt. Die elektro-magnetische Kupplung ist mit einem Temperatursensor, der die Temperatur des Motors überwacht, verbunden. Sobald durch den Temperatursensor festgestellt wird, dass eine bestimmte Temperatur weit überschritten ist, wird die Kupplung aktiviert und der Lüfter in Rotation versetzt.

Als nachteilig hat sich bei diesen Vorrichtungen herausgestellt, dass die elektromagnetische Kupplung permanent mit Energie zu versorgen ist. Der Energiebedarf wird üblicherweise vom Fahrzeugmotor abgenommen, so dass zum einen der Kraftstoffverbrauch für den Fahrzeugmotor steigt und zum anderen die vom Fahrzeugmotor zur Verfügung stehende Leistung reduziert ist.

Darüber hinaus ist nachteilig, dass durch die elektro-magnetische Kupplung der Lüfter ausschließlich von einer ruhenden Stellung in eine rotierende Stellung überführt werden kann. Um die Drehzahl des Lüfters in Abhängigkeit von der herrschenden Motortemperatur und der benötigten Kühlluftmenge einstellen zu können, sind weitere konstruktive und technische Maßnahmen erforderlich, durch die der Bauaufwand für den Betrieb des Lüfters erhöht ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung bereitzustellen, mittels der die Drehzahl des Lüfters einstellbar ist, ohne dass ein permanenter Energiebedarf für den Betrieb der Vorrichtung von dem Motor abgezweigt werden muss. Darüber hinaus soll die Drehzahlregelung für den Lüfter derart vorgenommen werden können, dass dieser stufenlos zwischen einer ruhenden und einer maximalen Drehzahl-Stellung betrieben werden kann.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils im Patentanspruch 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Aufgrund des zwischen der Abtriebswelle des Motors und dem Lüfter eingesetzten Planetenradgetriebes ist gewährleistet, dass die Drehzahl des Lüfters stufenlos zwischen einem ruhenden Betriebszustand und einer maximalen Drehzahl eingestellt werden kann, ohne dass hierfür Energie vom Motor abzuzweigen ist, denn die Zustellung des Lüfters erfolgt ausschließlich dadurch, dass das Hohlrad des Planetenradgetriebes durch eine Art Bremse festgesetzt oder freigegeben ist. Wird nämlich das Hohlrad des Planetenradgetriebes festgesetzt, so wälzen sich die Planetenräder mit derselben Umdrehungsgeschwindigkeit auf diesem ab, wie diese durch die Antriebswelle des Motors in Rotation versetzt sind. Eine Kraftübertragung zwischen den Planetenrädern und der Sonne, die trieblich mit dem Lüfter verbunden ist, besteht in diesem Betriebszustand, so dass der Lüfter mit der maximal möglichen Drehzahl rotiert: Die Festsetzung des Hohlrades kann durch mechanische und/oder hydraulische Maßnahmen durchgeführt sein, die keinerlei zusätzliche bzw. lediglich geringe Energie benötigen.

Sobald das Hohlrad freigegeben ist, rotiert dieses aufgrund der trieblichen Wirkverbindung zwischen diesem und den Planetenrädern, so dass auch eine Relativbewegung zwischen den Planetenrädern und der Sonne erzeugt ist, wodurch der Lüfter nicht mehr angetrieben wird und folglich in eine ruhende Stellung überführt ist. Die Veränderung der Lüfter-Drehzahlen erfolgt somit stufenlos.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Hohlrad mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit in Bewegung versetzt ist wie die Planetenräder durch die Antriebswelle gedreht werden, denn dadurch liegt keine Übersetzung zwischen der Rotation der Abtriebswelle des Motors und der Sonne, mit der der Lüfter verbunden ist, vor, so dass der Lüfter mit der gleichen Drehzahl rotiert, wie die Antriebswelle.

Das Hohlrad wirkt mit einer Verstelleinrichtung zusammen und wird von dieser festgesetzt oder freigegeben. Die Änderung dieser Betriebszustände erfolgt stufenlos, so dass eine Untersetzung der Rotation der Antriebswelle aufgrund der am Hohlrad herrschenden Übersetzungsverhältnisse gegeben ist.

Die Verstelleinrichtung ist vorteilhafter Weise durch einen Hydraulikkreislauf gebildet, der mindestens eine Druck- und mindestens eine Saugleitung aufweist, die in einen in das Planetenradgetriebe umschließende Gehäuse eingearbeiteten Hohlraum einmünden. In den Hohlräumen ist jeweils ein Zahnrad drehbar gelagert, das in formschlüssiger Wirkverbindung mit dem Hohlrad steht. Zu diesem Zweck ist an dem Außenumfang des Hohlrades eine Außenverzahnung angearbeitet, die mit dem Zahnrad oder den Zahnrädern in Eingriff steht. Die Saug- und die Druckleitungen sind an einen Hydraulikvorratsbehälter gekoppelt, durch den Hydraulikflüssigkeit entnommen bzw. in den dieses wieder eingefüllt werden kann.

In die Druckleitung ist eine Drossel eingesetzt, die mit dem Temperatursensor gekoppelt ist. Aufgrund des von dem Temperatursensor gemessenen Temperaturzustandes am Motor wird die Stellung der Drossel eingestellt. Diese Veränderung der Stellung der Drossel erfolgt, ohne dass vom Motor Energie aufzuwenden ist. Durch die Stellung der Drossel wird darüber hinaus festgelegt, mit welcher Bremskraft das Hohlrad durch die Zahnradpumpe festgehalten oder freigegeben ist.

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt, das nachfolgend näher erläutert wird. Im Einzelnen zeigt:
1 eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung eines in einem Kühlkreislauf eines Motors eingesetzten Lüfters, der durch ein Planetenradgetriebe antreibbar ist, im Schnitt,
2 eine vergrößerte Darstellung zwischen der Koppelung der Abtriebswelle des Motors und dem Planetenradgetriebe mit vier Dämpfungskörpern gemäß 1, im Schnitt,
3 eine vergrößerte Darstellung des Dämpfungskörpers, gemäß 2,
4 das Planetenradgetriebe gemäß 1 und den mit diesem zusammenwirkenden Hydraulikkreislauf und
5 einer der Deckel, durch den das Planetenradgetriebe nach 1 verschlossen ist, in dem der Hydraulikkreislauf mit Druck- und Saugleitungen integriert ist.
1 kann eine Vorrichtung 1 entnommen werden, durch die ein Motor 2, der beispielsweise in einem Fahrzeug zu dessen Antrieb eingebaut ist, mit ausreichend Umgebungsluft zur Kühlung versorgt wird. Zu diesem Zweck ist ein Lüfter 3 vorgesehen, der hinter einem Kühlgitter 4 angeordnet ist, so dass durch den Lüfter 3, wenn dieser rotiert, durch das Kühlgitter 4 Umgebungsluft angesaugt wird, die in Richtung des Motors 2 strömt und dort entlang an dem Motor 2 angebrachten Kühlrippen 5 entlang geführt ist, um die Abwärme des Motors 2 aufzunehmen. Der Temperaturzustand des Motors 2 wird permanent über einen schematisch dargestellten Temperatursensor 7 gemessen.
Für den Antrieb des Lüfters 3 wird die vom Motor 2 zur Verfügung gestellte Energie über eine Abtriebswelle 6, wie dies nachfolgend näher erläutert wird, übernommen. Die Abtriebswelle 6 mündet in einen Flansch 8, der, wie insbesondere in 2 dargestellt, drehfest mit einem Planetenradgetriebe 11 verbunden ist. Das Planetenradgetriebe 11 besteht aus einem Hohlrad 12, drei Planetenrädern 13, die über jeweils einen Lagerbolzen 14 in einem Planetenkranz 15 drehbar gelagert sind, und einem Sonnenrad 16, das in trieblicher Wirkverbindung mit dem Lüfter 3 steht. Der Planentenradgetriebe ist folglich zwischen der Abtriebswelle 6 und den Lüfter 3 eingebaut. Der Planetenkranz 15 ist über vier Dämpfungskörper 31, die im Querschnitt in 3 abgebildet sind, mit den Flansch 8 verbunden. Durch die Dämpfungskörper 31 werden Schwingungen, die von der Antriebswelle 6 und dem Motor 2 stammen, abgefedert und nicht in das Planetenradgetriebe 11 weitergeleitet.
4 ist zu entnehmen, dass das Hohlrad 12 des Planetenradgetriebes 11 eine Außenverzahnung aufweist, die in formschlüssiger Wirkverbindung mit fünf Zahnrädern 19 steht. Die fünf Zahnräder 19 bilden zusammen mit einer nachfolgend näher erläuterten Verstelleinrichtung 21 eine Art Bremse, die auf das Hohlrad 12 permanent einwirkt. Wird nämlich das Hohlrad 12 durch die Zahnräder 19 festgesetzt, rollen die drei Planetenräder 13 auf der Innenverzahnung des Hohlrades 12 ab und die Sonne 16 wird nicht in Bewegung gesetzt, so dass der Lüfter 3 nicht bewegt wird. Rotiert dagegen das Hohlrad 12, da die fünf Zahnräder 19 nicht blockiert sind, treiben die drei Planetenräder 13 die Sonne 16 an, wodurch der Lüfter 3 in Rotation versetzt ist.
Die fünf Zahnräder 19 sind in einem in einem Gehäuse 17 eingearbeiteten Hohlraum 18 untergebracht und dort drehbar gelagert. In jedem der Hohlräume 18 mündet eine Saugleitung 22 und eine Druckleitung 23, und zwar jeweils auf zueinander gegenüber liegenden Seiten. Die Saugleitung 22 und die Druckleitung 23 erstrecken sich wie dies insbesondere der 5 zu entnehmen ist, über den gesamten Bereich des das Gehäuse 17 verschließenden Deckels 20 und kommunizieren demnach miteinander.
Jeweils eine der Saugleitung 22 und eine der Druckleitung 23 münden in einen Vorratsbehälter 9, der mit einem flüssigen Medium 10, beispielsweise Hydrauliköl, gefüllt ist. Zwischen dem Vorratsbehälter 9 und einem der als Zahnradpumpe wirkenden Zahnräder 19 ist eine Drossel 24 eingebaut. Die jeweilige notwendige Öffnungsstellung der Drossel 24 wird über den Temperatursensor 7 gesteuert. Ermittelt der Temperatursensor 7 beispielsweise einen Temperaturzustand an dem Motor 2, der keine Kühlung benötigt, so wird die Drossel 24 vollständig geöffnet, um eine möglichst ungehinderte Durchströmung durch die Saug- und Druckleitungen 22 und 23 sowie der Hohlkammer 18 zu ermöglichen. In diesem Betriebszustand ist das Hohlrad 12 freigegeben und dreht sich folglich mit. Aufgrund der vom Hohlrad 12 erzeugten Rotation wird die Drehgeschwindigkeit der Sonne 16 und somit des Lüfters 3 gegen Stillstand geregelt. Der Überdruck in den einzelnen Hohlkammern 18 wird folglich reduziert, so dass die dort gelagerten Zahnräder 19 in Rotation versetzt werden und über die Saugleitung 22 Medium 10 aus dem Vorratsbehälter 9 fördern. In diesem Betriebszustand wird das Hohlrad 12 durch die fünf Zahnräder 19 nicht festgesetzt, sondern rotiert vielmehr mit der Rotationsgeschwindigkeit, die von der Antriebswelle 6 und dem Übersetzungsverhältnis des Planetenradgetriebes 11 auf diese übertragen wird. Die drei Planetenräder 13 treiben somit die Sonne 16 an, wodurch der Lüfter 3 in Rotation versetzt ist.
Wird nunmehr von dem Temperatursensor 7 eine Betriebstemperatur des Motors 2 ermittelt, die eine Kühlung notwendig macht, wird die Stellung der Drossel 24 geöffnet, so dass aus der Druckleitung 23 die Hydraulikflüssigkeit 10 abfliesen kann. In der Druckleitung 23 herrscht ein Überdruck, da das in dieser befindliche Hydrauliköl 10 nicht in den Vorratsbehälter 9 zurück fließen kann. Aufgrund des derart erzeugten Überdruckes entsteht auch ein Überdruck in den Hohlkammern 18, durch den die Zahnräder 19 festgehalten sind. Diese wirken nunmehr aufgrund der vorhandenen formschlüssigen Wirkverbindung zwischen diesen und der Außenverzahnung des Hohlrades 12 als Bremse und halten das Hohlrad 12 fest. Der Lüfter 3 wird mit der maximal möglichen Drehzahl angetrieben.
In Abhängigkeit von der gewünschten Drehzahl des Lüfters 3 wird demnach die Stellung der Drossel 24 durch den Temperatursensor 7 eingestellt, so dass die Rotation des Lüfters 3 durch das Planetenradgetriebe 11 stufenlos einstellbar ist.
Des Weiteren benötigt die Steuerung für den Lüfter 3 keine zusätzliche Energie von dem Motor 2, da für den Betrieb der Drossel 24 und des Temperatursensors 7 lediglich ein geringer elektrischer Energiebedarf ausreichend ist.
Aus Sicherheitsgründen sind in der Saug- und in der Druckleitung 22 bzw. 23 Rückschlagventile 25 und 26 eingebaut, um möglichen Überdruck gegebenenfalls ausgleichen zu können.
Die Schmierung der Außenverzahnung des Hohlrades 12 und der Zahnräder 19 erfolgt bei geschlossener Drosselstellung derart, dass eines der Zahnräder 19 jeweils mit einer separaten Druck- und Saugleitung 22, 23 kommuniziert, deren Druckleitung 23 permanent geöffnet ist, wodurch dieses Zahnrad 19 mit Schmieröl versorgt wird; auch wenn die restlichen Zahnräder 19 stehen, gelangt das Schmieröl folglich an die Außenverzahnung des Hohlrades 12 und in die verbliebenen Hohlkammern 18 aufgrund der vorherrschenden Belüftung.

Claims

Vorrichtung (1) zur Drehzahlregelung eines Lüfters (3), der trieblich mit einem Fahrzeug-Motor (2), einem Verbrennungs-Motor oder dgl. verbunden und der dem Kühlkreislauf (4, 5) des Motors (2) zugeordnet ist, mit einem in dem Kühlkreislauf (4, 5) angeordneten Temperatursensor (7), durch den die Vorrichtung (1) in Abhängigkeit von der Motortemperatur steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Planetenradgetriebe (11) umfasst, das zwischen dem Motor (2) und dem Lüfter (3) eingesetzt und mit beiden trieblich verbunden ist, dass das Planetenradgetriebe (11) stufenlos zwischen zwei Betriebsstellungen schaltbar ist und dass zur Betätigung des Planetenradgetriebes (11) der Temperatursensor (7) auf eine mit dem Planetenradgetriebe (11) gekoppelte Verstelleinrichtung (21) einwirkt, mittels der die Betriebsstellungen des Planetenradgetriebes (11) einstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (21) in reib-, kraft- oder formschlüssiger Wirkverbindung mit dem Hohlrad (12) des Planetenradgetriebes (11) steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (21) als Hydraulikkreislauf (18, 22, 23) ausgebildet ist, in den eine Drossel (24) eingesetzt ist, durch die der Durchfluss eines Mediums (10), vorzugsweise einer Hydraulikflüssigkeit, durch den Hydraulikkreislauf (18, 22, 23) regelbar ist, dass in dem das Planetenradgetriebe (11) aufnehmenden Gehäuse (17) mindestens eine Hohlkammer (18) vorgesehen ist, die zusammen mit einer in diese einmündende Druck- und Saugleitung (22, 23) Bestandteil des Hydraulikkreislaufes sind, und dass in dem jeweiligen Hohlraum (18) ein Zahnrad (19) als Pumpe drehbar gelagert ist, das in formschlüssiger Wirkverbindung mit einer am Hohlrad des Planetenradgetriebes (11) angearbeiteten Außenverzahnung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hydraulikkreislauf (18, 22, 23) ein Vorratsbehälter (9) zugeordnet ist, in den die Druck- und Saugleitungen (22, 23) münden, dass in der Saugleitung (22) dem Vorratsbehälter (9) nachgeschaltet ein Rückschlagventil (25) und in der Druckleitung (23) dem Hohlraum (18) nachgeordnet eine Drossel (24) vorgesehen ist und dass die Öffnungsstellung der Drossel (24) von dem Temperatursensor (7) beeinflussbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (3) trieblich mit der Sonne (16) des Planetenradgetriebes (11) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Planetenräder (13) tragende Planetenkranz (15) des Planetenradgetriebes (11) trieblich mit der Abtriebswelle (6) des Motors (2) über einen Flansch (8) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Planetenkranz (15) der Planetenräder (13) und dem Flansch (8) mindestens ein Dämpfungskörper (31) vorgesehen ist, durch den Schwingungen aufnehmbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Dämpfungskörper im Querschnitt dreieckförmig ausgebildet sind.