DE3404770A1

DE3404770A1 - Elektrischer luefterantrieb einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3404770A1
Application number: DE19843404770
Authority: DE
Inventors: Richard 7146 Tamm Hetmann; Werner Dipl.-Ing. Dr. 5120 Herzogenrath Möllers
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1984-02-10
Filing date: 1984-02-10
Publication date: 1985-08-14

Description

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Elektrischer Lüfterantrieb einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Lüfterantrieb einer Brennkraftmaschine mit einer rotierenden inneren Spule und einer zu ihr konzentrischen, drehbaren äußeren Spule.

Bei einem aus DE-AS 1 291 162 bekannten Lüfterantrieb ist koaxial in der Welle eines als Lichtmaschine verwendeten Generators ein Lüfterrad gelagert, das mit der von der Brennkraftmaschine angetriebenen Generatorwelle durch eine Elektromagnetkupplung verbindbar ist. Mit dieser Gestaltung wird eine räumlich kompakte Anordnung von Lichtmaschine und Lüfter erzielt. Nachteilig ist dabei jedoch , daß die Drehzahl des Lüfterrades immer proportional der Drehzahl der Brennkraftmaschine ist, wodurch sich im unteren Drehzahlbereich eine zu geringe, zur Kühlung nicht ausreichende, im oberen Drehzahlbereich eine unnötig hohe Lüfterleistung ergibt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Lüfterantrieb so zu gestalten, daß seine Drehzahl entsprechend der für die Brennkraftmaschine erforderlichen Kühlleistung veränderbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Da das mit der äußeren Spule verbundene Lüfterrad durch das zwischen innerer und äußerer Spule wirkende elektromagnetische Feld angetrieben ist, kann seine Drehzahl durch Verändern dieses Feldes beeinflußt werden. Eine der beiden Spulen kann auch durch einen Dauermagnet ersetzt sein, dessen durch die rotierende andere Spule periodisch geänderter Magnetfluß eine Induktionsspannung hervorruft. Wenn nach An-

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spruch 2 der Lüfterantrieb als Generator geschaltet ist, läßt sich eine Drehzahlsteuerung des Lüfterrades erreichen, indem der bei einer Drehzahldifferenz zwischen innerer und äußerer Spule abnehmbare Strom einem Regelwiderstand zugeführt wird. Stattdessen ist es auch möglich, mit dem bei hohen Drehzahlen abnehmbaren Strom einen zweiten, elektromotorisch angetriebenen Lüfter zu betreiben, um dem Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine die bei Spitzenbelastung anfallende Wärme zu entziehen und an die Umgebung abzuführen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 4 kann die Spulenanordnung auch als Elektromotor benutzt werden, wobei die innere Spule als Stator und die äußere Spule als Rotor ausgebildet ist. Zwischen dem Rotor und dem Stator ist ein Freilauf angeordnet, der durch eine schaltbare mechanische Kupplung mit der Antriebswelle der Brennkraftmaschine verbunden ist. Mit dieser Bauweise ergibt sich der Vorteil, daß auch bei Stillstand der Brennkraftmaschine ein Lüfterbetrieb, z. B. mit Batteriestrom, realisierbar ist. Außerdem kann man so den Lüfter im unteren Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine mit deutlich höherer Drehzahl laufen lassen als es bei starrem Antrieb durch die Brennkraftmaschine möglich wäre, ohne zugleich eine zu hohe Lüfterdrehzahl im oberen Drehzahlbereich in Kauf nehmen zu müssen.

Wenn gemäß den Ansprüchen 5 und 6 zusätzlich ein Freilauf und eine Viskokupplung vorgesehen sind, läßt sich die Drehzahlkurve des Lüfters exakt den jeweiligen Kühlerfordernissen bei verschiedenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine anpassen.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend erläutert.

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Der in Fig. 1 dargestellte elektromechanische Lüfterantrieb besteht aus einer, von der Brennkraftmaschine ausgehenden Antriebwelle 1 für einen Rotor 2, der eine innere Spule 3 trägt. Konzentrisch auf dem Rotor 2 ist ein Stator 4 gelagert, auf den eine äußere Spule 5 gewickelt ist. Über eine Viskokupplung 6 ist der Stator 4 mit einem Lüfterrad 7 verbunden, das zur Kühlung der Brennkraftmaschine dient. Am Stator 4 sind elektrische Anschlüsse 8 angeordnet, über einen Freilauf 9 ist der Stator 4 mit einer auf der Antriebswelle 1 gelagerten Scheibe 10 verbunden, die mit einer auf der Antriebswelle 1 festen, zweiten Scheibe 11 eine schaltbare mechanische Kupplung 12 bildet.

Wenn die Viskokupplung 6 durch einen Arretierstift 13 überbrückt und das Lüfterrad 7 starr mit der Stator 4 verbunden ist, ergibt sich bei Generatorbetrieb das in Fig. 2 dargestellte Schaubild. Hierbei ist die mechanische Kupplung 12 geöffnet. Der von der Brennkraftmaschine angetriebene Rotor 2 hat die Drehzahl n_Ä und erteilt dem Lüfterrad 7 durch elektrodynamische Krafteinwirkung eine etwas niedrigere Drehzahl n_T. In Abhängig-

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keit dieser Drehzahldifferenz, des Regelwiderstandes R sowie des Erregerstromes I„ ergibt sich ein bestimmtes Drehmoment am Lüfterrad 7. Durch Variation des Regelwiderstandes oder auch des Erregerstromes I„ ergeben sich die degressiven Kurven 2.1,

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2.2., 2.3, die gegenüber einem starren Antrieb durch die Brennkraftmaschine im unteren Drehzahlbereich eine gewünschte überhöhung aufweisen und mit zunehmendem Regelwiderstand flacher ansteigend verlaufen.

In Fig. 3 ist die Drehzahlkennlinie bei Elektromotorbetrieb des Lüfters dargestellt. Der Arretierstift 13 ist gezogen, so daß die Viskokupplung 6 wirksam ist. Die mechanische Kupplung 12 ist geschlossen. Im unteren Drehzahlbereich ergibt sich bei

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Stromzufuhr ein progressiv ansteigender Kurvenast 3.1, bis bei n_TT wegen des sich verschlechternden Wirkungsgrads der Strom abgeschaltet und der Lüfter mechanisch über den nun gesperrten Freilauf angetrieben wird und die Kennlinie auf dem Kurvenast 3.2 übergeht. Wenn die Antriebsdrehzahl der Brennkraftmaschine auf η absinkt, wird erneut auf Elektromotorbetrieb umgeschaltet. Diese Hysterese wird hier und bei den folgenden Ausführungsformen angewendet, um ein dauerndes Umschalten zu vermeiden.

Eine Drehzahlkennlinie nach Fig. 4 läßt sich erzielen, indem im unteren Drehzahlbereich im Kurvenast 4.1 auf Motorbetrieb, im oberen Drehzahlbereich auf Generatorbetrieb geschaltet wird. Die mechanische Kupplung 12 ist dabei geöffnet.

Bei der Kennlinie nach Fig. 5 schließt sich an den unteren Kurvenast 5.1 (reiner Motorbetrieb) eine Gerade 5.2 an, bei der bei geschlossener Kupplung 12 der Antrieb rein mechanisch von der Brennkraftmaschine aus erfolgt und die dann auf den oberen Kurvenast 5.3 (Generatorbetrieb) abfällt, bei dem die Kupplung 12 geöffnet ist.

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Claims

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Patentansprüche

( 1./Elektrischer Lüfterantrieb, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer rotierenden inneren Spule und einer zu ihr konzentrischen, drehbaren äußeren Spule, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Spule (3) von einer Welle (1) der Brennkraftmaschine angetrieben ist, während die äußere Spule (5), mit der ein Lüfterrad (7) verbunden ist, elektrodynamisch angetrieben ist.
2. Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als Generator arbeitet, wobei die bei einer Drehzahldifferenz zwischen innerer Spule (3) und äußerer Spule (5) an der äußeren oder inneren Spule erfolgende Stromabgabe und somit auch die Drehzahl des Lüfterrades (7) veränderbar ist.
3. Lüfterantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Stromabgabe durch einen Regelwiderstand steuerbar ist.
4. Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Spule (3) am Rotor (2), die äußere Spule (5) am ebenfalls drehbaren Stator (4) eines Elektromotors aufgewickelt ist, wobei die Drehzahl des Stators (4) durch Eingriff in die Stromzuführung steuerbar ist.
5. Lüfterantrieb nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad (7) mit dem Stator (4) bzw. der äußeren Spule (5) durch eine Viskokupplung (6) verbunden ist.
6. Lüfterantrieb nach Anspruch 1,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) mit dem Stator (4) durch einen dazwischen angeordneten Freilauf (9) verbunden ist, der durch eine schaltbare mechanische Kupplung (12) mit der Welle (1) verbindbar ist.