DE19628576A1 - Antrieb für ein Förderrad einer Fördereinrichtung eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Antrieb für ein Förderrad einer Fördereinrichtung eines Kraftfahrzeugs

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Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Förderrad einer Fördereinrichtung eines Kraftfahrzeugs, dem über eine An­ triebswelle eine von einem Kraftfahrzeugmotor abgeleitete An­ triebskraft zuführbar ist, und dem zur Erhöhung der Antriebs­ drehzahl ein einen Stator und einen Rotor aufweisender Elek­ tromotor zugeordnet ist.
Ein solcher Antrieb ist aus der DE 33 45 340 C2 bekannt. Der bekannte Antrieb ist für eine Fördereinrichtung in Form eines Kühlgebläses für einen Kühler vorgesehen. Das Lüfterrad des Kühlgebläses wird im normalen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs von einer Antriebswelle angetrieben, deren Antriebskraft di­ rekt über einen entsprechenden Riementrieb von einer Kurbel­ welle des Kraftfahrzeugmotors abgeleitet ist. Zwischen der Antriebswelle und der das Lüfterrad tragenden Gebläsewelle ist eine Freilaufkupplung vorgesehen, die im normalen Fahrbe­ trieb eine direkte Übertragung der Antriebskraft der An­ triebswelle auf die Gebläsewelle gewährleistet. Zusätzlich ist dem Kühlgebläse ein Elektromotor zugeordnet, dessen Rotor fest auf der Gebläsewelle und dessen Stator fest auf der An­ triebswelle positioniert ist. Insbesondere bei geringen Dreh­ zahlen der Antriebswelle ist es durch diesen zusätzlichen Elektromotor möglich, die Drehzahl des Lüfterrades zu erhö­ hen, wobei die Gebläsewelle durch die Freilaufkupplung von der Antriebswelle entkoppelt ist. Es ist auch möglich, den Elektromotor ausschließlich als Generator zu betreiben, wobei keine Freilaufkupplung benötigt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antrieb der eingangs ge­ nannten Art zu schaffen, der kompakt aufgebaut ist und der vielfältige Einsatzmöglichkeiten aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Stator des Elek­ tromotors fest mit dem Förderrad verbunden und der Rotor des Elektromotors fest auf der Antriebswelle angeordnet ist. Durch die direkte Anordnung des Rotors auf der Antriebswelle und die gleichzeitige feste Verbindung des Stators mit dem Förderrad ist es möglich, die Übertragung der Antriebskraft der Antriebswelle auf das Förderrad zu beeinflussen, wobei der Betrieb des Elektromotors als Generator eine Reduzierung der Antriebsdrehzahl und eine Schaltung des Elektromotors als zusätzlicher Antrieb eine Erhöhung der Antriebsdrehzahl des Förderrades gegenüber der Antriebswelle ermöglicht. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird außerdem eine sehr kompakte Bau­ weise geschaffen, da zum einen eine Freilaufkupplung entfal­ len kann und zum anderen ein koaxiales Übergreifen der ein­ zelnen Antriebsteile eine geringe axiale Baugröße schafft.
In Ausgestaltung der Erfindung umschließt das Förderrad den Außenumfang des Stators koaxial. Dadurch ist es möglich, den Elektromotor einschließlich Stator und Rotor direkt in das Förderrad zu integrieren und dadurch eine besonders kompakte Bauform zu erzielen. Diese Ausgestaltung ist besonders vor­ teilhaft für eine Kühlmittelpumpe einsetzbar, deren Förderrad innerhalb einer entsprechenden Kühlmittelströmungskammer an­ geordnet ist, so daß lediglich ein geringer Bauraum zur Ver­ fügung steht. Der Einsatz des erfindungsgemäßen Antriebs für eine Kühlmittelpumpe kann zuverlässig die Überhöhung der Kühlmitteltemperatur in Verkehrsstaus verhindern, indem im Stillstand des Fährzeugs, d. h. bei Motorleerlauf, der zuge­ schaltete Elektromotor die Drehzahl des Förderrades und damit die Umwälzung der Kühlmittelströmung bedarfsgerecht verbes­ sert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Förderrad auf einer Hohlwelle fest angeordnet, die koaxial von der An­ triebswelle durchsetzt ist, und der Stator ist an einer Stirnseite der Hohlwelle und der Rotor koaxial an einer Stirnseite der Antriebswelle festgelegt. Auch diese Anordnung gewährleistet eine kompakte Baugröße des Antriebs und ist insbesondere für Kühlmittelpumpen einsetzbar, wobei in diesem Fall der Elektromotor einschließlich Stator und Rotor außer­ halb der Kühlmittelströmungskammer angeordnet sein kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor als Generator betreibbar. Dadurch ist es möglich, die Dreh­ zahl des Förderrades gegenüber der Antriebsdrehzahl der An­ triebswelle zu reduzieren.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor derart ansteuerbar, daß sich die Drehrichtung des Förderrades gegenüber der Drehrichtung der Antriebswelle umkehrt. Diese Ausgestaltung ist für den Kaltstart eines Kraftfahrzeugs von Vorteil, indem der Antrieb vorteilhaft für ein Lüfterrad ei­ nes Kühlergebläses eingesetzt wird. Durch die Ausgestaltung ist es möglich, den Staudruck am Kühler durch den Fahrtwind des Kraftfahrzeugs kurz nach dem Start auszugleichen, wodurch eine schnellere Erhöhung der Kühlmitteltemperatur und damit eine schnellere Erwärmung des Kühlmittelkreislaufes und des Heizkreislaufes ermöglicht wird. Durch die Umkehr der Dreh­ richtung des Lüfterrades gegenüber der Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors mittels des Elektromotors wirkt die er­ zeugte Luftströmung dem Fahrtwind und dem Staudruck am Kühler entgegen. Durch diese Ausgestaltung wird somit die Kühlwir­ kung des Kühlers während der Kaltstartphase unterbunden oder zumindest reduziert.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die an­ hand der Zeichnungen dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs für ein Lüfterrad eines Kühlergebläses für ein Kraftfahrzeug,
Fig. 2 in einer schematischen Schnittdarstellung eine weite­ re Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs für ein Förderrad einer Kühlmittelpumpe, und
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Antriebs für eine Kühlmittelpumpe, ebenfalls in schematischer Darstel­ lung.
Ein Antrieb für ein Kühlergebläse eines Kraftfahrzeugs nach Fig. 1 weist eine Primärwelle (1) auf, deren Antriebskraft direkt von einer Kurbelwelle eines nicht dargestellten Ver­ brennungsmotors des Kraftfahrzeugs abgeleitet ist. Das Küh­ lergebläse ist in an sich bekannter Weise in Fahrtrichtung hinter einem Kühler angeordnet, der einen Wärmeübertrager ei­ nes Motorkühlkreislaufes darstellt. Das Kühlergebläse weist ein Lüfterrad (2) auf, das durch den nachfolgend näher be­ schriebenen Antrieb angetrieben wird. Die Primärwelle (1) überträgt ihre Antriebskraft mittels eines Riementriebes (3) auf eine Sekundärwelle, die als Antriebswelle (4) bezeichnet wird. Koaxial mit der Antriebswelle (4) drehschlüssig und fest verbunden ist ein Rotor eines Elektromotors (5, 6). Der Rotor (5) wird koaxial umschlossen von einem Stator (6), auf dessen Außenmantel das Lüfterrad (2) festgelegt ist. Das Lüf­ terrad (2) ist somit ringförmig gestaltet und der Stator (6) ist in dem Ringmantel des Lüfterrades (2) integriert. Vom Lüfterring aus ragen an sich bekannte Schaufeln des Lüfter­ rades (2) nach außen ab. Der Stator (6) trägt das Lüfterrad (2). Da sich sowohl der Rotor (5) als auch der Stator (6) im normalen Betrieb des Lüfterrades (2) drehen, erfolgt die Stromversorgung und Steuerung des Elektromotors (5, 6) über Schleifringe (11) oder andere geeignete Kontaktierungsmittel.
Die Ansteuerung des Elektromotors (5, 6) übernimmt eine elek­ tronische Steuereinheit (S). Der Elektromotor (5, 6) ist durch die Steuereinheit (S) umpolbar und kann damit auch als Generator betrieben werden. Durch die Steuereinheit (S) ist der im Lüfterrad (2) integrierte Elektromotor (5, 6) in un­ terschiedlichen Funktionen fahrbar. Für den normalen Fahrbe­ trieb des Kraftfahrzeugs wird der Elektromotor (5, 6) ledig­ lich als Übertragungsmittel nach der Art einer Kupplung ein­ gesetzt, um die Antriebskraft der Antriebswelle (4) auf das Lüfterrad (2) zu übertragen. Da die Drehzahl der Antriebswel­ le (4) jedoch im wesentlichen linear zur Drehzahl des Ver­ brennungsmotors ist, ist es insbesondere bei niedrigen Dreh­ zahlen des Verbrennungsmotors durch die Steuereinheit (S) möglich, die Antriebskraft des Elektromotors (5, 6) zuzu­ schalten, wodurch sich die Drehzahl des Lüfterrades (2) ge­ genüber der Drehzahl der Antriebswelle (4) abhängig von der jeweiligen zusätzlichen Antriebskraft des Elektromotors (5, 6) erhöht. Dadurch ist es im Stillstand des Fahrzeugs sowohl bei laufendem als auch bei stehendem Verbrennungsmotor mög­ lich, eine ausreichende Durchströmung des Kühlers und eine Wärmeabfuhr aus dem Motorraum (Nachheizen) und damit eine ausreichende Motorkühlung zu erzielen. Durch einen Betrieb des Elektromotors (5, 6) mittels der Steuereinheit (S) als Generator kann die Drehzahl des Lüfterrades (2) gegenüber der Drehzahl der Antriebswelle (4) auch reduziert werden. Abhän­ gig von der Ansteuerung des Elektromotors durch die Steuer­ einheit (S) ist es auch möglich, trotz einer Drehung der An­ triebswelle (4) die Drehzahl des Lüfterrades (2) bis auf Null herabzusetzen oder das Lüfterrad (2) sogar im entgegengesetz­ ten Drehsinn anzutreiben. Der Antrieb des Lüfterrades (2) entgegen der Drehrichtung der Antriebswelle (4) ist insbeson­ dere für die Kaltstartphase des Kraftfahrzeugs von Vorteil, bei der der den Kühler bereits durchströmende Fahrtwind die Aufheizung des Kühlmittels auf die Betriebstemperatur und da­ mit eine schnelle Funktion des Heizkreislaufes behindert. Durch die umgekehrte Laufrichtung des Lüfterrades (2) ist es möglich, hinter dem Kühler einen entsprechenden Gegendruck aufzubauen, womit die Luftströmung durch den Kühler unterbun­ den wird, und so die schnelle Erwärmung des Kühlmittelkreis­ laufes auf die Betriebstemperatur nicht zu behindern. Vor­ zugsweise erfolgt eine Regelung der jeweiligen Drehzahl des Lüfterrades (2) abhängig von verschiedenen geeigneten Fahrbe­ triebsparametern dadurch, daß die Steuereinheit (S) an geeig­ nete zentrale Elektronikeinheiten angeschlossen ist.
Ein Antrieb für ein Pumpenrad (2a) einer Kühlmittelpumpe ei­ nes Motorkühlkreislaufes für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs weist ebenfalls einen Elektromotor (7) auf, der in dem Pumpenrad (2a) integriert ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 trägt der Stator das Pumpen­ rad (2a) und der Rotor des Elektromotors (7) ist auf einer Antriebswelle (4a) festgelegt, die wie die Antriebswelle nach Fig. 1 direkt von einer entsprechenden Motorantriebswelle des Verbrennungsmotors abgeleitet ist. Das Pumpenrad (2a) ist einschließlich des Elektromotors (7) innerhalb eines Pumpen­ gehäuses (9) in einer Kühlmittelströmungskammer (8) angeord­ net. Die Antriebswelle (4a) ragt von einem Ende her koaxial zu dem Pumpenrad (2a) in das Gehäuse (9) und in die Kühlmit­ telströmungskammer (8) hinein. Ein Wellenfortsatz (10) ragt koaxial zu der gegenüberliegenden Gehäusewandung aus der Kühlmittelströmungskammer (8) heraus und dient zum einen zur sicheren Lagerung der Antriebswelle (4a), des Elektromotors (7) und des Pumpenrades (2a) und zum anderen zur Hindurchfüh­ rung elektrischer Leitungen (12) zum Elektromotor (7). Zur Lagerung und Abdichtung der verschiedenen Wellen sind im Ge­ häuse (9) verschiedene Wälz- oder Gleitlager sowie entspre­ chende Dichtringe vorgesehen. Auch die Verbindung des Wellen­ fortsatzes (10) mit dem Stirnende der Antriebswelle (4a) und dem Elektromotor (7) ist durch Dichtringe abgedichtet. Der Wellenfortsatz (10) ist zumindest teilweise hohl gestaltet, um die Durchführung der elektrischen Leitungen (12) zu ermög­ lichen. Die elektrischen Leitungen (12) sind an Schleifringe (11a) angeschlossen, die in an sich bekannter Weise mit dem Stator und dem Rotor des Elektromotors (7) in Kontakt stehen. Auch dem Elektromotor (7) ist eine nicht dargestellte Steuer­ einheit (S) zugeordnet, die im wesentlichen der zuvor be­ schriebenen Steuereinheit (S) des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 entspricht. Wenn für das Pumpenrad (2a) keine Umkeh­ rung der Drehrichtung notwendig ist, wie dies für das Lüfter­ rad (2) nach Fig. 1 beschrieben worden ist, entfällt dieser Teil der Steuereinheit beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ein Antrieb für ein Pumpenrad (2b) einer Kühlmittelpumpe mit der gleichen Funk­ tionsweise versehen wie der Antrieb nach Fig. 2. Auch die Steuereinheit (S) entspricht der Steuerung des Antriebs nach Fig. 2. Unterschiedlich beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist jedoch, daß der Elektromotor (13, 14) nicht im Flügelrad (2b) integriert ist, sondern außerhalb des Gehäuses (9) der Kühlmittelpumpe positioniert ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist das Pumpenrad (2b) auf einer Hohlwelle (15) festgelegt, die aus dem Gehäuse (9) herausgeführt und mittels eines nicht näher bezeichneten Ringflansches an mehreren Be­ festigungspunkten (16) mit einem Stator (14) des Elektromo­ tors fest verbunden ist. Der Stator (14) umschließt in an sich bekannter Weise einen Rotor (13) des Elektromotors (13, 14) koaxial, wobei der Rotor (13) drehschlüssig oder fest mit einer Antriebswelle (4b) verbunden ist. Die Antriebswelle (4b) ragt von der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses (9) durch das Gehäuse hindurch und durchsetzt die Hohlwelle (15) koaxial. Die Antriebswelle (4b) entspricht in ihrer Funktion der Antriebswelle (4a) der Funktion der Antriebswelle (4) ge­ mäß den Fig. 2 und 1. Sowohl die Antriebswelle (4b) als auch die Hohlwelle (15) sind mittels entsprechender Lagerungen drehbar im Gehäuse (9) gelagert. Der Hohlwelle (15) und damit dem Elektromotor (13, 14) sind - wie zuvor anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben - Schleifringe (11b) für die elektrische Kontaktierung und elektrische Verbindung zur Steuereinheit (S) zugeordnet.

Claims (5)

1. Antrieb für ein Förderrad einer Fördereinrichtung eines Kraftfahrzeugs, dem über eine Antriebswelle eine von einem Kraftfahrzeugmotor abgeleitete Antriebskraft zuführbar ist, und dem zur Beeinflussung der Antriebsdrehzahl ein einen Sta­ tor und einen Rotor aufweisender Elektromotor zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (6, 14) des Elektro­ motors (5, 6, 7, 13, 14) fest mit dem Förderrad (2, 2a, 2b) verbunden und der Rotor (5, 13) des Elektromotors (5, 6, 7, 13, 14) fest auf der Antriebswelle (4, 4a, 4b) angeordnet ist.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderrad (2, 2a) den Außenumfang des Stators (6) koaxial umschließt.
3. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderrad (2b) auf einer Hohlwelle (15) fest angeordnet ist, die koaxial von der Antriebswelle (4b) durchsetzt ist, und daß der Stator (14) an einer Stirnseite der Hohlwelle (15) und der Rotor (13) koaxial an einer Stirnseite der An­ triebswelle (4b) festgelegt ist.
4. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (5, 6) als Generator betreibbar ist.
5. Antrieb nach wenigstens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (5, 6) derart ansteuerbar ist, daß sich die Drehrichtung des Förder­ rades (2, 2a, 2b) gegenüber der Drehrichtung der Antriebswel­ le umkehrt.
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