DE10117245A1 - Kühlerlüfter, Kühlsystem und Verfahren zur Steuerung eines Kühlerlüfters - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kühlerlüfter für Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen zwischen Generator- und Motorbetrieb umschaltbaren Generator (2) umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kühlsystem für Kraftfahrzeuge, das zumindest einen solchen Kühlerlüfter umfasst. Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Kühlerlüfters eines Fahrzeugs, wobei von einem Steuersystem der Zustand des Zündungssystems des Fahrzeugs überprüft wird und abhängig von diesem Zustand der umschaltbare Generator (2) des Kühlerlüfters (1) als Generator oder Motor betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kühlerlüfter, ein Kühlersystem und ein Verfahren zum Steuern eines Kühlerlüfters für Fahrzeuge.

Zur Kühlung des Motors ist bei Fahrzeugen in der Regel ein Kühler vorgesehen, durch dessen vergrößerte Oberfläche, beispielsweise in Form von Lamellen, die Temperatur des den Kühler durchlaufenden Kühlmittels gesenkt werden kann. Um diese Temperatursenkung zu unterstützen, werden in der Regel Kühlerventilatoren oder Lüfterpropeller eingesetzt. Diese Ventilatoren werden in der Regel über eine Riemenscheibe, die mittels eines Riemens mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist, angetrieben. Insbesondere wenn eine verstärkte Kühlung notwendig ist, wie beispielsweise bei einem Automatikgetriebe, kann zum Antreiben des Kühlerventilators auch ein Kühlermotor vorgesehen sein.

Unabhängig von der Verwendung eines Kühlermotors weisen aber sämtliche Fahrzeuge auch einen Generator auf, der während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs die elektrischen Verbraucher mit Energie versorgt und die Starterbatterie lädt. Dieser Generator, der auch als Lichtmaschine bezeichnet wird, sowie die weiteren Komponenten des Fahrzeugs, nämlich der Kühlermotor und der Lüfterpropeller, wurden bisher als gesonderte Bestandteile in einem Fahrzeug verbaut. Dies führt zu einem erhöhten Bedarf an Bauraum und erhöht darüber hinaus das Gewicht, was insbesondere bei Fahrzeugen, deren Verbrennungsmotor vorne im Fahrzeug verbaut ist, Auswirkungen auf die kritische Frontachsenbelastung hat.

Aus diesem Grund wird in DE 195 42 956 A1 ein Kühlersystem vorgeschlagen, das dieses Problem lösen soll und bei dem ein Lüfter koaxial zu einer Generatorwelle eines Generators drehbar gelagert und gemeinsam mit dem Generator antreibbar ist. Diese Variante des Kühlersystems bringt zwar hinsichtlich des notwendigen Bauraums und dem Gewicht, das durch den Wegfall eines separaten Kühlermotors verringert ist, Vorteile, ist aber dahingehend nachteilig, dass der Generator durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird und der Lüfter daher nur dann in Bewegung gesetzt wird, wenn der Verbrennungsmotor läuft.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen Kühlerlüfter, ein Kühlsystem und ein Verfahren zur Steuerung des Kühlsystems zu schaffen, bei denen die Probleme des Stands der Technik bezüglich Baugröße Und Gewicht gelöst werden und die darüber hinaus einen Betrieb des Kühlerlüfters unabhängig von dem Zustand des Verbrennungsmotors erlauben.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden kann durch ein Kühlsystem, bei dem eine Entkopplung des Generators von der Verbrennungskraftmaschine möglich ist, ohne den Betrieb des Lüfters zu beeinträchtigen.

Die Aufgabe wird daher erfindungsgemäß nach einem ersten Aspekt gelöst durch einen Kühlerlüfter gemäß Anspruch 1, nach einem zweiten Aspekt durch ein Kühlsystem gemäß Anspruch 4 und nach einem weiteren Aspekt durch ein Steuerungsverfahren nach Anspruch 13. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der erfindungsgemäße Kühlerlüfter für Fahrzeuge umfasst einen zwischen Generator- und Motorbetrieb umschaltbaren Generator. Dieser Generator dient dem Antrieb eines Flügelrades, das vorzugsweise auf einer drehbaren Welle drehfest angebracht ist. Der Vorteil eines solchen Kühlerlüfters besteht darin, dass dieser flexibel eingesetzt werden kann. Wird der Generator nämlich im Generatorbetrieb betrieben, so kann das Flügelrad, das auf der Generatorwelle, die in der Regel den Läufer des Generators umfasst und im Generatorbetrieb beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, befestigt ist, durch die Drehbewegung der Generatorwelle in Rotation versetzt werden. Wird der Generator in Motorbetrieb geschaltet, so kann das Flügelrad durch die mechanische Leistung, die von dem Motor erzeugt wird, in Rotation versetzt werden.

Vorzugsweise ist der Generator so aufgebaut, dass dieser drei Schleifringe aufweist. Der Kommutator kann damit außerhalb des Läufers liegen und der Generator so einfach, durch geeignetes An- und Kurzschließen der Schleifringe, als Motor verwendet werden.

Die Aufgabe wird nach einem zweiten Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Kühlsystem, das zumindest einen Kühlerlüfter umfasst, wobei der Kühlerlüfter durch einen zwischen Generator- und Motorbetrieb umschaltbaren Generator angetrieben wird. Dieser umschaltbare Generator wird vorzugsweise durch die Lichtmaschine des Fahrzeugs gebildet. Mit diesem erfindungsgemäßen Kühlsystem kann daher auf einen separaten Lüftermotor verzichtet werden und dadurch sowohl Gewicht als auch Raum gespart werden.

Mit diesem erfindungsgemäßen Kühlsystem kann ein Generator, der während des Betriebs des Verbrennungsmotors für andere Zwecke, z. B. als Lichtmaschine dient, auch nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors zum Antrieb des Kühlerlüfters verwendet werden, indem der Generator dann in den Motorbetrieb umgeschaltet wird, d. h. mechanische Energie abgibt.

Während des Betriebs des Verbrennungsmotor kann der Generator, der mit diesem verbunden ist, durch den Verbrennungsmotor angetrieben werden und gleichzeitig den Kühlerlüfter antreiben. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Generator eine Generatorwelle auf, die zu einem Flügelrad des Kühlerlüfters koaxial angeordnet ist. Das Flügelrad ist vorzugsweise drehfest mit der Getriebewelle verbunden. Dadurch kann das Antreiben des Kühlerlüfters unmittelbar über die Drehung der Generatorwelle erfolgen, die durch eine Verbindung zu dem Verbrennungsmotor angetrieben wird.

Vorzugsweise kann die über ein Verbindungsmittel zwischen dem Generator und dem Verbrennungsmotor hergestellte Verbindung durch solche Mittel gebildet werden, die ein selektives Antreiben der Generatorwelle erlauben. So kann das Verbindungsmittel eine Rutschkupplung umfassen, die mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist. Der Vorteil eines solchen Verbindungsmittels besteht darin, dass die Verbindung zwischen dem Generator und dem Verbrennungsmotor bei Bedarf gelöst werden kann. Wird der Generator beispielsweise im Motorbetrieb betrieben, kann durch das Lösen der Verbindung verhindert werden, dass der als Motor wirkende Generator den Verbrennungsmotor antreiben muss.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerungselektronik für den umschaltbaren Generator in einem separaten Gehäuse angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass bei einem Defekt in der Elektronik nicht der gesamte Generator, sondern nur das Gehäuse, in dem die Elektronik untergebracht ist, ausgetauscht werden muss.

Der Kühlerlüfter ist in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems hinter dem Kühlergrill des Fahrzeugs angeordnet. Durch diese Anordnung kann der Kühlerlüfter dazu dienen, dass bei Motorbetrieb des Generators das Flügelrad Umgebungsluft, die in der Regel kälter ist als der Kühler, durch den Kühlergrill ansaugt. Weiterhin kann das Flügelrad des Kühlerlüfters während der Fahrt durch den Fahrtwind angetrieben werden. Ist dieses mit der Generatorwelle drehfest verbunden, kann also der Fahrtwind zu der in dem Generator beim Generatorbetrieb erzeugten elektrischen Leistung beitragen.

Vorzugsweise ist die Steuerung der Umschaltung des Motors mit der Zündung des Fahrzeugs verbunden. Diese Verbindung kann es der Steuerungselektronik erlauben, den Zustand der Zündung festzustellen und entsprechend diesem Zustand den Generator von dem Generatorbetrieb auf den Motorbetrieb umzuschalten oder umgekehrt.

Nach einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Steuern eines Kühlerlüfters eines Fahrzeugs gelöst, wobei von einem Steuersystem der Zustand des Zündungssystems des Fahrzeugs überprüft wird und abhängig von diesem Zustand der umschaltbare Generator des Kühlerlüfters als Generator oder Motor betrieben wird. Vorzugsweise wird das Verfahren so ausgeführt, dass der Generator bei Erkennen des Signals "Zündung aus" von dem Generatorbetrieb in den Motorbetrieb über die Steuerelektronik umgeschaltet wird. Dies bedeutet, dass auch nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors der Kühlerlüfter noch betrieben werden kann, ohne dass ein separates Bauteil, wie ein separater Motor, für den Kühlerlüfter vorgesehen sein muss. Dadurch ist der Platzbedarf des erfindungsgemäßen Kühlsystems gering.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlsystems;

Fig. 2: ein schematische Darstellung einer Ausführungsform eines in dem erfindungsgemäßen Kühlsystem zu verwendenden Generators.

In Fig. 1 ist ein Kühlsystem 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei dieses einen Generator 2 mit einer Generatorwelle 21 und einem Flügelrad oder Propeller 22 umfasst. Weiterhin sind ein Verbrennungsmotor 3 mit einer Kurbelwelle 31 und ein Kühlergrill 5 dargestellt. Um die Generatorwelle 21 und die Kurbelwelle 31 erstreckt sich ein Riemen 4, der einen Zahn- oder Keilriemen darstellen kann. Dieser Riemen 4 ist mit der Kurbelwelle 31 des Verbrennungsmotors über eine Rutschkupplung verbunden.

In Fig. 2 ist schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß eingesetzten umschaltbaren Generators gezeigt. Dieser weist im wesentlichen den Aufbau eines für Pkw und Lkw normalerweise als Lichtmaschine verwendeten Klauenpol-Generators auf. Wie in Fig. 2 dargestellt, weist der Generator im wesentlichen einen Ständer 23 auf, der eine in der Regel dreiphasige Ständerwicklung 24 trägt. Auf dem Läufer 25 ist die Erregerwicklung 26 vorgesehen. Zwischen dieser und der Ständerwicklung 26 sind drehbar die Klauenpole 27 angeordnet. Auf dem Läufer 25 sind weiterhin Schleifringe 28 vorgesehen über die mittels Bürsten 29 der Erregerstrom in die Erregerwicklung geleitet werden kann.

Bei dem erfindungsgemäß verwendeten umschaltbaren Generator 2 sind statt der normalerweise an dem Läufer 25 angebrachten zwei Schleifringe drei Schleifringe 28 vorgesehen. Werden diese durch eine von der Elektronik hervorgerufenen Steuerung, beispielsweise über Widerstände, verbunden und dann kurzgeschlossen, so führt dies zum Anlassen des dann als Motor fungierenden Generators 2.

Wird der Verbrennungsmotor 3 gestartet, so wird die Kurbelwelle 31 in eine Drehbewegung versetzt. Zu diesem Zeitpunkt ist vorzugsweise die Kurbelwelle 31 über den Riemen 4 mit der Generatorwelle 21 so verbunden, dass die Generatorwelle 21 durch die Drehung der Kurbelwelle 31 angetrieben wird. Der Riemen 4 wird in der Regel auf der Generatorwelle 21 und der Kurbelwelle 31 auf Riemenscheiben geführt. Bei der Riemenscheibe auf der Kurbelwelle 31 ist erfindungsgemäß vorzugsweise eine Rutschkupplung zwischen Riemenscheibe und Kurbelwelle 31 vorgesehen. Diese ist in dem Zustand, in dem der Verbrennungsmotor nicht aktiviert ist, d. h. die Rotation der Kurbelwelle 31 versetzt die Riemenscheibe auf dieser Welle 21 in eine Drehbewegung, durch die dann die Generatorwelle 21 über den Riemen 4 angetrieben wird.

Durch die Drehung der Generatorwelle 21 wird zum einen die Rotationsenergie in dem Generator 2 in elektrische Energie umgesetzt, zum anderen wird das mit der Generatorwelle 21 verbundene Flügelrad 22 in eine Drehbewegung versetzt und sorgt für einen Luftzug und damit für eine Kühlung.

Wird nun die Zündung des Verbrennungsmotors 3 ausgeschaltet, so wird der Generator 2 nicht mehr durch den Verbrennungsmotor 3 angetrieben. Zu diesem Zeitpunkt kann bei dem erfindungsgemäßen Kühlsystem der Generator 2 in den Motorbetrieb umgeschaltet werden. Hierzu sind insbesondere an dem Läufer 25 des Generators 2 drei Schleifringe 28 vorgesehen, die eine Schaltung erlauben mittels derer der Generator 2 in diesem Fall als Motor gestartet und betrieben werden kann. In diesem Zustand wird gleichzeitig die Rutschkupplung, mittels derer der Keil- oder Zahnriemen mit der Kurbelwelle 31 des Verbrennungsmotors 3 verbunden ist, aktiviert, d. h. das Antreiben der Getriebewelle 21, das nunmehr durch den als Motor wirkenden Generator 2 erfolgt, führt nicht zu einer Drehung der Kurbelwelle 31 des Verbrennungsmotors 3.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass das Umschalten des Generators in den Motorbetrieb nur erfolgt, wenn zum einen die Zündung des Verbrennungsmotors ausgeschaltet ist und zum anderen die Regelung des Thermostats des Kühlsystems des Fahrzeugs anzeigt, dass eine weitere Kühlung notwendig ist.

Durch das erfindungsgemäße Kühlsystem kann somit ein System zur Verfügung gestellt werden, bei dem außer dem Generator und einem Flügelrad keine weiteren Komponenten, wie separate Motoren, notwendig sind, um das Kühlsystem auch nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors zu betreiben.

Claims (14)

1. Kühlerlüfter für Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen zwischen Generator- und Motorbetrieb umschaltbaren Generator (2) umfasst.

2. Kühlerlüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlerlüfter (1) ein Flügelrad (22) umfasst, das auf einer drehbar gelagerten Welle (21) drehfest angebracht ist.

3. Kühlerlüfter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der umschaltbare Generator (2) drei Schleifringe (28) aufweist.

4. Kühlsystem für Kraftfahrzeuge, das zumindest einen Kühlerlüfter umfasst, wobei der Kühlerlüfter (1) durch einen zwischen Generator- und Motorbetrieb umschaltbaren Generator (2) angetrieben wird.

5. Kühlsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der umschaltbare Generator (2) durch die Lichtmaschine des Fahrzeugs gebildet wird.

6. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (2) eine Generatorwelle (21) aufweist, die zu einem Flügelrad (22) des Lüfters (1) koaxial angeordnet ist.

7. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Generator (2) und dem Verbrennungsmotor (3) des Fahrzeugs Mittel (4) vorgesehen sind, über die der Generator (2) durch den Verbrennungsmotor (3) wahlweise angetrieben werden kann.

8. Kühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (4) über eine Rutschkupplung mit der Kurbelwelle (31) des Verbrennungsmotors (3) in Eingriff stehen.

9. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der umschaltbare Generator (2) drei Schleifringe (28) aufweist.

10. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungselektronik für den umschaltbaren Generator (2) in einem separaten Gehäuse angeordnet ist.

11. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlerlüfter (1) hinter dem Kühlergrill (5) des Fahrzeugs angeordnet ist.

12. Kühlsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Umschaltung des Generators (2) mit der Zündung des Fahrzeugs verbunden ist.

13. Verfahren zum Steuern eines Kühlerlüfters eines Fahrzeugs, wobei von einem Steuersystem der Zustand des Zündungssystems des Fahrzeugs überprüft wird und abhängig von diesem Zustand der umschaltbare Generator (2) des Kühlerlüfters (1) als Generator oder Motor betrieben wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (2) bei Erkennen des Signals "Zündung aus" von dem Generatorbetrieb in den Motorbetrieb umschaltet.