EP2189634A1 - Antriebseinheit für einen Lüfter und Anordnung mit einer Antriebseinheit - Google Patents

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EP2189634A1
EP2189634A1 EP09012849A EP09012849A EP2189634A1 EP 2189634 A1 EP2189634 A1 EP 2189634A1 EP 09012849 A EP09012849 A EP 09012849A EP 09012849 A EP09012849 A EP 09012849A EP 2189634 A1 EP2189634 A1 EP 2189634A1
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EP
European Patent Office
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fan
drive unit
electric motor
internal combustion
combustion engine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09012849A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Dr. Krafft
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Licos Trucktec GmbH
Original Assignee
Licos Trucktec GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Licos Trucktec GmbH filed Critical Licos Trucktec GmbH
Publication of EP2189634A1 publication Critical patent/EP2189634A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00—Controlling of coolant flow
    • F01P7/02—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air
    • F01P7/04—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio
    • F01P7/046—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio using mechanical drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01P7/048—Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio using electrical drives
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    • F01P5/00—Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/02—Pumping cooling-air; Arrangements of cooling-air pumps, e.g. fans or blowers
    • F01P5/04—Pump-driving arrangements
    • F01P2005/046—Pump-driving arrangements with electrical pump drive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P2070/00—Details
    • F01P2070/50—Details mounting fans to heat-exchangers

Definitions

  • Fan and cooling systems and arrangements with such systems are known in vehicles, especially in motor vehicles with internal combustion engines.
  • viscose couplings are installed in today's systems in particular multi-stage electromagnetic clutches or so-called viscose couplings are installed. It can result in a low speed range of a fan of the cooling system via a system permanently subject to slip a considerable power loss.
  • viscous couplings can ensure a free speed adjustment of the fan drive as long as a power loss does not exceed certain operating limits.
  • Fan torque and differential speed of the coupled partners rotation dependent power losses of several kilowatts. Disadvantages of viscose couplings are observed in particular in a cold start phase or at a shutdown.
  • the object of the present invention is to drive a cooling system for a vehicle with an internal combustion engine provide that can be advantageously adapted to the relevant operating conditions in practice, especially while avoiding the disadvantages previously encountered in generic drive systems.
  • the invention is initially based on a drive unit for a fan of an internal combustion engine of a vehicle, with a Reibschaltkupplung which is switchable to drive the fan via the internal combustion engine.
  • the core of the drive unit according to the invention is that for driving the fan also an electric motor is provided, and that a torque transmission between the Reibschaltkupplung and the fan is formed by a rotatably mounted part of the electric motor.
  • the electric motor has a stator and a rotor, which are rotatable relative to one another.
  • an advantageous drive unit with respect to an improved control or comfortable adjustment of the fan power in the low power range over a desired or adjustable fan speed can be achieved.
  • the drive unit according to the invention combines in particular the advantages of a viscous coupling and the advantage of a multi-stage friction clutch, for example an electromagnetically actuated friction clutch.
  • a free speed adjustment can be realized as long as the power loss does not exceed their operating limits.
  • the drive effect on the fan wheel can be completely adjusted or switch without permanent slip.
  • a direct drive from a drive shaft the fan wheel or a fan hub is possible 1: 1.
  • the drive according to the invention is particularly advantageous for commercial vehicles.
  • an electric motor with an electrical power of about 5 kW are provided without problems.
  • a first operating state, according to which the fan wheel is not driven can be realized and, in addition, a second operating state with a regulation up to approximately 5 kW of power.
  • the invention thus takes account in particular of the fact that in practice in cooling systems, for example, for commercial vehicles usually 80% of the useful life, a cooling of the cooling system by the wind is done. At approx. 18% of the operating time, the fan power of a maximum of approx. 5 kW is required. Only in 2% of the operating time a higher to highest fan power is needed. With the drive unit according to the invention, these operating conditions can be advantageously covered. It is also advantageous that even with a standstill of the internal combustion engine, a cooling capacity of a maximum of 5 kW via the electric motor is possible.
  • Reibschaltkupplung is designed to allow a direct drive of the fan by the internal combustion engine.
  • the friction clutch may advantageously be designed as an electromagnetically operable friction surface clutch, e.g. as a friction disc clutch.
  • a slip-free connection of a motor-side drive shaft and a fan-side fan shaft can be enabled by force or friction.
  • a ferachgiebige coupling is provided for driving the fan by the internal combustion engine.
  • About the ferachgiebige coupling of the fan can be driven, for example, in a lower speed of the internal combustion engine speed.
  • a torque-dependent overload protection can be realized, which may be advantageous in certain applications.
  • a eddy current coupling in question.
  • the friction clutch and the electric motor in the installed state in the radial direction do not extend or only slightly over a diameter of a fan hub of the fan. This allows a particularly compact design of the drive unit can be realized.
  • an already necessary construction or mounting space in the radial direction, in particular to an axis about which the fan or a fan can rotate during operation can be used, which makes it easy to integrate or retrofit the drive unit according to the invention for existing modules.
  • the electric motor has a housing to which the fan is attached.
  • the fan itself can also be designed as in previous systems.
  • the friction clutch and the electric motor are combined to form a structural unit. This facilitates the assembly and disassembly of the drive unit. In addition, so that the entire drive can be made compact with the drive unit. In addition, the parts of the friction clutch and the electric motor may optionally be housed protected in a common housing.
  • the Reibschaltkupplung and the electric motor is connected to a unit, which is advantageous in terms of optimal space utilization.
  • the invention also relates to an arrangement for cooling an internal combustion engine with a radiator for cooling the internal combustion engine and a cooperating with the radiator fan, wherein a drive unit for the fan according to the above-mentioned variants is present.
  • the cooling arrangement for the internal combustion engine can be designed according to the advantages mentioned above.
  • the drive unit comprises a friction clutch and an electric motor, which are combined to form a structural unit, wherein the structural unit is connected to the radiator.
  • the fan thereby generates an air flow which is guided past surfaces of the cooler in order to effectively obtain heat transfer from regions of the cooler to the air flowing around.
  • the drive unit comprises a friction clutch and an electric motor, which are formed separately. This can be done advantageously an assembly and disassembly or exploitation of an existing space.
  • the friction clutch is arranged on the internal combustion engine. This can vary depending on Use case or present installation ratio be advantageous.
  • the electric motor is mounted on the radiator, in particular the entire drive unit of clutch and electric motor. This can be advantageous in terms of a compact design of the drive unit or assembly.
  • FIG. 1 shows highly schematized or omitting components, a drive unit 1 according to the invention in the installed state, for example in a vehicle with internal combustion engine or with an internal combustion engine 3, for example a diesel engine, the internal combustion engine 3 is shown only indicated. Under the drive unit 1 is the part of the drive for a fan 2 to understand, the drive unit 1 does not include the internal combustion engine 3 itself.
  • the fan wheel 2 which is shown only partially or in a hub region, is accommodated on a centric fan hub 2a, which is connected in a rotationally fixed manner to a fan shaft 5, by way of which the fan wheel 2 is rotationally drivable.
  • the fan shaft 5 is formed over its substantial longitudinal extent as part of an electric motor 6 and forms a rotor 8 of the electric motor 6.
  • the rotor 8 is surrounded by a stator 7 of the electric motor 6.
  • the stator 7 is fixed in a fixed position on a radiator section 9 or via the radiator section 9 to a vehicle frame, not shown.
  • the bearing of the stator 7 relative to the rotating rotor 8 via bearings 10 and 11, for example Wälz Archiveslager.
  • a Reibschaltkupplung 12 is provided between a flange 4a rigidly connected to the drive flange 17 and the electric motor 6, on its side facing the engine 3 side.
  • the friction clutch 12 is designed as an electromagnetically actuated friction disc clutch.
  • an electromagnet assembly 13 is provided with a fixed electromagnet 14, wherein 14 generates magnetic forces by energizing the solenoid assembly 13, whereby an axially to the fan shaft 5 recoverably movable armature plate 15 is attracted to a friction ring 16.
  • a coupling connection can be established, via the friction ring 16 a direct speed transmission from the drive shaft 4 to the fan shaft 5 and thus the fan 2 takes place.
  • the drive flange 17 is rotatably mounted on the fan shaft 5 via a bearing 18 at the axial end of the fan shaft 5, which is directed towards the internal combustion engine 3.
  • the solenoid assembly 13 is the Anchor plate 15 by restoring spring means, for example via a spring ring 19, separated from the friction ring portion 16, whereby no drive connection between the drive shaft 4 and the fan shaft 5 takes place.
  • the drive unit 1 can drive the fan via the electric motor 6, if a comparatively low cooling capacity is required for the cooler, not shown.
  • the fan 2 can be operated continuously, for example, up to about 5 kW power. Without energization of the electric motor 6 and the solenoid assembly 13, the fan is stationary or undergoes no motor drive effect.
  • the drive unit 1 with the electric motor 6 and the Reibschaltkupplung 12 in the radial direction to the axis of rotation S of the fan shaft 5 extend over a range a, which is almost completely in the diameter range of the fan hub 2a according to FIG. 1 located.
  • a drive unit according to the invention can also lie completely within the radial extension of a fan hub.
  • the drive unit 1, for example, with the drive flange 17 on the radiator portion 9 is fixedly arranged.
  • a fan wheel 2 radially outwardly existing circumferentially extending gap (not shown) to adjacent sections, for example, an air guide on the radiator minimally optionally be selected in the millimeter range. This can advantageously be avoided or minimized disturbing eddies at the radial outer edge of the fan 2.
  • this gap would be disadvantageous to choose significantly larger in order to prevent contact of the fan with Heilleitringmitteln. This works negatively affect the flow training through the fan.
  • FIG. 2 An alternative arrangement according to the invention with a drive unit 20 shows FIG. 2 , This also serves to drive a fan 21 on a fan hub 21a.
  • an internal combustion engine 22 is provided for driving the fan wheel 21.
  • an electric motor 23 of the drive unit 20 for a continuously variable drive operation of the fan 21 is present.
  • the electric motor 23 includes a fixedly connected to the Lüfterradnabe 21 a rotor 24, which is mounted via bearings 25 and 26 with respect to a positionally fixed to the engine 22 arranged stator 27.
  • the cylindrical stator 27 therefore has at its fan-side end a gap to the fan hub 21a.
  • a friction clutch 28 is provided between the engine 22 and the electric motor 23.
  • the Reibschaltkupplung 28 includes an electromagnet assembly 29 having an electromagnet 30, via which upon energization of the electromagnet 30, an axially displaceable armature disc 31 via axially displaceable in the axial direction of the rotor 24 spring means, such as a spring ring 32, frictionally or force-locking with a portion 33a of a pulley 33 is connectable.
  • the pulley 33 is rotatably supported by a roller bearing 34 on the stator 27 and driven in rotation by non-illustrated belt from the engine 22.
  • a Riemenauflageabterrorism 33b circumferentially on the outside of the pulley 33 is present.
  • the fan wheel hub 21a and thus the fan wheel 21 are steplessly rotated by rotation of the rotor 24 with it.
  • the electric motor 23 and the friction clutch 28 is formed as a structural unit, which is positioned between the fan 21 and the engine 22.
  • FIG. 3 Another arrangement of a drive unit 34 according to the invention indicates FIG. 3 at. Accordingly, the drive unit 34 is divided into two units.
  • a first unit is formed by the electric motor 35, which is accommodated with its stator 36 fixedly connected to a radiator section 38.
  • the stator 36 is supported by bearings 39 and 40 on the rotor 37 rotating together with a fan hub 41a. At the fan hub 41a, a fan 41 is fixed.
  • the rotor 37 forms part of a fan wheel shaft 42.
  • the fan wheel shaft 42 which is in FIG. 3 is shown non-rotatably connected to a drive shaft (not shown) of an internal combustion engine 43 via a friction clutch 44 connectable or separable via the Reibschaltkupplung 44 of a drive action of a drive shaft.
  • the Reibschaltkupplung 44 is only highly schematized or shown in box form.
  • the friction clutch 44 may be in particular in the form of an electromagnetic clutch, which is switchable, be formed.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (1) für einen Lüfter (2) einer Brennkraftmaschine (3) eines Fahrzeugs, mit einer Reibschaltkupplung (12), die schaltbar ist, um den Lüfter (2) über die Brennkraftmaschine (3) anzutreiben. Erfindungsgemäß ist zum Antrieb des Lüfters (2) außerdem ein Elektromotor (6) vorgesehen, wobei ein Momentenübertragungsweg zwischen der Reibschaltkupplung (12) und dem Lüfter (2) durch ein drehbar gelagertes Teil (8) des Elektromotors (6) gebildet ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zum Antrieb eines Lüfters (2) über eine Brennkraftmaschine (3) mit einer Antriebseinheit (1), umfassend einen Elektromotor (6) und eine Reibschaltkupplung (12).

Description

    Stand der Technik
  • Lüfter- bzw. Kühlsysteme und Anordnungen mit solchen Systemen sind in Fahrzeugen bekannt, insbesondere in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren. Bei heutigen Systemen werden insbesondere mehrstufige elektromagnetische Kupplungen oder sogenannte Viskose-Kupplungen verbaut. Dabei kann in einem niedrigen Drehzahlbereich eines Lüfters des Kühlsystems über ein permanent mit Schlupf behaftetes System eine nicht unerhebliche Verlustleistung entstehen. Viskose-Kupplungen können insbesondere eine freie Drehzahleinstellung des Lüfterantriebs gewährleisten, solange eine Verlustleistung nicht über bestimmten Betriebsgrenzen liegt. Hier können von den Parametern Lüfterdrehmoment und Differenzdrehzahl der gekoppelten Drehpartner abhängende Verlustleistungen von mehreren Kilowatt erzeugt werden. Nachteile bei Viskose-Kupplungen sind insbesondere in einer Kaltstartphase oder bei einer Abregelung festzustellen.
  • Kommen mehrstufige elektromagnetische Kupplungen zum Einsatz, um einen Lüfter zu betreiben, lässt sich dieser völlig abregeln. Im zugeschalteten Zustand ist kein dauerhafter Schlupf vorhanden. Bei Elektromagnetkupplungen kann die Regelung jedoch nur beschränkt stattfinden.
    • Aufgabe und Vorteile der Erfindung:
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Antrieb eines Kühlsystems für ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, der vorteilhaft an die in der Praxis relevanten Betriebszustände angepasst werden kann, insbesondere unter Vermeidung der bislang bei gattungsgemäßen Antriebssystemen auftretenden Nachteile.
  • Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 8 gelöst.
  • In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung aufgezeigt.
  • Die Erfindung geht zunächst aus von einer Antriebseinheit für einen Lüfter einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges, mit einer Reibschaltkupplung, die schaltbar ist, um den Lüfter über die Brennkraftmaschine anzutreiben. Der Kern der erfindungsgemäßen Antriebseinheit liegt darin, dass zum Antrieb des Lüfters außerdem ein Elektromotor vorgesehen ist, und dass ein Momentenübertragungsweg zwischen der Reibschaltkupplung und dem Lüfter durch ein drehbar gelagertes Teil des Elektromotors gebildet ist. Der Elektromotor weist insbesondere einen Stator und einen Rotor auf, die relativ zueinander rotierbar sind.
  • Mit der Erfindung lässt sich eine vorteilhafte Antriebseinheit im Hinblick auf eine verbesserte Regelung bzw. komfortable Anpassung der Lüfterleistung im niedrigen Leistungsbereich über eine gewünschte bzw. einstellbare Lüfterdrehzahl erreichen. Daneben lassen sich auch höhere bzw. höchste Lüfterleistungen beispielsweise für ausgewählte Betriebszustände realisieren.
  • Die erfindungsgemäße Antriebseinheit vereint insbesondere die Vorteile einer Viskose-Kupplung und die Vorteil einer mehrstufigen Reibschaltkupplung z.B. einer elektromagnetisch betätigbaren Reibkupplung. Mit der vorgeschlagenen Antriebseinheit kann eine freie Drehzahleinstellung realisiert werden, solange die Verlustleistung nicht ihre Betriebsgrenzen überschreitet. Außerdem lässt sich die Antriebswirkung auf das Lüfterrad völlig abregeln oder ohne dauerhaften Schlupf zuschalten. Ein direkter Antrieb von einer Antriebswelle auf das Lüfterrad bzw. eine Lüfterradnabe ist 1:1 möglich. Insgesamt ist der erfindungsgemäße Antrieb insbesondere für Nutzfahrzeuge vorteilhaft.
  • Insbesondere kann bei Hybridfahrzeugen, welche in der Regel z.B. bis über 400 Volt Bordspannung aufweisen, ein Elektromotor mit einer elektrischen Leistung von ca. 5 kW ohne Probleme bereitgestellt werden. Mit dem zu- und abschaltbaren Elektromotor kann ein erster Betriebszustand, wonach das Lüfterrad nicht angetrieben wird, realisiert werden und außerdem ein zweiter Betriebszustand mit einer Regelung bis ca. 5 kW Leistung.
  • In der Praxis können auftretende Leistungsspitzen im Hinblick auf die Kühlerleistung bzw. Lüfterleistung mit einem im Fahrzeug vernünftig einsetzbaren Elektromotor jedoch nicht sinnvoll abgedeckt werden, da die hierzu erforderlichen Elektromotorgrößen unwirtschaftlich bzw. die Montagesituation durch aufwändige Verkabelung nicht praktikabel sind.
  • Daher können Leistungsspitzen erfindungsgemäß durch eine einfache Reibschaltkupplung, insbesondere beispielsweise eine elektromagnetische Schaltkupplung, abgedeckt werden.
  • Die Erfindung trägt damit insbesondere dem Umstand Rechnung, dass in der Praxis bei Kühlsystemen beispielsweise für Nutzfahrzeuge in der Regel 80 % der Nutzungszeit eine Kühlung des Kühlsystems durch den Fahrtwind erfolgt. Bei ca. 18 % der Betriebszeit wird die Lüfterleistung von maximal ca. 5 kW benötigt. Lediglich in 2 % der Betriebszeit wird eine höhere bis höchste Lüfterleistung benötigt. Mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit können diese Betriebszustände vorteilhaft abgedeckt werden. Vorteilhaft ist außerdem, dass auch bei einem Stillstand des Verbrennungsmotors eine Kühlleistung von maximal 5 kW über den Elektromotor möglich ist.
  • Es ist außerdem vorteilhaft, dass die Reibschaltkupplung ausgebildet ist, einen direkten Antrieb des Lüfters durch die Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
  • Die Reibschaltkupplung kann vorteilhaft als elektromagnetisch betätigbare Reibflächenkupplung ausgebildet sein, z.B. als Reibscheibenkupplung. So kann kraft- bzw. reibschlüssig eine schlupffreie Verbindung einer motorseitigen Antriebswelle und einer lüfterseitigen Lüfterwelle ermöglicht werden.
  • Es ist überdies vorteilhaft, dass eine drehnachgiebige Kupplung zum Antrieb des Lüfters durch die Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Über die drehnachgiebige Kupplung kann der Lüfter beispielsweise in einer zur Drehzahl der Brennkraftmaschine geringeren Drehzahl angetrieben werden. Grundsätzlich ist es damit möglich, zusätzlich oder alternativ zum direkten Antrieb einen schlupfbehafteten Antrieb des Lüfterrads vorzusehen. Über die drehnachgiebige Kupplung kann eine drehmomentabhängige Überlastsicherung realisiert werden, was in bestimmten Anwendungsfällen vorteilhaft sein kann. Als drehnachgiebige Kupplung kommt beispielsweise eine Wirbelstromkupplung in Frage.
  • Weiter wird vorgeschlagen, dass die Reibschaltkupplung und der Elektromotor im eingebauten Zustand in radialer Richtung sich nicht oder nur unwesentlich über einen Durchmesser einer Lüfterradnabe des Lüfters erstrecken. Damit kann eine besonders kompakte Bauweise der Antriebseinheit realisiert werden. Insbesondere kann ein ohnehin notwendiger Bau- bzw. Montageraum in radialer Richtung, insbesondere zu einer Achse, um welche der Lüfter bzw. ein Lüfterrad im Betrieb rotieren kann, genutzt werden, was eine Integration bzw. Nachrüstung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit für bestehende Baugruppen einfach ermöglicht.
  • Es ist auch vorteilhaft, dass der Elektromotor ein Gehäuse aufweist, an welchem der Lüfter angebracht ist. So kann eine besonders stabile und platzsparende Anordnung realisiert werden. Insbesondere sind keine zwischenliegenden Verbindungsteile zwischen Elektromotor und Lüfter notwendig. Der Lüfter selbst kann zudem wie in bisherigen Systemen ausgebildet sein.
  • In einer besonders vorteilhaften Modifikation des Erfindungsgegenstandes sind die Reibschaltkupplung und der Elektromotor zu einer Baueinheit zusammengefasst. Dies erleichtert die Montage bzw. Demontage der Antriebseinheit. Außerdem kann damit der gesamte Antrieb mit der Antriebseinheit kompakt gestaltet sein. Außerdem können die Teile der Reibschaltkupplung und des Elektromotors gegebenenfalls in einem gemeinsamen Gehäuse geschützt untergebracht sein.
  • Vorteilhafterweise ist die Reibschaltkupplung und der Elektromotor zu einer Einheit verbunden, was im Hinblick auf eine optimale Platzausnutzung vorteilhaft ist.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Anordnung zur Kühlung einer Brennkraftmaschine mit einem Kühler zur Kühlung der Brennkraftmaschine und einem mit dem Kühler zusammenwirkenden Lüfter, wobei eine Antriebseinheit für den Lüfter gemäß der oben erläuterten Varianten vorhanden ist. Damit kann die Kühlungsanordnung für die Brennkraftmaschine gemäß der oben genannten Vorteile ausgebildet sein.
  • Bevorzugt umfasst die Antriebseinheit eine Reibschaltkupplung und einen Elektromotor, welche zu einer Baueinheit zusammengefasst sind, wobei die Baueinheit mit dem Kühler verbunden ist. Der Lüfter erzeugt dabei einen Luftstrom, der an Flächen des Kühlers vorbeigeführt wird, um eine Wärmeübertragung von Bereichen des Kühlers an die umströmende Luft effektiv zu erhalten.
  • Es ist überdies vorteilhaft, dass die Antriebseinheit eine Reibschaltkupplung und einen Elektromotor umfasst, welche getrennt ausgebildet sind. Damit kann ein Montage und Demontage bzw. eine Ausnutzung eines vorhandenen Bauraumes vorteilhaft erfolgen.
  • Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Reibschaltkupplung an der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Dies kann je nach Anwendungsfall bzw. vorliegendem Einbauverhältnis vorteilhaft sein.
  • Schließlich ist es auch vorteilhaft, dass der Elektromotor an dem Kühler angebracht ist, insbesondere die gesamte Antriebseinheit aus Schaltkupplung und Elektromotor. Dies kann im Hinblick auf eine kompakte Bauform der Antriebseinheit bzw. montagebedingt vorteilhaft sein.
    • Figurenbeschreibung:
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand von drei stark schematisiert dargestellten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.
  • Im Einzelnen zeigt:
    • Figur 1
    eine schematisierte erfindungsgemäße Antriebseinheit, die kühlerseitig angebracht ist,
    Figur 2
    eine alternative erfindungsgemäße Antriebseinheit, die motorseitig angeordnet ist und
    Figur 3
    eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsvariante einer Antriebseinheit, wobei ein Elektromotor am Kühler und eine Reibschaltkupplung an dem Motor angeordnet ist.
  • Figur 1 zeigt stark schematisiert bzw. unter Weglassung von Bauteilen eine erfindungsgemäße Antriebseinheit 1 im eingebauten Zustand z.B. in einem Fahrzeug mit Brennkraftmaschine bzw. mit einem Verbrennungsmotor 3, beispielsweise einem Dieselmotor, wobei der Verbrennungsmotor 3 nur angedeutet dargestellt ist. Unter der Antriebseinheit 1 ist der Teil des Antriebs für ein Lüfterrad 2 zu verstehen, wobei die Antriebseinheit 1 den Verbrennungsmotor 3 selbst nicht mitumfasst.
  • Über einen Flansch 4a einer nur abschnittsweise gezeigten Antriebswelle 4 des Verbrennungsmotors 3 erfolgt die Verbindung der Antriebswelle 4 zur Antriebseinheit 1.
  • Das nur teilweise bzw. in einem Nabenbereich dargestellte Lüfterrad 2 ist an einer zentrischen Lüfterradnabe 2a aufgenommen, welche drehfest mit einer Lüfterwelle 5 verbunden ist, über welche das Lüfterrad 2 drehantreibbar ist. Die Lüfterwelle 5 ist über ihre wesentliche Längserstreckung als Teil eines Elektromotors 6 ausgebildet und bildet einen Rotor 8 des Elektromotors 6. Der Rotor 8 ist von einem Stator 7 des Elektromotors 6 umgeben. Der Stator 7 ist positionsfest an einem Kühlerabschnitt 9 befestigt bzw. über den Kühlerabschnitt 9 an einem nicht dargestellten Fahrzeugrahmen. Die Lagerung des Stators 7 gegenüber dem rotierenden Rotor 8 erfolgt über Lager 10 und 11, beispielsweise Wälzkörperlager.
  • Zwischen einem mit dem Flansch 4a drehfest verbundenen Antriebsflansch 17 und dem Elektromotor 6, auf dessen zum Verbrennungsmotor 3 gerichteten Seite, ist eine Reibschaltkupplung 12 vorgesehen. Die Reibschaltkupplung 12 ist als elektromagnetisch betätigbare Reibscheibenkupplung ausgebildet. Hierzu ist eine Elektromagnetanordnung 13 mit positionsfestem Elektromagnet 14 vorgesehen, wobei durch Bestromung der Elektromagnetanordnung 13 der Elektromagnet 14 Magnetkräfte erzeugt, wodurch eine axial zur Lüfterwelle 5 rückstellbar bewegbare Ankerscheibe 15 an einen Reibringabschnitt 16 angezogen wird. So kann für eine maximale Kühlleistung bei Leistungsspitzen des Kühlers und dadurch bedingt auch des Lüfters 2 eine Kupplungsverbindung eingerichtet werden, wobei über den Reibringabschnitt 16 eine direkte Drehzahlübertragung von der Antriebswelle 4 auf die Lüfterwelle 5 und damit den Lüfter 2 stattfindet.
  • Der Antriebsflansch 17 ist am axialen Ende der Lüfterwelle 5, welches zum Verbrennungsmotor 3 gerichtet ist, über ein Lager 18 drehbar auf der der Lüfterwelle 5 gelagert. Bei Nichtbestromung der Elektromagnetanordnung 13 wird die Ankerscheibe 15 durch rückstellende Federmittel, z.B. über einen Federring 19, vom Reibringabschnitt 16 getrennt, womit keine Antriebsverbindung zwischen der Antriebswelle 4 und der Lüfterwelle 5 erfolgt.
  • In diesem Zustand kann jedoch die Antriebseinheit 1 über den Elektromotor 6 den Lüfter antreiben, wenn eine vergleichsweise niedrige Kühlleistung für den nicht dargestellten Kühler benötigt wird. Über den regelbaren Elektromotor 6 kann der Lüfter 2 stufenlos beispielsweise bis ca. 5 kW Leistung betrieben werden. Ohne Strombeaufschlagung des Elektromotors 6 und der Elektromagnetanordnung 13 steht das Lüfterrad still bzw. erfährt keine motorische Antriebswirkung.
  • Vorteilhafterweise kann die Antriebseinheit 1 mit dem Elektromotor 6 und der Reibschaltkupplung 12 in radialer Richtung zur Drehachse S der Lüfterwelle 5 sich über einen Bereich a erstrecken, der sich fast vollständig im Durchmesserbereich der Lüfterradnabe 2a gemäß Figur 1 befindet. Gemäß der Ausführungsbeispiele aus Figur 2 und Figur 3 kann eine erfindungsgemäße Antriebseinheit auch vollständig innerhalb der radialen Erstreckung einer Lüfterradnabe liegen.
  • Außerdem ist es von Vorteil, dass die Antriebseinheit 1, zum Beispiel mit dem Antriebsflansch 17 an dem Kühlerabschnitt 9 fest anordenbar ist. Damit werden Vibrationen bzw. Schwingungen, die im Betrieb des Verbrennungsmotors 3 auftreten, nicht auf das Lüfterrad 2 übertragen. Damit kann ein zum Lüfterrad 2 radial außen vorhandener umfänglich verlaufender Spalt (nicht dargestellt) zu angrenzenden Abschnitten, beispielsweise einem Luftleitring am Kühler, minimal gegebenenfalls im Millimeterbereich gewählt werden. Damit können vorteilhafterweise störende Luftwirbelausbildungen am radialen äußeren Rand des Lüfterrads 2 vermieden bzw. minimiert werden. Bei einer Anbringung einer Antriebseinheit am Verbrennungsmotor 3 wäre dieser Spalt nachteilig deutlich größer zu wählen, um eine Berührung des Lüfterrades mit Luftleitringmitteln zu verhindern. Dies wirkt sich negativ auf die Strömungsausbildung durch das Lüfterrad aus.
  • Eine alternative erfindungsgemäße Anordnung mit einer Antriebseinheit 20 zeigt Figur 2. Diese dient ebenfalls zum Antrieb eines Lüfterrads 21 an einer Lüfterradnabe 21a. Außerdem ist zum Antrieb des Lüfterrads 21 ein Verbrennungsmotor 22 vorhanden. Räumlich zwischen dem Verbrennungsmotor 22 und dem Lüfterrad 21 ist ein Elektromotor 23 der Antriebseinheit 20 für einen stufenlos regelbaren Antriebsbetrieb des Lüfterrades 21 vorhanden. Der Elektromotor 23 umfasst einen mit der Lüfterradnabe 21a fest verbundenen Rotor 24, welcher über Lager 25 und 26 gegenüber einem positionsfest am Verbrennungsmotor 22 angeordneten Stator 27 gelagert ist. Der zylindrische Stator 27 weist daher an seinem lüfterseitigen Ende einen Spalt zur Lüfterradnabe 21a auf.
  • Des Weiteren ist eine Reibschaltkupplung 28 zwischen dem Verbrennungsmotor 22 und dem Elektromotor 23 vorhanden. Die Reibschaltkupplung 28 umfasst eine Elektromagnetanordnung 29 mit einem Elektromagneten 30, über welchen bei Bestromung des Elektromagneten 30 eine axial versetzbare Ankerscheibe 31 über in axialer Richtung zum Rotor 24 versetzbare Federmittel, beispielsweise einen Federring 32, reib- bzw. kraftschlüssig mit einem Abschnitt 33a einer Riemenscheibe 33 verbindbar ist. Die Riemenscheibe 33 ist über ein Wälzlager 34 auf dem Stator 27 drehbar gelagert und über nicht dargestellte Riemen vom Verbrennungsmotor 22 drehantreibbar. Hierzu ist ein Riemenauflageabschnitt 33b umfänglich außen an der Riemenscheibe 33 vorhanden.
  • Beim Betrieb des Elektromotors 23 wird durch Drehung des Rotors 24 mit diesem die Lüfterradnabe 21a und damit das Lüfterrad 21 geregelt stufenlos in Drehung versetzt.
  • Bei Nichtbestromung des Elektromotors 23 und der Elektromagnetanordnung 29 erfolgt kein Drehantrieb des Lüfterrads 21. Ist nur die Elektromagnetanordnung 29 bestromt, bei nicht betriebenem Elektromotor 23, wird über die geschaltete Reibschaltkupplung 28 über die Riemenscheibe 33 und die eingekuppelte Reibschaltkupplung 28 der außen laufende Rotor 24 und somit auch das Lüfterrad 21 direkt angetrieben.
  • In der gemäß Figur 2 gezeigten Anordnung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 20 ist der Elektromotor 23 und die Reibschaltkupplung 28 als Baueinheit ausgebildet, welche zwischen dem Lüfterrad 21 und dem Verbrennungsmotor 22 positioniert ist.
  • Eine weitere Anordnung einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit 34 deutet Figur 3 an. Demgemäß ist die Antriebseinheit 34 in zwei Einheiten unterteilt. Eine erste Einheit wird durch den Elektromotor 35 gebildet, welcher mit seinem Stator 36 an einem Kühlerabschnitt 38 fest verbunden aufgenommen ist. Der Stator 36 ist über Lager 39 und 40 auf dem gemeinsam mit einer Lüfterradnabe 41a rotierenden Rotor 37 gelagert. An der Lüfterradnabe 41a ist ein Lüfterrad 41 fixiert. Der Rotor 37 bildet ein Teil einer Lüfterradwelle 42. Die Lüfterradwelle 42, welche in Figur 3 unterbrochen dargestellt ist, ist drehfest mit einer Antriebswelle (nicht gezeigt) eines Verbrennungsmotors 43 über eine Reibschaltkupplung 44 verbindbar bzw. über die Reibschaltkupplung 44 von einer Antriebswirkung einer Antriebswelle trennbar. Die Reibschaltkupplung 44 ist nur stark schematisiert bzw. in Kastenform dargestellt. Die Reibschaltkupplung 44 kann insbesondere in Form einer Elektromagnetkupplung, die schaltbar ist, ausgebildet sein.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1
    Antriebseinheit
    2
    Lüfterrad
    2a
    Lüfterradnabe
    3
    Verbrennungsmotor
    4
    Antriebswelle
    4a
    Flansch
    5
    Lüfterwelle
    6
    Elektromotor
    7
    Stator
    8
    Rotor
    9
    Kühlerabschnitt
    10
    Lager
    11
    Lager
    12
    Reibschaltkupplung
    13
    Elektromagnetanordnung
    14
    Elektromagnet
    15
    Ankerscheibe
    16
    Reibringabschnitt
    17
    Antriebsflansch
    18
    Lager
    19
    Federring
    20
    Antriebseinheit
    21
    Lüfterrad
    22
    Verbrennungsmotor
    23
    Elektromotor
    24
    Rotor
    25
    Lager
    26
    Lager
    27
    Stator
    28
    Reibschaltkupplung
    29
    Elektromagnetanordnung
    30
    Elektromagnet
    31
    Ankerscheibe
    32
    Federring
    33
    Riemenscheibe
    33a
    Abschnitt
    33b
    Riemenauflageabschnitt
    34
    Antriebseinheit
    35
    Elektromotor
    36
    Stator
    37
    Rotor
    38
    Kühlerabschnitt
    39
    Lager
    40
    Lager
    41
    Lüfterrad
    41a
    Lüfterradnabe
    42
    Lüfterradwelle
    43
    Verbrennungsmotor
    44
    Reibschaltkupplung

Claims (12)

  1. Antriebseinheit (1, 20, 34) für einen Lüfter (2, 21, 41) einer Brennkraftmaschine (3, 22, 43) eines Fahrzeuges, mit einer Reibschaltkupplung (12, 28, 44), die schaltbar ist, um den Lüfter (2) über die Brennkraftmaschine (3, 22, 43) anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb des Lüfters (2, 21, 41) außerdem ein Elektromotor (6, 23, 35) vorgesehen ist, und dass ein Momentenübertragungsweg zwischen der Reibschaltkupplung (12, 28, 44) und dem Lüfter (2, 21, 41) durch ein drehbar gelagertes Teil (8, 24, 37) des Elektromotors (6, 23, 35) gebildet ist.
  2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschaltkupplung (12, 28, 44) ausgebildet ist, einen direkten Antrieb des Lüfters (2, 21, 41) durch die Brennkraftmaschine (3, 22, 43) zu ermöglichen.
  3. Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschaltkupplung als elektromagnetisch betätigbare Reibflächenkupplung (12, 28, 44) ausgebildet ist.
  4. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine drehnachgiebige Kupplung zum Antrieb des Lüfters durch die Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
  5. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschaltkupplung (12, 28, 44) und der Elektromotor (6, 23, 35) im eingebauten Zustand in radialer Richtung sich nicht oder nur unwesentlich über einen Durchmesser einer Lüfterradnabe (2a, 21a, 41a) des Lüfters (2, 21, 41) erstrecken.
  6. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (23) ein Gehäuse aufweist, an welchem der Lüfter (21a) angebracht ist.
  7. Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschaltkupplung (12, 28) und der Elektromotor (6, 23) zu einer Baueinheit zusammengefasst sind.
  8. Anordnung zur Kühlung einer Brennkraftmaschine, mit einem Kühler (9, 38) zur Kühlung der Brennkraftmaschine (3, 22, 43) und einem mit dem Kühler (9, 38) zusammenwirkenden Lüfter (2, 21, 41), wobei eine Antriebseinheit (1, 20, 34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorhanden ist.
  9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (1, 20) eine Reibschaltkupplung (12, 28) und einen Elektromotor (6, 23) umfasst, welche zu einer Baueinheit zusammengefasst sind, wobei die Baueinheit mit dem Kühler (9, 38) verbunden ist.
  10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (34) eine Reibschaltkupplung (44) und einen Elektromotor (35) umfasst, welche getrennt ausgebildet sind.
  11. Anordnung nach Anspruch 8 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibschaltkupplung (44) an der Brennkraftmaschine (43) angeordnet ist.
  12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (35) an dem Kühler (38) angebracht ist.
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