DE10324314A1

DE10324314A1 - Lüfterantrieb für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE10324314A1
Application number: DE10324314A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. Aschermann
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: DE10324314B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lüfterantrieb durch einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges mittels einer Flüssigkeitsreibungskupplung und mit Mitteln zur Erhöhung der Lüfterdrehzahl, wobei der Lüfter koaxial zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und achsparallel zur Kurbelwelle Nebenaggregate angeordnet sind, die über einen gemeinsamen ersten Riementrieb mit einer Übersetzung ins Schnelle vom Verbrennungsmotor antreibbar sind.
Es wird vorgeschlagen, dass der Lüfter über einen ersten Antriebsstrang mit Flüssigkeitsreibungskupplung direkt von der Kurbelwelle und alternativ - zur Erhöhung der Lüfterdrehzahl - über einen zweiten Antriebsstrang antreibbar ist, der einen zweiten Riementrieb von einem Nebenaggregat auf die Flüssigkeitsreibungskupplung umfasst und über eine Schaltkupplung zu- oder abschaltbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lüfterantrieb, antreibbar durch einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, mittels einer Flüssigkeitsreibungskupplung und mit Mitteln zur Erhöhung der Lüfterdrehzahl, wobei der Lüfter koaxial zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und achsparallel zur Kurbelwelle Nebenaggregate angeordnet sind, die über einen gemeinsamen ersten Riementrieb mit einer Übersetzung ins Schnelle vom Verbrennungsmotor antreibbar sind.
Lüfterantriebe, insbesondere für Nutzfahrzeuge sind im Allgemeinen auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors befestigt und werden über eine Flüssigkeitsreibungskupplung von der Kurbelwelle, d. h. mit Motordrehzahl angetrieben. Bei niedriger Motordrehzahl und hoher Belastung des Motors (großes Drehmoment) reicht oft die durch den Lüfter geförderte Kühlluft zur Kühlung des Motors nicht aus. Man hat daher für diesen Fall der unzureichenden Kühlung bereits so genannte Hochtriebe vorgeschlagen, d. h. Lüfterantriebe mit der Möglichkeit einer Übersetzung der Motordrehzahl ins Schnelle. Diese Lösungen mit festen, also nicht zuschaltbaren Hochtrieben haben den Nachteil, dass bei maximaler Drehzahl des Verbrennungsmotors die Leistungsaufnahme des Lüfters und das erforderliche Drehmoment für eine Flüssigkeitsreibkupplung extrem hoch sind. Dies führt dann zu sehr hohen thermischen Belastungen der Flüssigkeitsreibkupplung, die durch eine Positionierung in der Lüfternabe auch sehr schlecht gekühlt wird. Gleichzeitig bedingt ein nicht zuschaltbarer Hochtrieb eine extreme mechanische Belastung des Lüfters bei maximaler Drehzahl des Verbrennungsmotors oder im Bremsbetrieb. Lösungen für eine Drehzahlerhöhung mittels eines Elektromotors sind bekannt. So zeigt beispielsweise die DE-A 44 01 979 der Anmelderin einen so genannter Hybridantrieb für einen Lüfter, bei welchem der Lüfter einerseits vom Verbrennungsmotor über eine Flüssigkeitsreibungskupplung und andererseits über einen zusätzlichen Elektromotor mit höherer Drehzahl angetrieben werden kann. Dieser Elektromotor wird also bei geringer Motordrehzahl zugeschaltet und treibt über einen Riementrieb und einen Freilauf den Lüfter mit erhöhter Drehzahl an, so dass mehr Kühlluft gefördert wird. Dieser Hybridantrieb erfüllt zwar die Kühlungsanforderungen, allerdings ist er wegen des zusätzlichen Elektromotors kostenaufwendig und belastet zudem das elektrische Bordnetz, insbesondere bei Nutzfahrzeuganwendungen müssten extrem hohe Leistungen für den Elektromotor zur Verfügung gestellt werden.
Ein ähnlicher Antrieb wurde in der DE-C 195 45 390 der Anmelderin für einen so genannten Tandemlüfter vorgeschlagen, bei welchem zwei Lüfter über einen Riementrieb miteinander verbunden und entweder über einen Elektromotor oder mittels einer Flüssigkeitsreibungskupplung vom Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeuges angetrieben werden. Auch hier kann der Elektromotor die Kühlung bei niedriger Motordrehzahl übernehmen.
Schließlich wurde in der DE-A 198 21 097 ein so genannter Hochtrieb für einen Lüfter vorgeschlagen, bei dem der Lüfter vom Verbrennungsmotor alternativ über zwei Riementriebe unterschiedlicher Übersetzung in Verbindung mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung antreibbar ist. Für das Umschalten von einem auf den anderen Riementrieb ist eine Schaltkupplung vorgesehen. Auch dieser Lüfterantrieb ist wegen der zwei Riementriebe zwischen Motorwelle und Lüfterantriebswelle konstruktiv aufwendig und bedingt eine Verlagerung der Lüfterachse weg von der Kurbelwelle. Diese Verlagerung ist aber bei Nutzfahrzeuganwendungen nicht erwünscht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lüfterantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, der einfach im Aufbau, kostengünstig in der Herstellung und ausreichend in der Kühlwirkung bei hohen Motorbelastungen ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß kann der Lüfter einerseits mit Motordrehzahl – über einen ersten Antriebsstrang – angetrieben werden und andererseits mit erhöhter Drehzahl – über einen zweiten Antriebsstrang. Letzterer geht aus von einem Nebenaggregat, z. B. der Kühlmittelpumpe, die mit höherer Drehzahl als die Kurbelwelle läuft. Die Kühlmittelpumpenwelle kann daher mittels einer Schaltkupplung und eines Riementriebes den Lüfter bzw. die mit ihm verbundene Flüssigkeitsreibungskupplung antreiben. Damit wird ohne einen zusätzlichen Hochtrieb ein Antrieb des Lüfters mit erhöhter Drehzahl erreicht, womit bei niedrigerer Motordrehzahl und hoher Motorbelastung ein hinreichender Luftdurchsatz durch den Kühler des Kühlmittelkreislaufes erreicht wird. Der konstruktive und kostenmäßige Aufwand ist somit vergleichsweise gering.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Riementrieb zwischen Nebenaggregat und Lüfter entweder auf die Antriebswelle der Flüssigkeitsreibungskupplung oder auf deren Gehäuse erfolgen – letzteres hat den Vorteil, dass die Verlustleistung (Schlupfleistung) der Flüssigkeitsreibungskupplung bei Antrieb über den Hochtrieb entfällt.
Das Problem der thermischen Belastung der Kupplung bei Hochtrieben, wird durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruches 9 gelöst. Erfindungsgemäß wird der Lüfter nur über einen Antriebsstrang angetrieben, und zwar nicht von der Kurbelwelle, sondern von einem Nebenaggregat, auf dem auch die Flüssigkeitsreibungskupplung angeordnet ist. Der Lüfter wird somit bei niedriger Motordrehzahl mit erhöhter Drehzahl angetrieben und kann bei erhöhter Motordrehzahl infolge der Flüssigkeitsreibungskupplung abregeln. Die Anordnung der Flüssigkeitsreibungskupplung am Nebenaggregat hat den Vorteil, dass die Flüssigkeitsreibungskupplung besser gekühlt wird, weil sie mit höherer Drehzahl läuft und besser von Kühlluft beaufschlagt wird, als wenn sie in die Lüfternabe integriert wäre. Dieser vereinfachte Lüfterantrieb ist somit besonders kostengünstig.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Lüfterantrieb in einer Ansicht von vorn,
2 das Ausführungsbeispiel gemäß 1 in einer Ansicht von hinten,
3 einen Axialschnitt durch den Lüfterantrieb mit Freilauf in Flanschwelle integriert,
4 einen Axialschnitt durch den Lüfterantrieb mit Freilauf in Kupplung integriert,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lüfterantriebes in einer Ansicht von vorn und
6 das Ausführungsbeispiel gemäß 5 in einer Ansicht von hinten.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Lüfterantrieb 1 mit einem Lüfter 2, der auf einer Flüssigkeitsreibungskupplung 3 montiert ist, die über einen Riementrieb 4 angetrieben wird.
2 zeigt den Lüfterantrieb 1 in einer Ansicht von hinten. Der Riementrieb 4 läuft über zwei Riemenscheiben, d. h. eine erste, antreibende Riemenscheibe 5, die über eine Schaltkupplung 6 an einem Antriebsaggregat oder Nebenaggregat 7, z. B. einer Kühlmittelpumpe befestigt ist und von diesem angetrieben wird. Dieses Nebenaggregat 7 bzw. die Kühlmittelpumpe wird durch einen nicht dargestellten Riementrieb vom Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges angetrieben oder anderweitig angetrieben. Die zweite, abtreibende Riemenscheibe 8 ist mit einem integrierten Freilauf drehbar auf einer Kurbelwelle 9 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors angeordnet und treibt die Flüssigkeitsreibungskupplung 3 an, auf der der Lüfter 2 befestigt ist. Der Lüfter 2, Flüssigkeitsreibungskupplung 3 und Riemenscheibe 8 sind somit koaxial zur Kurbelwelle 9 angeordnet.
3 zeigt den Lüfterantrieb beispielsweise gemäß 1 und 2 in einer ersten Ausführungsform 10, wobei der Riementrieb 4 eine Riemenscheibe 11 (die der Riemenscheibe 8 in 2 entspricht) antreibt. In diesem Ausführungsbeispiel treibt der zuschaltbare Hochtrieb die Primärseite der Flüssigkeitsreibungskupplung an. Die Flüssigkeitsreibungskupplung 3, die hier ohne den Lüfter 2 dargestellt ist, besteht aus einer Antriebswelle 12 und einer drehfest auf ihr befestigten Antriebsscheibe 13, die in einem Gehäuse 14 umläuft, welches über ein Lager 15 drehbar auf der Antriebswelle 12 befestigt ist. Dieser Typ von Flüssigkeitsreibungskupplung 3 – hier temperaturgeregelt – ist aus dem Stand der Technik bekannt. Die Antriebswelle 12 weist ein aus dem Gehäuse 14 herausragendes Ende 16 auf, welches als Hohlwelle ausgebildet ist und in sich das Ende einer Flanschwelle 17 aufnimmt, die Teil eines Kurbelwellenflansches 18 ist, der mit der hier nicht dargestellten Kurbelwelle 9 verbunden ist. Das Ende der Flanschwelle 17 ist über einen Freilauf 19 in der Hohlwelle 16 aufgenommen, die ihrerseits fest mit der Riemenscheibe 11 verbunden ist.
Der Antrieb des Gehäuses 14, d. h. des Lüfters erfolgt solange über die Flanschwelle 17, den Freilauf 19 auf die Antriebswelle 16 bzw. 12, wie die Drehzahl der Flanschwelle 17 größer als die Drehzahl der Riemenscheibe 11 ist, also die Schaltkupplung 6 aus 1 ausgeschaltet ist. Wird die Kupplung 6 zugeschaltet, und die Drehzahl der Riemenscheibe 11 größer als die Drehzahl der Flanschwelle 17, dann wird der Antrieb zwischen Flanschwelle 17 und Hohlwelle 16 aufgrund des Freilaufes 19 unterbrochen, d. h. die Hohlwelle 16 wird nunmehr durch die Riemenscheibe 11 mit erhöhter Drehzahl angetrieben. Die Drehzahl der Riemenscheibe 11 wird dann größer als die Drehzahl der Flanschwelle 17, wenn der Riementrieb 4 durch die in 2 dargestellte Schaltkupplung 6 zugeschaltet wird, d. h. mit der Antriebswelle (z. B. der Kühlmittelpumpenwelle) des Nebenaggregats 7 (z. B. Kühlmittelpumpe) verbunden wird.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Lüfterantriebs 1 beispielsweise gemäß 2 in einer Variante 20 mit der Flüssigkeitsreibungskupplung 3, die hinsichtlich ihres Antriebes etwas abgewandelt ist: sie weist eine Antriebswelle 21 auf, die einstöckig mit einer Flanschwelle 22 ausgebildet ist. Ein Kupplungsgehäuse 23 ist über ein Lager 24 drehbar auf der Antriebswelle 21 gelagert. In diesem Ausführungsbeispiel treibt der zuschaltbare Hochtrieb das Gehäuse der Flüssigkeitsreibungskupplung an. Die Antriebswelle 21 ragt mit einem Ende 21a in das Kupplungsgehäuse 23 und treibt eine Antriebsscheibe 25 über einen Freilauf 26 an, d. h. der Freilauf 26 ist zwischen dem Stirnende 21a der Antriebswelle 21 und der Antriebsscheibe 25 angeordnet. Letztere treibt in an sich bekannter Weise das Gehäuse 23 der Flüssigkeitsreibungskupplung 3 an. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist hier eine über den Riementrieb 4 angetriebene Riemenscheibe 27 drehfest mittels Schrauben 28 mit dem Gehäuse 23 bzw. einem Gehäusedeckel 23a verbunden und über ein Lager 29 drehbar auf der Antriebswelle 21 abgestützt. Somit erfolgt der Antrieb vom Riementrieb 4 direkt auf das Gehäuse 23, d. h. die Abtriebsseite der Kupplung 3.
Die Funktion dieses Antriebes 20 ist die Folgende: Sofern die Drehzahl der Antriebswelle 21, 22 niedriger ist als die der Riemenscheibe 27, treibt die Antriebswelle 21 über den Freilauf 26 die Antriebsscheibe 25 und damit das Gehäuse 23 einschließlich Lüfter an. Der Riementrieb 4 ist infolge ausgeschalteter Kupplung 6 (vgl. 2) im Leerlauf. Wird der Riementrieb 4 über die Kupplung 6 zugeschaltet, ist die Drehzahl der Riemenscheibe 27 größer als die der Antriebswelle 21, was zur Folge hat, dass das Gehäuse 23 direkt von der Riemenscheibe 27 mitgenommen und die Antriebswelle 21 infolge des Freilaufs 26 überholt wird; es erfolgt also kein Antrieb mehr von der Flanschwelle 22. Der Lüfter läuft somit mit erhöhter Drehzahl. Die Lüfterdrehzahl ergibt sich aus dem Produkt zweier Übersetzungsverhältnisse, nämlich erstens dem Übersetzungsverhältnis zwischen Kurbelwelle 9 und Nebenaggregat 7 (vgl. 2) und zweitens aus dem Übersetzungsverhältnis des Riementriebs 4, d. h. zwischen den Riemenscheiben 5, 8.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines abgewandelten Lüfterantriebes 30, und zwar in einer Ansicht von vorn. Ein Axiallüfter 31 weist einen Ringflansch 32 auf, mit dem der Lüfter 31 in hier nicht dargestellter Weise drehbar gelagert ist. Der Lüfter 31 wird über einen Riementrieb 33 von einer achsparallel zum Lüfter 31 versetzt angeordneten Flüssigkeitsreibungskupplung 34 angetrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Kupplung außerhalb des Gehäuses der Flüssigkeitsreibungskupplung angeordnet.
6 zeigt die Rückseite des Lüfterantriebes 30. Der Lüfter 31 ist – wie oben erwähnt – auf einer festen Welle, hier auf einer Kurbelwelle 35 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors gelagert, d. h. der Lüfter selbst wird nicht von der Kurbelwelle 35 angetrieben. Vielmehr erfolgt der Antrieb über den Riementrieb 33 auf eine Riemenscheibe 36, die ebenfalls auf der Kurbelwelle 35 gelagert, allerdings drehfest mit dem Lüfter 31 verbunden ist, z. B. über dessen Ringflansch 32. Der Riementrieb 33 wird von einer weiteren Riemenscheibe 37 angetrieben, welche koaxial zu einer Antriebswelle 38 eines nicht dargestellten Nebenaggregats angeordnet ist. Die Antriebswelle 38 kann beispielsweise die Kühlmittelpumpenwelle einer Kühlmittelpumpe sein, welche über einen nicht dargestellten Riementrieb von der Motorwelle mit erhöhter Drehzahl angetrieben wird, d. h. die Drehzahl der Welle 38 liegt höher als die der Kurbelwelle 35. Die Flüssigkeitsreibungskupplung 34 wird von der Antriebswelle 38 angetrieben und treibt ihrerseits die Riemenscheibe 37 an, die über den Riementrieb 33 den Lüfter 31 antreibt. Insofern wird der Lüfter 31 mit gegenüber der Drehzahl der Motorwelle erhöhter Drehzahl angetrieben. Die Flüssigkeitsreibungskupplung 34 läuft somit selbst auch mit erhöhter Drehzahl und wird daher frontseitig (vgl. 5) besser gekühlt, d. h. sie kann eine höhere Verlust- bzw. Schlupfleistung abführen. Dies ist bei der Abregelung der Lüfterdrehzahl bei hohen Motordrehzahlen von Vorteil. Dieser Lüfterantrieb 30 weist also nur einen Antriebsstrang, d. h. den Riementrieb 33 in Verbindung mit der Flüssigkeitsreibungskupplung 34 auf, so dass der Lüfter 31 bei niedrigen Motordrehzahlen mit erhöhter Drehzahl angetrieben und bei hohen Motordrehzahlen infolge der Flüssigkeitsreibungskupplung 34 abgeregelt wird, d. h. mit einer niedrigeren Drehzahl als der Motordrehzahl läuft.

Claims

Lüfterantrieb, antreibbar durch einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Nutzfahrzeuges, mittels einer Flüssigkeitsreibungskupplung und mit Mitteln zur Erhöhung der Lüfterdrehzahl, wobei der Lüfter koaxial zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und achsparallel zur Kurbelwelle Nebenaggregate vorsehbar sind, die über einen gemeinsamen ersten Riementrieb mit einer Übersetzung ins Schnelle vom Verbrennungsmotor antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (2) über einen ersten Antriebsstrang (17, 16, 12; 22, 21), in den die Flüssigkeitsreibungskupplung (3), bestehend aus Antriebswelle (12; 21), Antriebsscheibe (13; 25) und Gehäuse (14; 23), sowie ein Freilauf (19; 26) geschaltet sind, direkt von der Kurbelwelle (17; 22) und alternativ – zur Erhöhung der Lüfterdrehzahl – über einen zweiten Antriebsstrang antreibbar ist, der einen zweiten Riementrieb (4) von einem Nebenaggregat (7) auf die Flüssigkeitsreibungskupplung (3) umfasst und über eine Schaltkupplung (6) zu/oder abschaltbar ist.
Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (6) auf dem Nebenaggregat (7) angeordnet ist.
Lüfterantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Riementrieb (4) eine abtriebseitige Riemenscheibe (11) umfasst, die mit der Antriebswelle (16, 12) der Flüssigkeitsreibungskupplung (3) verbunden ist.
Lüfterantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Riementrieb (4) eine abtriebseitige Riemenscheibe (27) umfasst, die mit dem Gehäuse (23, 23a) der Flüssigkeitsreibungskupplung (3) verbunden ist.
Lüfterantrieb nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (19) zwischen Antriebswelle (16, 12) und Kurbelwelle geschaltet ist.
Lüfterantrieb nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (26) zwischen Antriebswelle (21, 21a) und Antriebsscheibe (25) angeordnet ist.
Lüfterantrieb nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (21) der Flüssigkeitsreibungskupplung (3) einstückig mit einer mit der Kurbelwelle verbundenen Flanschwelle (22) ausgebildet ist, auf der das Gehäuse (23a) der Flüssigkeitsreibungskupplung (3) und die Riemenscheibe (27) drehbar gelagert sind.
Lüfterantrieb nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (12) der Flüssigkeitsreibungskupplung (3) antriebsseitig als Hohlwelle (16) ausgebildet und über den Freilauf (19) auf einer mit der Kurbelwelle verbunden Flanschwelle (17) gelagert ist.
Lüfterantrieb, antreibbar durch einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges, insbesondere Nutzfahrzeuges, mittels einer Flüssigkeitsreibungskupplung und mit Mitteln zur Erhöhung der Lüfterdrehzahl, wobei der Lüfter koaxial zur Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und achsparallel zur Kurbelwelle Nebenaggregate vorsehbar sind, die über einen gemeinsamen ersten Riementrieb mit einer Übersetzung ins Schnelle vom Verbrennungsmotor antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (31) drehbar auf der Kurbelwelle (35) gelagert ist, dass die Flüssigkeitsreibungskupplung (34) koaxial zu einem Nebenaggregat (Kühlmittelpumpe 38) angeordnet und von diesem antreibbar ist und dass der Lüfter (31) über einen weiteren Riementrieb (33) von der Flüssigkeitsreibungskupplung (34) antreibbar ist.
Lüfterantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Riementrieb (33) je eine mit der Flüssigkeitsreibungskupplung (34) und mit dem Lüfter (31) verbundene Riemenscheibe (37, 36) umfasst.