DE19801160A1 - Antrieb für ein Förderrad einer Fördereinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Antrieb für ein Förderrad einer Fördereinrichtung für ein Kraftfahrzeug

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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,
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.
DE19801160A 1996-07-16 1998-01-15 Antrieb für ein Förderrad einer Fördereinrichtung für ein Kraftfahrzeug Ceased DE19801160A1 (de)

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