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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Kühlvorrichtung, insbesondere
einer Brennkraftmaschinenkühlvorrichtung, nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 44 01 979 A1 ist
bereits eine Kühlvorrichtung, insbesondere eine Brennkraftmaschinenkühlvorrichtung,
mit zumindest einem Lüfterrad, mit einem Primärantriebssystem
zur Anbindung des Lüfterrads an eine Primärantriebsmaschine
und mit einer Sekundärantriebsmaschine, die dazu vorgesehen
ist, das Lüfterrad in zumindest einem Betriebszustand unabhängig
von der Primärantriebsmaschine anzutreiben, bekannt.
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Vorteile der Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einer Kühlvorrichtung, insbesondere
einer Brennkraftmaschinenkühlvorrichtung, mit zumindest einem
Lüfterrad, mit einem Primärantriebssystem zur
Anbindung des Lüfterrads an eine Primärantriebsmaschine
und mit einer Sekundärantriebsmaschine, die dazu vorgesehen
ist, das Lüfterrad in zumindest einem Betriebszustand unabhängig
von der Primärantriebsmaschine anzutreiben.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Sekundärantriebsmaschine koaxial
zu zumindest einem Teil des Primärantriebssystems angeordnet
ist. Dadurch kann eine kompakte Ausgestaltung eines Sekundärantriebs
für das Lüfterrad realisiert werden, wodurch eine
kompakte Kühlvorrichtung bereitgestellt werden kann, mittels
der eine vorteilhafte Kühlung der Brennkraftmaschine und/oder
eines die Brennkraftmaschine umgebenden Motorraums insbesondere
in einer Nachlaufphase realisiert werden kann. Insbesondere kann
dadurch eine vorteilhafte Kühlvorrichtung für ein
Nutzfahrzeug bereitgestellt werden. Unter einer „Primärantriebsmaschine” soll
dabei insbesondere eine als Hauptantrieb ausgebildete Antriebsmaschine
verstanden werden, der das Lüfterrad als ein Nebenaggregat
zugeordnet ist, wie insbesondere eine Brennkraftmaschine als Hauptantrieb
eines Kraftfahrzeugs. Unter einer „Sekundärantriebsmaschine” soll
weiter insbesondere eine zusätzliche Antriebsmaschine verstanden
werden, wie insbesondere ein zusätzlich zu der Primärantriebsmaschine
angeordneter Elektromotor. Weiter soll unter „unabhängig” in diesem
Zusammenhang insbesondere eine von einer Drehzahl der Primärantriebsmaschine
unabhängige Einstellung einer Drehzahl des Lüfterrads
verstanden werden. Unter „vorgesehen” soll insbesondere
speziell ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden werden.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Primärantriebssystem
die Sekundärantriebsmaschine durchsetzt. Dadurch kann ein
axialer Bauraum der Kühlvorrichtung besonders kompakt gehalten
werden.
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Insbesondere
ist es dabei vorteilhaft, wenn die Sekundärantriebsmaschine
und das Primärantriebssystem teilweise einstückig
ausgeführt sind. Dadurch kann ein von der Sekundärantriebsmaschine
eingenommener Bauraum weiter verkleinert werden. Unter „einstückig” soll
dabei insbesondere verstanden werden, dass eine Rotoreinheit der
Sekundärantriebsmaschine zumindest teilweise mittels des Primärantriebssystems
ausgebildet ist. Unter einer Rotoreinheit soll dabei insbesondere
eine drehbar angeordnete Baueinheit der Sekundärantriebsmaschine
verstanden werden, die zum Abgriff eines von der Sekundärantriebsmaschine
bereitgestellten Moments vorgesehen ist. Insbesondere soll in diesem Zusammenhang
unter „einstückig” eine permanente Anbindung
der Rotoreinheit der Sekundärantriebsmaschine an zumindest
einen Teil des Primärantriebssystems verstanden werden.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen,
dass das Primärantriebssystem zumindest eine Kupplungseinheit
aufweist, in die die Sekundärantriebsmaschine zumindest
teilweise integriert ist. Dadurch kann eine Verbindung zwischen
der Primärantriebsmaschine und der Sekundärantriebsmaschine
vorteilhaft eingestellt werden. Unter einer „Kupplungseinheit” soll
dabei insbesondere eine zumindest teilweise extern schaltbare Einheit
mit einem eingangsseitigen Koppelelement und einem ausgangsseitigen
Koppelelement verstanden werden, wobei die Koppelelemente dazu vorgesehen sind,
in zumindest einem Betriebszustand wirkungsmäßig
miteinander verbunden zu werden. Weiter soll unter „integriert” insbesondere
verstanden werden, dass die Kupplungseinheit und die Sekundärantriebsmaschine
zumindest teilweise in einem gemeinsamen Bauraum angeordnet sind,
d. h. die Sekundärantriebsmaschine ist zumindest teilweise
in einem von der Kupplungseinheit aufgespannten Bauraum angeordnet
und/oder die Kupplungseinheit ist zumindest teilweise in einem von
der Sekundärantriebsmaschine aufgespannten Bauraum angeordnet.
Die dem Primärantriebssystem zugeordnete Kupplungseinheit
ist dabei vorteilhafterweise dazu vorgesehen, die Primärantriebsmaschine
und das Lüfterrad zumindest schlupfend zu verbinden.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Sekundärantriebsmaschine und
die Kupplungseinheit zumindest teilweise axial überschneidend
angeordnet sind. Dadurch kann der axiale Bauraum der Kühlvorrichtung
besonders gering gehalten werden. Unter „zumindest teilweise
axial” überschneidend soll dabei insbesondere
verstanden werden, dass die Kühlvorrichtung zumindest eine
senkrecht zu einer Hauptrotationsachse orientierte Querschnittsfläche
aufweist, in der zumindest ein Teil der Sekundärantriebsvorrichtung
und zumindest ein Teil der Kupplungseinheit angeordnet sind.
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Insbesondere
ist es weiter vorteilhaft, wenn die Sekundärantriebsmaschine
eine Rotoreinheit aufweist, die mittels der Kupplungseinheit an
das Primärantriebssystem angebunden ist. Dadurch kann für
die Rotoreinheit besonders einfach ein großer Wirkdurchmesser
bereitgestellt werden, der zugleich einen geringen zusätzlichen
Bauraumbedarf für die Rotoreinheit ermöglicht.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kupplungseinheit
und die Sekundärantriebsmaschine zumindest teilweise einstückig
ausgebildet sind. Dadurch kann ein radialer Wirkdurchmesser der
Kupplungseinheit besonders vorteilhaft für die Sekundärantriebsmaschine
genutzt werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Kupplungseinheit
zumindest ein Koppelmittelträgerelement auf, das zur Anbindung
eines Permanentmagnetträgerelements der Sekundärantriebsmaschine
vorgesehen ist. Dadurch kann ein radialer und ein axialer Bauraumbedarf
der Kupplungseinheit besonders gering gehalten werden. Unter einem „Koppelmittelträgerelement” soll
dabei insbesondere ein Bauteil einer Kupplung der Kupplungseinheit
verstanden werden, das als Eingangselement oder Ausgangselement
der Kupplung ausgebildet ist. Insbesondere soll darunter ein Bauteil
zur Ausbildung und/oder unmittelbaren Anordnung und/oder unmittelbaren
Anbindung von einem Kraftübertragungselement zur Übertragung
eines Kupplungsmoments verstanden werden, wie beispielsweise ein Bauteil
zur Ausbildung einer Reibscheibe und/oder ein Bauteil zur Anordnung
von Kupplungslamellen und/oder ein Bauteil zur Anordnung von Wirkflächen. Grundsätzlich
können das Koppelmittelträgerelement und das Kraftübertragungselement
dabei einstückig, wie beispielsweise als ein Koppelmittelträgerelement,
das teilweise als eine Reibscheibe ausgeführt ist, und/oder
als ein Koppelmittelträgerelement, das zur Ausbildung einer
Wirbelstromkupplung als eine Stromleitscheibe ausgebildet ist, oder
mehrteilig, wie beispielsweise als ein auf dem Koppelmittelträgerelement
angeordnetes Reibelement, ausgeführt sein.
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Weiter
ist es vorteilhaft, wenn die Kupplungseinheit ein dem Lüfterrad
zugeordnetes Koppelelement aufweist, das zur Anbindung der Sekundärantriebsmaschine
vorgesehen ist. Dadurch kann die Sekundärantriebsmaschine
mittels der Kupplungseinheit vorteilhaft von der Primärantriebsmaschine getrennt
werden. Insbesondere kann dadurch auf eine aufwendige zusätzliche
Vorrichtung, die lediglich zur Entkopplung der Sekundärantriebsmaschine vorgesehen
ist, verzichtet werden. Unter „zugeordnet” soll
in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das
Koppelelement in geöffnetem Zustand der Kupplungseinheit
drehfest mit dem Lüfterrad verbunden ist oder verbunden
werden kann.
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Ferner
wird eine Ausgestaltung vorgeschlagen, in der die Kupplungseinheit
zumindest einen Freilauf aufweist, der zur Anbindung der Sekundärantriebsmaschine
vorgesehen ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung
gefunden werden, bei der ein von der Freilaufeinheit benötigter Bauraum
zumindest teilweise für die Sekundärantriebsmaschine
vorgesehen werden kann. Unter einer „Anbindung” soll
dabei in diesem Zusammenhang insbesondere eine bauliche Anbindung und/oder
Ausgestaltung der Rotoreinheit der Sekundärantriebsmaschine
verstanden werden.
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Besonders
bevorzugt weist die Kupplungseinheit dabei zur Anbindung der Sekundärantriebsmaschine
ein Koppelmittelträgerelement auf, das im Kraftfluss nach
dem Freilauf angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte
Anbindung der Sekundärantriebsmaschine an das Primärantriebssystem
realisiert werden. Vorteilhafterweise ist das Koppelmittelträgerelement
der Primärantriebsmaschine zugeordnet, d. h. als Eingangselement
einer nach dem Freilauf angeordneten Kupplung vorgesehen. Insbesondere
ist es aber auch denkbar, dass das Koppelmittelträgerelement
dem Lüfterrad zugeordnet ist, d. h. als Ausgangselement
des Freilaufs oder einer nach dem Freilauf angeordneten Kupplung
vorgesehen ist.
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In
einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass die Kupplungseinheit
zumindest eine elektromagnetisch betätigte Kupplung aufweist.
Dadurch kann die Kupplungseinheit einfach betätigt und/oder geschaltet
werden.
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Alternativ
oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Kupplungseinheit
zumindest eine als Wirbelstromkupplung ausgebildete Kupplung aufweist.
Dadurch kann die Kupplungseinheit einen verschleißfrei
arbeitenden schlupfenden Betrieb ermöglichen.
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Insbesondere
ist es dabei vorteilhaft, wenn die Kupplungseinheit mehrstufig ausgebildet
ist und zumindest ein erstes Koppelmittel mit einer elektromagnetisch
betätigten Kupplung sowie ein zweites Koppelmittel mit
einer elektromagnetisch betätigten Kupplung und einer Wirbelstromkupplung
aufweist. Dadurch kann eine Kupplungseinheit bereitgestellt werden,
mittels der vorteilhafterweise unterschiedliche Kupplungskoeffizienten
zwischen einem Antriebselement und dem Lüfterrad einstellbar
sind. Unter einem „Kupplungskoeffizienten” soll
dabei insbesondere ein mittels der Kupplungseinheit einstellbarer Faktor
einer Drehmomentübertragung und/oder einer Drehzahlübertragung
zwischen dem Antriebselement und dem Lüfterrad verstanden
werden.
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Außerdem
ist es denkbar, dass die Kupplungseinheit alternativ oder zusätzlich
zumindest eine hydrodynamische Kupplung aufweist. Dadurch kann die
Kupplungseinheit einen vorteilhaft einstellbaren Kupplungskoeffizienten
aufweisen, wobei ebenfalls ein verschleißfrei arbeitender
schlupfender Betrieb möglich ist.
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Ferner
wird ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung,
insbesondere einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung
vorgeschlagen, bei dem erfindungsgemäß ein Lüfterrad
in zumindest einem Betriebszustand über ein Primärantriebssystem
mittels einer Primärantriebsmaschine und in zumindest einem
Betriebszustand unabhängig von der Primärantriebsmaschine
mittels einer koaxial zu der Primärantriebsmaschine angeordneten
Sekundärantriebsmaschine angetrieben wird.
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Dabei
wird insbesondere für ein solches Verfahren vorgeschlagen,
dass das zumindest in einem Betriebszustand der Primärantriebsmaschine
mittels der Primärantriebsmaschine angetriebene Lüfterrad zur
Nachkühlung der Primärantriebsmaschine von der
Sekundärantriebsmaschine angetrieben wird. Dadurch kann
eine besonders vorteilhafte und einfache Abfuhr einer Restwärme
der Sekundärantriebsmaschine realisiert werden. Unter einer „Nachkühlung” soll
dabei insbesondere eine auf einen Betrieb der Primärantriebsmaschine
unmittelbar nachfolgende zeitlich gesteuerte und/oder temperaturgesteuerte Kühlung
der Primärantriebsmaschine und/oder des die Primärantriebsmaschine
umgebenden Motorraums verstanden werden.
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Insbesondere
kann durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung
ein vorteilhaftes Verfahren zur Nachkühlung der Brennkraftmaschine
sowie des die Brennkraftmaschine umgebenden Motorraums bereitgestellt
werden, bei dem das mittels der Primärantriebsmaschine
antreibbare Lüfterrad mittels der Sekundärantriebsmaschine
angetrieben wird, während ein an die Primärantriebsmaschine übertragenes
Antriebsmoment nahezu null ist. Unter „nahezu null” soll dabei
insbesondere verstanden werden, dass ein übertragenes Moment
im Wesentlichen durch Schleppmomente zwischen voneinander entkoppelten
Bauteilen bedingt ist, wie beispielsweise durch ein Schleppmoment
von Lagerstellen. Insbesondere soll unter „nahezu null” verstanden
werden, dass das dabei übertragene Moment wesentlich kleiner
ist als ein von der Sekundärantriebsmaschine bereitgestelltes
Antriebsmoment.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In den Zeichnungen sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung
dargestellt. Die Beschreibung, die Zeichnungen und die Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten
und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen
Kühlvorrichtung,
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2 eine
Kupplungseinheit der Kühlvorrichtung aus 1,
in die eine Sekundärantriebsmaschine integriert ist,
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3 eine
schematische Darstellung der Kupplungseinheit aus 2,
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4 eine
alternative Ausbildung einer Sekundärantriebsmaschine in
einer Kühlvorrichtung, die analog zu 1 ausgebildet
ist,
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5 eine
schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung mit einer
Kupplungseinheit, die einen Freilauf und eine nachgeschaltete Viskosekupplung
aufweist,
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6 eine
beispielhafte konstruktive Ausgestaltung der Kühlvorrichtung
aus 5 und
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7 eine
schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung mit einer
Kupplungseinheit, die eine Viskosekupplung und einen nachgeschalteten
Freilauf umfasst.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
schematisiert eine Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen
Kühlvorrichtung. Die Kühlvorrichtung ist als eine
Brennkraftmaschinenkühlvorrichtung ausgebildet. Sie ist
zur Kühlung einer Primärantriebsmaschine 12a sowie
eines die Primärantriebsmaschine 12a umgebenden
Motorraums 51a vorgesehen. Die Primärantriebsmaschine 12a ist
als eine Brennkraftmaschine ausgebildet. Die Kühlvorrichtung
umfasst ein Lüfterrad 10a, das zur Erzeugung eines
Kühlluftstroms 35a vorgesehen ist. Das Lüfterrad 10a weist
Lüfterflügel 36a auf, die bei einem Antrieb
des Lüfterrads 10a den Kühlluftstrom 35a erzeugen.
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Die
Kühlvorrichtung kühlt die als Brennkraftmaschine
ausgebildete Primärantriebsmaschine 12a. Die Kühlvorrichtung
umfasst einen schematisch angedeuteten Kühlmittelkreislauf,
mittels dessen die Primärantriebsmaschine 12a indirekt
gekühlt werden kann. Der Kühlkreislauf weist einen
Wärmetauscher 37a auf, der von einem mittels des
Lüfterrads 10a erzeugbaren Kühlluftstrom 35a durchsetzt
wird. Außerdem durchsetzt der mittels der Kühlvorrichtung
erzeugbare Kühlluftstrom 35a zumindest teilweise
den Motorraum 51a, in dem die Primärantriebsmaschine 12a angeordnet
ist. Eine von der Primärantriebsmaschine 12a in
den Motorraum 51a abgegebene Wärme wird in einem
Betriebszustand der Kühlvorrichtung mittels des von dem
Lüfterrad 10a bereitgestellten Kühlluftstroms 35a abgeführt.
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Zum
Antrieb des Lüfterrads 10a umfasst die Kühlvorrichtung
ein Primärantriebssystem 11a, mittels dessen das
Lüfterrad 10a wirkungsmäßig
mit der Primärantriebsmaschine 12a verbindbar
ist. Das Primärantriebssystem 11a umfasst ein
Antriebselement 38a, das drehfest mit einem Abtriebselement
der Primärantriebsmaschine 12a verbunden ist.
Außerdem umfasst das Primärantriebssystem 11a eine
Kupplungseinheit 14a, die wirkungsmäßig
zwischen dem Antriebselement 38a und dem Lüfterrad 10a angeordnet
ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Primärantriebssystem 11a ein
Winkelgetriebe 39a auf, mittels dessen die längs
verbaute Primärantriebsmaschine 12a und das quer
eingebaute Lüfterrad 10a miteinander verbunden
sind. Die Kühlvorrichtung ist als eine Nutzfahrzeugkühlvorrichtung mit
einem seitlich angeordneten Lüfterrad 10a ausgebildet.
Die Kupplungseinheit 14a ist koaxial zu dem Lüfterrad 10a angeordnet.
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Weiter
umfasst die Kühlvorrichtung eine Sekundärantriebsmaschine 13a,
mittels der das Lüfterrad 10a unabhängig
von der Primärantriebsmaschine 12a antreibbar
ist. Die Sekundärantriebsmaschine 13a ist als
ein Elektromotor ausgebildet, der koaxial zu der Kupplungseinheit 14a des
Primärantriebssystems 11a angeordnet ist. Das
Primärantriebssystem 11a durchsetzt die Sekundärantriebsmaschine 13a. Das
Primärantriebssystem 11a und die Sekundärantriebsmaschine 13a sind
dabei teilweise einstückig ausgebildet.
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Die
Kupplungseinheit 14a umfasst ein der Primärantriebsmaschine 12a zugeordnetes
Koppelelement 27a, das wirkungsmäßig
mit dem Antriebselement 38a verbunden ist. Außerdem
umfasst die Kupplungseinheit 14a ein dem Lüfterrad
zugeordnetes Koppelelement 28a, das wirkungsmäßig
mit dem Lüfterrad 10a verbunden ist. Die Sekundärantriebsmaschine 13a ist
teilweise in die Kupplungseinheit 14a des Primärantriebsystems 11a integriert.
In axialer Richtung sind die Kupplungseinheit 14a und die Sekundärantriebsmaschine 13a teilweise überschneidend
angeordnet.
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Um
die beiden Koppelelemente 27a, 28a miteinander
zu verbinden, umfasst die Kupplungseinheit 14a zumindest
ein erstes Koppelmittel 34a mit einer Kupplung 30a (vgl. 2).
Die Kupplung 30a ist als eine elektromagnetische Kupplung
ausgebildet. Sie ist als eine Reibkupplung ausgebildet, die zur
Herstellung einer Wirkverbindung zwischen den beiden Koppelelementen 27a, 28a zwei
Reibflächen aufweist, die reibschlüssig miteinander
in Kontakt gebracht werden können. Mittels der Kupplung 30a sind die
beiden Koppelelemente 27a, 28a drehfest miteinander
verbindbar. Zur Anordnung der Reibflächen weist die Kupplung 30a zwei
Koppelmittelträgerelemente 16a, 17a auf,
deren Stirnflächen als die Reibflächen ausgebildet
sind. Die Koppelmittelträgerelemente 16a, 17a sind
drehfest mit dem jeweiligen Koppelelement 27a, 28a der
Kupplungseinheit 14a verbunden. Das Koppelelement 27a und
das Koppelmittelträgerelement 16a sind dabei einstückig
ausgeführt. Das Koppelelement 28a und das Koppelmittelträgerelement 17a sind über
eine Schraubverbindung fest miteinander verbunden.
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Zur
Bereitstellung einer Betätigungskraft umfasst die Kupplung 30a einen
Elektromagneten 40a, der benachbart zu den Koppelmittelträgerelementen 16a, 17a angeordnet
ist. Der Elektromagnet 40a ist mittels eines Trägerelements 41a ortsfest
angeordnet. Das Trägerelement 41a ist gegen ein
Kupplungsgehäuse der Kupplungseinheit 14a abgestützt.
Eines der Koppelmittelträgerelemente 16a, 17a ist
axial verschiebbar angeordnet. Die von den Elektromagneten 40a bereitgestellte
Betätigungskraft wirkt insbesondere auf das axial verschiebbare,
als Anker ausgeführte Koppelmittelträgerelement 17a,
das sich in einem Betätigungszustand der Kupplung 30a gegen
das axial ortsfest angeordnete, als Rotor ausgebildete Koppelmittelträgerelement 16a abstützt
und somit die Kupplung 30a schließt.
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Die
in die Kupplungseinheit 14a integrierte Sekundärantriebsmaschine 13a umfasst
eine Statoreinheit 42a, die mittels des Trägerelements 41a für die
Elektromagnete 40a der Kupplung 30a ausgebildet
ist (vgl. 2). Die Statoreinheit 42a weist
Erregerspulen 43a auf, die in einem Betriebszustand der Sekundärantriebsmaschine 13a bestromt
sind. Durch die ortsfest angeordneten Erregerspulen 43a ist
die Sekundärantriebsmaschine 13a als ein bürstenloser
Elektromotor ausgebildet. Eine Drehzahl und ein Antriebsmoment der
Sekundärantriebsmaschine 13a sind mittels einer
Bestromung der Erregerspulen 43a einstellbar.
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Weiter
umfasst die Sekundärantriebsmaschine 13a eine
Rotoreinheit 15a mit einem Permanentmagnetträgerelement 26a,
mittels dessen Permanentmagnete 44a der Sekundärantriebsmaschine 13a zur
Wechselwirkung mit den Erregerspulen 43a der Sekundärantriebsmaschine 13a angeordnet
sind. Die Rotoreinheit 15a der Sekundärantriebsmaschine 13a ist
im Wesentlichen einstückig mit dem Koppelelement 28a der
Kupplungseinheit 14a, das dem Lüfterrad 10a zugeordnet
ist, ausgeführt. Ein von der Sekundärantriebsmaschine 13a bereitgestelltes
Antriebsmoment, das damit unmittelbar an dem Koppelelement 28a angreift,
wird somit direkt in das Primärantriebssystem 11a eingeleitet.
In geöffnetem Zustand der Kupplungseinheit 14a kann
die Sekundärantriebsmaschine 13a mittels des bereitgestellten Antriebsmoments
das Lüfterrad 10a unabhängig von der
Primärantriebsmaschine 12a antreiben.
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Die
Sekundärantriebsmaschine 13a ist als ein Scheibenläufermotor
ausgebildet. Zur Anordnung der Permanentmagnete 44a der
Sekundärantriebsmaschine 13a weist das Koppelelement 28a eine
radiale Erstreckung auf, die größer ist als eine
radiale Erstreckung der Kupplung 30a. Ein radial über
die Kupplungseinheit 14a überstehender Teil des
Koppelelements 28a ist als das Permanentmagnetträgerelement 26a ausgebildet.
Die Permanentmagnete 44a sind somit radial außerhalb
der Kupplung 30a angeordnet.
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Das
Koppelelement 28a ist im Wesentlichen auf einer dem Lüfterrad 10a zugewandten
Seite der Kupplung 30a angeordnet. Der als Permanentmagnetträgerelement 26a ausgebildete
Teil des Koppelelements 28a ist scheibenförmig
ausgebildet und weist eine Stirnfläche 45a auf,
deren Oberflächennormale in Richtung der Kupplung 30a orientiert
ist. Die Permanentmagnete 44a der Sekundärantriebsmaschine 13a sind
auf dieser Stirnfläche 45a angeordnet.
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Die
Erregerspulen 43a sind den Permanentmagneten 44a der
Rotoreinheit 15a gegenüberliegend angeordnet.
Die Erregerspulen 43a sind damit ebenfalls radial außerhalb
der Kupplung 30a angeordnet. Die Kupplungseinheit 14a ist
zumindest teilweise in einem Bauraum angeordnet, der durch die Statoreinheit 42a und
die Rotoreinheit 15a der Sekundärantriebsmaschine 13a aufgespannt
ist. In radialer Richtung sind die Kupplung 30a und die
Sekundärantriebsmaschine 13a geschachtelt angeordnet. In
axialer Richtung durchsetzt die Kupplungseinheit 14a die
Sekundärantriebsmaschine 13a zumindest teilweise.
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Die
Kupplungseinheit 14a ist zweistufig ausgebildet. Sie umfasst
neben dem Koppelmittel 34a noch ein weiteres Koppelmittel 46a,
das einen von dem Koppelmittel 46a abweichenden Übertragungskoeffizienten
aufweist. Mittels der beiden Koppelmittel 34a, 46a sind
unterschiedliche Drehzahlenkurven für das Lüfterrad 10a einstellbar.
In Verbindung mit einer Kupplungsstellung, in der die Kupplungseinheit 14a geöffnet
ist, sind insgesamt drei unterschiedliche Kupplungskoeffizienten
zwischen den beiden Koppelelementen 27a, 28a schaltbar.
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Das
zweite Koppelmittel 46a ist im Kraftfluss parallel zu dem
ersten Koppelmittel 34a angeordnet (vgl. 3).
Das zweite Koppelmittel 46a ist zweiteilig ausgebildet.
Es umfasst eine erste Kupplung 31a, die als eine elektromagnetisch
betätigte Reibkupplung ausgebildet ist, und eine zweite
Kupplung 32a, die als eine Wirbelstromkupplung ausgebildet
ist. Der mittels des zweiten Koppelmittels 46a einstellbare Kupplungskoeffizient
ist kleiner als der Kupplungskoeffizient des ersten Koppelmittels 34a und
größer als der Kupplungskoeffizient der geöffneten
Kupplungseinheit 14a. Der Kupplungskoeffizient ist dabei über ein
Drehzahlverhältnis zwischen dem Antriebselement 38a und
dem Lüfterrad 10a definierbar. Eine drehfeste
Verbindung mittels der Kupplungseinheit 14a soll einem
Kupplungskoeffizienten von 1 entsprechen. Eine vollständige
Entkopplung soll einem Kupplungskoeffizienten von 0 entsprechen.
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Die
erste Kupplung 31a ist im Wesentlichen gleich ausgebildet
wie die Kupplung 30a. Die erste Kupplung 31a weist
ein Koppelmittelträgerelement 18a auf, das drehfest
mit dem der Primärantriebsmaschine 12a zugeordneten
Koppelelement 27a der Kupplungseinheit 14a verbunden
ist. Ein zweites Koppelmittelträgerelement 19a der
ersten Kupplung 31a ist drehfest mit einem Koppelmittelträgerelement 20a der
als Wirbelstromkupplung ausgebildeten zweiten Kupplung 32a verbunden.
Die beiden Koppelmittelträgerelemente 18a, 19a sind
als Reibelemente ausgeführt, die Reibflächen der
Kupplung 31a bereitstellen.
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Ein
Koppelmittelträgerelement 21a der zweiten Kupplung 32a,
auf dem Permanentmagneten 47a zur Erzeugung eines Wirbelstroms
in dem als Stromleitscheibe ausgebildeten Koppelmittelträgerelement 20a angeordnet
sind, ist drehfest mit dem Koppelelement 28a der Kupplungseinheit 14a,
das dem Lüfterrad 10a zugeordnet ist, verbunden.
Zum Betätigen des zweiten Koppelmittels 46a wird
die erste Kupplung 31a des Koppelmittels 46a geschlossen,
wodurch das als Stromleitscheibe ausgebildete Koppelmittelträgerelement 20a der
zweiten Kupplung 32a die gleiche Drehzahl aufweist wie
das der Primärantriebsmaschine 12a zugeordnete
Koppelelement 27a. Die Permanentmagnete 47a induzieren
dadurch in die Stromleitscheibe einen Wirbelstrom, mittels dessen
ein Moment zwischen den beiden Koppelmittelträgerelementen 20a, 21a der
zweiten Kupplung 32a übertragen wird.
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Der
Kupplungskoeffizient der geöffneten Kupplungseinheit 14a ist
insbesondere durch ein Schleppmoment einer Lagereinheit 48a bedingt.
Die Lagereinheit 48a ist als ein Doppellager ausgebildet, mittels
dessen das Antriebselement 38a, das Lüfterrad 10a und
ein Verbindungselement gegeneinander gelagert sind. Das Verbindungselement
verbindet die beiden Kupplungen 31a, 32a des zweiten
Koppelmittels 46a miteinander. Durch das Schleppmoment
der Lagereinheit 48a ist das Moment, das in geöffnetem Zustand
der Kupplungseinheit 14a von dem Antriebselement 38a auf
das Lüfterrad 10a übertragen wird, größer
als null.
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Die
Sekundärantriebsmaschine 13a treibt das Lüfterrad 10a zumindest
in einem Betriebszustand, in dem eine Drehzahl der Primärantriebsmaschine 12a gleich
null ist, an. In einem Betriebszustand, in dem die als Brennkraftmaschine
ausgebildete Primärantriebsmaschine 12a abgeschaltet
ist, wird die Sekundärantriebsmaschine 13a aktiviert. Durch
die geöffnete Kupplungseinheit 14a ist die Sekundärantriebsmaschine 13a von
der Primärantriebsmaschine 12a entkoppelt. Die
Kühlvorrichtung führt in einem solchen Betriebszustand
eine von der Primärantriebsmaschine 12a abgegebene
Restwärme ab.
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Zur
Schaltung der Sekundärantriebsmaschine 13a umfasst
die Kühlvorrichtung zumindest einen Temperaturschalter 49a,
der die Sekundärantriebsmaschine 13a in Abhängigkeit
von einer gemessenen Temperatur aktiviert (vgl. 1).
Der Temperaturschalter 49a weist eine Schalttemperatur
auf, oberhalb der er die Sekundärantriebsmaschine 13a mit
einer nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugbatterie verbindet.
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Weiter
umfasst die Kühlvorrichtung einen Zeitschalter 50a,
der die Sekundärantriebsmaschine 13a nach einer
definierten Betriebszeitspanne wieder deaktiviert. Eine mittels
des Zeitschalters 50a definierte Kenngröße
für die Betriebsspanne der Sekundärantriebsmaschine 13a beträgt
beispielhaft 3 Minuten. Der Zeitschalter 50a und der Temperaturschalter 49a sind
dabei jeweils als ein eigenständiges Bauteil ausgebildet.
Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, den Temperaturschalter 49a und
den Zeitschalter 50a einstückig auszubilden oder
eine Steuer- und/oder Regeleinheit zur Bereitstellung dieser Funktionen
vorzusehen.
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In
den 4 bis 7 sind drei weitere Ausführungsbeispiele
der Erfindung gezeigt. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele
ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels
in den 1 bis 3 durch die Buchstaben b bis
d in den Bezugszeichen der Ausführungsbeispiele in den 4 bis 7 ersetzt.
Die nachfolgende Beschreibung beschränkt sich im Wesentlichen auf
Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen. Bezüglich
gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen kann auf die
Beschreibung und/oder die Zeichnungen des Ausführungsbeispiels
in den 1 bis 3 und/oder auf die jeweils vorangegangenen
Ausführungsbeispiele verwiesen werden.
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4 zeigt
eine weitere Ausgestaltung einer Kühlvorrichtung, die als
eine Brennkraftmaschinenkühlvorrichtung ausgebildet ist
und die ein Lüfterrad 10b, ein Primärantriebssystem 11b zur
Anbindung des Lüfterrads 10b an eine Primärantriebsmaschine 12b und
eine Sekundärantriebsmaschine 13b umfasst. In
einem Betriebszustand, in dem die Primärantriebsmaschine 12b deaktiviert
ist, kann die Sekundärantriebsmaschine 13b das
Lüfterrad 10b unabhängig von der Primärantriebsmaschine 12b antreiben.
Die Sekundärantriebsmaschine 13b, die als ein
Elektromotor ausgebildet ist, ist koaxial zu einem Teil des Primärantriebssystems 11b angeordnet.
-
Das
Primärantriebssystem 11b, das die Sekundärantriebsmaschine 13b durchsetzt,
umfasst eine Kupplungseinheit 14b, in die die Sekundärantriebsmaschine 13b integriert
ist. Die Kupplungseinheit 14b und die Sekundärantriebsmaschine 13b sind
axial teilweise überschneidend angeordnet. Die Sekundärantriebsmaschine 13b ist
koaxial zu der Kupplungseinheit 14b ausgerichtet. Die Kupplungseinheit 14b ist
dabei im Wesentlichen analog zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel
ausgeführt, weshalb an dieser Stelle auf die Ausführungen
des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 verwiesen
werden soll.
-
Die
Sekundärantriebsmaschine 13b ist als ein Glockenläufermotor
ausgebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine
Rotoreinheit 15b der Sekundärantriebsmaschine 13b außen
liegend angeordnet. Eine Statoreinheit 42b der Sekundärantriebsmaschine 13b ist
innen liegend angeordnet. Grundsätzlich ist dabei auch
eine Ausführung mit einer innen liegenden Rotoreinheit
denkbar. Die Sekundärantriebsmaschine 13b ist
bürstenlos ausgeführt.
-
Die
Statoreinheit 42b umfasst Erregerspulen 43b, die
mittels eines Trägerelements 41b der Kupplungseinheit 14b an
ein Kupplungsgehäuse angebunden sind. Die Rotoreinheit 15b der
Sekundärantriebsmaschine 13b weist ein Permanentmagnetträgerelement 26b auf,
das einstückig mit einem Koppelelement 28b der
Kupplungseinheit 14b ausgeführt ist. Das Koppelelement 28b ist
teilweise als ein Koppelmittelträgerelement 21b ausgebildet,
das somit ebenfalls einstückig mit dem Permanentmagnetträgerelement 26b der
Sekundärantriebsmaschine 13b ausgebildet ist.
-
5 zeigt
eine dritte Ausgestaltung einer Kühlvorrichtung. Die als
eine Brennkraftmaschinenkühlvorrichtung ausgebildete Kühlvorrichtung
weist ein Lüfterrad 10c, ein Primärantriebssystem 11c zur Anbindung
des Lüfterrads 10c an eine Primärantriebsmaschine 12c und
eine Sekundärantriebsmaschine 13c auf. Die Sekundärantriebsmaschine 13c ist
dazu vorgesehen, das Lüfterrad 10c in zumindest einem
Betriebszustand unabhängig von der Primärantriebsmaschine 12c anzutreiben.
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Die
Sekundärantriebsmaschine 13c ist koaxial zu zumindest
einem Teil des Primärantriebssystems 11c angeordnet.
-
Das
Primärantriebssystem 11c, das die Sekundärantriebsmaschine 13c durchsetzt,
umfasst eine Kupplungseinheit 14c, in die die Sekundärantriebsmaschine 13c integriert
ist. Die Kupplungseinheit 14c und die Sekundärantriebsmaschine 13c sind axial
teilweise überschneidend angeordnet. Im Unterschied zu
den vorangegangenen Ausführungsbeispielen umfasst die Kupplungseinheit 14c lediglich ein
Koppelmittel 34c mit einer Kupplung 33c. Die Kupplung 33c ist
als eine hydrodynamische Kupplung ausgebildet, mittels der ein Antriebselement 38c des
Primärantriebssystems 11c und das Lüfterrad 10c wirkungsmäßig
miteinander verbindbar sind. Die Kupplung 33c ist als eine
Viskosekupplung ausgebildet. Ein Koppelmittelträgerelement 23c der
Kupplung 33c ist drehfest mit dem Lüfterrad 10c verbunden.
-
Weiter
umfasst das Koppelmittel 34c einen Freilauf 29c,
der im Kraftfluss zwischen dem Antriebselement 38c und
der Kupplung 33c angeordnet ist. Der Freilauf 29c weist
eine Sperrrichtung auf, die mit einer Drehrichtung der Primärantriebsmaschine 12c korrespondiert.
Eine Drehzahl eines Koppelmittelträgerelements 22c der
Kupplung 33c, das der Primärantriebsmaschine 12c zugeordnet
ist, ist damit stets zumindest gleich groß wie eine korrespondierende, d.
h. gegebenenfalls durch ein Getriebe veränderte Drehzahl
des Antriebselements 38c.
-
Für
eine drehfeste Verbindung zwischen dem Freilauf 29c und
der Kupplung 33c weist das Koppelmittel 34c der
Kupplungseinheit 14c einen Zwischenflansch 52c auf,
mittels dessen ein Koppelmittelträgerelement 25c der
Freilaufeinheit 29c und das Koppelmittelträgerelement 22c der
Kupplung 33c drehfest miteinander verbunden sind (vgl. 6).
Das Koppelmittelträgerelement 22c ist dabei der
Primärantriebsmaschine 12c zugeordnet. Das Koppelmittelträgerelement 25c ist
dem Lüfterrad 10c zugeordnet.
-
Das
Koppelmittelträgerelement 25c des Freilaufs 29c ist
zur Anbindung eines äußeren Wirkflächenelements
des Freilaufs 29c vorgesehen. Ein weiteres Koppelmittelträgerelement 24c des
Freilaufs 29c, das der Primärantriebsmaschine 12c zugeordnet
ist, ist zur Anbindung eines inneren Wirkflächenelements
des Freilaufs 29c vorgesehen. Die Koppelmittelträgerelemente 24c, 25c sind
jeweils fest mit dem zugehörigen Wirkflächenelement
des Freilaufs 29c verbunden. Grundsätzlich ist
aber auch eine Ausbildung der Wirkflächen mittels der Koppelmittelträgerelemente 24c, 25c denkbar.
-
Der
Freilauf 29c ist als ein Kugellagerfreilauf ausgebildet.
Klemmkörper des Freilaufs 29c und Kugeln zur Ausbildung
eines Kugellagers sind auf einer gemeinsamen Bahn zwischen den Wirkflächen
des Freilaufs 29c geführt. Grundsätzlich
ist auch denkbar, den Freilauf 29c und das Kugellager getrennt voneinander
auszuführen.
-
Die
Sekundärantriebsmaschine 13c ist an dem Zwischenflansch 52c angebunden.
Der Zwischenflansch 52c ist teilweise als ein Permanentmagnetträgerelement 26c einer
Rotoreinheit 15c der Sekundärantriebsmaschine 13c ausgebildet.
Die Sekundärantriebsmaschine 13c ist dabei als
ein Scheibenläufermotor ausgebildet. Ein in Bezug auf den Freilauf 29c dem
Lüfterrad 10c zugewandter Teil des Zwischenflansches 52c weist
eine radiale Erstreckung auf, mittels der eine Stirnfläche 45c zur
Anordnung von Permanentmagneten 44c der Sekundärantriebsmaschine 13c ausgebildet
ist.
-
Weiter
umfasst die Sekundärantriebsmaschine 13c Erregerspulen 43c,
die axial im Bereich der Kupplungseinheit 14c angeordnet
sind. Die Stirnfläche 45c des Permanentmagnetträgermittels 26c, das
seitlich des Freilaufs 29c angeordnet ist, ist in Richtung
des Freilaufs 29c orientiert. Die Erregerspulen 43c,
die axial benachbart zu dem Permanentmagnetträgerelement 26c angeordnet
sind, sind somit axial im Bereich des Freilaufs 29c angeordnet. Der
Freilauf 29c der Kupplungseinheit 14c durchsetzt
dadurch zumindest einen Teil der Sekundärantriebsmaschine 13c.
-
7 zeigt
eine vierte Ausgestaltung einer Kühlvorrichtung. Die als
eine Brennkraftmaschinenkühlvorrichtung ausgebildete Kühlvorrichtung
weist ein Lüfterrad 10d, ein Primärantriebssystem 1ld zur Anbindung
des Lüfterrads 10d an eine Primärantriebsmaschine 12d und
eine Sekundärantriebsmaschine 13d auf. Die Sekundärantriebsmaschine 13d ist
dazu vorgesehen, das Lüfterrad 10d in zumindest einem
Betriebszustand unabhängig von der Primärantriebsmaschine 13d anzutreiben.
Die Sekundärantriebsmaschine 13d ist koaxial zu
zumindest einem Teil des Primärantriebssystems 11d angeordnet.
-
Das
Primärantriebssystem 11d, das die Sekundärantriebsmaschine 13d durchsetzt,
umfasst eine Kupplungseinheit 14d, in die die Sekundärantriebsmaschine 13d integriert
ist. Die Kupplungseinheit 14d und die Sekundärantriebsmaschine 13d sind
axial teilweise überschneidend angeordnet. Die Kupplungseinheit 14d umfasst
ein Koppelmittel 34d mit einer Kupplung 33d, die
analog zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel als eine
hydrodynamische Kupplung ausgebildet ist.
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Weiter
umfasst das Koppelmittel 34d der Kupplungseinheit einen
Freilauf 29d, der im Unterschied zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel im
Kraftfluss nach der Kupplung 33d angeordnet ist. Ein dem
Lüfterrad 10d zugeordnetes Koppelelement 28d der
Kupplungseinheit 14d ist für eine Drehrichtung,
die mit einer Drehrichtung der Primärantriebsmaschine 12d korrespondiert,
drehfest mit einem der Primärantriebsmaschine 12d zugewandten
Koppelmittelträgerelement 24d des Freilaufs 29d verbindbar.
-
Ein
dem Lüfterrad 10d zugeordnetes Koppelmittelträgerelement 25d des
Freilaufs 29d, das drehfest mit dem Koppelelement 28d verbunden
ist, ist zur Anbindung der Sekundärantriebsmaschine 13d vorgesehen.
Die Kupplungseinheit 14d weist einen Zwischenflansch 53d auf,
der drehfest mit dem Koppelmittelträgerelement 25d verbunden
ist. Der Zwischenflansch 53d ist als ein Permanentmagnetträgerelement 26d einer
Rotoreinheit 15d der Sekundärantriebsmaschine 13d ausgebildet.
Permanentmagnete 44d der Rotoreinheit sind auf einem Umfangsradius
eines Zwischenflansches 52d angeordnet, der größer
ist als eine radiale Erstreckung des Freilaufs 29d. Die
Sekundärantriebsmaschine 13d und zumindest der
Freilauf 29d der Kupplungseinheit 14d sind radial
ineinander geschachtelt angeordnet.
-
Ein
von der Sekundärantriebsmaschine 13d bereitgestelltes
Antriebsmoment wird über den Zwischenflansch 53d in
das Primärantriebssystem 11d eingeleitet. Weist
die Sekundärantriebsmaschine 13d eine Drehzahl
auf, die größer ist als eine Drehzahl des Koppelmittelträgerelements 24d,
das der Primärantriebsmaschine 11d zugeordnet
ist, wird der Freilauf 29d überholt. Das von der
Sekundärantriebsmaschine 13d bereitgestellte Antriebsmoment
wird somit direkt dem Lüfterrad 10d zugeführt.
Ein ausgehend von dem Zwischenflansch 53d in Richtung der Kupplung 33d übertragbares
Moment ist aufgrund des Freilaufs 29d null.
-
Bezugszeichenliste
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- 10
- Lüfterrad
- 11
- Primärantriebssystem
- 12
- Primärantriebsmaschine
- 13
- Sekundärantriebsmaschine
- 14
- Kupplungseinheit
- 15
- Rotoreinheit
- 16
- Koppelmittelträgerelement
- 17
- Koppelmittelträgerelement
- 18
- Koppelmittelträgerelement
- 19
- Koppelmittelträgerelement
- 20
- Koppelmittelträgerelement
- 21
- Koppelmittelträgerelement
- 22
- Koppelmittelträgerelement
- 23
- Koppelmittelträgerelement
- 24
- Koppelmittelträgerelement
- 25
- Koppelmittelträgerelement
- 26
- Permanentmagnetträgerelement
- 27
- Koppelelement
- 28
- Koppelelement
- 29
- Freilauf
- 30
- Kupplung
- 31
- Kupplung
- 32
- Kupplung
- 33
- Kupplung
- 34
- Koppelmittel
- 35
- Kühlluftstrom
- 36
- Lüfterflügel
- 37
- Wärmetauscher
- 38
- Antriebselement
- 39
- Winkelgetriebe
- 40
- Elektromagnet
- 41
- Trägerelement
- 42
- Statoreinheit
- 43
- Erregerspulen
- 44
- Permanentmagnet
- 45
- Stirnfläche
- 46
- Koppelmittel
- 47
- Permanentmagnet
- 48
- Lagereinheit
- 49
- Temperaturschalter
- 50
- Zeitschalter
- 51
- Motorraum
- 52
- Zwischenflansch
- 53
- Zwischenflansch
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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