DE19801160A1 - Antrieb für ein Förderrad einer Fördereinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents
Antrieb für ein Förderrad einer Fördereinrichtung für ein KraftfahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Antrieb für ein Förderrad einer
Fördereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einer
Kühlmittelpumpe, mit einem Antriebsglied sowie mit einem dem
Förderrad zugeordneten Abtriebsglied, denen zum zumindest
teilweisen Aufbringen des Kraftflusses zwischen Antriebsglied
und Abtriebsglied eine elektrische Antriebseinheit zugeordnet
ist.
Ein solcher Antrieb ist in der nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung 196 28 576.3-22 beschrieben. Der
Antrieb ist für ein Förderrad einer Kühlmittelpumpe eines
Kühlmittelkreislaufes eines Kraftfahrzeugmotors vorgesehen.
Die Kopplung zwischen Antriebsglied und Abtriebsglied erfolgt
durch eine elektrische Antriebseinheit, deren Stator mit dem
Förderrad und deren Rotor mit dem Antriebsglied verbunden
ist. Die Kraftübertragung erfolgt somit ausschließlich auf
elektrische und somit induktive Weise.
Ein ähnlicher Antrieb ist auch aus der DE 195 07 434 A1 be
kannt. Der bekannte Antrieb ist insbesondere für den Lüfter
eines Kühlers eines Kraftfahrzeugmotors vorgesehen. Auch bei
diesem Antrieb erfolgt die Kraftübertragung zwischen An
triebsglied und Abtriebsglied über einen Elektromotor, dessen
Stator drehfest mit dem Antriebsglied und dessen Rotor dem
Abtriebsglied zugeordnet ist. Rotor und Stator sind axial un
ter Bildung eines Luftspaltes zueinander beabstandet. Der An
trieb ist mittels einer elektronischen Steuerung steuerbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antrieb der eingangs ge
nannten Art zu schaffen, der auch bei Ausfall der elektri
schen Energiezufuhr eine sichere Kraftübertragung gewährlei
stet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die elektrische An
triebseinheit durch eine mechanische Kraftübertragungseinheit
ergänzt ist, die wenigstens in einer Drehrichtung zwischen
An- und Abtriebsglied gekoppelt ist. Diese Kraftübertragungs
einheit kann permanent oder insbesondere drehzahlabhängig zu
schaltbar zwischen An- und Abtriebsseite gekoppelt sein.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine zuverlässige An
triebsfunktion für das Förderrad der Fördereinrichtung auch
dann gewährleistet, wenn die Stromversorgung ausgefallen ist
und somit die elektrische Antriebseinheit keine Kraftübertra
gung mehr ermöglicht. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der
erfindungsgemäßen Lösung ist es, daß die Leistungsfähigkeit
des Antriebs durch die Kombination aus mechanischer und elek
trischer Kraftübertragung erhöht ist. Dabei kann die mechani
sche Kraftübertragungseinheit eine Grundlast mit hohem Wir
kungsgrad und die elektrische Antriebseinheit Spitzenlasten
mit der Möglichkeit einer Drehzahlregelung abdecken. Es sind
auch Drehzahlreduzierungen des Förderrades möglich, indem die
Drehrichtung der elektrischen Antriebseinheit umgedreht wird.
Dies ist insbesondere bei einem Kaltstart eines Kraftfahr
zeugs vorteilhaft, wenn das Förderrad Teil einer Kühlmittel
pumpe des Kühlmittelkreislaufes des Kraftfahrzeugmotors ist.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische Kraftüber
tragungseinheit als Planetengetriebe gestaltet. Dadurch wird
ein hoher Wirkungsgrad erzielt. Die elektrische Antriebsein
heit bewirkt vorteilhaft eine Stegrotation der Stegwelle des
Planetengetriebes, wodurch auch ein relativ leistungsschwa
cher elektrischer Antrieb ausreicht, um entsprechende Dreh
zahländerungen des Förderrades zu erzielen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische
Kraftübertragungseinheit als Freilauf gestaltet. Der Freilauf
ermöglicht im Sperrbetrieb - bei ausgeschalteter elektrischer
Antriebseinheit - eine mechanische Kopplung zwischen An
triebsglied und Abtriebsglied, so daß auch bei Ausfall der
elektrischen Energieversorgung noch eine sichere Kraftüber
tragung erfolgt. Bei eingeschalteter elektrischer An
triebseinheit wird eine regelbare Drehzahlanhebung infolge
des Lösens des Freilaufs erreicht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die mechanische
Kraftübertragungseinheit mittels einer Schaltvorrichtung be
triebsabhangig zuschaltbar oder abkoppelbar. Die Schaltvor
richtung kann dabei mechanisch, elektrisch oder in anderer
Art und Weise gestaltet sein. Damit wird über die elektrische
Antriebseinheit auch eine regelbare Drehzahlabsenkung gegen
über der Drehzahl des Antriebsgliedes ermöglicht.
Aufgabe der Erfindung ist es auch, einen Antrieb für ein För
derrad einer Fördereinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit ei
nem über einen umlaufenden Zugmitteltrieb durch einen Kraft
fahrzeugmotor antreibbaren Antriebsrad sowie mit einem dem
Förderrad zugeordneten Abtriebsglied vorzusehen, der platz
sparend unterbringbar ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zum Aufbringen des
Kraftflusses zwischen dem Antriebsrad und dem Abtriebsglied
eine elektrische oder eine kombinierte, mechanisch/elek
trische Kraftübertragungseinheit vorgesehen ist, die zumin
dest teilweise baulich in das Antriebsrad integriert ist. Da
durch wird eine äußerst kompakte Bauweise geschaffen, die ei
ne platzsparende Unterbringung des Antriebs in einem Kraft
fahrzeug, insbesondere beim Einsatz für eine Kühlmittelpumpe
in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs, ermöglicht.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von
bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die anhand
der Zeichnungen dargestellt sind.
Fig. 1 zeigt schematisch in einem Halbschnitt eine Ausfüh
rungsform eines erfindungsgemäßen Antriebs für ein
Förderrad einer Kühlmittelpumpe eines Kraftfahr zeugs,
Förderrad einer Kühlmittelpumpe eines Kraftfahr zeugs,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Antriebs für eine Kühlmittelpumpe,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Antriebs für eine Kühlmittelpumpe ähnlich wie in
Fig, 2,
Fig. 4 schematisch eine Darstellung eines weiteren Antriebs
für ein Förderrad einer Kühlmittelpumpe, der mit ei
nem Planetengetriebe versehen ist und
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Antriebs ähnlich
Fig. 4 in einem Halbschnitt.
Alle Antriebe 1 bis 1d gemäß den Fig. 1 bis 5 stellen An
triebsvorrichtungen für ein Flügelrad einer als Förderein
richtung dienenden Kühlmittelpumpe eines Kühlmittelkreislau
fes für einen Kraftfahrzeugverbrennungsmotor dar. Das als
Förderrad dienende Flügelrad sitzt dabei auf einer ein Ab
triebsglied darstellenden Abtriebswelle 3, 3a, 3b, 3c, 3d,
die um eine Drehachse 2 bis 2d in einem Gehäuse 11, 11a, 11b,
11d der Kühlmittelpumpe drehbar gelagert ist. Antriebsseitig
wird bei jeder Antriebsvorrichtung gemäß den Fig. 1 bis 5
über einen als Zugmitteltrieb dienenden Riementrieb der
Kraftfluß in eine als Antriebsglied dienende Riemenscheibe 7
bis 7d eingeleitet. Die Kraftableitung des Riementriebs er
folgt dabei direkt von einer Kurbelwelle des Kraftfahrzeug
verbrennungsmotors in an sich bekannter Weise. Als Zugmittel
triebe können grundsätzlich auch Seil- oder Kettentriebe vor
gesehen sein. Bei allen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig.
1 bis 5 erfolgt der Kraftfluß zwischen Antriebsseite und
Abtriebsseite entweder über eine rein elektrische An
triebseinheit (Fig. 1) oder über eine kombinierte, mecha
nisch/elektrische Kraftübertragungseinheit, indem eine elek
trische Antriebseinheit mit einer mechanischen Kraftübertra
gungseinheit in nachfolgend noch näher beschriebener Weise
gekoppelt ist.
Beim Antrieb 1 nach Fig. 1 weist die Riemenscheibe 7 ein U-
artiges Ringprofil auf, wobei ein einstückig angeformter in
nerer Ringflansch 4 der Riemenscheibe 7 einen mit einer Spule
versehenen Stator 6 einer elektrischen Antriebseinheit trägt.
Der Ringflansch 4 ist über Kugellager oder andere Wälz- oder
Gleitlagerungen drehbar auf der Abtriebswelle 3 gelagert. Der
Spulenkörper ist axial in dem zu einer Seite offenen Ringraum
der Riemenscheibe 7 radial außerhalb des Ringflansches 4
durch Schraubverbindungen festgelegt. Die Festlegung kann je
doch auch in anderer Art und Weise erfolgen. Der Stator 6 be
findet sich somit teilweise im Inneren der Kontur der Riemen
scheibe 7. Koaxial zum Stator 6 sind Permanentmagneten (nicht
näher bezeichnet) eines Rotors 5 positioniert, die an einer
umlaufenden Innenwandung einer Rotorglocke des Rotors 5 fest
gelegt sind. Die Rotorglocke übergreift den Stator 6 im Frei
raum zwischen der Riemenscheibe 7 und dem Stator 6. Zudem
überdeckt die Glockenform der Rotorglocke den Stator 6 seit
lich außen. Die Rotorglocke des Rotors 5 ist koaxial auf ei
nem Stirnende der Abtriebswelle 3 des Förderrades festgelegt.
Auf einer dem Stator 6 abgewandten radialen Außenseite der
Riemenscheibe 7 ist eine Kontaktplatte 8 festgelegt, an die
über Schleifkontakte eine Stromversorgung 9 sowie eine Steu
erleitung 10 zur drehzahlabhängigen Steuerung der elektri
schen Antriebseinheit anschließt, wobei die gesamte Kontak
tierung lediglich schematisch dargestellt ist.
Eine Drehmomentübertragung zwischen Antriebsseite und Ab
triebsseite erfolgt somit durch ein Haltemoment der elektri
schen Antriebseinheit 5, 6. Durch entgegengesetzte Drehrich
tung der elektrischen Antriebseinheit mittels entsprechender
Steuerfunktionen kann eine Drehzahlabsenkung des Förderrades
bis hin zum Stillstand oder auch eine Drehrichtungsumkehr er
zielt werden. Zudem kann bei relativ geringer Drehzahl der
Riemenscheibe 7 durch die elektrische Antriebseinheit die
Drehzahl des Förderrades erhöht werden. Es ist eine permanen
te Bestromung der elektrischen Antriebseinheit notwendig, um
die Kraftübertragungsfunktion zu gewährleisten.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind gegenüber dem An
trieb 1 nach Fig. 1 lediglich geringfügige Unterschiede vor
genommen. Gleiche Bauteile und Funktionseinheiten des An
triebs 1a sind mit den gleichen Bezugszeichen wie beim An
trieb 1 nach Fig. 1, jedoch unter Hinzufügung des Buchstaben
"a" versehen, so daß insoweit keine nähere Erläuterung mehr
erforderlich ist. Einziger Unterschied des Antriebs 1a zum
Antrieb 1 ist es, daß die Antriebsseite mittels einer mecha
nischen Kraftübertragungseinheit in Form eines Freilaufes 13
zusätzlich in einer Drehrichtung direkt mit der Abtriebsseite
gekoppelt ist. Die Drehrichtung, in der die Sperrfunktion und
damit die mechanische Kraftübertragung des Freilaufes 13 er
zielt wird, entspricht vorzugsweise der Förderrichtung des
Förderrades und damit der Kühlmittelpumpe. Dadurch wird auch
bei Stromausfall eine Kraftübertragungsfunktion zwischen der
Riemenscheibe 7a und der Abtriebswelle 3a und damit dem För
derrad erzielt. Da der Freilauf 13 lediglich in einer Dreh
richtung wirksam ist, kann die elektrische Antriebseinheit
5a, 6a durch Zuschalten der elektrischen Antriebseinheit eine
Erhöhung der Drehzahl des Förderrades relativ zur Drehzahl
der Riemenscheibe 7a bewirken. Eine Drehzahlabsenkung relativ
zur Drehzahl der Riemenscheibe 7a ist nicht möglich. Es kann
jedoch die Drehzahl des Förderrades gegenüber der Drehzahl
der Riemenscheibe erhöht werden, wodurch die Leistungsfähig
keit des Antriebs Ia verbesserbar ist.
Der Antrieb 1b gemäß Fig. 3 entspricht im wesentlichen dem
Antrieb 1a nach Fig. 2. Einziger Unterschied bei diesem An
trieb 1b ist es, daß ein Freilauf 14 vorgesehen ist, der über
eine lediglich schematisch dargestellte elektromagnetische
Kupplung 12 schaltbar gestaltet ist. Die Ansteuerung der
elektromagnetischen Kupplung 12 erfolgt über eine Steuerlei
tung 15. Dabei ist die elektromagnetische Kupplung 12 derart
gestaltet, daß der Freilauf 14 in stromlosem Zustand aktiv
wirksam ist, so daß er eine mechanische Kraftübertragung zwi
schen Antriebsseite und Abtriebsseite ermöglicht. Eine Be
stromung der Schaltkupplung bewirkt ein Außerkraftsetzen des
Freilaufes 14, wodurch eine Drehzahlabsenkung des Förderrades
gegenüber der Drehzahl der Riemenscheibe 7b durch eine ent
sprechende Aktivierung der elektrischen Antriebseinheit 5b,
6b in Gegendrehrichtung erzielbar ist. Da der Freilauf 14 im
stromlosen Zustand wirksam ist, kann auch ein Stromausfall
die Kraftübertragung zwischen Antriebsseite und Abtriebsseite
nicht unterbrechen.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4 und 5 ist
zur mechanischen Kraftübertragung zwischen der Riemenscheibe
7c, 7d und dem Förderrad 16 und damit der Abtriebswelle 3d
ein Planetengetriebe vorgesehen. Gemäß Fig. 4 ist ein zentra
les Sonnenrad 18 koaxial zur Drehachse 2c, 3c drehfest mit
dem Förderrad 16 verbunden. Die Riemenscheibe 7c ist an ihrem
Innenumfang mit einem als äußeres Sonnenrad dienenden, ko
axial ausgerichteten Hohlrad 21 versehen. Zwischen dem inne
ren Sonnenrad 18 und dem Hohlrad 21 laufen Umlaufräder 20,
die über Stege zu einer Stegwelle 19 zusammengeführt sind. An
der Stegwelle 19 greift die elektrische Antriebseinheit 17
an. Durch Zuschalten der elektrischen Antriebseinheit 17 kann
über die Stegwelle 19 eine Drehzahlregelung der Antriebswelle 3c
ins Schnelle oder Langsame oder auch eine Drehrichtungsum
kehr realisiert werden.
Der Antrieb durch die elektrische Antriebseinheit 17 kann al
ternativ auch über das innere Sonnenrad 18 und der Antrieb
über den Steg 19 erfolgen.
In Fig. 5 ist eine baulich kompakte Ausführung des Funkti
onsprinzips nach Fig. 4 offenbart. Dabei ist ein Stator der
elektrischen Antriebseinheit 17 an dem Gehäuse 11d der Kühl
mittelpumpe mit Hilfe von Schraubverbindungen 26 festgelegt.
Die elektrische Antriebseinheit 17 übergreift die Abtriebs
welle 3d des Förderrades koaxial. Als Rotor der elektrischen
Antriebseinheit 17 ist eine koaxial innerhalb des Stators an
geordnete Hohlwelle 22 vorgesehen, die mit Hilfe von Wälzla
gerungen drehbeweglich auf der Abtriebswelle 3d gelagert ist.
Die Hohlwelle 22 dient als Stegwelle und ist über Stege 23
und Lagerzapfen 24 mit den Umlaufrädern 25 verbunden. Die
Riemenscheibe 7d weist eine geringfügige Glockenform auf, wo
durch die Stege 23 einschließlich der Lagerzapfen 24 teilwei
se axial in die Kontur der Riemenscheibe 7d hineinragen. Das
gesamte Planetengetriebe ist baulich in der als Antriebsrad
dienenden Riemenscheibe 7d integriert. Die elektrische Strom
versorgung der elektrischen Antriebseinheit 17 erfolgt über
Stromversorgungsleitungen 9d. Die Funktion der Kombination
aus mechanischer Kraftübertragung mittels des Planetengetrie
bes und elektrischer Kraftübertragungseinheit, die an der
Stegwelle des Planetengetriebes angreift, entspricht der zu
vor beschriebenen Funktion des Ausführungsbeispiels nach Fig.
4.
Claims (7)
1. Antrieb für ein Förderrad einer Fördereinrichtung für ein
Kraftfahrzeug, insbesondere einer Kühlmittelpumpe, mit einem
Antriebsglied sowie mit einem dem Förderrad zugeordneten Ab
triebsglied, denen zum zumindest teilweisen Aufbringen des
Kraftflusses zwischen Antriebsglied und Abtriebsglied eine
elektrische Antriebseinheit zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die elektrische Antriebseinheit (5a, 6a; 5b, 6b; 17) durch
eine mechanische Kraftübertragungseinheit (13, 14, 18 bis 25)
ergänzt ist, die wenigstens in einer Drehrichtung zwischen
Antriebsglied (7 bis 7d) und Abtriebsglied (3 bis 3d) gekop
pelt ist.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
mechanische Kraftübertragungseinheit als Planetengetriebe ge
staltet ist.
3. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
mechanische Kraftübertragungseinheit als Freilauf (13, 14)
gestaltet ist.
4. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
mechanische Kraftübertragungseinheit als einen Rotor und ei
nen Stator der elektrischen Antriebseinheit starr miteinander
koppelndes Sperrglied gestaltet ist.
5. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die mechanische Kraftübertragungseinheit
mittels einer Schaltvorrichtung (15) betriebsabhängig zu
schaltbar oder abkoppelbar ist.
6. Antrieb für ein Förderrad einer Fördereinrichtung für ein
Kraftfahrzeug, insbesondere einer Kühlmittelpumpe, mit einem
über einen umlaufenden Zugmitteltrieb durch einen Kraftfahr
zeugmotor antreibbaren Antriebsrad sowie mit einem dem För
derrad zugeordneten Abtriebsglied, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Aufbringen des Kraftflusses zwischen dem Antriebsrad
(7 bis 7d) und dem Abtriebsglied (3 bis 3d) eine elektrische
oder eine kombinierte mechanisch/elektrische Kraftübertra
gungseinheit (5, 6; 5a, 6a; 5b, 6b; 17 bis 25) vorgesehen
ist, die zumindest teilweise baulich in das Antriebsrad (7
bis 7d) integriert ist.
7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Antriebsrad (7, 7a, 7b, 7d) glockenartig gestaltet ist, und
daß die elektrische oder mechanisch/elektrische Kraftübertra
gungseinheit teilweise axial - auf die Drehachse (2 bis 2d)
bezogen - in die offene Seite der Glockenform des Antriebsra
des (7, 7a, 7b, 7d) hineinragt.
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