EP0664382A1 - Fan drive with liquid friction coupling - Google Patents
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- F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
- F01P2060/14—Condenser
Definitions
- the invention relates to a fan drive with a fluid friction clutch for motor vehicles according to the preamble of claim 1.
- Such a fan drive was known from DE-C 33 22 779 by the applicant.
- the fan runs at a low engine speed and corresponding cooling air requirement through the cooler and / or the upstream condenser of a vehicle air conditioning system at an increased speed, so that the heat generated can be dissipated by appropriate cooling air delivery.
- the fan speed is increased by changing the gear ratio via a planetary gear integrated with the fluid friction clutch.
- such a drive has not proven itself.
- an electric motor fastened in the vehicle is connected to the known fan drive with known fluid friction clutch via a freewheel.
- the connection takes place depending on a suitable parameter, for example on the fan speed or the coolant or refrigerant temperature.
- the electric motor switches on automatically and overhauls the drive on the motor side due to the free running between the electric motor and the clutch housing.
- the electric motor is powered by the vehicle's battery network and drives via a V-belt drive directly to the output side of the clutch, i.e. on the fan, so that it can be brought to the desired speed and kept on it with relatively little additional power. If the motor speed rises again, the electric motor can be switched off and the downforce of the electric motor is overhauled due to the freewheeling.
- a further freewheel can be provided in the drive train between the motor and the drive disk of the clutch.
- This second freewheel can either be arranged inside the clutch or outside the clutch.
- the first freewheel can either on the output shaft of the electric motor, i.e. in the first V-belt pulley, or on the hub of the second V-belt pulley and inside a clutch-side hollow hub.
- the freewheel itself is a commercially available part, which is relatively small and costs little, so that an increase in speed of the fan drive can be achieved in the relevant case with minimal cost and construction.
- the electric motor can be attached to the engine block, for example.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a fluid friction clutch known per se, which on the drive side consists of a drive flange 1, a drive shaft 2 and a drive disk 3 fastened thereon.
- a clutch housing 4 is rotatably mounted on the drive shaft 2 via a hub 5 by means of a ball bearing 6.
- the housing 4 consists of a working chamber 7 and a storage chamber 8, which are separated from one another by a partition 9, but via openings or valves (not shown) are in fluid communication with each other.
- the torque from the drive pulley 3 is transmitted to the housing 4, which carries a fan ring 10, by means of liquid friction of a viscous medium.
- This fan 10 conveys cooling air through a water cooler, not shown, and a condenser of an air conditioning system of a motor vehicle connected upstream thereof.
- the clutch is driven via the drive flange 1 by the internal combustion engine of the vehicle.
- an electric motor 11 is arranged in the area of the clutch, which is fastened on the vehicle or body side and has an output shaft 12. Via a freewheel 13 fastened on the output shaft 12, the electric motor 11 drives via a first V-belt pulley 14 and a V-belt drive 15 onto a second V-belt pulley 16, which is fastened to the clutch housing 4 or its hub 5.
- the freewheel 13 arranged between the output shaft 12 of the electric motor 11 and the hub of the first V-belt pulley 14 is a commercially available so-called sleeve freewheel, as is available, for example, from INA, Herzogenaurach.
- This freewheel 13 is attached to the drive shaft 12 or in the hub of the V-belt pulley 14, that a drive from the electric motor 11 to the clutch housing 4 only takes place when the speed n3 of the output shaft 12 is greater than that of the V-belt pulley 14 - then torque is transmitted to the V-belt drive 15, and the fan 10 is then additionally driven by the electric motor 11.
- This drive by the electric motor 11 turns on automatically when either the fan 10 falls below a certain minimum speed (and thus no longer delivers enough cooling air), or when the temperature of the refrigerant in the above-mentioned condenser of the vehicle's air conditioning system exceeds a certain temperature , ie when the air conditioning system no longer provides sufficient cooling capacity to cool the vehicle interior. This situation occurs particularly when the vehicle is idling and the outside temperatures are correspondingly high. Then the automatically switching on electric motor acts as an additional drive or booster to amplify the drive through the internal combustion engine.
- FIG. 2 shows a further variant, with the same reference numbers applying to the same parts and therefore not being shown completely in the drawing.
- a second freewheel 17 is provided between the drive shaft 2 of the clutch and the drive disk 3. If the speed of the drive disk 3 or the speed of the fan n2 is greater than the drive speed n1 of the motor, then the drive shaft 2 is overtaken by the clutch housing 4 and no more torque is transmitted. The drive pulley 3 is then only dragged along by the housing.
- FIG. 3 A further exemplary embodiment is shown in FIG. 3 , the free wheel between the output shaft 12 of the electric motor 11 and the first V-belt pulley 14 being omitted and instead arranged as a free wheel 18 on a hub 19 of the second V-belt pulley 16 and the clutch housing 4 via a clutch-side hub 20 drives.
- the freewheel 17 is retained. So long as the V-belt pulley 16 does not rotate faster than the clutch housing with the speed n2, the drive takes place at the drive speed n1 via the freewheel 17 on the clutch housing.
- FIG. 4 A further variant is shown in FIG. 4 , where - as in FIGS. 1 and 2 - a first freewheel 13 is again provided between the electric motor and the first V-belt pulley.
- the freewheel 17 according to the exemplary embodiments according to FIGS. 2 and 3 is here shifted outward from the clutch housing, specifically as a freewheel 21, which is driven on an inner drum 23 by the motor-side flange 1 and, on the other hand, is fastened in an outer drum 22 which is in turn connected to the drive shaft 2.
- the function of the Motor-side drive 1 on the drive disk 3 corresponds to the exemplary embodiment according to FIG. 3, but the separation of the drive train 1, 2 by the freewheel is arranged outside the clutch, ie no changes need to be made within the clutch.
- FIG. 5 A final exemplary embodiment is shown in FIG. 5 , which corresponds functionally to the exemplary embodiment according to FIG. 4 - with the difference that the freewheel in the engine-side drive train is designed differently:
- the coupling hub 5 is axially extended by a cylindrical hub piece 26, which has an additional bearing 25 records in which the motor-side drive shaft stub 1a is mounted.
- the latter carries a freewheel 24 on the side opposite the drive flange 1, which is fastened in a hollow hub 2a of the drive shaft 2.
- the motor-side drive thus takes place from the drive shaft stub 1a via the freewheel 24 to the drive shaft 2 and the drive pulley 3.
- the V-belt pulley 16 is fastened on the hub 5 on the clutch side.
- FIG. 6 shows a detailed illustration of the freewheel 13, as is provided in the exemplary embodiments according to FIGS. 1, 2, 4 and 5.
- this is a so-called sleeve freewheel, as is customary in the trade and is offered, for example, by the company INA, Herzogenaurauch.
- a sleeve 27 receives needle-shaped rolling or clamping bodies 28 distributed over the circumference, which are pushed onto the output shaft 12 of the electric motor. The sleeve 27 is pressed into a corresponding bore in the V-belt pulley 14. The power flow from the shaft 12 to the V-belt pulley 14 when the shaft 12 tries to turn faster than the V-belt pulley 14 - then block the clamping body 28.
- Such sleeve freewheels are also provided for the other cases with the reference numerals 17, 18, 21 and 24 .
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Lüfterantrieb mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a fan drive with a fluid friction clutch for motor vehicles according to the preamble of claim 1.
Ein derartiger Lüfterantrieb wurde durch die DE-C 33 22 779 der Anmelderin bekannt. Bei diesem Antrieb ist vorgesehen, daß der Lüfter bei niedriger Motordrehzahl und entsprechendem Kühlluftbedarf durch den Kühler und/oder den vorgeschalteten Kondensator einer Fahrzeugklimaanlage mit erhöhter Drehzahl läuft, damit die anfallende Wärme durch entsprechende Kühlluftförderung abgeführt werden kann. Bei dem bekannten Antrieb wird die Lüfterdrehzahl über ein mit der Flüssigkeitsreibungskupplung integriertes Planetengetriebe durch Veränderung der Übersetzung erhöht. Ein solcher Antrieb hat sich jedoch nicht bewährt.Such a fan drive was known from DE-C 33 22 779 by the applicant. In this drive it is provided that the fan runs at a low engine speed and corresponding cooling air requirement through the cooler and / or the upstream condenser of a vehicle air conditioning system at an increased speed, so that the heat generated can be dissipated by appropriate cooling air delivery. In the known drive, the fan speed is increased by changing the gear ratio via a planetary gear integrated with the fluid friction clutch. However, such a drive has not proven itself.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lüfterantrieb für Kraftfahrzeuge, insbesondere mit Klimaanlage, zu schaffen, bei welchem die Lüfterdrehzahl bei niedriger Motordrehzahl (im Leerlauf) mit einfachen Mitteln und mit geringer Leistung erhöht werden kann.It is therefore an object of the present invention to provide a fan drive for motor vehicles, in particular with air conditioning, in which the fan speed can be increased with simple means and with low power at low engine speed (at idle).
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing features of patent claim 1.
Erfindungsgemäß wird zu dem an sich bekannten Lüfterantrieb mit bekannter Flüssigkeitsreibungskupplung ein im Fahrzeug befestigter Elektromotor über einen Freilauf zugeschaltet. Die Zuschaltung erfolgt in Abhängigkeit von einem geeigneten Parameter, beispielsweise von der Lüfterdrehzahl oder der Kühlmittel- oder Kältemitteltemperatur. Wenn dieser Schwellwert erreicht ist, schaltet der Elektromotor automatisch zu und überholt aufgrund des Freilaufes zwischen dem Elektromotor und dem Kupplungsgehäuse den motorseitigen Antrieb. Der Elektromotor wird über das Batterienetz des Fahrzeuges gespeist und treibt über einen Keilriemenantrieb direkt auf die Abtriebsseite der Kupplung, d.h. auf den Lüfter, so daß dieser mit relativ geringer Mehrleistung auf die gewünschte Drehzahl gebracht und auf dieser gehalten werden kann. Steigt die Motordrehzahl wieder an, kann der Elektromotor ausgeschaltet werden, und aufgrund des Freilaufes wird der Abtrieb des Elektromotors überholt.According to the invention, an electric motor fastened in the vehicle is connected to the known fan drive with known fluid friction clutch via a freewheel. The connection takes place depending on a suitable parameter, for example on the fan speed or the coolant or refrigerant temperature. When this threshold value is reached, the electric motor switches on automatically and overhauls the drive on the motor side due to the free running between the electric motor and the clutch housing. The electric motor is powered by the vehicle's battery network and drives via a V-belt drive directly to the output side of the clutch, i.e. on the fan, so that it can be brought to the desired speed and kept on it with relatively little additional power. If the motor speed rises again, the electric motor can be switched off and the downforce of the electric motor is overhauled due to the freewheeling.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen: So kann beispielsweise ein weiterer Freilauf im Antriebsstrang zwischen Motor und Antriebsscheibe der Kupplung vorgesehen werden. Dieser zweite Freilauf kann entweder innerhalb der Kupplung oder außerhalb der Kupplung angeordnet sein. Ferner kann der erste Freilauf entweder auf der Abtriebswelle des Elektromotors, d.h. in der ersten Keilriemenscheibe, oder auf der Nabe der zweiten Keilriemenscheibe und innerhalb einer kupplungsseitigen Hohlnabe angebracht sein. Der Freilauf selbst ist ein handelsübliches Teil, welches relativ klein baut und wenig kostet, so daß sich mit minimalem Kosten- und Bauaufwand eine Drehzahlsteigerung des Lüfterantriebes in dem betreffenden Bedarfsfalle erreichen läßt. Der Elektromotor kann beispielsweise am Motorblock befestigt werden.Advantageous refinements of the invention result from the subclaims: for example, a further freewheel can be provided in the drive train between the motor and the drive disk of the clutch. This second freewheel can either be arranged inside the clutch or outside the clutch. Furthermore, the first freewheel can either on the output shaft of the electric motor, i.e. in the first V-belt pulley, or on the hub of the second V-belt pulley and inside a clutch-side hollow hub. The freewheel itself is a commercially available part, which is relatively small and costs little, so that an increase in speed of the fan drive can be achieved in the relevant case with minimal cost and construction. The electric motor can be attached to the engine block, for example.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Sämtliche Figuren jeweils eine Flüssigkeitsreibungskupplung mit einem elektromotorischen Hilfsantrieb und unterschiedlicher Anordnung des oder der Freiläufe - so zeigen
- Fig. 1
- die Anordnung des Freilaufes zwischen Antriebswelle des Elektromotors und Nabe der Keilriemenscheibe,
- Fig. 2
- die Anordnung eines ersten Freilaufes wie in Figur 1, jedoch mit einem zweiten Freilauf zwischen Antriebswelle und Antriebsscheibe,
- Fig. 3
- den Antrieb mit einem ersten Freilauf zwischen der kupplungsseitigen Keilriemenscheibe und der kupplungsseitigen Nabe und einen zweiten Freilauf zwischen Antriebswelle und Antriebsscheibe der Kupplung,
- Fig. 4
- einen ersten Freilauf wie in Figur 1 und 2 und einen zweiten Freilauf zwischen Antriebsflansch und Antriebswelle der Kupplung,
- Fig. 5
- einen ersten Freilauf wie in Figur 1 und 2 und 4 und einen zweiten Freilauf zwischen Antriebsflansch und Antriebswelle, im Prinzip wie Figur 4, und
- Fig. 6
- einen Freilauf, detailliert.
All figures each show a fluid friction clutch with an electromotive auxiliary drive and different arrangement of the one or more freewheels - so show
- Fig. 1
- the arrangement of the freewheel between the drive shaft of the electric motor and the hub of the V-belt pulley,
- Fig. 2
- the arrangement of a first freewheel as in Figure 1, but with a second freewheel between the drive shaft and drive pulley,
- Fig. 3
- the drive with a first freewheel between the clutch-side V-belt pulley and the clutch-side hub and a second freewheel between the drive shaft and the drive pulley of the clutch,
- Fig. 4
- a first freewheel as in Figures 1 and 2 and a second freewheel between the drive flange and drive shaft of the clutch,
- Fig. 5
- a first freewheel as in Figures 1 and 2 and 4 and a second freewheel between the drive flange and drive shaft, in principle as Figure 4, and
- Fig. 6
- a freewheel, detailed.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine an sich bekannte Flüssigkeitsreibungskupplung, die antriebsseitig aus einem Antriebsflansch 1, einer Antriebswelle 2 und einer darauf befestigten Antriebsscheibe 3 besteht. Auf der Antriebswelle 2 ist ein Kupplungsgehäuse 4 über eine Nabe 5 mittels eines Kugellagers 6 drehbar gelagert. Das Gehäuse 4 besteht wie üblich aus einer Arbeitskammer 7 und einer Vorratskammer 8, welche über eine Trennwand 9 voneinander abgeteilt sind, jedoch über nicht dargestellte Öffnungen bzw. Ventile miteinander in Strömungsverbindung stehen. Das Drehmoment von der Antriebsscheibe 3 wird durch Flüssigkeitsreibung eines viskosen Mediums auf das Gehäuse 4 übertragen, welches einen Lüfterkranz 10 trägt. Dieser Lüfter 10 fördert Kühlluft durch einen nicht dargestellten Wasserkühler und einen diesem vorgeschalteten Kondensator einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges. Der Antrieb der Kupplung über den Antriebsflansch 1 erfolgt durch die Brennkraftmaschine des Fahrzeuges. Erfindungsgemäß ist im Bereich der Kupplung ein Elektromotor 11 angeordnet, der fahrzeug- bzw. karosserieseitig befestigt ist und eine Abtriebswelle 12 aufweist. Über einen auf der Abtriebswelle 12 befestigten Freilauf 13 treibt der Elektromotor 11 über eine erste Keilriemenscheibe 14 und einen Keilriementrieb 15 auf eine zweite Keilriemenscheibe 16, welche mit dem Kupplungsgehäuse 4 bzw. dessen Nabe 5 befestigt ist. Zwischen beiden Keilriemenscheiben 14 und 16 besteht ein Übersetzungsverhältnis i3/2. Der zwischen der Abtriebswelle 12 des Elektromotors 11 und der Nabe der ersten Keilriemenscheibe 14 angeordnete Freilauf 13 ist ein handelsüblicher sogenannter Hülsenfreilauf, wie er beispielsweise bei der Firma INA, Herzogenaurach, erhältlich ist. Dieser Freilauf 13 ist so auf der Antriebswelle 12 bzw. in der Nabe der Keilriemenscheibe 14 befestigt, daß ein Antrieb vom Elektromotor 11 auf das Kupplungsgehäuse 4 nur dann erfolgt, wenn die Drehzahl n₃ der Abtriebswelle 12 größer als die der Keilriemenscheibe 14 ist - dann wird ein Drehmoment auf den Keilriementrieb 15 übertragen, und der Lüfter 10 wird dann zusätzlich vom Elektromotor 11 angetrieben. Dieser Antrieb durch den Elektromotor 11 schaltet sich automatisch dann ein, wenn entweder der Lüfter 10 eine gewisse Mindestdrehzahl unterschreitet (und damit nicht mehr genügend Kühlluft fördert), oder wenn die Temperatur des Kältemittels in dem oben erwähnten Kondensator der Klimaanlage des Fahrzeuges eine bestimmte Temperatur überschreitet, d.h. wenn die Klimaanlage nicht mehr genügend Kälteleistung zur Kühlung des Fahrzeuginnenraums erbringt. Diese Situation tritt insbesondere beim Leerlauf des Fahrzeuges und entsprechend hohen Außentemperaturen auf. Dann wirkt der sich automatisch einschaltende Elektromotor quasi als Zusatzantrieb oder booster zur Verstärkung des Antriebs durch die Brennkraftmaschine. Durch das Übersetzungsverhältnis i3/2, d.h. der Drehzahlen n₃ von Elektromotor und n₂ des Lüfters mittels des Keilriementriebes 14, 15, 16 ist die Verwendung eines optimalen Elektromotors - hinsichtlich Drehzahl, Drehmoment und Gewicht - möglich. FIG. 1 shows a schematic representation of a fluid friction clutch known per se, which on the drive side consists of a drive flange 1, a
Figur 2 zeigt eine weitere Variante, wobei hier gleiche Bezugszahlen für gleiche Teile gelten und daher nicht vollständig in der Zeichnung eingezeichnet sind. Zusätzlich zu dem Freilauf 13 ist ein zweiter Freilauf 17 zwischen der Antriebswelle 2 der Kupplung und der Antriebsscheibe 3 vorgesehen. Wenn die Drehzahl der Antriebsscheibe 3 bzw. die Drehzahl des Lüfters n₂ größer wird als die Antriebsdrehzahl n₁ des Motors, dann wird die Antriebswelle 2 vom Kupplungsgehäuse 4 überholt und kein Drehmoment mehr übertragen. Die Antriebsscheibe 3 wird dann vom Gehäuse lediglich mitgeschleppt. FIG. 2 shows a further variant, with the same reference numbers applying to the same parts and therefore not being shown completely in the drawing. In addition to the
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Figur 3 dargestellt, wobei dort der Freilauf zwischen der Abtriebswelle 12 des Elektromotors 11 und der ersten Keilriemenscheibe 14 weggelassen und stattdessen als Freilauf 18 auf einer Nabe 19 der zweiten Keilriemenscheibe 16 angeordnet ist und über eine kupplungsseitige Nabe 20 das Kupplungsgehäuse 4 antreibt. Der Freilauf 17 bleibt, wie beim Ausführungsbeispiel in Figur 2, erhalten. Solange also die Keilriemenscheibe 16 nicht schneller dreht als das Kupplungsgehäuse mit der Drehzahl n₂, erfolgt der Antrieb mit der Antriebsdrehzahl n₁ über den Freilauf 17 auf das Kupplungsgehäuse.A further exemplary embodiment is shown in FIG. 3 , the free wheel between the
Eine weitere Variante zeigt Figur 4, wo - wie in Figur 1 und 2 - wiederum ein erster Freilauf 13 zwischen Elektromotor und erster Keilriemenscheibe vorgesehen ist. Der Freilauf 17 entsprechend den Ausführungsbeispielen nach Figur 2 und 3 ist hier aus dem Kupplungsgehäuse hinaus nach außen verlagert, und zwar als Freilauf 21, der auf einer inneren Trommel 23 vom motorseitigen Flansch 1 angetrieben wird und andererseits in einer äußeren Trommel 22 befestigt ist, die ihrerseits mit der Antriebswelle 2 verbunden ist. Die Funktion des motorseitigen Antriebes 1 auf die Antriebsscheibe 3 entspricht dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3, allerdings ist die Trennung des Antriebsstranges 1, 2 durch den Freilauf außerhalb der Kupplung angeordnet, d.h. innerhalb der Kupplung brauchen keine Veränderungen vorgenommen zu werden.A further variant is shown in FIG. 4 , where - as in FIGS. 1 and 2 - a
Ein letztes Ausführungsbeispiel ist in Figur 5 dargestellt, welches funktionell dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 entspricht - mit dem Unterschied, daß der Freilauf im motorseitigen Antriebsstrang konstruktiv anders gestaltet ist: Die Kupplungsnabe 5 ist axial um ein zylindrisches Nabenstück 26 verlängert, welches ein zusätzliches Lager 25 aufnimmt, in welchem der motorseitige Antriebswellenstummel 1a gelagert ist. Letzterer trägt auf der dem Antriebsflansch 1 entgegengesetzen Seite einen Freilauf 24, welcher in einer Hohlnabe 2a der Antriebswelle 2 befestigt ist. Der motorseitige Antrieb erfolgt somit von dem Antriebswellenstummel 1a über den Freilauf 24 auf die Antriebswelle 2 und die Antriebsscheibe 3. Die Keilriemenscheibe 16 ist auf der Nabe 5 kupplungsseitig befestigt.A final exemplary embodiment is shown in FIG. 5 , which corresponds functionally to the exemplary embodiment according to FIG. 4 - with the difference that the freewheel in the engine-side drive train is designed differently: The
Figur 6 zeigt eine detaillierte Darstellung des Freilaufes 13, wie er in den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1, 2, 4 und 5 vorgesehen ist. Dabei handelt es sich, wie bereits oben erwähnt, um einen sogenannten Hülsenfreilauf, wie er handelsüblich ist und beispielsweise von der Firma INA, Herzogenaurauch, angeboten wird. Eine Hülse 27 nimmt auf den Umfang verteilt nadelförmige Wälz- bzw. Klemmkörper 28 auf, die auf die Abtriebswelle 12 des Elektromotors aufgeschoben werden. Die Hülse 27 wird in eine entsprechende Bohrung der Keilriemenscheibe 14 eingepreßt. Der Kraftfluß erfolgt von der Welle 12 auf die Keilriemenscheibe 14, wenn die Welle 12 schneller als die Keilriemenscheibe 14 zu drehen versucht - dann blockieren die Klemmkörper 28. Derartige Hülsenfreiläufe sind auch für die übrigen Fälle mit den Bezugszahlen 17, 18, 21 und 24 vorgesehen. FIG. 6 shows a detailed illustration of the
Claims (9)
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