DE4117336A1 - Luefterantrieb fuer den kuehler eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lüfterantrieb für den Küh­ ler eines Kraftfahrzeuges, wobei der Lüfter kühlerfest gelagert und vom Motor des Kraftfahrzeuges über eine bewegliche Antriebsvermittlung angetrieben wird - ein derartiger Lüfterantrieb wurde durch die deutsche Pa­ tentschrift 8 34 158 bekannt.

Bei diesem vorbekannten Lüfterantrieb erfolgt die Kraftübertragung vom Motor auf den Lüfter mittels einer biegsamen Welle, d. h. einer beweglichen Antriebsver­ mittlung. Der Antrieb über eine biegsame Welle gestat­ tet zwar eine kühlerfeste Lüfterlagerung und eine weit­ gehend unabhängige Anordnung von Kühlergebläse einer­ seits und Motor andererseits - die Relativbewegungen zwischen Kühleraggregat und Motor werden somit über die biegsame Welle aufgenommen. Andererseits weist die biegsame Welle verschiedene Nachteile auf: So sind Übertragungsleistung und Antriebsdrehzahl begrenzt, und ferner findet eine Geräuschübertragung vom Motor auf den Lüfter bzw. die Lüfterzarge statt, was zu uner­ wünschten Geräuschabstrahlungen führt. Schließlich be­ nötigt die biegsame Welle einen erheblichen Bauraum in axialer Richtung, um die gewünschte Ablenkung in radia­ ler Richtung zu ermöglichen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lüf­ terantrieb der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine heutigen Anforderungen an ein Kraftfahrzeug entsprechende Kraftübertragung vom Motor auf den Lüfter gewährleistet ist, die insbesondere hin­ sichtlich der Leistung und Drehzahl ausreichend dimen­ sioniert, geräuscharm ausgebildet ist und einen gerin­ gen axialen Bauraum aufweist. Diese Aufgabe wird im we­ sentlichen dadurch gelöst, daß im Antriebsstrang zwi­ schen Motor und Lüfter eine Bewegungsausgleichsvorrich­ tung vorgesehen ist, die Relativbewegungen, insbesonde­ re in axialer und radialer Richtung sowie auch Winkel­ bewegungen zwischen dem motorseitigen und lüfterseiti­ gen Antriebsstrang aufnimmt. Zusätzlich zu dieser Bewe­ gungsausgleichsvorrichtung ist eine Lüfterkupplung für das Zu- und Abschalten des Lüfters vorgesehen, welche vorzugsweise als Flüssigkeitsreibungskupplung ausgebil­ det ist.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Lüfterkupplung entweder kühlerfest oder motor­ fest gelagert sein - dementsprechend befindet sich die Ausgleichsvorrichtung zwischen Lüfterkupplung und Motor oder zwischen Lüfterkupplung und Lüfter. Bei der letzt­ genannten Ausführungsvariante kann ein Radiallüfter besonders vorteilhaft sein, weil er bei frontseitiger Lagerung des Lüfterrades eine raumsparende Unterbrin­ gung der Lüfterkupplung erlaubt.

Die Ausgleichsvorrichtung ist vorzugsweise als Gummi­ element ausgebildet, welches relativ torsionssteif ist, jedoch eine hinreichende Torsionsschwingungsdämpfung gewährleistet - vornehmlich soll das Gummielement je­ doch radiale und axiale Relativbewegungen zwischen der An- und Abtriebsseite im Antriebsstrang ausgleichen sowie auch etwaige Winkelabweichungen, d. h. wenn die Achsen nicht miteinander fluchten. Für diesen Zweck ist das Gummielement vorzugsweise als Faltenbalg oder Man­ schette ausgebildet, deren Querschnitt U-förmig (eine Falte) oder S-förmig (zwei Falten) ausgestaltet ist. Gleichzeitig erfolgt durch dieses Gummielement eine Entkopplung der Geräusche zwischen Motor und Lüfter bzw. Lüfterzarge. Durch die zusätzliche Anordnung von Öffnungen im Faltenbalg können Schubspannungen im Balg, insbesondere bei radialer Auslenkung reduziert, die Lager entlastet und die Luftzirkulation erhöht werden, was eine bessere Kühlung der Kupplung bewirkt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Aus­ gleichsvorrichtung auch durch mechanische bzw. metalli­ sche Federelemente gebildet werden, die zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebsscheibe radial und tangen­ tial verlaufend angeordnet sind und somit ebenfalls entsprechende Relativbewegungen in radialer und axialer Richtung zulassen.

Ferner kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung die Ausgleichsvorrichtung auch durch eine Koppelstange ge­ bildet werden, die gelenkig zwischen einer An- und ei­ ner Abtriebsscheibe angreift und somit aufgrund der kinematischen Anlenkung von Antriebs- und Abtriebsglied im Antriebsstrang Relativbewegungen zuläßt.

Schließlich ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kühlerseitig ein Bremsmagnet vorgesehen, der das Lüfterrad bzw. die Lüfterkupplung abbremsen oder stillsetzen kann. Eine derartige Bremsvorrichtung ist an sich durch die EP-A 04 07 749 bekannt.

Im Prinzip handelt es sich also bei der Ausgleichsvor­ richtung um eine Art von elastischer oder beweglicher Kupplung, die einen Versatz beider Kupplungshälften in hinreichendem Maße ermöglicht und somit die unvermeid­ baren Relativbewegungen zwischen Motor einerseits und Kühlerlüfteraggregat andererseits zuläßt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt und werden im folgenden näher be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1 den Lüfterantrieb mit zargenfester Lagerung der Kupplung und des Lüfters innerhalb der Zarge,

Fig. 2 den Lüfterantrieb mit zargenfester Lagerung von Lüfter­ kupplung und Lüfter außerhalb der Zarge,

Fig. 3 den Lüfterantrieb mit motorfester Lagerung der Lüfter­ kupplung,

Fig. 4 die Ausgleichsvorrichtung mit elastischen Federelemen­ ten,

Fig. 5 die Ausgleichsvorrichtung mit einer Koppelstange und

Fig. 6 den Lüfterantrieb mit einem Bremsmagneten.

Fig. 1 zeigt einen Lüfterantrieb mit einem Kühler 1, der - in nicht dargestellter Weise - primärseitig mit dem Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufes der Brenn­ kraftmaschine eines Kraftfahrzeuges beaufschlagt ist, und der sekundärseitig mit Kühlluft aus der Umgebung beaufschlagt wird. An dem Kühler 1 ist eine Lüfterzarge 2 befestigt, die der Kühlluftführung hinter dem Kühler 1 dient und die im stromabwärtigen Bereich ein Zargen­ gitter 6 mit einer Zargennabe 7 aufweist. Innerhalb dieser Lüfterzarge befindet sich das Lüfterrad 3, wel­ ches eine halbaxiale Beschaufelung 4 aufweist und auf einer Lüfterkupplung 5 befestigt ist, welche als Flüs­ sigkeitsreibungskupplung ausgebildet sein kann. Diese Lüfterkupplung 5 ist über eine Lüfterwelle 9 und über ein Lüfterlager 8 in der Zargennabe 7 gelagert, das heißt, Lüfterkupplung 5 und Lüfterrad 3 sind kühlerfest gelagert. Der Antrieb der Lüfterkupplung 5 erfolgt über eine Antriebswelle 13, die in nicht dargestellter Weise mit dem Motor des Kraftfahrzeuges verbunden ist und von diesem angetrieben wird. Zwischen der motorseitigen Antriebswelle 13 und der kupplungsseitigen Lüfterwelle 9 ist eine Bewegungsausgleichsvorrichtung angeordnet, die aus einem Gummielement 11 besteht, welches im Quer­ schnitt S-förmig ausgebildet ist, das heißt als Falten­ balg mit einer radial innen liegenden und einer radial außen liegenden Falte. Die Enden dieses Faltenbalgs 11 sind flanschartig ausgebildet und an einer Abtrieb­ sscheibe 10, die mit der Lüfterwelle 9 befestigt ist, und an einer Antriebsscheibe 12, die mit der Antrieb­ swelle 13 verbunden ist, befestigt, so daß das durch die Antriebswelle eingeleitete Drehmoment relativ tor­ sionssteif, aber mit einer hinreichenden Dämpfung auf die Lüfterwelle und damit über die Lüfterkupplung 5 auf den Lüfter 3 übertragen wird. Durch die Ausbildung des Gummielementes 11 als Faltenbalg ist jedoch gewährlei­ stet, daß ein radialer und axialer Versatz zwischen der Antriebswelle 13 und der Lüfterwelle 9 und auch ein etwaiger Winkelversatz zwischen beiden Wellen kompen­ siert werden kann. Auf diese Art und Weise können die Relativbewegungen zwischen dem Motorblock einerseits und dem Kühleraggregat andererseits ausgeglichen wer­ den.

Fig. 2 zeigt eine ähnliche Anordnung für einen Lüf­ terantrieb: Hinter dem Kühler 14 ist eine Zarge 15 mit einem Zargengitter 16 angeordnet, welche eine Zargenna­ be 18 aufweist. In dieser ist ein Lager 19 aufgenommen, über welches sich die Lüfterkupplung 22 mittels eines Lagerzapfens 20 abstützt. Die Lüfterkupplung 22 trägt ein Lüfterrad 21, welches eine nicht näher dargestellte Axialbeschaufelung trägt. Die Lüfterkupplung 22 wird über die Lüfterwelle 23 angetrieben, welche wiederum über ein Gummielement 25 mittels einer Abtriebsscheibe 24 und einer Antriebsscheibe 26 mit der Antriebswelle 27 verbunden ist, welche ihrerseits in nicht darge­ stellter Weise vom Motor des Kraftfahrzeuges angetrie­ ben wird. Auch hier ist das Gummielement 25 als Falten­ balg ausgebildet und weist dieselben bei Fig. 1 ge­ schilderten Vorteile auf. Im mittleren Bereich des Zar­ gengitters 16 und radial außerhalb der Zargennabe 18 sind Kühlluftöffnungen 17 angeordnet, welche einen Durchtritt der Kühlluft direkt auf die Frontseite der Lüfterkupplung erlauben, um diese hinreichend zu küh­ len. Letzteres ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Lüfterkupplung 22 als Flüssigkeitsreibungskupplung aus­ gebildet ist, die während des Betriebes eine gewisse Schlupfwärme entwickelt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsvariante für den Lüfterantrieb: Hinter dem Kühler 28 befindet sich ein Zargengitter 29, welches mit der Kühlerstruktur verbun­ den ist und in seinem mittleren Bereich eine Zargennabe 31 aufweist, welche einen Hohlzapfen 33 trägt. Auf die­ sem stützt sich über ein Lüfterlager 34 ein Lüfterrad über seine Lüfternabe 35 ab, die an ihrer Tragscheibe 36 eine Radialbeschaufelung 37 trägt. Dieses Radiallüf­ terrad 37 läuft innerhalb einer Zarge 32, welche als Spirale ausgebildet ist. Die Tragscheibe 36 weist in ihrem radial mittleren Bereich, also zwischen Nabe 35 und Radialbeschaufelung, auf dem Umfang verteilt, Luft­ durchtritts- oder Bypassöffnungen 38 auf, die es erlau­ ben, daß ein Kühlluftnebenstrom durch den Hohlzapfen 33 angesaugt wird. Dieser Kühlluftnebenstrom streicht an der Frontseite einer Lüfterkupplung 39 vorbei, welche motorfest, d. h. über die Kupplungswelle 40 am Motor­ block 42, beispielsweise im Wasserpumpengehäuse gela­ gert ist. Der Antrieb der Lüfterkupplung 39 bzw. der Kupplungswelle 40 kann dabei über die Keilriemenscheibe 41 erfolgen, die in nicht dargestellter Weise von einem Keilriemen motorseitig angetrieben wird. Durch die Aus­ bildung des Lüfterrades als Radialrad ist die Lüfter­ kupplung 39, die vorzugsweise als Flüssigkeitsreibungs­ kupplung ausgebildet ist, radial und axial innerhalb der Kontur des Radialgebläserades untergebracht, das heißt in einer sehr raumsparenden Bauweise. Zwischen dem Außenumfang der Lüfterkupplung 39 und dem rückwär­ tig gelegenen Innendurchmesser der Tragscheibe 36 ist als Bewegungsausgleichsvorrichtung ein Gummielement 44 angeordnet, welches als Faltenbalg mit U-förmigem Quer­ schnitt (eine Falte) ausgebildet ist. Dieser Faltenbalg 44 weist in seinem radial äußeren Bereich einen ring­ förmigen Flansch 45 und in seinem radial inneren Be­ reich einen ringförmigen Flansch 46 auf, welche einer­ seits mit der Deckscheibe 36 des Lüfterrades und ande­ rerseits mit dem Gehäuse der Lüfterkupplung 39 verbun­ den sind. Somit erfolgt die Kraftübertragung von der motorseitig gelagerten und angetriebenen Lüfterkupplung 39 über den Faltenbalg 44 auf das Lüfterrad 36, 37, wobei Axial- und Radialbewegungen zwischen Kupplung und Lüfterrad bzw. zwischen Motor 42 und Kühler 28 über diesen Faltenbalg 44 ausgeglichen werden, der seiner­ seits relativ torsionssteif ist, aber torsionsdämpfend wirkt. Zur besseren Kühlung der Flüssigkeitsreibungs­ kupplung 39 ist auf deren Frontseite eine Lüfterbe­ schaufelung 43 vorgesehen, die Kühlluft durch den Hohl­ zapfen 33 ansaugt, welche dann über die Bypassöffnungen 38 von der Radialbeschaufelung 37 abgesaugt wird.

Fig. 4 zeigt eine weitere Variante der Ausgleichsvor­ richtung, nämlich in Gestalt von mechanischen bzw. me­ tallischen Federelementen 52, 53, die mittels Gelenken 54, 55 an einer Antriebsscheibe 50 und einer Ab­ triebsscheibe 51 befestigt sind. Durch diese Federele­ mente 52 und 53, die als Schraubenfedern ausgebildet sein können, und ihre kinematische Anlenkung können so­ mit radiale und axiale Relativbewegungen zwischen An- und Abtriebsscheibe 50 und 51 ausgeglichen werden, wobei zusätzlich auch eine Torsionselastizität gege­ ben ist.

Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsvariante für die Ausgleichsvorrichtung in Gestalt einer Koppelstange 62, die mittels Gelenken 63 und 64 mit einer Antriebsschei­ be 60 und einer Abtriebsscheibe 61 verbunden sind. Durch diese kinematische Anlenkung sind ebenfalls Rela­ tivbewegungen in radialer und axialer Richtung zwischen An- und Abtriebsscheibe 60 und 61 möglich, wobei gleichzeitig eine torsionssteife Drehmomentübertragung stattfindet.

Fig. 6 zeigt eine weitere Variante des Lüfterantrie­ bes, und zwar mit einem Bremsmagneten 70 zur Abbremsung des Radiallüfterrades 71. Letzteres ist - wie im Aus­ führungsbeispiel gem. Fig. 3 - kühlerfest, d. h. auf einem Hohlzapfen 72 gelagert, der mit der Zargennabe 73 des Zargengitters 74 verbunden ist. Der Bremsmagnet 70 ist drehfest über einen Ringflansch 78 an der Zargenna­ be 73 abgestützt, die das Bremsmoment aufnimmt. An der Tragscheibe 75 des Lüfterrades 71 ist über eine axial bewegliche Federscheibe 76 oder einzelne Federelemente eine Ankerplatte 77 befestigt, die vom Bremsmagnet 70 angezogen und somit abgebremst werden kann. Die Trags­ cheibe 75 weist in ihrem rückwärtigen Bereich Befesti­ gungsbohrungen 79 auf, die der Aufnahme von Befesti­ gungsschrauben 80 dienen; analoge Befestigungsmittel sind am Umfang der Flüssigkeitsreibungskupplung 85 vor­ gesehen. Über diese Befestigungsmittel kann das als Faltenbalg 82 ausgebildete Gummielement lüfter- und kupplungsseitig befestigt werden, und zwar über zwei Ringflansche 81, 84, die in die äußeren Bereiche des Faltenbalges 82 einvulkanisiert sind. In seinem inne­ ren, d. h. dem im wesentlichen zu verformenden Bereich sind Öffnungen 83, auf den Umfang verteilt, im Falten­ balg vorgesehen, durch welche Luft von außen zu Küh­ lungszwecken angesaugt werden kann. Darüber hinaus be­ wirken diese Öffnungen 83, die auch als radial verlau­ fende Schlitze ausgebildet sein können, auch eine Redu­ zierung der Schubspannungen im Faltenbalg, wenn dieser in radialer Richtung verformt wird - die Öffnungen 83 wirken dann als Entlastungsöffnungen. Infolge dieser reduzierten Spannungen im Faltenbalg ergibt sich auch eine Entlastung von Lüfter- und Kupplungslagern.

Zur weiteren Verbesserung der Kühlung, insbesondere der Flüssigkeitsreibungskupplung 85, können weitere Kühl­ maßnahmen vorgesehen werden: Beispielsweise können an der Rückseite der Tragscheibe 75 des Lüfterrades 71 Lüfterschaufeln 88 angeordnet sein, die eine Verstär­ kung der Radialströmung in Richtung auf die Durch­ trittsöffnungen 89 im Lüfterrad bewirken. Darüber hin­ aus oder alternativ zu den Lüfterschaufeln 88 kann vor der Flüssigkeitsreibungskupplung 85 ein Zusatzlüfter 87 angeordnet sein, der über die Antriebswelle 86, welche als Wellenstummel 86′ an der Frontseite der Kupplung 85 austritt, angetrieben wird. Damit hat dieser Zusatzlüf­ ter 87 - im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 3 mit sekundärseitiger Lüfterbeschaufelung 43 - den Vorteil, daß er mit der höheren Antriebsdrehzahl der Kupplung angetrieben wird. Er verstärkt also eben­ falls den durch den Hohlzapfen 72 angesaugten Neben­ strom zu Zwecken der Kühlung.

Claims (19)

1. Lüfterantrieb für den Kühler eines Kraftfahrzeuges, wobei der Lüfter kühlerfest gelagert und vom Motor des Kraftfahrzeuges über eine bewegliche Antriebs­ vermittlung angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Antriebs­ strang zwischen Motor (42) und Lüfter (3, 21, 36) eine Lüfterkupplung (5, 22, 39, 85) angeordnet und daß die bewegliche Antriebsvermittlung als Bewe­ gungsausgleichsvorrichtung (11, 25, 44, 82) ausge­ bildet ist, die Relativbewegungen zwischen dem mo­ torseitigen und dem lüfterseitigen Antriebsstrang aufnimmt.

2. Lüfterantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfter­ kupplung als Flüssigkeitsreibungskupplung (5, 22, 39, 85) ausgebildet ist.

3. Lüfterantrieb nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lüfterkupplung (5, 22) kühlerfest (8, 19) gelagert und daß die Ausgleichsvorrichtung (11, 25) zwischen Lüfterkupplung und Motor angeordnet ist.

4. Lüfterantrieb nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lüfterkupplung (39, 85) motorfest (40) gelagert und die Ausgleichsvorrichtung (44, 82) zwischen Lüfterkupplung (39, 85) und Lüfter (36, 37, 71) angeordnet ist.

5. Lüfterantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (3, 4) und die Lüfterkupplung (5) innerhalb der Kühler­ zarge (2) angeordnet und in einem zargenseitigen Lager (8) abgestützt sind, welches zwischen Lüfter­ kupplung (5) und Ausgleichsvorrichtung (10, 11, 12) angeordnet ist.

6. Lüfterantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (21) und die Lüfterkupplung (22) in einem zargenseitigen Lager (19) abgestützt sind, welches zwischen Kühler (14) und Lüfterkupplung (22) angeordnet ist.

7. Lüfterantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (36, 37, 71) über ein kühlerfestes, frontseitiges Lager (34, 72) abgestützt ist, welches in einem Zargen­ gitter (29, 30, 31, 74) zwischen Lüfter (36, 37) und Kühler (28) angeordnet ist.

8. Lüfterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter (21) als Axial- bzw. Halbaxiallüfter ausgebildet ist.

9. Lüfterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter als Radiallüfter (4, 37, 71) ausgebildet ist.

10. Lüfterantrieb nach Anspruch 7 und 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Lüfterlager (34) auf einem Hohlzapfen (33, 72) an­ geordnet ist, dessen freier Querschnitt den Durch­ tritt eines Kühlluft-Nebenstromes erlaubt.

11. Lüfterantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trag­ scheibe (36, 75) des Radiallüfters (37, 71) Durch­ trittsöffnungen (38, 89) zum Ansaugen des Neben­ stromes angeordnet sind.

12. Lüfterantrieb nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im rückwärtigen Bereich der Tragscheibe (75) radial innerhalb der Durchtrittsöffnungen (89) Lüfterschaufeln (88) an­ geordnet sind.

13. Lüfterantrieb nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Luftaustrittsbereich des Hohlzapfens (33, 72) die Lüfterkupplung (39, 85) angeordnet ist, die frontseitig einen antriebseitig betrieb­ enen Zusatzlüfter (87) bzw. eine abtriebseitige Lüfterbeschaufelung (43) trägt.

14. Lüfterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung als radial und axial ver­ formbares Gummielement (11, 25, 44, 82) ausgebildet ist.

15. Lüfterantrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gummielement als Faltenbalg (11, 25, 44, 82) bzw. Manschette ausgebildet ist.

16. Lüfterantrieb nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (82) auf den Umfang verteilt Entlastungs- und Durchtrittsöffnungen (83) aufweist.

17. Lüfterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung radial, axial und tangen­ tial elastisch verformbare, mechanische Federele­ mente (52, 53) aufweist, die zwischen einer Antriebsscheibe (50) und einer Abtriebsscheibe (51) angeordnet sind.

18. Lüfterantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsvorrichtung eine Koppelstange (62) aufweist, die zwischen einer Antriebs- (60) und einer Abtriebsscheibe (61) mittels Gelenken (63, 64) befestigt ist.

19. Lüfterantrieb nach einem der Ansprüche 4, 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Zargengitter (73, 74) bzw. einem kühlerfesten Lager ein Bremsmagnet (70) drehfest (78) aufgenom­ men und daß an der Frontseite des Lüfters (71, 75) über Federelemente (76) eine Ankerplatte (77) befe­ stigt ist, die mit dem Bremsmagneten (70) zusammen­ wirkt.