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WO2007079888A1 - Antrieb für eine strömungsmaschine, insbesondere für einen lüfter eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Antrieb für eine strömungsmaschine, insbesondere für einen lüfter eines kraftfahrzeuges Download PDF

Info

Publication number
WO2007079888A1
WO2007079888A1 PCT/EP2006/011977 EP2006011977W WO2007079888A1 WO 2007079888 A1 WO2007079888 A1 WO 2007079888A1 EP 2006011977 W EP2006011977 W EP 2006011977W WO 2007079888 A1 WO2007079888 A1 WO 2007079888A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
clutch
drive
fan
axis
crankshaft
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/011977
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerold Schultheiss
Rudolf Stoklossa
Original Assignee
Behr Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr Gmbh & Co. Kg filed Critical Behr Gmbh & Co. Kg
Priority to EP06829554A priority Critical patent/EP1966472A1/de
Publication of WO2007079888A1 publication Critical patent/WO2007079888A1/de

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    • F16D2500/70422Clutch parameters
    • F16D2500/70438From the output shaft
    • F16D2500/70442Output shaft speed

Definitions

  • the invention relates to a device for driving a turbomachine according to the preamble of patent claims 1 and 15.
  • Such a drive device for a fan of a motor vehicle was known from DE 103 24 314 A1 of the applicant.
  • the well-known fan drive provides two drive trains, which are optionally - depending on the speed requirement of the fan or cooling demand for a coolant radiator - available.
  • the crankshaft of the internal combustion engine drives the fan directly via a temperature-controlled fluid friction clutch (control clutch).
  • the second drive train is switched on via a clutch and drives now - instead of the crankshaft, which is overhauled by a freewheel - the input shaft or the housing of the fluid friction clutch, and with a higher speed (so-called high-drive).
  • Both drive trains are connected in series, since both the clutch and the fluid friction clutch in the drive train of the high-drive are.
  • a disadvantage of this solution is that the fluid friction clutch is operated in particular at high input with a high input speed at a high load torque of the fan, so that there is a relatively high slip or power loss. For larger ones
  • BESTATIGUNGSKOPIE Ventilation especially in the commercial vehicle sector arise in such a drive problems with regard to the heat dissipation of the clutch.
  • a drive train includes a clutch and the other drive train includes a control clutch.
  • the turbomachine in particular a fan of a motor vehicle, is driven either via the clutch, ie without slip or via the control clutch (with slip).
  • the advantage is achieved that the fan at high fan speeds on the drive train with clutch, ie slip-free and can be driven without loss of heat, while at lower fan speeds, ie a lower cooling demand of the second drive train is selected with control clutch.
  • the drive according to the invention is applicable to all types of turbomachines which are subject to the known laws of flow, ie for blades equipped with rotors, which are continuously flowed over by a fluid, gaseous or liquid, wherein the Give off work on the fluid and energy is supplied to the rotor shaft.
  • the second drive train containing the control clutch thus has the slower ratio.
  • a reduction of the slip performance and thus the heat loss of about 50% results for the control clutch over the prior art, a reduction of the slip performance and thus the heat loss of about 50%. While control clutches according to the prior art - as stated above - in high-drive with high input speeds and high output speeds, ie high load torques are operated, this is not true for the drive device according to the invention.
  • the translations in the first and second drive train can also be exchanged, so that the drive train with the control clutch have the faster ratio and the drive train with the clutch, the slower translation.
  • the advantages of this translation combination include u. a. in that a limitation of the maximum fan speeds (overspeed) is possible.
  • At least one drive train is designed as a two-axis, positive or non-positive drive.
  • Frictional drives may be belt drives, in particular V-belt drives, positive drives may be toothed belt drives, chain drives, gear drives or the like.
  • the first axis of the biaxial drive coincides with the axis of the crankshaft, while the second axis is preferably formed by an axis parallel to the crankshaft with attachment to the engine block.
  • control clutch is arranged on the axis of the crankshaft and the clutch on the parallel axis.
  • this arrangement of control and clutch can be exchanged to the effect that the control clutch is arranged on the second axis axially parallel and the clutch is arranged on the crankshaft axis.
  • control clutch is designed as a torque-controlled fluid friction clutch.
  • the clutch can be designed as a magnetic coupling (electromagnetic clutch) with magnetic coil and armature disc.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a fan drive according to the invention
  • Fig. 3 is a speed diagram for the first embodiment of the fan drive according to the invention with a translation into speed for the clutch and
  • Fig. 4 is a speed diagram of the fan drive according to the invention with a translation into fast for the control clutch (exchanged translations).
  • Fig. 1 shows a fan drive 1 according to the invention of a motor vehicle, not shown.
  • a turbomachine designed as an axial fan 2 has an axial blading 3 and a fan drive shaft 4.
  • the fan 2 conveys cooling air through a coolant cooler (not shown) for an internal combustion engine, of which only an engine end wall 5 with an outwardly projecting crankshaft 6 and its axis 6a are shown.
  • the crankshaft which is extended as a flange shaft 6, carries on the one hand a first belt pulley 7 and, on the other hand, a control clutch 8 rotatably mounted on a journal 6b and designed as a torque-controlled fluid friction clutch.
  • the first pulley 7 is connected via a first belt drive 9 with a second pulley 10, which is rotatably mounted via a bearing pin 11 fixed to the engine block end wall 5.
  • the fan shaft 4 is partially formed as a hollow shaft 4 a, which is rotatably mounted on the bearing pin 11, and has an armature disc 4 b on the front side, which is part of a clutch 12.
  • the fan drive 1 has a first drive train 14 from the crankshaft 6 to the fan shaft 4.
  • a second drive train 15 is provided, which consists of the control clutch 8, connected to this third pulley 16, a second belt drive 17th , a fourth pulley 18 and a freewheel 19 is.
  • the fourth pulley 18 is connected via the freewheel 19 with the fan shaft 4.
  • a gear ratio i 2 0.9, that is, a gear ratio is selected to be slow.
  • the function of the fan drive 1 with the selected gear ratios - which is also shown in the speed diagram of FIG. 3 - is the following: With a high cooling demand and crankshaft speeds up to about 2000 U / min, the translation is selected quickly, ie the clutch 12 is engaged by energizing the solenoid 13, so that the second pulley 10 is frictionally connected to the armature plate 4b and thus to the fan shaft 4.
  • the second drive train is selected, ie the clutch 12 is disengaged, the solenoid 13 is de-energized.
  • k 0.9, ie slow.
  • the fluid friction clutch 8 whose speed can be varied continuously between the minimum and the maximum speed of the control clutch.
  • the control clutch 8 Due to the arrangement of the control clutch 8 on the axis 6a of the crankshaft and the axis-parallel displacement of the fan shaft 4, the control clutch 8 is not acted upon by the full load torque of the fan 2; moreover, the fan output speeds are lower due to the slow gear ratio. Since the load torque in turbomachines increases or decreases in accordance with the flow laws with the second power of the rotational speed, there is a disproportionate reduction of the slip power and thus of the heat development in the liquid friction clutch 8. In the selected gear ratios, the reduction in heat losses is about 50%. The reduced slip performance results in a higher efficiency for the control clutch 8, ie a lower power consumption at the crankshaft 6. The efficiency of the entire fan drive 1 is thereby increased, especially as mentioned above, the drive via the first drive train with clutch slip, ie only with minimal losses, due to the belt drive 9 works.
  • FIG. 2 shows, as a second exemplary embodiment of the invention, a fan drive 20 in which the same reference numerals as in FIG. 1 are used for the same parts.
  • the fan 2 is arranged with its fan shaft 4 coaxial with the crankshaft 6 or its axis 6a and mounted on the shaft 6a on the pin 6b of the flange shaft 6.
  • a clutch 21 is arranged in the region of a first pulley 22, which is connected to the stub shaft 6, and has a fixed magnetic coil 24 and an armature disc 25, which is supported via a freewheel 26 relative to the hollow shaft 4a.
  • the second drive train 28 extends from the first pulley 22 on the first axis 6a via a second axis 29a of a bearing journal 29 back to the fan shaft 4.
  • a first belt drive 30 to a second pulley 31 and a second belt drive 32 of a third pulley 33 to a fourth pulley 34 and a freewheel 35 is provided.
  • the second pulley 31 is connected via a stub shaft 36 and an input shaft 36 a to the control clutch 8, which carries the third pulley 33 on its housing.
  • the total transmission ratio i ges ii xh - 0.9.
  • the first drive train 27, which operates slip-through as slip-through and therefore loss-free, is then considered to be "fast.”
  • the total gear ratio in the second drive train 28 is selected to be greater than 1 in order to boost the fan speed relative to the crankshaft speed
  • the overall ratio of the second drive train 28 is the product of the translation of the first and second belt drive 30, 32.
  • the freewheel 26 ensures that the second drive strands 28 with the control clutch 8 overtake the rigid drive of the first drive train 27
  • the freewheel 35 allows overtaking of the first drive train 27 in the event that the rotational speed of the second drive train 28 via the control clutch 8 is higher.
  • Fig. 3 shows - as already mentioned - a speed diagram for the exemplary embodiment according to FIG. 1, wherein the rotational speed of the fan 2 is plotted against the rotational speed of the crankshaft 6.
  • the drive via the first drive train 14 is slip-free.
  • the ratio i 2 0.9 becomes effective, which is represented by a straight line g3 - but the fan speeds lie on a curve g'3 lying below g3, which is due to the slip of the control clutch 8 (the output speed of the control clutch 8, preferably a fluid friction clutch is always lower than the respective input speed).
  • the control range of the control clutch 8 is below the curve g'3 and is shown as a hatched field I, from which a field Il is omitted for a thermally impermissible range of the control clutch.
  • the area Il is characterized by a high heat development due to a high differential speed (slip) and a heavy load (load torque) of the fan, the load torque - as mentioned above - increases with the second power above the speed.
  • the translation into slow is slip-free; Overspeed for the fan 2 can be avoided.
  • the control clutch 8 would due to the translation into the fast fan 2 with a high rotational number, which would lead to a strong thermal load of the controllable fluid friction clutch 8.
  • the thermally impermissible area is therefore considerably larger than in FIG. 3 to the detriment of a reduced control range I for the control clutch.
  • This embodiment with the severely limited control range I is therefore only conditionally applicable - it would be advantageous if due to the requirements of the engine cooling very often the first drive train with the clutch 12 would have to be operated. In this case, the fan 2 can be driven without slip and thus loss.
  • the losses in this design are generally greater.
  • This design also requires a further freewheel, since the output speed of the control clutch can be both larger and smaller than the speed of the engaged clutch. When the clutch is engaged, therefore, a first freewheel must ensure that the optionally slower-running control clutch can be overhauled.
  • a second freewheel must make it possible for the optionally faster-running control clutch to overtake the torque transmission of the clutch. Without these freewheels, the clutch of the control clutch would force the speed, which would lead to an overload of both clutches and unnecessary energy losses. Without the freewheels, the clutch would be activated only when disconnected control clutch, which is not always guaranteed depending on the design of the control clutch.
  • the two embodiments of a fan drive according to the invention shown in Fig. 1 and Fig. 2 are only two of further variants with biaxial design and two parallel drive trains. Basically arise for the arrangement of the control clutch, the clutch and the fan on the first and / or on the second axis eight variants, two of which are shown here.
  • the fan also represents only one exemplary embodiment of a turbomachine.
  • the fan drive according to the invention could also be used for another rotor equipped with blades, which delivers work to a continuously flowing fluid and to which energy is supplied at its rotor shaft.
  • axial fan is therefore also a radial fan ter, radial compressor, a Axialpumpenrad or a Radialpumpenrad as a turbomachine conceivable and lying within the scope of the invention.
  • belt drives shown between the axis of the crankshaft and the axis of the journal can be substituted by other equivalent positive or frictional drives, for example, by timing belt drives, chain drives or gear transmission.
  • other equivalent variants are possible for the preferably designed as a torque-controlled fluid friction clutch control clutch.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antreiben einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Lüfters (2) eines Kraftfahrzeuges durch einen Verbrennungsmotor, wobei die Strömungsmaschine von dem Verbrennungsmotor über zwei Antriebsstränge mit je einer Regelkupplung und einer Schaltkupplung antreibbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass beide Antriebsstränge (14, 15) parallel geschaltet sind und dass die Strömungsmaschine (2) entweder über die Schaltkupplung (12) oder über die Regelkupplung (8) antreibbar ist, wobei die beiden Antriebsstränge vorzugsweise ungleiche Übersetzungen i<SUB>1</SUB>, i<SUB>2</SUB> aufweisen (i<SUB>1</SUB> ? i<SUB>2</SUB>).

Description

Antrieb für eine Strömungsmaschine, insbesondere für einen
Lüfter eines Kraftfahrzeuges
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antreiben einer Strömungsmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und 15.
Eine derartige Antriebsvorrichtung für einen Lüfter eines Kraftfahrzeuges wurde durch die DE 103 24 314 A1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Lüfterantrieb sieht zwei Antriebsstränge vor, die wahlweise - je nach Drehzahlanforderung des Lüfters bzw. Kühlbedarf für einen Kühlmittelkühler - nutzbar sind. Bei Wahl des ersten Antriebsstranges treibt die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors den Lüfter direkt über eine temperaturgeregelte Flüssigkeitsreibungskupplung (Regelkupplung) an. Bei einem höheren Kühl- bedarf wird der zweite Antriebsstrang über eine Schaltkupplung zugeschaltet und treibt jetzt - anstelle der Kurbelwelle, welche durch einen Freilauf überholt wird - die Eingangswelle oder das Gehäuse der Flüssigkeitsreibungskupplung an, und zwar mit einer höheren Drehzahl (so genannter Hochtrieb). Beide Antriebsstränge sind dabei hintereinander geschaltet, da sowohl die Schaltkupplung als auch die Flüssigkeitsreibungskupplung im Antriebsstrang des Hochtriebes liegen. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Flüssigkeitsreibungskupplung insbesondere beim Hochtrieb mit einer hohen Eingangsdrehzahl bei einem hohen Lastmoment des Lüfters betrieben wird, so dass sich eine relativ hohe Schlupf- bzw. Verlustleistung ergibt. Bei größeren
BESTATIGUNGSKOPIE Lüftem, insbesondere im NKW-Bereich ergeben sich bei einem derartigen Antrieb Probleme hinsichtlich der Wärmeabfuhr der Kupplung.
Eine andere Lösung für einen Lüfterantrieb mit Hochtrieb wurde durch die DE 44 01 979 A1 der Anmelderin bekannt, wobei bedarfsweise ein Elektromotor mit höherer Drehzahl zugeschaltet wird, welcher die Eingangsdrehzahl für die Kupplung zum Antrieb des Lüfters erhöht. Auch hier liegt die Flüssigkeitsreibungskupplung beim Hochtrieb im Antriebsstrang des Lüfters und ist daher ebenfalls thermisch stark belastet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Vorrichtung zum Antrieb einer Strömungsmaschine der eingangs genannten Art die thermische Belastung der Regelkupplung zu reduzieren und somit auch den Wirkungsgrad der Antriebsvorrichtung zu erhöhen.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich zunächst aus den Merkmalen des Patentanspruches 1. Erfindungsgemäß sind zwei parallel geschaltete Antriebsstränge vorgesehen, wobei ein Antriebsstrang eine Schaltkupplung und der andere Antriebsstrang eine Regelkupplung enthält. Die Strömungsma- schine, insbesondere ein Lüfter eines Kraftfahrzeuges wird dabei entweder über die Schaltkupplung, d. h. schlupffrei oder über die Regelkupplung (mit Schlupf) angetrieben. Mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung wird der Vorteil erreicht, dass der Lüfter bei hohen Lüfterdrehzahlen über den Antriebsstrang mit Schaltkupplung, d. h. schlupffrei und ohne Entstehung von Verlustwärme angetrieben werden kann, während bei geringeren Lüfterdrehzahlen, also einem geringerem Kühlbedarf der zweite Antriebsstrang mit Regelkupplung gewählt wird. Damit erniedrigt sich auch - gegenüber dem Stand der Technik - die Eingangsdrehzahl der Regelkupplung und deren Lastmoment, welches mit der zweiten Potenz der Drehzahl abnimmt, so dass eine wesentlich geringere Verlustleistung infolge Schlupfes an der Regelkupplung anfällt. Der erfindungsgemäße Antrieb ist für alle Arten von Strömungsmaschinen, die den bekannten Strömungsgesetzen unterliegen, anwendbar, d. h. für mit Schaufeln bestückte Rotoren, die von einem Fluid, gasförmig oder flüssig, kontinuierlich überströmt werden, wobei die Schau- feln Arbeit an das Fluid abgeben und an der Rotorwelle Energie zugeführt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- Sprüchen. Der die Schaltkupplung enthaltende erste Antriebsstrang weist vorteilhaft die schnellere Übersetzung auf, d. h. h > \2, vorzugsweise i-ι = 1 ,3; h = 0,9 auf. Der die Regelkupplung enthaltende zweite Antriebsstrang weist somit die langsamere Übersetzung auf. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ergibt sich für die Regelkupplung gegenüber dem Stand der Technik eine Reduzierung der Schlupfleistung und damit der Verlustwärme von ca. 50 %. Während Regelkupplungen nach dem Stand der Technik - wie oben ausgeführt - beim Hochtrieb mit hohen Eingangsdrehzahlen und hohen Abtriebsdrehzahlen, d. h. hohen Lastmomenten betrieben werden, trifft dies für die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung nicht zu.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Übersetzungen im ersten und zweiten Antriebsstrang auch getauscht werden, so dass der Antriebsstrang mit der Regelkupplung die schnellere Übersetzung und der Antriebsstrang mit der Schaltkupplung die langsamere Übersetzung aufweisen. Die Vorteile dieser Übersetzungskombination bestehen u. a. darin, dass eine Begrenzung der maximalen Lüfterdrehzahlen (Überdrehzahlen) möglich ist.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein An- triebsstrang als zweiachsiger, form- oder kraftschlüssiger Trieb ausgebildet. Kraftschlüssige Triebe können Riementriebe, insbesondere Keilriementriebe, formschlüssige Triebe können Zahnriementriebe, Kettentriebe, Zahnradgetriebe oder dergleichen sein.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung fällt die erste Achse des zweiachsigen Triebes mit der Achse der Kurbelwelle zusammen, während die zweite Achse durch eine zur Kurbelwelle parallele Achse mit Befestigung vorzugsweise am Motorblock gebildet wird. - A -
Nach einer bevorzugten Anordnung ist die Regelkupplung auf der Achse der Kurbelwelle und die Schaltkupplung auf der parallelen Achse angeordnet.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auch diese Anordnung von Regel- und Schaltkupplung dahingehend getauscht werden, dass die Regelkupplung auf der zweiten achsparallelen Achse angeordnet und die Schaltkupplung auf der Kurbelwellenachse angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Regelkupplung als drehmomentgeregelte Flüssigkeits- reibungskupplung ausgebildet. Die Schaltkupplung kann als Magnetkupplung (Elektromagnetkupplung) mit Magnetspule und Ankerscheibe ausgebildet sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch die Merkmale des Patentanspru- ches 15 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass der erste Antriebsstrang als
Durchtrieb mit Schaltkupplung, d. h. koaxial und mit einer Übersetzung von ii
= 1 ausgebildet ist, während der zweite Antriebsstrang zwei hintereinander geschaltete form- oder kraftschlüssige Triebe mit der Regelkupplung enthält, wobei das Übersetzungsverhältnis i2 > 1 ist. Vorteilhaft bei dieser nebenge- ordneten Lösung ist, dass die Regelkupplung im Abluftstrom des Lüfters liegt und somit gut gekühlt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüfterantriebes,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lüfterantriebes, Fig. 3 ein Drehzahldiagramm für die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lüfterantriebes mit einer Übersetzung ins Schnelle für die Schaltkupplung und
Fig. 4 ein Drehzahldiagramm des erfindungsgemäßen Lüfterantriebes mit einer Übersetzung ins Schnelle für die Regelkupplung (getauschte Übersetzungen). Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Lüfterantrieb 1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges. Eine als Axiallüfter 2 ausgebildete Strömungsmaschine weist eine Axialbeschaufelung 3 und eine Lüfterantriebswelle 4 auf. Der Lüf- ter 2 fördert Kühlluft durch einen nicht dargestellten Kühlmittelkühler für einen Verbrennungsmotor, von dem lediglich eine Motorstirnwand 5 mit einer nach außen ragenden Kurbelwelle 6 und deren Achse 6a dargestellt sind. Die als Flanschwelle 6 verlängerte Kurbelwelle trägt einerseits eine erste Riemenscheibe 7 und andererseits eine auf einem Zapfen 6b drehbar gela- gerte Regelkupplung 8, welche als drehmomentgeregelte Flüssigkeitsreibungskupplung ausgebildet ist. Die erste Riemenscheibe 7 ist über einen ersten Riementrieb 9 mit einer zweiten Riemenscheibe 10 verbunden, welche über einen an der Motorblockstirnwand 5 befestigten Lagerzapfen 11 drehbar gelagert ist. Die Lüfterwelle 4 ist teilweise als Hohlwelle 4a ausgebil- det, welche auf dem Lagerzapfen 11 drehbar gelagert ist, und weist stirnseitig eine Ankerscheibe 4b auf, welche Teil einer Schaltkupplung 12 ist. Weiterer Teil der Schaltkupplung 12 ist eine innerhalb der zweiten Riemenscheibe 10 angeordnete Magnetspule 13, welche bei Bestromung die Ankerplatte 4b anzieht und reibschlüssig mit der zweiten Riemenscheibe 10 verbindet. Damit verfügt der Lüfterantrieb 1 über einen ersten Antriebsstrang 14 von der Kurbelwelle 6 bis zur Lüfterwelle 4. Parallel zu dem ersten Antriebsstrang 14 ist ein zweiter Antriebsstrang 15 vorgesehen, welcher aus der Regelkupplung 8, einer mit dieser verbundenen dritten Riemenscheibe 16, einem zweiten Riementrieb 17, einer vierten Riemenscheibe 18 sowie einem Freilauf 19 besteht. Die vierte Riemenscheibe 18 ist über den Freilauf 19 mit der Lüfterwelle 4 verbunden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Übersetzung des ersten Riementriebes 9 mit ii = 1 ,3 gewählt, d. h. es liegt eine Übersetzung von der Kurbelwelle 6 zum Lüfter 4 ins Schnelle vor. Für den zweiten Riementrieb 17 ist ein Übersetzungsverhältnis i2 = 0,9, also eine Übersetzung ins Langsame gewählt. Die Funktion des Lüfterantriebes 1 mit den gewählten Übersetzungsverhältnissen - die auch im Drehzahldiagramm gemäß Fig. 3 dargestellt ist - ist Folgende: Bei einem hohen Kühlbedarf und Kurbelwellendreh- zahlen bis etwa 2000 U/min wird die Übersetzung ins Schnelle gewählt, d. h. die Schaltkupplung 12 wird durch Bestromung der Magnetspule 13 eingerückt, so dass die zweite Riemenscheibe 10 kraftschlüssig mit der Ankerplatte 4b und damit mit der Lüfterwelle 4 verbunden ist. Die Kurbelwellendrehzahl wird dann schlupffrei mit dem Übersetzungsverhältnis U = 1 ,3 ins Schnelle übersetzt. Bei geringerem Kühlluftbedarf und/oder bei einer Kurbelwellendrehzahl über 2000 U/min wird der zweite Antriebsstrang gewählt, d. h. die Schaltkupplung 12 ist ausgerückt, die Magnetspule 13 ist stromlos. Die Kurbelwelle 6 treibt dann über die Regelkupplung 8 und den zweiten Riementrieb 17 den Lüfter 2 mit einer Übersetzung von k = 0,9, d. h. ins Langsame an. Über die Flüssigkeitsreibungskupplung 8 kann deren Drehzahl stufenlos zwischen der minimalen und der maximalen Drehzahl der Regelkupplung variiert werden. Aufgrund der Anordnung der Regelkupplung 8 auf der Achse 6a der Kurbelwelle und der achsparallelen Versetzung der Lüfterwelle 4 wird die Regelkupplung 8 nicht mit dem vollen Lastmoment des Lüfters 2 beaufschlagt; darüber hinaus sind die Lüfterabtriebsdrehzahlen infolge der Übersetzung ins Langsame niedriger. Da das Lastmoment bei Strömungsmaschinen entsprechend den Strömungsgesetzen mit der zweiten Potenz der Drehzahl steigt bzw. fällt, ergibt sich eine überproportionale Reduzierung der Schlupfleistung und damit der Wärmeentwicklung in der Flüs- sigkeitsreibungskupplung 8. Bei den gewählten Übersetzungsverhältnissen beträgt die Verringerung der Wärmeverluste etwa 50 %. Durch die reduzierte Schlupfleistung ergibt sich für die Regelkupplung 8 ein höherer Wirkungsgrad, d. h. eine geringere Leistungsaufnahme an der Kurbelwelle 6. Der Wirkungsgrad des gesamten Lüfterantriebes 1 wird damit erhöht, zumal wie o- ben erwähnt, der Antrieb über den ersten Antriebsstrang mit Schaltkupplung schlupffrei, d. h. nur mit minimalen Verlusten, bedingt durch den Riementrieb 9 arbeitet.
Fig. 2 zeigt als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Lüfteran- trieb 20, bei welchem für gleiche Teile gleiche Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet werden. Der Lüfter 2 ist mit seiner Lüfterwelle 4 koaxial zur Kurbelwelle 6 bzw. deren Achse 6a angeordnet und über die Hohlwelle 4a auf dem Zapfen 6b der Flanschwelle 6 gelagert. Eine Schaltkupplung 21 ist im Bereich einer ersten Riemenscheibe 22 angeordnet, die mit der Flanschwelle 6 verbunden ist, und weist eine ortsfeste Magnetspule 24 sowie eine Anker- scheibe 25 auf, welche über einen Freilauf 26 gegenüber der Hohlwelle 4a abgestützt ist. Die koaxial angeordneten Komponenten 21 , 25, 26 und 4a bilden den ersten Antriebsstrang 27, welcher einen Durchtrieb von der Kurbelwelle 6 auf die Lüfterwelle 4a darstellt und somit ein Übersetzungsver- hältnis von J1 = 1 aufweist. Der zweite Antriebsstrang 28 verläuft von der ersten Riemenscheibe 22 auf der ersten Achse 6a über eine zweite Achse 29a eines Lagerzapfers 29 zurück auf die Lüfterwelle 4. In dem Antriebsstrang 28 sind ein erster Riementrieb 30 auf eine zweite Riemenscheibe 31 sowie ein zweiter Riementrieb 32 von einer dritten Riemenscheibe 33 auf eine vierte Riemenscheibe 34 sowie ein Freilauf 35 vorgesehen. Die zweite Riemenscheibe 31 ist über eine Flanschwelle 36 und eine Eingangswelle 36a mit der Regelkupplung 8 verbunden, welche auf ihrem Gehäuse die dritte Riemenscheibe 33 trägt. Damit sind im zweiten Abtriebsstrang 28 zwei Riementriebe 30, 32 hintereinander geschaltet, deren Gesamtübersetzung iges = ii x h - 0,9 ist. Somit ergäbe der zweite Antriebsstrang 28 eine Übersetzung ins Langsame, wobei die Abtriebsdrehzahl aufgrund der Flüssigkeitsreibungskupplung 8 stufenlos regelbar ist. Der erste Antriebsstrang 27, der als Durchtrieb schlupf- und damit verlustfrei arbeitet, gilt dann als Übersetzung ins „Schnelle". Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Gesarnt- Übersetzung im zweiten Antriebsstrang 28 insgesamt größer 1 gewählt, um einen Hochtrieb der Lüfterdrehzahl gegenüber der Kurbelwellendrehzahl zu erreichen. Die Gesamtübersetzung des zweiten Antriebsstranges 28 ist das Produkt der Übersetzung des ersten und zweiten Riementriebes 30, 32. Bei dieser Anordnung gewährleistet der Freilauf 26, dass der zweite Antriebs- sträng 28 mit der Regelkupplung 8 den starren Durchtrieb des ersten Antriebsstranges 27 überholen kann. Der Freilauf 35 ermöglicht das Überholen des ersten Antriebsstranges 27 für den Fall, dass die Drehzahl des zweiten Antriebsstranges 28 über die Regelkupplung 8 höher ist.
Die unterschiedlichen Achspositionen von Regelkupplung 8 und Lüfter 4 bei beiden Lüfterantrieben sind günstig für die Abfuhr der schlupfbedingten Wärme der Regelkupplung 8. Wenn die Regelkupplung 8 von den Lüfterschaufeln 3 überstrichen wird, befindet sich das für die Wärmeabfuhr verantwortliche Kupplungsgehäuse im Abstrom des Luftstromes, was eine be- sonders große Kühlung zur Folge hat. Da die Schaltkupplungen 12 und 21 nahezu schlupffrei ein- und auskuppeln, ist die Wärmeableitung hierbei kein Kriterium.
Fig. 3 zeigt - wie bereits erwähnt - ein Drehzahldiagramm für das Ausfüh- rungsbeispiel gemäß Fig. 1 , wobei die Drehzahl des Lüfters 2 aufgetragen ist über der Drehzahl der Kurbelwelle 6. Läuft der Antrieb des Lüfters 2 über den ersten Antriebsstrang 14, bei eingerückter Schaltkupplung 12, so liegen die Lüfterdrehzahlen in Abhängigkeit von der jeweiligen Kurbelwellendrehzahl auf einer Geraden gl . Die Übersetzung J1 = 1 ,3 bedeutet Hochtrieb der Lüfterdrehzahl. Zum Vergleich ist eine Gerade g2 mit Übersetzung i=1 eingezeichnet. Der Antrieb über den ersten Antriebsstrang 14 erfolgt schlupffrei. Wird der zweite Abtriebsstrang 15 gewählt, so wird die Übersetzung i2 = 0,9 wirksam, welche durch eine Gerade g3 dargestellt ist - die Lüfterdrehzahlen liegen jedoch auf einer unterhalb g3 liegenden Kurve g'3, welche sich auf- grund des Schlupfes der Regelkupplung 8 ergibt (die Abtriebsdrehzahl der Regelkupplung 8, vorzugsweise eine Flüssigkeitsreibungskupplung, ist immer niedriger als die jeweilige Antriebsdrehzahl). Der Regelbereich der Regelkupplung 8 liegt unterhalb der Kurve g'3 und ist als schraffiertes Feld I dargestellt, aus welchem ein Feld Il für einen thermisch unzulässigen Be- reich der Regelkupplung ausgespart ist. Der Bereich Il ist durch eine hohe Wärmeentwicklung aufgrund einer hohen Differenzdrehzahl (Schlupf) und einer starken Belastung (Lastmoment) des Lüfters gekennzeichnet, wobei das Lastmoment - wie eingangs erwähnt - mit der zweiten Potenz über der Drehzahl ansteigt.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Drehzahldiagramm, wobei wiederum die Lüfterdrehzahl über der Kurbelwellendrehzahl aufgetragen ist, und zwar für den Lüfterantrieb gemäß Fig. 1 , allerdings mit vertauschter Übersetzung, so dass der erste Antriebsstrang 14 eine Übersetzung U = 0,9 (ins Langsame) und der zweite Antriebsstrang 15 eine Übersetzung i2 = 1 ,3 (in Schnelle) erhält. Bei eingerückter Schaltkupplung 12 liegen die Lüfterdrehzahlen auf der Geraden g4 (zum Vergleich ist die Übersetzung i = 1 wiederum durch die Gerade g2 dargestellt). Die Übersetzung ins Langsame erfolgt schlupffrei; Überdrehzahlen für den Lüfter 2 können vermieden werden. Die Regelkupplung 8 würde aufgrund der Übersetzung ins Schnelle den Lüfter 2 mit einer hohen Dreh- zahl antreiben, was zu einer starken thermischen Belastung der regelbaren Flüssigkeitsreibungskupplung 8 führen würde. Der thermisch unzulässige Bereich, wiederum mit Il gekennzeichnet, ist daher gegenüber Fig. 3 erheblich vergrößert zu Ungunsten eines verkleinerten Regelbereiches I für die Regelkupplung. Diese Ausführungsform mit dem stark eingeschränkten Regelbereich I ist daher nur bedingt anwendbar - sie wäre dann vorteilhaft, wenn aufgrund der Anforderungen der Motorkühlung sehr häufig der erste Antriebsstrang mit der Schaltkupplung 12 betätigt werden müsste. In diesem Falle kann der Lüfter 2 schlupffrei und damit verlustarm angetrieben werden. Im zweiten Antriebsstrang 15 mit der Regelkupplung 8 sind die Verluste bei dieser Auslegung generell größer. Diese Auslegung erfordert zudem einen weiteren Freilauf, da die Abtriebsdrehzahl der Regelkupplung sowohl größer als auch kleiner als die Drehzahl der eingerückten Schaltkupplung sein kann. Bei eingerückter Schaltkupplung muss also ein erster Freilauf gewährleisten, dass die gegebenenfalls langsamer laufende Regelkupplung überholt werden kann. Ein zweiter Freilauf muss ermöglichen, dass die gegebenenfalls schneller laufende Regelkupplung die Drehmomentübertragung der Schaltkupplung überholen kann. Ohne diese Freiläufe würde die Schaltkupplung der Regelkupplung die Drehzahl aufzwingen, was zu einer Überlastung bei- der Kupplungen und zu unnötigen Energieverlusten führen würde. Ohne die Freiläufe würde die Schaltkupplung nur bei abgeschalteter Regelkupplung aktiviert werden, was je nach Bauart der Regelkupplung nicht immer zu gewährleisten ist.
Die beiden in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiele für einen erfindungsgemäßen Lüfterantrieb sind nur zwei von weiteren Ausführungsvarianten mit zweiachsiger Bauweise und zwei parallel geschalteten Antriebssträngen. Grundsätzlich ergeben sich für die Anordnung der Regelkupplung, der Schaltkupplung und des Lüfters auf der ersten und/oder auf der zweiten Achse acht Varianten, von denen zwei hier dargestellt sind. Der Lüfter stellt ebenfalls nur ein Ausführungsbeispiel für eine Strömungsmaschine dar. Der erfindungsgemäße Lüfterantrieb könnte ebenso für einen anderen mit Schaufeln bestückten Rotor, der Arbeit an ein kontinuierlich strömendes Fluid abgibt und dem an seiner Rotorwelle Energie zugeführt wird, verwendet werden. Neben dem dargestellten Axiallüfter ist daher ebenso ein Radiallüf- ter, Radialverdichter, ein Axialpumpenrad oder ein Radialpumpenrad als Strömungsmaschine vorstellbar und im Rahmen der Erfindung liegend. Darüber hinaus sind die dargestellten Riementriebe zwischen der Achse der Kurbelwelle und der Achse des Lagerzapfens durch andere gleichwertige formschlüssige oder reibschlüssige Triebe substituierbar, beispielsweise durch Zahnriementriebe, Kettentriebe oder Zahnradgetriebe. Schließlich sind für die bevorzugt als drehmomentgeregelte Flüssigkeitsreibungskupplung ausgebildete Regelkupplung andere gleichwertige Varianten möglich.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zum Antreiben einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Lüfters (2) eines Kraftfahrzeuges durch einen Verbrennungsmotor, wobei die Strömungsmaschine von dem Verbrennungsmotor über zwei Antriebsstränge mit je einer Regelkupplung und einer Schaltkupplung antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass beide Antriebsstränge (14, 15; 27, 28) parallel geschaltet sind und dass die Strömungsmaschine (2) entweder über die Schaltkupplung (12, 21) oder über die Regelkupplung (8) antreibbar ist, wobei die beiden Antriebsstränge vorzugsweise ungleiche Übersetzungen i1m i2 aufweisen (li ≠ i2).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebsstrang (14) die Schaltkupplung (12) und die schnellere Übersetzung (h > i2) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebsstrang (14) die Schaltkupplung (12) und die langsamere
Übersetzung (h < i2) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der beiden Antriebsstränge (14, 15; 27, 28) als zwei Achsen (6a, 11a, 6a, 29a) enthaltender form- oder kraftschlüssiger Trieb, vorzugsweise als Riementrieb (9, 17; 30 32) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Achse durch die Achse (6a) der Kurbelwelle (6) des Verbrennungsmotors gebildet wird.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Achse (11a, 29a) parallel zur Achse (6a) der Kurbelwelle (6) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelkupplung (8) auf der ersten Achse (6a), der Kurbelwellenachse, angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelkupplung (8) auf der zweiten Achse (11a, 29a) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (12) auf der zweiten Achse (11a) angeordnet ist.
10. Vorrichtung nach einem der Anspruch 4 bis 8, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Schaltkupplung (21) auf der ersten Achse, der
Achse (6a) der Kurbelwelle (6), angeordnet ist.
11.Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelkupplung als drehmomentgeregelte Flüssigkeitsreibungskupplung (8) ausgebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkupplung (12, 21 ) als Elektromagnetkupplung ausgebildet ist.
13. Vorrichtung zum Antreiben einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Lüfters (2) eines Kraftfahrzeuges durch einen Verbrennungsmotor, wobei die Strömungsmaschine von dem Verbrennungsmotor über zwei Antriebsstränge mit je einer Regelkupplung und einer Schalt- kupplung antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Antriebsstrang (27) als Durchtrieb mit einer Schaltkupplung (21 ) ausgebildet ist und dass der zweite Antriebsstrang (28) zwei form- oder kraftschlüssige, hintereinander geschaltete Triebe, insbesondere zwei Riementriebe (30, 32) und eine Regelkupplung (8) enthält.
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