Die Erfindung bezieht sich auf einen Lüfterantrieb mit einer Flüssigkeitsreibungskupplung für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 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.
Durch die GB-A 1 405 994 wurde ein Lüfterantrieb bekannt, bei welchem der Lüfter einerseits durch den Verbrennungsmotor des Fahrzeuges und andererseits durch einen zusätzlichen Elektromotor bedarfsweise antreibbar ist. Bei einer von drei Ausführungsformen dieser Druckschrift wird der Lüfter vom Verbrennungsmotor über eine Flüssigkeitsreibungskupplung angetrieben, die als Freilauf fungieren soll, während der Antrieb vom Elektromotor über eine Elektromagnetkupplung zugeschaltet wird. Nachteilig bei dieser Ausführung ist, daß die Flüssigkeitsreibungskupplung nicht als Freilauf wirkt, sondern als Bremse und somit Energie vernichtet. Wenn nämlich der Elektromotor bei eingeschalteter Kupplung den Lüfter und damit das Gehäuse der Flüssigkeitsreibungskupplung antreibt und wenn dabei die Drehzahl der Antriebsscheibe der Flüssigkeitsreibungskupplung niedriger ist, wird ein Drehmoment aufgrund der Differenzdrehzahl übertragen, welches als Bremsmoment wirkt. Diese Bremsleistung ist Verlustleistung, mit der das Bordnetz zusätzlich belastet wird.
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. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird zu dem an sich bekannten Lüfterantrieb mit bekannter Flüssigkeitsreibungskupplung ein im Fahrzeug befestigter Elektromotor über einen ersten Freilauf zugeschaltet; ein zweiter Freilauf ist im Antriebsstrang zwischen Motor und Antriebsscheibe der Kupplung vorgesehen. 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.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen: der 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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 2 bis 6 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
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. Im Bereich der Kupplung ist 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.
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.
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.
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.
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 la gelagert ist. Letzterer trägt auf der dem Antriebsflansch 1 entgegengesetzen Seite einen Freilauf 24, welcher in einer Hohlnabe 22 oder Antriebswelle 2 befestigt ist. Der motorseitige Antrieb erfolgt somit von dem Antriebswellenstummel la über den Freilauf 24 auf die Antriebswelle 2 und die Antriebsscheibe 3. Die Keilriemenscheibe 16 ist auf der Nabe 5 kupplungsseitig befestigt.
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.