DE102010007247B4

DE102010007247B4 - Hydraulischer Lüfterantrieb

Info

Publication number: DE102010007247B4
Application number: DE102010007247.8A
Authority: DE
Inventors: Marcus Karl Pfeiffer; Dr. Bauer Frank; Josef Schmidbauer
Original assignee: Hydac Filtertechnik GmbH
Current assignee: Hydac Filtertechnik GmbH
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: DE102010007247A1

Abstract

Hydraulischer Lüfterantrieb (1) für eine Kühleinrichtung (2) eines Druckmittels, mit einer Hydropumpe (3) und mit einem von der Hydropumpe (3) über eine Druckleitung (4) mit Druckmittel versorgbaren Hydromotor (5), von dem ein Lüfterrad (6) mit einer in Abhängigkeit von der Temperatur des Druckmittels veränderbaren Drehzahl antreibbar ist, wobei eine Druckregeleinrichtung (7) für den Hydromotor (5) vorgesehen ist, die einen Druckregler (8) umfasst, welcher wenigstens mittelbar von einem Thermoelement (9) angesteuert ist, wobei das Thermoelement (9) von einem Bypassvolumenstrom durchströmt ist, der von der Druckleitung (4) abgezweigt ist, stromab einer Querschnittsverengung (10) das Thermoelement (9) durchströmt und zu kühlendes Druckmittel einer Arbeitshydraulik (26) enthält, und wobei die Hydropumpe (3) eine Konstantstrompumpe (11) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregeleinrichtung (7) ein Wegeventil (12) aufweist, das von einer Seite mit einer Druckfeder (16) und von seiner anderen Seite mit dem Thermoelement (9) beaufschlagt ist, und dass eine Druckmittelleitung (13) stromauf der Hydropumpe (3) vorgesehen ist, die eine fluidführende Verbindung zu dem Wegeventil (12) bildet, von der über die Querschnittsverengung (10) der Bypassvolumenstrom zu dem Thermoelement (9) geführt ist und die die Druckleitung (4) mit einer Saugseite (14) der Hydropumpe (3) verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Lüfterantrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.
Solche hydraulischen Lüfterantriebe werden meist innerhalb einer Kühlanlage einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Um die Kühlleistung gering zu halten, wird bei einem hydraulischen Lüfterantrieb ein Hydromotor bei einer niedrigen Temperatur des zu kühlenden Druckmittels oder Kühlmittels mit einer niedrigen Drehzahl und bei einer höheren Temperatur des Druckmittels mit einer höheren Drehzahl angetrieben. Dabei entspricht jeder Drehzahl ein bestimmter Druck in der Druckleitung, so dass man die jeweils richtige Drehzahl dadurch erhalten kann, dass in der Druckleitung ein bestimmter Druck aufrechterhalten wird. Je höher die Temperatur des zu kühlenden Druckmittels oder Kühlmittels ist, desto höher ist der Druck in der Druckleitung und umso höher ist die Menge des geförderten Druckmittels. Bei einer niedrigen Temperatur ist die Leistung, die die Hydropumpe abgibt, deshalb nur gering, bei höheren Temperaturen hingegen relativ groß. Durch eine reduzierte Lüfterdrehzahl lässt sich auch eine Geräuschminderung erreichen.
Die DE 38 40 023 A1 beschreibt einen hydrostatischen Antrieb für den Lüfter einer Brennkraftmaschine, der einen Zahnradmotor aufweist, dessen Drehzahl durch den von einem Thermostatventil vorgegebenen Druck auf eine sich an die Seitenflächen seiner Zahnräder anlegenden, druckbeaufschlagbaren Dichtplatte regelbar ist. Bei niedriger Temperatur der Kühlflüssigkeit ist die Drehzahl des Zahnradmotors gering, bei steigender Drehzahl erhöht sie sich durch zunehmendes Schließen des Thermostatventils und steigt bis zur Maximaldrehzahl.
Die DE 34 07 747 A1 beschreibt einen Kühlkreislauf für ein Kühlmittel einer Brennkraftmaschine. Beim Anlassen der Brennkraftmaschine und bei einer niedrigen Temperatur des Kühlmittels wird wenig Leistung an den Lüfterantrieb abgegeben, bei einem Warmstart der Brennkraftmaschine dagegen muß der Anlasser nicht nur die Brennkraftmaschine anwerfen, sondern auch ein relativ hohes Moment zum Antreiben der Hydropumpe aufbringen. Dadurch wird die Batterie, aus der der Anlasser üblicherweise gespeist wird, entsprechend belastet.
In der DE 40 25 992 A1 ist eine Antriebsbelastungs-Steuereinrichtung für eine verdrängungsvariable Hydraulikpumpe beschrieben, die eine Steuereinrichtung umfaßt. Die Steuereinrichtung berücksichtigt einen Startzustand und steuert eine Verdrängungs-Veränderungseinrichtung der Pumpe an. Damit wird die Auslasskapazität der Pumpe reduziert und die Antriebsleistung derselben verringert.
DE 43 21 636 A1 offenbart einen gattungsgemäßen hydraulischen Lüfterantrieb für eine Kühleinrichtung eines Druckmittels, mit einer Hydropumpe und mit einem von der Hydropumpe über eine Druckleitung mit Druckmittel versorgbaren Hydromotor, von dem ein Lüfterrad mit einer in Abhängigkeit von der Temperatur des Druckmittels veränderbaren Drehzahl antreibbar ist, wobei eine Druckregeleinrichtung für den Hydromotor vorgesehen ist, die einen Druckregler umfasst, welcher wenigstens mittelbar von einem Thermoelement angesteuert ist, wobei das Thermoelement von einem Bypassvolumenstrom durchströmt ist, der von der Druckleitung abgezweigt ist, stromab einer Querschnittsverengung das Thermoelement durchströmt und zu kühlendes Druckmittel einer Arbeitshydraulik enthält, und wobei die Hydropumpe eine Konstantstrompumpe ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Lüfterantrieb für eine Kühleinrichtung eines Druckmittels zu schaffen, der konstruktiv einfach aufgebaut ist und einen minimierten Energiebedarf im Betrieb aufweist.
Diese Aufgabe wird mit einem hydraulischen Lüfterantrieb für eine Kühleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit gelöst.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 weist die Druckregeleinrichtung ein Wegeventil auf, das von einer Seite mit einer Druckfeder und von seiner anderen Seiten mit dem Thermoelement beaufschlagt ist, und ist eine Druckmittelleitung stromauf der Hydropumpe vorgesehen, die eine fluidführende Verbindung zu dem Wegeventil bildet, von der über die Querschnittsverengung der Bypassvolumenstrom zu dem Thermoelement geführt ist und die die Druckleitung mit einer Saugseite der Hydropumpe verbindet.
Bei der besonders einfach aufbauenden Ausführung des hydraulischen Lüfterantriebes ist die Hydropumpe zur Förderung von Druckmittel an den zum Antrieb des Lüfterrades dienenden Hydromotor als Konstantstrompumpe ausgebildet. Um eine einfache Druckregelung und Volumenstromregelung für den Hydromotor zu bewirken, ist erfindungsgemäß eine die Hydropumpe kurzschließende Druckmittelleitung vorgesehen, die einen Abgang an der Druckleitung aufweist und einen Eingang an der saugseitigen Druckmittelleitung der Hydropumpe vorsieht. Ein Wegeventil, das in der einfachsten Bauweise des Lüfterantriebes als 2/2-Wegeventil ausgebildet ist, steuert den Druckmittelstrom in dieser Bypassleitung. Das Wegeventil ist in einer seiner beiden Betätigungsrichtungen von einem Thermoelement, insbesondere von einem Dehnstoffthermoelement, und in seiner anderen Richtung von einer Druckfeder beaufschlagt. Das Thermoelement wird von einem Bypassvolumenstrom stromab einer Drossel aus dieser, die Hydropumpe insoweit kurzschließenden Druckmittelleitung durchströmt. Ist beispielsweise die Temperatur des das Thermoelement durchströmenden oder anströmenden Druckmittels gering, so ist das Wegeventil in einer geöffneten Schaltstellung, d.h. der Hydromotor für das Lüfterrad wird nicht oder kaum von Druckmittel durchströmt. Vielmehr wird nahezu der gesamte Volumenstrom, der von der Hydropumpe gefördert wird, über die die Hydropumpe kurzschließende Druckmittelleitung von der Druckseite zur Saugseite gefördert. Steigt die Temperatur des Druckmittels an dem Thermoelement an, so schließt das Wegeventil bevorzugt stetigverstellend die die Hydropumpe kurzschließende Druckmittelleitung und Druckmittel wird zu dem Hydromotor zum Antrieb des Lüfterrades gefördert.
Dadurch, dass der hydraulische Lüfterantrieb eine Druckregeleinrichtung für einen Hydromotor aufweist, die einen Druckregler umfaßt, welcher wenigstens mittelbar von einem Thermoelement angesteuert ist, das von einem Bypassvolumenstrom durchströmt ist, wobei der Bypassvolumenstrom von der Druckleitung abgezweigt ist, in der auch zu kühlendes Druckmittel einer Arbeitshydraulik strömt, und stromab einer Querschnittsverengung, insbesondere in Form einer Drossel, das Thermoelement durchströmt, ist ein hydraulischer Lüfterantrieb geschaffen, der konstruktiv einfach aufbaut und der sehr direkt und damit energieeffizient die Drehzahl des Hydromotors imstande ist zu regeln.
Die aktuelle, druckseitige Temperatur des Druckmittels der Hydropumpe für den Antrieb des Hydromotors wird als Regelgröße für das geförderte Druckmittelvolumen der Hydropumpe und damit als Regelgröße für die Drehzahl des Hydromotors genutzt. Das Druckmittel enthält auch das zu kühlende Druckmittel einer Arbeitshydraulik, da beide Hydraulikkreisläufe einen gemeinsamen Druckmittelbehälter nutzen. Das Thermoelement ermöglicht eine direkte Eingabe einer Stellgröße in die Druckregeleinrichtung oder zumindest eine mit geringem Bauaufwand verbundene indirekte Eingabe einer Stellgröße für das zu dem Hydromotor geförderte Druckmittelvolumen.
Zwischen der durch den Hydromotor fließenden, durch die Drehzahl des Hydromotors bestimmten Druckmittelmenge pro Zeiteinheit und dem Druck in der Druckleitung besteht ein direkter Zusammenhang. Die Lüfterdrehzahl nimmt in der Regel mathematisch gesehen proportional zur Wurzel des Druckes zu. Somit ist es möglich, die Drehzahl des Hydromotors durch Konstanthalten des Druckes in der Druckleitung gleichfalls konstant zu halten oder durch eine Veränderung des Druckes in der Druckleitung diese Drehzahl zu verändern. Ferner ist es möglich, mit Hilfe der Druckregeleinrichtung die Drehzahl des Lüftermotors unabhängig von der Eingangsdrehzahl der Pumpe, die wiederum von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängt, konstant zu halten.
Dem Druckregler kann ein Wegeventil parallel geschaltet sein, über das beispielsweise während der Einschaltzeit eines Anlassers einer Verbrennungskraftmaschine, die die Hydropumpe antreibt, die Druckseite des Druckreglers mit einem Tankanschluß verbindbar ist. Das Wegeventil kann auch die Druckseite der Hydropumpe mit dem Tank verbinden, um eine Notfunktion des hydraulischen Lüfterantriebes zu realisieren.
Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen näher erläutert. Die Figur der Zeichnung zeigt:

einen schematischen Schaltplan eines Ausführungsbeispiels eines hydraulischen Lüfterantriebes, wobei der Volumenstrom einer Hydropumpe von einem Wegeventil in einer Kurzschlußleitung für die Hydropumpe geregelt ist.

In der Figur ist ein erster schematischer Schaltplan eines hydraulischen Lüfterantriebes 1 für eine Kühleinrichtung 2 zur Kühlung eines Druckmittels, wie etwa eines Hydrauliköls einer nicht näher spezifizierten Arbeitshydraulik 26, gezeigt. Eine als Konstantstrompumpe 11 ausgebildete Hydropumpe 3 ist hierbei von einer Verbrennungskraftmaschine 27 angetrieben und fördert Druckmittel aus einem Druckmittelbehälter 28 über eine Druckleitung 4 zu einem Hydromotor 5. Die Hydropumpe 3 kann als Flügelzellenpumpe oder Zahnradpumpe oder in der Art einer Axialkolbenmaschine oder in Form einer sonstigen Pumpenkonstruktion ausgebildet sein. Ein Lüfterrad 6 wird von dem Hydromotor 5 angetrieben und fördert Kühlluft auf einen Kühler 29, wobei zwischen dem Kühler 29 und der Arbeitshydraulik 26 noch eine übliche Filtereinrichtung 33 geschaltet sein kann, die von dem zu kühlenden Druckmittel der Arbeitshydraulik 26 durchströmt ist. Zwischen Kühler 29 und Arbeitshydraulik 26 ist noch eine übliche Filtereinrichtung 33 geschaltet. Der in der Figur gezeigte hydraulische Lüfterantrieb 1 weist des Weiteren eine Druckregeleinrichtung 7 zur Regelung des Druckmitteldruckes in der Druckleitung 4 zu dem Hydromotor 5 auf. Die Druckregeleinrichtung 7 dient zur temperaturabhängigen Durchfluß- oder Druckregelung des Druckmittels und weist einen einzigen Druckregler 8 in Form eines Wegeventils 12, genauer in Form eines 2/2-Wegeventils auf.
Ein nicht näher dargestellter Regelkolben des stetig verstellbaren 2/2-Wegeventils 12 wird von einer Seite mit einer Druckfeder 16 und von seiner anderen Seite mit einem Thermoelement 9 beaufschlagt. Das Thermoelement 9 ist bevorzugt als Dehnstoffthermoelement 15 ausgebildet und wird von Druckmittel des hydraulischen Lüfterantriebes 1 und der Arbeitshydraulik 26 durchströmt.
Zu diesem Zweck ist eine Druckmittelleitung 13 stromauf der Hydropumpe 3 vorgesehen, die eine fluidführende Verbindung zum einen zu dem 2/2-Wegeventil 12 bildet und von der über eine als Drossel 10 gebildete Querschnittsverengung ein Bypassvolumenstrom zu dem Thermoelement 9 geführt ist. Das Thermoelement 9 wird demnach von dem Druckmittel des hydraulischen Lüfterantriebes 1 und auch der Arbeitshydraulik 26 durchströmt, da diese einen gemeinsamen Druckmittelbehälter 28 aufweisen.
Das Thermoelement 9 steht im Wärmeaustausch mit dem Druckmittel und dehnt sich je nach dessen Temperatur mehr oder weniger aus. In dem in der Figur gezeigten Schaltzustand des 2/2-Wegeventils ist das Thermoelement 9 im Wesentlichen nicht ausgedehnt. d.h. der von der Hydropumpe 3 geförderte Druckmittelstrom wird zum größten Teil über das 2/2-Wegeventil 12 kurzgeschlossen und der Saugseite 14 der Hydropumpe 3 wieder zugeführt. Der Hydromotor 5 dreht sich mit seinem Lüfterrad 6 nur mit vergleichsweise niedriger Drehzahl. Erwärmt sich nun das Druckmittel in dem Druckmittelbehälter 28 aufgrund von Wärmeeintrag von Druckmittel aus der Arbeitshydraulik 26, so dehnt sich auch das Thermoelement 9 aus und verbringt den Regelkolben des 2/2-Wegeventils in eine Schließposition, so dass mehr Druckmittel von der Hydropumpe 3 zu dem Hydromotor 5 gefördert wird. Das Lüfterrad 6 dreht sich schneller und erhöht insoweit den Kühlluftstrom auf einen Kühler 29, so dass insoweit eine verstärkte Ölkühlung des Medienstroms für die Arbeitshydraulik 26 erfolgt.
Bei der Ausführungsform nach der Figur ist eine lineare, aber relativ steile hysteresebehaftete Kennlinie für die Temperaturführung erreicht.

Claims

Hydraulischer Lüfterantrieb (1) für eine Kühleinrichtung (2) eines Druckmittels, mit einer Hydropumpe (3) und mit einem von der Hydropumpe (3) über eine Druckleitung (4) mit Druckmittel versorgbaren Hydromotor (5), von dem ein Lüfterrad (6) mit einer in Abhängigkeit von der Temperatur des Druckmittels veränderbaren Drehzahl antreibbar ist, wobei eine Druckregeleinrichtung (7) für den Hydromotor (5) vorgesehen ist, die einen Druckregler (8) umfasst, welcher wenigstens mittelbar von einem Thermoelement (9) angesteuert ist, wobei das Thermoelement (9) von einem Bypassvolumenstrom durchströmt ist, der von der Druckleitung (4) abgezweigt ist, stromab einer Querschnittsverengung (10) das Thermoelement (9) durchströmt und zu kühlendes Druckmittel einer Arbeitshydraulik (26) enthält, und wobei die Hydropumpe (3) eine Konstantstrompumpe (11) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckregeleinrichtung (7) ein Wegeventil (12) aufweist, das von einer Seite mit einer Druckfeder (16) und von seiner anderen Seite mit dem Thermoelement (9) beaufschlagt ist, und dass eine Druckmittelleitung (13) stromauf der Hydropumpe (3) vorgesehen ist, die eine fluidführende Verbindung zu dem Wegeventil (12) bildet, von der über die Querschnittsverengung (10) der Bypassvolumenstrom zu dem Thermoelement (9) geführt ist und die die Druckleitung (4) mit einer Saugseite (14) der Hydropumpe (3) verbindet.
Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (9) als Dehnstoffthermoelement (15) ausgebildet ist.
Lüfterantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfterantrieb (1) ein parallel zu dem Druckregler (8) geschaltetes Wegeventil (23) aufweist, dessen Regelkolben (24) auf der einen Seite von einer Druckfeder (25) beaufschlagt ist und auf der anderen Seite vom Pumpendruck der Hydropumpe (3).
Lüfterantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wegeventil (23) zur Maximaldruckregelung oder zum Abschalten des Hydromotors (5) bei einem Startvorgang einer die Hydropumpe (3) antreibenden Verbrennungskraftmaschine (27) dient.