DE3543207A1 - Steuerschaltung fuer einen kuehlerluefter in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen Kühlerlüfter in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kraftfahrzeuge mit wassergekühlten Verbrennungsmotoren sind mit Durchlaufkühlern für das Kühlwasser ausgerüstet. Zur Verbesserung der Kühlwirkung sind die Kühler dem Fahrtwind ausgesetzt und werden zusätzlich über einen Kühlerlüfter angeblasen.

In einer früher üblichen und auch heute noch verwendeten Bauweise werden die Lüfter direkt vom Motor über einen Keilriemen angetrieben. Dies hat den Nachteil, daß die Lüfterdrehzahl direkt mit der Motordrehzahl gekoppelt ist und sich entsprechend ändert. Nach dem Start, wenn der Motor möglichst schnell warm werden soll, erhöht bei­ spielsweise der ständig mitlaufende Lüfter unerwünscht die Kühlwirkung des Kühlers. Bei langsamen Fahrten oder bei einem Stillstand des Fahrzeugs mit laufendem Motor in einem Stau oder vor Ampeln fällt die Kühlwirkung des Fahrtwindes weitgehend weg. Wegen der bei einem solchen Betrieb geringen Motor- und damit Lüfterdrehzahlen wird eine an sich notwendige Erhöhung der Kühlleistung durch den Lüfterbetrieb nur unzureichend erzielt.

Zur Vermeidung der vorstehenden Nachteile sind daher in einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen Kühlerlüfter mit einem eigenen Elektromotorantrieb eingebaut. Die Elektromotoren werden meist in mehreren Drehzahlstufen je nach dem er­ forderlichen Kühlleistungsbedarf angesteuert, wodurch ei­ ne gute Anpassung der Kühlung an den Fahrzeugbetrieb er­ reicht wird. Als Steuergeber werden beispielsweise Ther­ moschalter im Kühlsystem verwendet, die den Lüfter ein­ schalten oder die Drehzahlstufen umschalten. Ein Vorteil des elektrischen Kühlerlüfters besteht auch in der weit­ gehend freien Wahl der Anordnung, da keine direkte An­ triebsverbindung zum Motor notwendig ist, so daß der Lüf­ ter beispielsweise auch schräg angebracht werden kann.

Ein schnell in hohen Drehzahlen laufender Lüfter verur­ sacht ein deutlich wahrnehmbares Geräusch. Eine Ansteue­ rung des Lüfters in unterschiedlichen Drehzahlstufen hat somit nicht nicht nur den Vorteil einer guten Anpassung der Kühlleistung, sondern auch den weiteren Vorteil, daß während eines Großteils des Fahrzeugbetriebs, wenn keine maximale Kühlleistung erforderlich ist, der Geräuschpegel herabgesetzt ist.

Üblich sind zwei oder drei Drehzahlstufen, die durch Zu­ schalten von Vorschaltwiderständen in den Stromkreis des Lüftermotors eingeschaltet werden. Diese Vorschaltwider­ stände sind entweder in den Lüftermotor integriert oder extern als zusätzliche Bauteile angebracht. Diese Bauwei­ se ist relativ aufwendig.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine einfache und kostengünstige Steuerschaltung für einen elektrischen Kühlerlüfter in einem Kraftfahrzeug zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Steuerschal­ tung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 werden als Vorschaltwiderstand die Heiz­ drähte einer beheizbaren Heckscheibe des Kraftfahrzeuges verwendet. Die Heckscheibenheizdrähte werden somit zwei­ fach ausgenutzt, einmal in üblicher Weise zur Beheizung der Heckscheibe, wobei der Heizstromkreis über einen Handschalter geschlossen wird und zum zweiten als Vor­ schaltwiderstand für den Lüftermotor, wenn dessen Dreh­ zahl gegenüber der Maximaldrehzahl (ohne Vorschaltwider­ stand) reduziert werden soll. Durch die Benutzung der Heizdrähte auch als Vorschaltwiderstand kann ein separa­ ter Vorschaltwiderstand für den Lüftermotor entfallen. Der Preis für einen solchen separaten Vorschaltwiderstand kann somit eingespart werden. Wenn berücksichtigt wird, daß Kraftfahrzeuge in erheblichen Stückzahlen in Serie hergestellt werden, ergeben sich insgesamt für den Her­ steller erhebliche Einsparungen. Zusätzlich wird durch den Wegfall eines oder mehrerer separater Vorschaltwider­ stände das Fahrzeuggewicht reduziert und Platz einge­ spart. Die Reduzierung des Fahrzeuggewichtes und damit eine vorteilhafte Verringerung des Kraftstoffverbrauchs mag gering erscheinen, eine merkliche Gewichtsreduzierung wird aber durch eine Vielzahl von Optimierungen und klei­ nen Gewichtseinsparungen erreicht, wozu auch der vorlie­ gende Anmeldungsgegenstand beiträgt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der elektrische Energiehaushalt des Fahrzeugs günstiger gestaltet wird, insbesondere wenn der Kühlerlüfter bei reduzierter Dreh­ zahl mit eingeschaltetem Heckscheiben-Vorschaltwiderstand läuft und vom Fahrer die Heckscheibenheizung ohnehin ein­ geschaltet wäre. Die elektrische Energie, die bei einer herkömmlichen Schaltung über einen separaten Vorschalt­ widerstand zusätzlich zur Energie für die Heckscheiben­ heizung verbraucht würde, wird bei der erfindungsgemäßen Schaltung nur einmal verbraucht.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden gemäß An­ spruch 2 alle oder nur ein Teil der Heizdrähte elektrisch zusammengefaßt und als Vorschaltwiderstand verwendet. Mit dieser Maßnahme kann eine Anpassung des Vorschaltwider­ standes an den verwendeten Lüftermotor und die gewünschte Drehzahl erreicht werden, insbesondere wenn der Wider­ stand der gesamten Heckscheibenheizung als Vorschaltwi­ derstand für den Kühlermotor zu groß ist.

In einer konkreten Ausführung der Erfindung gemäß An­ spruch 3 wird der Elektromotor in zwei Drehzahlstufen an­ gesteuert. Dabei liegt zweckmäßig in der einen Ansteuer­ stufe für maximale Drehzahl des Lüftermotors kein Vor­ schaltwiderstand im Motorstromkreis. In der anderen An­ steuerstufe für eine niedrige Drehzahl sind dagegen ein Teil oder alle Heizdrähte der Heckscheibenheizung in den Motorstromkreis geschaltet. Die Einschaltung bzw. Um­ schaltung des Lüftermotors erfolgt in an sich bekannter Weise durch einen Doppelthermoschalter im Kühlsystem. Bei Fahrzeugen mit Klimaanlage kann die erste Drehzahlstufe auch zweckmäßig bereits bei Einschalten der Klimaanlage oder über einen Hochdruckschalter in der Klimaanlage ein­ geschaltet werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Steuerschaltung nach Anspruch 4 mit einer weiteren Drehzahlstufe wird in an sich bekannter Weise ein zweiter Vorschaltwiderstand ver­ wendet, wobei die Einschaltung dieser Stufe ebenfalls von der Temperatur im Kühlsystem oder anderen Randbedingun­ gen, insbesondere dem Betrieb einer Klimaanlage und ent­ sprechenden Geberschaltern abhängig ist. Eine dreistufige Ausbildung hat sich für den praktischen Einsatz als aus­ reichend erwiesen, es können jedoch entsprechend dem auf­ gezeigten Prinzip ohne weiteres noch weitere Drehzahlstu­ fen erzeugt werden.

Mit Anspruch 5 wird vorgeschlagen, daß bei einer drei- und mehrstufigen Schaltung nicht nur ein Vorschaltwider­ stand aus der Heckscheibenheizung verwendet wird, sondern von dieser entsprechend der gewünschten Höhe der einge­ setzten Vorschaltwiderstände unterschiedlich viele Heiz­ drähte je nach Stufenschaltung elektrisch zusammenge­ schaltet werden. Damit sind auch für diesen Fall zusätz­ lich zu dem Heckscheiben-Vorschaltwiderstand keine weite­ ren separaten Vorschaltwiderstände notwendig.

Gemäß Anspruch 6 können die Schaltelemente, wie Thermo­ schalter etc., direkt in den Motorstromkreis eingreifen, zweckmäßiger ist es jedoch, die Geberkreise von dem hohe Energie führenden Motorstromkreis mit Hilfe von Relais zu entkoppeln.

Die Stufenumschaltung kann nach Anspruch 7 auch bei Ver­ wendung der Heckscheibenheizung als Vorschaltwiderstand entweder als Reihen- oder Parallelschaltung bei entspre­ chender Auslegung durchgeführt sein.

Um zu vermeiden, daß der Lüftermotor unerwünscht bei ab­ gestelltem Fahrzeug läuft und sich die Batterie über die Heckscheibenheizung entlädt, wird die Steuerschaltung nach Anspruch 8 erst über den Zündschlüsselschalter akti­ viert. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Steuer­ schaltung auch an die im Fahrzeug üblichen Leitungen an­ geschlossen sein, die während des Startvorgangs stromlos werden, damit ein hoher Startstrom zur Verfügung steht.

Die Steuerschaltung kann nach Anspruch 9 durch eine Zeit­ schaltung erweitert werden, die nach dem Abstellen des Fahrzeugs aktiviert wird und den Lüftermotor nachlaufen läßt, um den Motor schneller abzukühlen bzw. eine Über­ hitzung zu vermeiden. Es kann dabei entweder eine feste Nachlaufzeit geschaltet werden oder nur eine Nachlauf­ zeitbegrenzung, wenn durch eingebaute Thermoschalter der Lüfter eingeschaltet ist.

Anhand von vier Ausführungsbeispielen wird die Erfindung mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Steuerschaltung für eine dreistufige Kühler­ lüfteransteuerung, wobei eine Heckscheibenheizung als Vorschaltwiderstand in der ersten Lüfterstufe dient,

Fig. 2 eine Steuerschaltung für eine dreistufige Kühler­ lüfteransteuerung, wobei eine Heckscheibenheizung als Vorschaltwiderstand in der zweiten Lüfterstufe dient,

Fig. 3 eine Steuerschaltung für eine dreistufige Kühler­ lüfteransteuerung, wobei eine Heckscheibenheizung als Vorschaltwiderstand in den ersten beiden Stu­ fen dient,

Fig. 4 eine Steuerschaltung für eine dreistufige Kühler­ lüfteransteuerung, wobei eine Heckscheibenheizung geteilt ist und als Vorschaltwiderstände für eine erste und zweite Stufe dient.

In Fig. 1 sind drei Speisestromleitungen 1, 2, 3 gezeigt, wobei an der Leitung 1 ständig Spannung anliegt, die Lei­ tung 2 nur unter Spannung steht, wenn der Zündschlüssel des Kraftfahrzeugs eingeschaltet ist und Leitung 3 eben­ falls bei eingeschaltetem Zündschlüssel unter Spannung steht, jedoch die Spannung während des Startvorgangs des Fahrzeugmotors unterbrochen ist. Mit der Leitung 3 ver­ bunden ist ein Hilfsrelais 4, dessen Relaiskontakt 5 in einer Leitung 6 zusammen mit einem Handschalter 7 liegt. Die Leitung 6 führt über einen Relaiskontakt 8 zu einer Heckscheibenheizung 9, von der Heizfäden 10 dargestellt sind und die weiter mit der Leitung 1 verbunden ist.

Für die Einschaltung der Heckscheibenheizung (ohne gleichzeitige Verwendung als Vorschaltwiderstand; Relais­ kontakt 8 in der gezeichneten Stellung) wird der Hand­ schalter 7 geschlossen. Bei betätigtem Zündschlüssel und außerhalb des Startvorgangs hat das Hilfsrelais 4 angezo­ gen, wodurch auch der Relaiskontakt 5 geschlossen und die Heckscheibenheizung in Funktion ist.

Zur Steuerung eines Kühlerlüfters 11 ist dieser über eine Leitung 12 mit der Leitung 1 verbindbar, wobei in der Leitung 12 ein Relaiskontakt 13 eines Relais 14 liegt, das von einem Thermoschalter 15 eines Doppelthermoschal­ ters 16 geschaltet wird. Die vorstehenden Elemente dienen zur Ansteuerung der Dritten Lüfterstufe bzw. der maxima­ len Drehzahl.

Zur Ansteuerung der zweiten Lüfterstufe oder einer mitt­ leren Drehzahl dient die Leitung 17, in der ein separater Vorschaltwiderstand 18 und ein Relaiskontakt 19 eines Re­ lais 20 liegen. Das Relais 20 ist parallel sowohl mit ei­ nem Hochdruckschalter 21 der Klimaanlage als auch mit ei­ nem Thermoschalter 22 des Doppelthermoschalters 16 ver­ bunden.

Zur Ansteuerung der ersten Lüfterstufe bzw. der gering­ sten Drehzahl dient die Leitung 23, die über den Relais­ kontakt 8, der hier als Umschalter ausgebildet ist, und über die Heckscheibenheizung 9 mit der Leitung 1 verbind­ bar ist. Der Relaiskontakt 8 wird von einem Relais 24 be­ tätigt, in dessen Ansteuerleitung ein Schalter 25 liegt, mit dem eine Klimaanlage des Fahrzeugs einschaltbar ist. Die Leitung 26 stellt eine entsprechende Leitung zur Kli­ maanlage dar.

Die Steuerschaltung nach Fig. 1 hat für die Kühlerlüfter­ steuerung folgende Funktion:

Wenn bei eingeschaltetem Zündschlüssel die Klimaanlage durch Betätigung des Schalters 25 eingeschaltet wird, zieht das Relais 24 an und schaltet den Kontakt 8 auf die Leitung 23 um. Dadurch ist der Motorstromkreis über die Heckscheibenheizung 9 bzw. die Heizdrähte 10 geschlossen, wobei die Heckscheibenheizung 9 als Vorschaltwiderstand wirkt und somit der Kühlerlüfter 11 in einem ersten unte­ ren Drehzahlbereich läuft.

Wenn durch einen Druckanstieg und damit Temperaturanstieg der Hochdruckschalter 21 im Klimaanlagensystem anspricht und schließt, schließt das Relais 20 den Relaiskontakt 19, so daß parallel zur Heckscheibenheizung 9 der dagegen kleinere Vorschaltwiderstand 18 parallel geschaltet wird. Damit wird der gesamte Vorschaltwiderstand für den Küh­ lerlüftermotor 11 wesentlich kleiner und der Lüfter läuft in seiner zweiten Schaltstufe mit einer mittleren Dreh­ zahl. Das Relais 20 kann aber auch durch den ersten Thermoschalter 22 (für niedere Temperaturen) angesteuert werden, wodurch ebenfalls der Relaiskontakt 19 schließt und die zweite Schaltstufe angesteuert wird. Wenn in die­ sem Fall die Klimaanlage nicht eingeschaltet ist, d. h. der Schalter 25 offen ist, liegt die Heckscheibenheizung 9 nicht parallel zum Vorschaltwiderstand 18. Bei einer praktischen Auslegung unterscheidet sich jedoch der Ge­ samtwiderstand der Parallelschaltung der Heckscheibenhei­ zung 9 und des Vorschaltwiderstandes 8 nur unerheblich vom Widerstandswert des Vorschaltwiderstandes 18 alleine, so daß nur ein geringer Drehzahlunterschied in der zwei­ ten Stufe auftritt, wenn auch der Schalter 25 geschlossen ist.

Die dritte Stufe mit maximaler Drehzahl wird erreicht, wenn der Relaiskontakt 13 geschlossen ist und dabei ggf. die beiden anderen parallelen Vorschaltwiderstände über­ brückt sind. Die Ansteuerung erfolgt über den zweiten Thermoschalter 15 (für höhere Temperatur) und das Relais 14.

Fig. 2 entspricht weitgehend der Fig. 1 mit dem Unter­ schied, daß die Heckscheibenheizung 9 als Vorschaltwider­ stand nicht der ersten, sondern der zweiten Lüfterstufe zugeordnet ist und entsprechend mit dem Relaiskontakt 19 des Relais 20 verbunden ist. Der Relaiskontakt 19 ist für diesen Fall als Umschalter zwischen der Handeinschaltung über die Leitung 6 und für die Leitung zum Lüftermotor 11 ausgebildet. Der separate Vorschaltwiderstand 18 liegt im Motorkreis für die erste Drehzahlstufe und hat somit ei­ nen größeren Widerstandswert als der Widerstand der Heck­ scheibenheizung 9. Da der Widerstandswert der Heckschei­ benheizung im wesentlichen durch die erforderliche Heiz­ leistung an der Heckscheibe vorgegeben ist, ist es zweck­ mäßig, die Schaltung aus den Fig. 1 und 2 (bzw. noch 3 und 4) auszuwählen, bei der der Widerstandswert der Heck­ scheibe gut zur Drehzahlabstufung paßt.

Fig. 3 entspricht ebenfalls weitgehend Fig. 1, wobei die Heckscheibenheizung 9 als Vorschaltwiderstand für die erste und zweite Drehzahlstufe verwendet ist. Dazu ist sie zugleich mit dem Relaiskontakt 8 und dem Relaiskon­ takt 19 verbunden. Um unterschiedliche Drehzahlen zu er­ halten, ist in die Leitung zwischen den Kontakten 8 und 19 ein Vorschaltwiderstand 27 eingeschaltet.

Wenn die erste Drehzahlstufe durch Schließen des Relais­ kontakts 8 angesteuert ist, liegen die Heckscheibenhei­ zung 9 und der Vorschaltwiderstand 27 in Reihe im Motor­ stromkreis. Bei Ansteuerung der zweiten Drehzahlstufe durch Schließen des Schalters 19 liegt nur noch die Heck­ scheibenheizung 9 als Vorschaltwiderstand im Motorstrom­ kreis bzw. ist der Vorschaltwiderstand 27 überbrückt. Durch Schließen des Kontakts 13 wird auch hier die maxi­ male Drehzahl ohne Vorschaltwiderstand bzw. durch Über­ brücken der Vorschaltwiderstände erreicht.

Fig. 4 entspricht im wesentlichen den Fig. 1 und 2, mit dem Unterschied, daß die Heckscheibenheizung 9 an der Plus-Seite geteilt ist und somit zwei Vorschaltwiderstän­ de 28 und 29 erzielt werden. Die unterschiedlichen Vor­ schaltwiderstände 28, 29 werden für die erste und zweite Drehzahlstufe verwendet und sind entsprechend mit den Re­ laiskontakten 8 und 19 verbunden. Gegenüber Fig. 1 ist hier auch der Relaiskontakt 19 als Umschalter auszufüh­ ren, um eine Handeinschaltung bzw. parallele Handansteue­ rung der Heckscheibenheizung 9 über den Handschalter 7 zu ermöglichen.

Zusammenfassend wird festgestellt, daß mit der Erfindung eine einfache, kostengünstige und platz- und gewichtsspa­ rende Steuerschaltung für einen elektrischen Kühlerlüfter in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt wird.

Claims (9)

1. Steuerschaltung für einen Kühlerlüfter in einem Kraft­ fahrzeug,
mit einem schaltbaren Elektromotor und
mit wenigstens einem über einen Umschalter zuschaltba­ ren Vorschaltwiderstand zur Veränderung der Motordreh­ zahl, dadurch gekennzeichnet,
daß als Vorschaltwiderstand die Heizdrähte (10) einer beheizbaren Heckscheibe (9) des Kraftfahrzeugs verwen­ det sind.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorschaltwider­ stand alle oder nur ein Teil der Heizdrähte (10) elek­ trisch zusammengefaßt sind.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (11) in zwei Drehzahlstufen ansteuerbar ist,
in einer niedrigen Drehzahlstufe unter Zuschaltung der Heizdrähte (10) über einen ersten Thermoschalter (22) im Kühlsystem und/oder einen EIN-Schalter (25) für ei­ ne Klimaanlage und/oder einen Hochdruckschalter (21) in der Klimaanlage und
in einer höheren Drehzahlstufe ohne Zuschaltung der Heizdrähte (10) über einen zweiten Thermoschalter (15) im Kühlsystem, der auf eine gegenüber dem ersten Thermoschalter (22) höhere Temperatur anspricht.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (11) in einer weiteren Drehzahlstufe unter Verwendung eines zweiten Vorschaltwiderstandes (18; 27) ansteuer­ bar ist über einen dritten Thermoschalter im Kühl­ system und/oder einen EIN-Schalter (25) für eine Kli­ maanlage und/oder einen Hochdruckschalter (21) in ei­ ner Klimaanlage.

5. Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Vor­ schaltwiderstand (28, 29) ebenfalls aus wenigstens ei­ nem Teil der Heizdrähte (10) der beheizbaren Heck­ scheibe (9) gebildet ist.

6. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente direkt oder über nachgeschaltete Relais (14, 20, 24) in den Motorstromkreis eingreifen.

7. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Vorschaltwiderstände (10, 18; 27; 28, 29)
in Reihe oder parallel geschaltet sind.

8. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung über einen Zündschlüsselschalter aktivierbar ist.

9. Steuerschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschal­ tung eine Zeitschaltung für einen Lüfternachlauf nach dem Abschalten des Zündschlüsselschalters enthält.