DE3203143A1

DE3203143A1 - Luefterantrieb

Info

Publication number: DE3203143A1
Application number: DE19823203143
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 7990 Friedrichshafen Linnig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-01-30
Filing date: 1982-01-30
Publication date: 1983-08-04
Also published as: DE3203143C2

Description

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Die Erfindung betrifft einen Lüfterantrieb, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem mittels einer Magnetkupplung oder dergleichen an einen Motor ankuppelbaren Lüfterrad.

Die in Verbrennungsmotoren an den Brennraumwänden c.bgegebene Wärme muß durch Luft- oder Wasserkühlung an die Umgebungsluft abgeführt werden. Hierzu dient im allgemeinen ein Ventilator z. B. zur Temperaturregelung. Die Beeinflussung des Ventilators hat abgesehen von der Temperaturregelung noch den Grund der Leistungs- und damit Kraftstoffersparnis. sowie der Geräuschentwicklung. Eine Regelung wird durch elektromagnetisch 3 Ventilatorkupplungen oder durch Elektromotorantrieb erreicht. Dabei erfolgt das Zu- und Abschalten der Ventilatoren durch Thermoschalter im Kühlwasserstrom. Zwar kann ein geringes Laufgeräusch des Kühlventilators durch Begrenzung der Umfangsgeschwindigkeit sowie durch besondere konstruktive Ausgestaltungen erreicht werden, eine Geräuschenttficklung kann jedoch nicht ausgeschaltet werden.

Auch der Leistungsbedarf eines Ventilators kann bis 5 % in der Motorleistung bei wassergekühlten Motoren und bis 10 % bei luftgekühlten Motoren betragen. Dies führt dazu, daß man Ventilatoren nur dann einsetzt, wenn sie zur Kühlung unbcdinat benöti- t werden. Im übrigen bleibt der Ventilator ausgeschaltet

Bei einer derartigen Betriebsweise (Ein- und Ausschalten) hat es sich jedoch gezeigt, daß dies zwar der Motorkühlung ausreichend Rechnung trägt, jedoch nicht den im Motorraum befindlichen elektronischen Bauelementen. Insbesondere bei Fahrzeugen mit Heckmotor (Busse usw.) hat es sich herausgestellt, daß ein völliges Abschalten des Ventilators zu Störungen an bestimmten Aggregaten führen kann. In Bussen wurden deshalb z. B. kleinere zusätzliche elektrisch angetriebene Ventilatoren eingebaut. Diese Maßnahmen sind jedoch umständlich und kostenaufwendig.

Um diesen Mangel zu beheben, ist eine sogenannte Strömungsbremse bekannt geworden, die mit einer geregelten Schleppdrehzahl arbeitet. Bei abgeschalteter Magnetkupplung überträgt die hydraulische Strömungsbremse Antriebskräfte auf den Lüfterflügel. Die Momentenübertragung geschieht dabei nach Art einer hydraulischen Kupplung.

Eine derartige Konstruktion hat den Nachteil, daß sie mit verschiedenen Schaufelrädern und Hydraulikmedium sehr aufwendig konstruiert ist. In dem Hydraulikmediun entsteht außerdem eine nicht unbeachtliche Wärme, die nach außen hin abgeführt werden muß. Schließlich gibt es nicht unbeachtliche Dichtungsprobleme bei der Handhabung der Hydraulikflüssigkeit. Die bekannte Konstruktion ist demnach konstruktiv sehr aufwendig und in der Handhabung bezüglich Kühlung und Abdichtung sehr problematisch.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen abschaltbaren Lüfterantrieb mit geregelter Schleppdrehzahl des Lüfterflügels zu schaffen, der konstruktiv sehr einfach und damit kostengünstig aufgebaut ist und bei dem sich keinerlei Kühl- oder Dichtungsprobleme ergeben.

Die Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch gelöst, daß der Ventilator im nicht an den Motor angekuppelten Zustand nach dem Wirbelstromprinzip angetrieben wird.

Das bekannte Wirbelstr mprinzip arbeitet mit einem sehr einfachen Aufbau und eiuer großen Betriebssicherheit. Dabei wird durch einen umlaufenden Permanentmagneten mit Einzelpolen wechselnder Polarität ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt, welches in einem Läufer Wirbelströme induziert, die ein der Drehzahl proportionales Drehmoment erzeugen. Durch dieses Prinzip kann demnach eine konstante Schleppdrehzahl des Lüfterflügels ab einer bestimmten Motordrehzahl erzielt werden, die wesentlich niedriger als die Motordrehzahl liegt. Hierdurch wird auch die Schalthäufigkeit des Lüft-eisystems verringert.

Das erfindungsgemäße System hat den Vorteil, daß ein Wärmestau im Motorraum vermieden wir. Dies ist insbesondere bei gekapseltem Motorraum wichtig. Weiterhin tritt eine Verschleißminderung durch reduzierte Massenbeschleunigung

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auf, da der Lüfterf]üyöl nur von der bestimmten Schleppdrehzahl aus beschleunigt werden muß. Hierdurch werden auch die Keilriemen geschont. Gegenüber der bekannten hydraulischen Lüfterkupplung hat der erfindungsgemäße Lüfterantrieb den Vorteil, daß keine Dichtungsprobleme mit Hydraulikmedium sowie Wärmeabführprobleme aus dem Hydraulikmedium zu bewältigen sind. Vielmehr stellt die erfindungsgemäße Einrichtung eine äußerst einfache^ rein mechanische Lösung dar. Die Übertragung des Drehmoments erfolgt rein induktiv, wobei die Ubertragungsverluste relativ gering sind. Der Antrieb ist verschleißfrei.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß die Lüfterantriebswelle mit einem elektrisch leitenden Läuferrad und der frei umlaufende Lüfterflügel mit einem Permanentmagneten wechselnder Polarität verbunden ist. Der Permanentmagnet ist dabei eis zylindrische Scheibe mit 4 bis 10 Segmenten oder mehr ausgebildet.

Diese konstruktive Ausführungsform ermöglicht auf einfachste Weise ein Rotieren des Ventilators bei nicht direkt angekuppelter Lüfterkupplung.

Durch einfaches Anschrauben eines Permanentmagneten an die

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Lüfterflügelnabe, sowie durch das vor dem Permanentmagneten angeordneten Läuferrad wird eine voll funktionsfähige Kupplung mit geregelter Schleppdrehzahl geschaffen.
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Besonders vorteilhaft ist weiterhin, daß das Läuferrad in dem dem Permanentmagneten abgewandten Bereich Kühlrippen aufweist. Hierdurch kann die in dem Läuferrad durch die induzierten Wirbelströme entstehende Wärme ohne aufwendige konstruktive Maßnahmen abgeführt werden.·

Vorteilhaft ist weiter, in, daß der Abstand zwischen dem Läuferrad und dem Permarentmagneten variabel ist. Durch diese Maßnahme kann der Einfluß des Permanentmagneten auf das Läuferrad, d. h. die Einwirkung des Drehmoments und damit die Drehzahl variiert werden. Durch Variation dieses Abstandes kann demnach die Schleppdrehzahl auf die jeweiligen Bedürfnisse und a^if den Motortyp abgestimmt werden.

Reicht die Schleppdrehzahl zur Kühlung nicht mehr aus, so wird auf herkömmliche Weise die Magnetkupplung eingeschaltet und die Lüfterd'-ciizahl auf die Motordrehzahl angehoben.

Ein .Aücführunqsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Ec zeigen FLg. 1 einen Axialschnitt des wirksamen

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Teils einer bekannten Magnetkupplung für Lüfterantriebe mit dem erfindungsgemäßen Lüfterantrieb.

Die in der Figur dargestellte Magnetkupplung entspricht einer Einrichtung wie sie z. B. in dem deutschen Gebrauchsmuster Nr. 81 09 726 dargestellt ist. In der Figur ist ein feststehender Befestigungsflansch 11 dargestellt, an dem ein Stator 12 angeschraubt ist. Es handelt sich um einen im Schnitt im wesentlichen U-förmigen, aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehenden Ringkörper, in den eine Erregerwicklung 13 eingebetet ist. Diese steht über ein Kabel 14 mit einer Spannungsquelle in Verbindung.

Ein Rotor 15 und ein Ankerring 16 sind unabhängig voneinander am eine Achse 17 drehbar gelagert. Der Ankerring ist zud/^ra um einen geringen Betrag axial beweglich, sodaß or bei eingeschalteter Erregerwicklung 13 einen Luftspalt 18 von etwa 0,3 mm schließt und sich unmittelbar an den Rotor 15 anlegt. Dieser ist mit einer Antriebswelle 19 über eine Paßfeder 20 fest verbunden.

• Der Rotor 15 umschließt mit seinen Ringwänden 21 und 22 den Stator 12 teilweise, wodurch zylindrische Luftspalte 13 und 24 entstehen. Der mit der Erregerwicklung 13 verkettete Magnetfluß tritt vom Stator durch den Luftspalt 13 in -die Ringwand 21 des Rotors und kehrt durch die Ringwand 22 und den Luftspalt 24 zurück. In die ebene Partie

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des Rotors sind auf zwei Radien kreisförmig verteilte Bogenschlitze 25, 26 eingefräst. Zwischen den aufeinanderfölgenden Schlitzen verbleiben nur schmale Stege. Somit bie— tet sich der radialen Flußkomponente im Rotor an zwei Stellen der radialen Distanz eine starke Verengung des Fluiweges, indem der Kreisumfang auf die Summe der wenigen Stegbreiten zusammenschrumpft. In der Auswirkung sind dies zwei hohe magnetische Widerstände. Der Fluß umgeht diese Widerstände, indem er über den Luftspalt 18 in den Ankerring 16 ausweicht. Dieser ist durch entsprechende, nicht näher dargestellte Bogenschütze in einen oberen und unteren Ringbereich 27 und 28 getei., ·.. Der Fluß wechselt daher vom Ringbereich 27 unter Umgehung des Bogenschlitzes im Ankerring 16 in den mittleren Ringbereich 2 9 des Rotors 15, von dort wieder in den Ringbereich 28 des Ankerrings 16 und schließlich wieder zurück in den Rotor 15. Dieser meanderförmige Flußverlauf ergibt die erwünschten axialen Flußkoruponer. ten, und damit eine hohe" Zugkraft zwischen dem Ankerring 16 und dem Rotor 15 bei eingeschalteter Erregerwicklung 13.

An dem Ankerring 16 ist eine Lüfterradnabe 30 mittels einer . Schraubverbindung 21 angeflanscht. An die auf der Antriebswelle 19 frei, umlaufende Lüfterradnabe 3O ist der Γ/üfterflügel j2 angeschraubt.. Bei angezogenem Ankerring 16- ar. den

2b Rotor "¹J rot-t^rt der Lüftt>rflügel 3 2 mit der Drehzahl der Antriebswelle 19.

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An die Lüfterradnabe 30 ist ein zylindrischer Permanentmagnet 33 befestigt. Die kroisförmige Oberfläche des Permanentmagneten 33 ist in ca. 10 Segmentabschnitte mit wechselnder Polarität aufgestellt.
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In einem Abstand von ca. 0,1 bis 4 mm vom Permanentmagneten 33 entfernt, befindet sich ein elektrisch leitendes Läuferrad 34, z. B. aus ferromagnetischem Material, Aluminium oder dergleichen. Dieses Läuferrad 34 ist über eine Nabe 35 fest mit der umlaufenden Antriebswelle 19 verbunden. Im vorderen Bereich weist das Läuferrad 34 eine flügeiförmige Ausgestaltung 36 auf, zur Kühlung des durch die induzierten Ströme sich erwärmenden Läuferrades.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Bei nichteingeschalteter Magnetkupplung rotiert das Läuferrad 34 mit der Drehzahl der Antriebswelle 19. Durch das umlaufende Magnetfeld werden Wirbelströme induziert, die ein der Drehzahl proportionales Drehmoment erzeugen. Hierdurch dreht sich der Permanentmagnet 33, mit ihm die Lüfterradnabe 30 und der Lüfterflügel.

DLe Lüfterradnabe 30 dreht .-sich jedoch gegenüber der Motordrehzahl mit verminderter Drehzahl. Dieses Übersetzungsverhältnis richtet sich nach der Magnetkraft zwischen dem Permanentmagneten 33 und dem Läuferrad 34. Dabei spielen die Anzahl der Segmente des Permanentmagneten sowie der Ab-

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stand zwischen diesem und dem Läuferrad 34 eine Rolle. Der Lüfterflügel 32 rotiert ab einer bestimmten Drehzahl mit einer nahezu konstanten Drehzahl, unabhängig von der noch weiter steigenden Drehzahl der Antriebswelle 19. In diesem Fall sind Antriebskraft über den Wirbelstromeffekt und Lüfterflügelwiderstand gleich groß.

Die durch das Wirbelstromprinzip entstehende Wärme in dem Läuferrad 34 wird durch die Flügel 36 wieder abgeführt. 10

Bei eingeschalteter Magnetkupplung wird der Ankerring 16 an den Rotor 15 herange ogen und es steht eine kraftschlüssige Verbindung. In diesom Fall rotiert der Lüfterflügel mit der Drehzahl der Antriebswelle 19.

L e e r ίe i t e

Claims

Aintl. Bezeichnung: "Lüfterantrieb"

A n s j rüche

1 J Lüfterantrieb, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem mittels einer Magnetkupplung oder dergleichen an einem Verbrennungsmotor ankuppelbaren Ventilator, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilator (32) im nicht an die Motorwelle (19) angekuppelten Zustand r.ach dem Wirbelstromprinzip angetrieben wird.
2. Lüfteran-i-rieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d^Z die Lüfterantriebswelle (19) mit einem elektrisch leitenden Läuferrad (34) und der frei umlaute, -Ie -Ventilator oder Lüfterflügel (32) mit einem- Permanentmagneten (33) wechselnder Polarität verbunden ist.
3. Lüfterantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (33) aus einer zylindrischen Scheibe mit vier bis zehn Segmenten besteht.
4. Lü::terrad nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Läuferrad (34) in dem dem. Earraanentmagneter (33) abgewandten Bereici Kühlrippen (36) aufweist.
5. Lüfterantrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Läuferrad (34) und dem Permanentmagneten (33) variabel, insbesondere 0,1 bis 1,0 mm ist.