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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
für einen
Lüfterantrieb
in einer Ansicht von vorn,
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2 das
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 in einer Ansicht von hinten,
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3 einen
Axialschnitt durch den Lüfterantrieb
mit Freilauf in Flanschwelle integriert,
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4 einen
Axialschnitt durch den Lüfterantrieb
mit Freilauf in Kupplung integriert,
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5 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines Lüfterantriebes
in einer Ansicht von vorn und
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6 das
Ausführungsbeispiel
gemäß 5 in einer Ansicht von hinten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.