DE102007058534A1

DE102007058534A1 - Kühlanordnung mit hydraulisch angetriebenen Lüftern

Info

Publication number: DE102007058534A1
Application number: DE102007058534A
Authority: DE
Inventors: Stefan Bohrer; Bernd Kempf
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-12-07
Also published as: DE102007058534B4

Abstract

Eine Kühlanordnung, die sich insbesondere für eine (landwirtschaftliche) Arbeitsmaschine (10) eignet, umfasst zwei Wärmetauscher (16, 18), zwei den Wärmetauschern (16, 18) zugeordnete Lüfter (20, 22), die im Betrieb Umgebungsluft zu den Wärmetauschern (16, 18) fördern, zwei Hydraulikmotoren (28, 30) zum Antrieb je eines Lüfters (20, 22) und eine hydraulikflüssigkeitsleitend mit den Hydraulikmotoren (28, 30) verbundene Hydraulikpumpe (24). Während der erste Hydraulikmotor (28) keine verstellbare Schwenkscheibe aufweist, sind die Hydraulikpumpe (24) und der zweite Hydraulikmotor (32) mit verstellbaren Schwenkscheiben (26, 32) ausgestattet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanordnung mit:
einem ersten Wärmetauscher,
einem zweiten Wärmetauscher,
einem ersten Lüfter, der dem ersten Wärmetauscher zugeordnet ist,
einem zweiten Lüfter, der dem zweiten Wärmetauscher zugeordnet ist,
einem ersten, antriebsmäßig mit dem ersten Lüfter verbundenen Hydraulikmotor,
einem zweiten, antriebsmäßig mit dem zweiten Lüfter verbundenen Hydraulikmotor,
und einer hydraulikflüssigkeitsleitend mit dem ersten Hydraulikmotor und dem zweiten Hydraulikmotor verbundenen Hydraulikpumpe.
Stand der Technik
Bei Arbeitsmaschinen, insbesondere selbstfahrenden landwirtschaftlichen Erntemaschinen, sind relativ große Mengen an Abwärme abzuführen, die insbesondere vom Verbrennungsmotor, Ladeluftkühler und ggf. einer Klimaanlage stammen. Dazu verwendet man üblicherweise Wärmetauscher, die durch Lüfter mit einem Luftstrom aus der Umgebungsluft beaufschlagt werden, um mit der austretenden Luft die Wärme abzuführen. Im Stand der Technik erfolgt der Antrieb der Lüfter mechanisch durch den Verbrennungsmotor ( DE 100 16 435 A ) oder durch Hydraulikmotore ( DE 10 2004 028 354 A , DE 10 2005 023 629 A ) oder durch Elektromotore ( DE 10 2005 045 266 A ). Während der mechanische Antrieb sich nur unter hohem Aufwand (Riemenvariator) in der Drehzahl verändern lässt, sind elektrische Antriebe bei dem Leistungsbedarf von Lüftern für eine selbstfahrende Erntemaschine unwirtschaftlich.
Die DE 10 2004 028 354 beschreibt einen hydraulischen Antrieb für einen einzigen Kühllüfter, bei dem eine verstellbare Hydraulikpumpe und ein nicht verstellbarer Hydraulikmotor in einem geschlossenen Kreis angeordnet sind.
Die DE 10 2005 023 629 A beschreibt einen anderen hydraulischen Antrieb für mehrere Kühllüfter, bei dem ein Elektromotor mit verstellbarer Drehzahl eine nicht verstellbare Hydraulikpumpe antreibt, die wiederum mehrere, parallel geschaltete Hydraulikmotore mit Hydraulikflüssigkeit versorgt. Die Hydraulikmotore sind nicht verstellbar und treiben jeweils einen Lüfter an.
Bei manchen Arbeitsmaschinen sind mehrere Wärmetauscher mit Kühlluft zu versorgen. Anwendungsfälle sind Arbeitsmaschinen mit zwei oder mehr Verbrennungsmotoren und in aufgelöster Bauweise an der Arbeitsmaschine befindliche Kühlanordnungen. Die Kühlluftbedarfe der Wärmetauscher sind in der Regel unterschiedlich, so dass die Lösung nach DE 10 2005 023 629 A , bei der beide Lüfter stets dieselbe Drehzahl haben, für derartige Fälle – auch aufgrund des unwirtschaftlichen elektromotorischen Antriebs des Hydraulikmotors – ungeeignet ist. Eine Verdoppelung der Anordnung nach DE 10 2004 028 354 A würde zwar unterschiedliche Lüfterdrehzahlen ermöglichen, erfordert aber einen hohen Aufwand für die zwei dann erforderlichen Verstellpumpen.
Aufgabe der Erfindung
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Kühlanordnung eingangs genannter Art bereitzustellen, die auf einfache und wirtschaftliche Weise eine Anpassung der Drehzahl zweier Lüfter an unterschiedliche Kühlleistungsbedarfe ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei in den weiteren Patentansprüchen Merkmale aufgeführt sind, die die Lösung in vorteilhafter Weise weiterentwickeln.
Eine Kühlanordnung, die sich insbesondere für eine (landwirtschaftliche) Arbeitsmaschine eignet, umfasst zwei Wärmetauscher, zwei den Wärmetauschern zugeordnete Lüfter, die im Betrieb Umgebungsluft zu den Wärmetauschern fördern, zwei Hydraulikmotore zum Antrieb je eines Lüfters und eine hydraulikflüssigkeitsleitend mit den Hydraulikmotoren vorzugsweise in einem geschlossenen Kreis verbundene Hydraulikpumpe. Während der erste Hydraulikmotor keine verstellbare Schwenkscheibe aufweist, sind die Hydraulikpumpe und der zweite Hydraulikmotor mit verstellbaren Schwenkscheiben ausgestattet.
Auf diese Weise sind mit den zwei verstellbaren Schwenkscheiben auch zwei Freiheitsgrade vorhanden, mit denen die Drehzahlen der beiden Lüfter den jeweiligen Anforderungen angepasst werden können. Der Aufwand ist gering, da nur eine verstellbare Hydraulikpumpe und nur ein verstellbarer Hydraulikmotor benötigt werden. Falls drei oder mehr Lüfter und Hydraulikmotore benötigt werden, sind die hinzukommenden Hydraulikmotore zweckmäßigerweise sämtlich mit verstellbaren Schwenkscheiben ausgestattet.
Eine elektronische Steuerung kann den Kühlleistungsbedarf der beiden Wärmetauscher separat erfassen und die verstellbaren Schwenkscheiben der Hydraulikpumpe und des Hydraulikmotors entsprechend des Kühlleistungsbedarfs ansteuern. Dabei kann die Drehzahl der Lüfter erfasst und an die Steuerung zu Regelzwecken zurückgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich wird die Position der Schwenkplatten erfasst und zu Regelzwecken an die Steuerung zurückgeführt.
Bei manchen Arbeitsmaschinen sind zwei Verbrennungsmotore vorhanden, denen je einer der Wärmetauscher zugeordnet ist. Einer der Verbrennungsmotore ist immer dann in Betrieb, wenn sich die Arbeitsmaschine im Betrieb befindet, während der andere (zweite) Verbrennungsmotor nur benötigt wird, wenn höhere Leistungen zu erbringen sind, beispielsweise beim Erntebetrieb. Der zweite Verbrennungsmotor wird demnach dem ersten Verbrennungsmotor bei Bedarf zugeschaltet. Bei derartigen Arbeitsmaschinen ist es besonders sinnvoll, dem zweiten Verbrennungsmotor auch den zweiten Wärmetauscher und den zweiten Lüfter zuzuordnen, da der zweite Lüfter mittels des verstellbaren zweiten Hydraulikmotors abgeschaltet werden kann, insbesondere wenn der zweite Verbrennungsmotor sich nicht im Betrieb befindet, während der erste Lüfter dann durch entsprechende Ansteuerung der Hydraulikpumpe in seiner Drehzahl regelbar ist.
Die erfindungsgemäße Kühlanordnung eignet sich insbesondere für selbstfahrende Erntemaschinen, wie Mähdrescher und Feldhäcksler, aber auch für Baumaschinen und andere Fahrzeuge.
Ausführungsbeispiel
Anhand der Abbildung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kühlanordnung einer landwirtschaftlichen Arbeitsmaschine.
In der 1 ist eine Arbeitsmaschine 10 schematisch dargestellt. Sie umfasst einen ersten Verbrennungsmotor 12, einen zweiten Verbrennungsmotor 14, einen ersten Wärmetauscher 16, der mit Kühlflüssigkeit vom ersten Verbrennungsmotor 12 durchströmt wird, und einen zweiten Wärmetauscher 18, der mit Kühlflüssigkeit vom zweiten Verbrennungsmotor 14 durchströmt wird. Ein erster Lüfter 20 ist dem ersten Wärmetauscher 16 zugeordnet und saugt im Betrieb Umgebungsluft an, die dann den ersten Wärmetauscher 16 durchströmt. Ein zweiter Lüfter 22 ist dem zweiten Wärmetauscher 18 zugeordnet und saugt im Betrieb Umgebungsluft an, die dann den zweiten Wärmetauscher 18 durchströmt. Eine Hydraulikpumpe 24 mit verstellbarer Schwenkscheibe 26 wird mechanisch vom ersten Verbrennungsmotor 12 durch einen geeigneten (nicht gezeigten) Antriebsstrang angetrieben und steht in einem geschlossenen Kreis hydraulikflüssigkeitsleitend mit einem ersten Hydraulikmotor 28 mit festem Schluckvolumen und einem zweiten Hydraulikmotor 30 mit verstellbarer Schwenkscheibe 32 in Verbindung. Die beiden Hydraulikmotore 28, 30 sind bezüglich des Hydraulikflusses parallel geschaltet. Der erste Hydraulikmotor 28 steht mit dem ersten Lüfter 20 in Antriebsverbindung, währen der zweite Hydraulikmotor 30 mit dem zweiten Lüfter 22 in Antriebsverbindung steht.
Während der erste Verbrennungsmotor 12 permanent im Betrieb ist, solange ein Zündschlüssel in einer Betriebsposition steht, ist der zweite Verbrennungsmotor 14 über ein Verbindungsgetriebe 34 dem ersten Verbrennungsmotor 12 zuschaltbar, um höhere Leistungsbedarfe abzudecken.
Eine elektronische Steuerung 36 ist mit einem ersten Temperatursensor 38, der die Temperatur der Kühlflüssigkeit des ersten Verbrennungsmotors 12 erfasst und mit einem zweiten Temperatursensor 40 verbunden, der die Temperatur der Kühlflüssigkeit des zweiten Verbrennungsmotors 14 erfasst. Weiterhin ist die Steuerung 36 mit einem ersten Drehzahlsensor 42 zur Erfassung der Drehzahl des ersten Lüfters 20 und einem zweiten Drehzahlsensor 44 zur Erfassung der Drehzahl des zweiten Lüfters 22 verbunden. Schließlich ist die Steuerung 36 mit einem Aktor 46 zur Verstellung der Schwenkscheibe 26 der Hydraulikpumpe 24 und mit einem Aktor 48 zur Verstellung der Schwenkscheibe 32 des zweiten Hydraulikmotors 30 verbunden.
Im Betrieb berechnet die Steuerung 36 anhand der Ausgangswerte der Temperatursensoren 38, 40 die jeweils zur Aufrechterhaltung einer gewünschten Kühlflüssigkeitstemperatur erforderlichen Sollwerte der Drehzahlen der Lüfter 20, 22. Die mit den Drehzahlsensoren 42, 44 erfassten Istwerte der Drehzahlen der Lüfter 20, 22 werden damit verglichen und Stellsignale für die Aktoren 46, 48 zur Verstellung der Schwenkscheiben 26, 32 bestimmt. Zur Änderung der Drehzahl des ersten Lüfters 20 und somit des ersten Hydraulikmotors 28 wird mittels des Aktors 46 die Schwenkscheibe 26 der Hydraulikpumpe 24 verstellt. Bei konstant bleibender Solldrehzahl des zweiten Lüfters 22 wird der Aktor 48 der Schwenkscheibe 32 des zweiten Hydraulikmotors 30 dann entsprechend des sich bei der Verstellung der Schwenkscheibe 26 der Hydraulikpumpe 24 ändernden Hydraulikflusses anhand des Signals des Drehzahlsensors 44 nachgeregelt. Soll aufgrund einer Änderung der Kühlflüssigkeitstemperatur des zweiten Verbrennungsmotors 14 die Drehzahl des zweiten Lüfters 22 und somit des zweiten Hydraulikmotors 30 nachgeregelt werden, wird mittels des Aktors 48 lediglich die Schwenkscheibe 32 des zweiten Hydraulikmotors 30 verstellt.
Wenn der zweite Verbrennungsmotor 14 nicht benötigt wird, sinkt seine Kühlflüssigkeitstemperatur ab, was die Steuerung 36 veranlasst, den Aktor 48 in eine Position zu verbringen, in der der zweite Hydraulikmotor 30 und der zweite Lüfter 22 sich nur relativ langsam drehen oder stillstehen. Beide Hydraulikmotore 28, 30 können durch die dargestellte Anordnung in (der Drehrichtung im normalen Betrieb) entgegen gesetzter Richtung angetrieben werden, um die Richtung des Luftstroms durch die Wärmetauscher umzudrehen und damit die Wärmetauscher von Verunreinigungen zu reinigen. Dabei können auch den Lüftern 20, 22 vorgeordnete Reinigungssiebe gereinigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10016435 A [0002]
- DE 102004028354 A [0002, 0005]
- DE 102005023629 A [0002, 0004, 0005]
- DE 102005045266 A [0002]
- DE 102004028354 [0003]

Claims

Kühlanordnung mit: einem ersten Wärmetauscher (16), einem zweiten Wärmetauscher (18), einem ersten Lüfter (20), der dem ersten Wärmetauscher (16) zugeordnet ist, einem zweiten Lüfter (22), der dem zweiten Wärmetauscher (18) zugeordnet ist, einem ersten, antriebsmäßig mit dem ersten Lüfter (20) verbundenen Hydraulikmotor (28), einem zweiten, antriebsmäßig mit dem zweiten Lüfter (22) verbundenen Hydraulikmotor (30), und einer hydraulikflüssigkeitsleitend mit dem ersten Hydraulikmotor (28) und dem zweiten Hydraulikmotor (30) verbundenen Hydraulikpumpe (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (24) und der zweite Hydraulikmotor (30) verstellbare Schwenkscheiben (26, 32) umfassen, während der erste Hydraulikmotor (28) nicht verstellbar ist.
Kühlanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikmotoren (28, 30) und die Hydraulikpumpe (24) in einem geschlossenen Kreis angeordnet sind.
Kühlanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (36) betreibbar ist, den Kühlleistungsbedarf der beiden Wärmetauscher (16, 18) getrennt voneinander zu erfassen und die verstellbaren Schwenkscheiben (26, 32) der Hydraulikpumpe (24) und des zweiten Hydraulikmotors (32) entsprechend des Kühlleistungsbedarfs anzusteuern.
Kühlanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (36) eingerichtet ist, die Drehzahlen der Hydraulikmotore (28, 30) basierend auf Signalen von Drehzahlsensoren (42, 44) abhängig vom Kühlleistungsbedarf zu regeln.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem ersten Wärmetauscher (16) ein erster Verbrennungsmotor (12) zugeordnet ist, dass dem zweiten Wärmetauscher (18) ein zweiter Verbrennungsmotor (14) zugeordnet ist, und dass der zweite Verbrennungsmotor (14) dem ersten Verbrennungsmotor (12) bei Bedarf zuschaltbar ist.
Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfter (20, 22) bidirektional antreibbar sind.
Arbeitsmaschine (10), insbesondere landwirtschaftliche Erntemaschine, mit einer Kühlanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6.