DE10139190C1 - Fahrzeugklimasystem mit mehreren Fluidkreisläufen - Google Patents

Abstract

Das Fahrzeugklimasystem (56) weist eine Mehrzahl von Fluidkreisläufen (38, 44, 46, 48; 60, 62) auf, in denen je eine Pumpe (10; 40, 52; 64) Fluid fördert. Um ein Fahrzeugklimasystem zur Verfügung zu stellen, das kostengünstiger herzustellen und zu montieren ist als bekannte Systeme, ist mit einem ersten Fluidkreislauf (38, 48; 60) eine Pumpe (10) eines zweiten Fluidkreislaufs (44, 46; 62) derart gekoppelt, dass das geförderte Fluid des ersten Fluidkreislaufs (38, 48; 60) die Pumpe (10) des zweiten Fluidkreislaufs (44, 46; 62) hydrostatisch antreibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugklimasystem mit mehreren Fluidkreisläufen, in denen je eine Pumpe Fluid fördert. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem derartigen Fahrzeugklimasystem, sowie eine Pumpe eines Fahrzeugkli­ masystems mit einem Antriebsläufer und einem Pumpenläufer.

Fahrzeugklimasysteme der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der EP 0 542 577 A2, der US 4 679 616 und der EP 0 325 844 A1 bekannt. Sie werden in der Regel bei Omnibussen oder auch bei Eisenbahnwagons verwen­ det, die aufgrund ihrer verhältnismäßig großen räumlichen Ausdehnung eine Mehrzahl verhältnismäßig kleiner Wärmetauscher oder wenigstens einen großen Wärmetauscher benötigen. Die bzw. der Wärmetauscher werden von mehreren Fluidkreisläufen wie z. B. Kühlmittel- oder Wärmeträgerkreisläufen durchströmt, um innerhalb des Fahrzeugs bestimmte Bereiche unterschiedlich heizen oder kühlen zu können.

Den einzelnen Fluidkreisläufen muss je eine Pumpe zugeordnet sein, die, soweit zum Heizen oder Kühlen erforderlich, je das im Fluidkreislauf befindliche Fluid im Kreis fördert. Aufgrund der großen Anzahl Pumpen ergeben sich hohe Herstel­ lungskosten. Darüber hinaus müssen die Pumpen konstruktiv bedingt innerhalb des Fahrzeugs an voneinander weit beabstandeten Stellen angeordnet werden.

Die damit verbundenen Kosten für deren Montage und Verdrahtung sind erheb­ lich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeugklimasystem zur Verfü­ gung zu stellen, das kostengünstiger herzustellen ist als bekannte Systeme der eingangs genannten Art.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes Fahrzeug­ klimasystem gelöst, bei dem mit einem ersten Fluidkreislauf eine Pumpe eines zweiten Fluidkreislaufs derart gekoppelt ist, dass das geförderte Fluid des ersten Fluidkreislaufs die Pumpe des zweiten Fluidkreislaufs hydrostatisch antreibt. Fer­ ner wird die Aufgabe durch ein Fahrzeug gelöst, das mit einem derartigen Fahr­ zeugklimasystem ausgestattet ist, und auch durch eine Pumpe eines derartigen Fahrzeugklimasystems, bei der der Antriebsläufer von gefördertem Fluid eines ersten Fluidkreislaufs des Fahrzeugklimasystems antreibbar und der Pumpen­ läufer zum Fördern des Fluids eines zweiten Fluidkreislaufs geeignet ist.

Die Erfindung nutzt das an sich bekannte Prinzip eines hydrostatischen Antriebs. So ist z. B. aus der EP 0 759 371 A2 ein hydrostatischer Antrieb eines Lüfters und weiterer Nebenaggregate eines Fahrzeugs bekannt, bei dem ein Antriebsmotor eine mit einem hydraulischen Kreislauf gekoppelte Hydropumpe treibt. In dem hydraulischen Kreislauf sind Hydromotoren zum Antreiben von Nebenaggregaten und eine Verteilereinrichtung angeordnet, die zum Verteilen des von der Hydro­ pumpe geförderten Volumenstroms dient. Der Hydromotor des Lüfters wird mit einem Mindest-Volumenstrom versorgt und an einer Konstantdrehzahlwelle wird eine im wesentlichen konstante Drehzahl bereitgestellt.

Das Prinzip des hydrostatischen Antriebs wird erfindungsgemäß besonders nutz­ bringend implementiert. Es wird nicht, wie allgemein üblich und auch in der EP 0 759 371 A2 beschrieben, ein separater hydraulischer Kreislauf zum Antrei­ ben weiterer Hydromotoren verwendet, sondern es wird ein ohnehin vorhandener erster Fluidkreislauf zugleich für den Antrieb weiterer Fluidkreisläufe angepasst. Dazu ist mit dem ersten Fluidkreislauf eine Pumpe derart gekoppelt, dass sie von dem im ersten Fluidkreislauf geförderten Fluid angetrieben wird. Die Pumpe kann an nahezu jeder beliebigen Stelle des ersten Fluidkreislaufs angeordnet sein. Damit kann sie auch an einer der "Berührungsstellen" des ersten Fluidkreislaufs mit dem zweiten Fluidkreislauf angebracht werden. Die erfindungsgemäße Pum­ pe ist daher, obgleich sie keinen eigenen Antriebsmotor aufweist, von anderen Pumpen entfernt tätig. Die Fluidströmung in einem entfernten Fluidkreislauf kann so einzeln gesteuert oder geregelt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Pumpe einen im er­ sten Fluidkreislauf angeordneten Antriebsläufer und einen im zweiten Fluidkreis­ lauf angeordneten Pumpenläufer auf. Eine derart mit Läufern ausgestattete Pum­ pe ist hinsichtlich ihrer Konstruktion und Herstellung besonders kostengünstig, weist eine hohe Lebensdauer auf und ist darüber hinaus verhältnismäßig war­ tungsarm. Ihr Wirkungsgrad ist ausreichend hoch, um bei einem Fahrzeugkli­ masystem verwendet zu werden.

Um eine einfache und zugleich präzise Steuerung oder Regelung der einzelnen Fluidkreisläufe zu erzielen, ist bei der erfindungsgemäßen Pumpe der Antriebs­ läufer mit dem Pumpenläufer über eine Kupplung, insbesondere eine Elektro- oder Viscokupplung, drehmomentleitend verbindbar. Im eingekuppelten Zustand ist eine drehfeste Verbindung zwischen Antriebs- und Pumpenläufer hergestellt, so dass die Fluidströmung des ersten Fluidkreislaufs gebremst und damit die Fluidströmung im zweiten Fluidkreislauf angeregt wird. Die zum Anregen beider Fluidströmungen erforderliche Förderleistung kann in einfacher Weise von nur einer sogenannten "Master-Pumpe" aufgebracht werden. Nur diese eine Pumpe ist zu steuern oder zu regeln. Die erfindungsgemäß hydrostatisch angetriebenen Pumpen, die auch als "Slave-Pumpen" bezeichnet werden können, werden je nach Bedarf in den ersten Fluidkreislauf eingekoppelt.

Die Pumpe des erfindungsgemäßen Fahrzeugklimasystems kann besonders ko­ stengünstig modular aufgebaut sein, indem der Antriebsläufer und der Pumpen­ läufer je von einem Gehäuse umgeben und die Gehäuse je an einer Seite einer gemeinsamen Trennwand abgestützt sind. Mit Hilfe der Trennwand ist darüber hinaus ein strikte Trennung zwischen den beiden Fluidströmungen sichergestellt.

Die Trennwand kann zugleich vorteilhaft zum Abstützen und Lagern einer Stützwelle des Antriebsläufers und/oder des Pumpenläufers genutzt werden. Hierzu müssen beispielsweise nur zwei Lagerhülsen aus Messing in die Trenn­ wand eingesetzt werden. Eine weitere Abdichtung ist in der Regel nicht erforder­ lich.

Das erfindungsgemäße Fahrzeugklimasystem kann besonders vorteilhaft bei ei­ nem Wärmetauscher verwendet werden, dem abschnittsweise einzelne der Mehrzahl Fluidkreisläufe zugeordnet sind. Wie oben bereits erwähnt, ist die erfin­ dungsgemäße Pumpe in diesem Fall an der "Berührstelle", d. h. beispielsweise zwischen zwei Abschnitten eines Wärmetauschers angeordnet. Sind am Wär­ metauscher mehrere, z. B. drei Abschnitte ausgebildet, so fördert die "Master- Pumpe" vorteilhaft das Fluid im Fluidkreislauf des mittleren Abschnitts. Die Fluidströmungen der beiden seitlichen Abschnitte werden von je einer erfin­ dungsgemäß hydrostatisch angetriebenen "Slave-Pumpe" gefördert.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Fahrzeugkli­ masysteme anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen "Slave-Pumpe" eines Fahrzeugklimasystems,

Fig. 2 die Seitenansicht II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Prinzipskizze eines Fahrzeugklimasystems des Standes der Technik,

Fig. 4 eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfin­ dungsgemäßen Fahrzeugklimasystems,

Fig. 5 eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfin­ dungsgemäßen Fahrzeugklimasystems,

Fig. 6 eine Draufsicht eines Versuchaufbaus zur Funktionsprüfung einer erfindungsgemäßen hydrostatisch angetriebenen "Slave-Pumpe" mit Hilfe einer "Master-Pumpe" eines Fahrzeugklimasystems, und

Fig. 7 ein Diagramm der Durchflussmengen über dem Druck von "Master- und Slave-Pumpen" des in Fig. 6 dargestellten Versuchaufbaus.

Eine in Fig. 1 und 2 dargestellte Pumpe 10 umfasst ein tassenförmiges Antriebs­ gehäuse 12 mit einem darin drehbar angeordneten Antriebsläufer 14, der an ei­ ner Stützwelle 16 drehfest angebracht ist. Die Stützwelle 16 ist mit Hilfe von zwei Lagerbuchsen 18 und 20 aus Messing in einer Bohrung 22 drehbar gelagert, die eine Trennwand 24 durchsetzt. An der Trennwand 24 ist das Antriebsgehäuse 12 mit seinem Rand 12a fluiddicht angebracht.

An der dem Antriebsläufer 14 abgewandten Seite der Trennwand 24 ragt aus dieser die Stützwelle 16 heraus. An diesem Endbereich der Stützwelle 16 ist ein Pumpenläufer 26 drehfest angebracht. Dieser ist von einem Pumpengehäuse 28 umgeben, das mit seinem Rand 28a an der Trennwand 24 fluiddicht befestigt ist.

Das Antriebsgehäuse 12 weist einen Einlassanschluss 12b und einen Auslassan­ schluss 12c auf, die im eingebauten Zustand der Pumpe 10 einem ersten Fluid­ kreislauf zugeordnet sind. Das Pumpengehäuse 28 umfasst einen Einlassan­ schluss 28b und einen Auslassanschluss 28c, die bei montierter Pumpe 10 einem zweiten Fluidkreislauf zugeordnet sind.

Im Betrieb der Pumpe 10 wird im ersten Fluidkreislauf Fluid von einer sogenann­ ten "Master-Pumpe" gefördert. Das Fluid strömt durch das Antriebsgehäuse 12 und versetzt den Antriebsläufer 14 in Drehung. Dieser überträgt Drehmoment auf die Stützwelle 16 und auf den Pumpenläufer 26. Der Pumpenläufer 26 wird da­ durch in Drehung versetzt und fördert seinerseits Fluid durch den zweiten Fluid­ kreislauf. Die Pumpe 10 arbeitet demnach angetrieben von der "Master-Pumpe" als sogenannte "Slave-Pumpe".

Fig. 3 zeigt ein Fahrzeugklimasystem 36 gemäß dem Stand der Technik. Bei ei­ nem derartigen System 36 ist ein Zentralkreislauf 38 mit einer darin angeordneten Pumpe 40 und einem Plattenwärmetauscher 42 vorgesehen. In dem Zentral­ kreislauf 38 sind drei Fluid- bzw. Unterkreisläufe 44, 46 und 48 in Parallelschal­ tung angeordnet. Die Unterkreisläufe 44, 46 und 48 sind zum Klimatisieren mittels einzelner Wärmetauscher am Boden, am Bug bzw. am Dach des mit dem Fahr­ zeugklimasystem 36 ausgestatteten Fahrzeugs vorgesehen. Die Unterkreisläufe 44, 46 und 48 weisen neben je einem entsprechenden Wärmetauscher 50 auch je eine Pumpe 52 und ein Ventil 54 auf.

Die Pumpe 40 und die drei Pumpen 52 sind allesamt elektrisch angetrieben. Da­ zu ist je ein Antriebsmotor und eine entsprechende Steuerung erforderlich.

In Fig. 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeug­ klimasystems 56 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei der in Fig. 3 dargestellten Pumpen 52, nämlich die der Unterkreisläufe 44 (Boden) und 46 (Bug) durch je eine hydrostatisch angetriebene Pumpe 10 ersetzt, wie sie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Die Pumpe 40 und die Pumpe 52 des Unterkreislaufs 48 arbeiten als "Master-Pumpen". Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Unter­ kreisläufe 44, 46 und 48 am Vor- und Rücklauf des Zentralkreislaufs 38 ange­ schlossen.

In Fig. 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrzeug­ klimasystems 56 dargestellt, bei dem ebenfalls die in Fig. 3 dargestellten Pumpen 52 der Unterkreisläufe 44 (Boden) und 46 (Bug) durch hydrostatisch angetriebene Pumpen 10 ersetzt sind. Die Pumpe 40 und die Pumpe 52 des Unterkreislaufs 48 arbeiten wiederum als "Master-Pumpen". Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Unterkreisläufe 44, 46 und 48 je nur am Vorlauf des Zentralkreislaufs 38 an­ geschlossen.

Fig. 6 stellt einen Versuchsaufbau dar, mittels dem eine Funktionsprüfung von erfindungsgemäßen "Slave-Pumpen" 10 möglich ist.

Der Versuchsaufbau umfasst einen ersten Fluidkreislauf 60, entsprechend dem oben genannten ersten Fluidkreislauf bzw. dem Zentralkreislauf 38 und dem Un­ terkreislauf 48, sowie einen zweiten Fluidkreislauf 62 entsprechend dem oben genannten zweiten Fluidkreislauf bzw. den Unterkreisläufen 44 und 46. Im ersten Fluidkreislauf 60 sind eine "Master-Pumpe" 64 entsprechend der oben genannten "Master-Pumpen", ein Absperrhahn bzw. ein Drosselventil 66, der Antriebsläufer 14 einer zu prüfenden Pumpe ("Slave-Pumpe") 10 und ein Durchflussmessgerät 68 mit einem Messbereich von 0 l/h bis 6000 l/h in Reihe geschaltet. Im zweiten Fluidkreislauf 62 sind der Pumpenläufer 26 der Pumpe 10, ein Absperrhahn bzw. ein Drosselventil 70 und ein Durchflussmessgerät 72 mit einem Messbereich von 0 l/h bis 2000 l/h in Reihe geschaltet. Zwischen der Druck- und der Saugseite des Pumpenläufers der Pumpe 10 ist ein Differenzdruckmesser 74 angeordnet.

Fig. 7 zeigt Ergebnisse von Messungen, die mit dem in Fig. 6 dargestellten Ver­ suchsaufbau bei zwei verschiedenen Pumpen 10 durchgeführt worden sind. Während der Versuche sind im ersten Fluidkreislauf 60 mit Hilfe des Absperr­ hahns 66 die Durchflussmengen des Fluids am Antriebsläufer 14 der Pumpe 10 variiert worden. Ferner sind im zweiten Fluidkreislauf 62 mit Hilfe des Absperr­ hahns 70 die Differenzdrücke bzw. die Durchflussmengen verändert worden.

Die Messungen sind mit zwei Pumpen 10 durchführt worden, deren Pumpenläu­ fer 26 verschieden große Schaufelräder aufwiesen und die am Pumpengehäuse 28 ferner mit verschieden großen Schlauchanschlüssen, nämlich mit Durchmes­ sern von 18 mm bzw. 28 mm versehen waren.

Bezugszeichenliste

10

hydrostatische Pumpe bzw. "Slave-Pumpe"

12

Antriebsgehäuse

12

a Rand

12

b Einlassanschluss

12

c Auslassanschluss

14

Antriebsläufer

16

Stützwelle

18

Lagerbuchse

20

Lagerbuchse

22

Bohrung

24

Trennwand

26

Pumpenläufer

28

Pumpengehäuse

28

a Rand

28

b Einlassanschluss

28

c Auslassanschluss

36

Fahrzeugklimasystem des Standes der Technik

38

Zentralkreislauf

40

Pumpe des Zentralkreislaufs

42

Plattenwärmetauscher

44

Unterkreislauf Boden

46

Unterkreislauf Bug

48

Unterkreislauf Dach

50

Wärmetauscher eines Unterkreislaufs

52

Pumpe eines Unterkreislaufs

54

Ventil eines Unterkreislaufs

56

Fahrzeugklimasystem gemäß der Erfindung

60

erster Fluidkreislauf des Versuchsaufbaus

62

zweiter Fluidkreislauf des Versuchaufbaus

64

"Master-Pumpe" des Versuchaufbaus

66

Absperrhahn

68

Durchflussmessgerät

70

Absperrhahn

72

Durchflussmessgerät

74

Differenzdruckmesser

Claims (11)

1. Fahrzeugklimasystem (56) mit einer Mehrzahl von Fluidkreisläufen (38, 44, 46, 48; 60, 62), in denen je eine Pumpe (10; 40, 52; 64) Fluid fördert, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem ersten Fluidkreislauf (38, 48; 60) eine Pumpe (10) eines zweiten Fluidkreislaufs (44, 46; 62) derart gekoppelt ist, dass das geförderte Fluid des ersten Fluidkreislaufs (38, 48; 60) die Pumpe (10) des zweiten Fluid­ kreislaufs (44, 46; 62) hydrostatisch antreibt.

2. Fahrzeugklimasystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (10) einen im ersten Fluidkreis­ lauf (38, 48; 60) angeordneten Antriebsläufer (14) und einen im zweiten Fluidkreislauf (44, 46; 62) angeordneten Pumpenläufer (26) aufweist.

3. Fahrzeugklimasystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsläufer (14) mit dem Pumpen­ läufer (26) über eine Kupplung, insbesondere eine Elektro- oder Visco­ kupplung, drehmomentleitend verbindbar ist.

4. Fahrzeugklimasystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsläufer (14) und der Pumpen­ läufer (26) jeweils von einem Gehäuse (12; 28) umgeben und die Gehäuse (12, 28) jeweils an einer Seite einer gemeinsamen Trennwand (24) abge­ stützt sind.

5. Fahrzeugklimasystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trennwand (24) eine Stützwelle (16) des Antriebsläufers (14) und/oder des Pumpenläufers (26) drehbar gela­ gert ist.

6. Fahrzeugklimasystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauscher vorgesehen ist, dem abschnittsweise einzelne der Mehrzahl von Fluidkreisläufen zugeordnet sind.

7. Fahrzeug, insbesondere Omnibus oder Eisenbahnwagon, mit einem Fahr­ zeugklimasystem (56) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Pumpe (10) eines Fahrzeugklimasystems (56) mit einem Antriebsläufer (14) und einem Pumpenläufer (26), dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsläufer (14) von gefördertem Fluid eines ersten Fluidkreislaufs (38, 48; 60) des Fahrzeugklimasystems (56) antreibbar und der Pumpenläufer (26) zum Fördern des Fluids eines zweiten Fluidkreislaufs (44, 46; 62) geeignet ist.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsläufer (14) und der Pumpen­ läufer (26) jeweils von einem Gehäuse (12; 28) umgeben und die Gehäuse (12, 28) jeweils an einer Seite einer gemeinsamen Trennwand (24) abge­ stützt sind.

10. Pumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trennwand (24) eine Stützwelle (16) des Antriebsläufers (14) und/oder des Pumpenläufers (26) drehbar gela­ gert ist.

11. Pumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsläufer (14) mit dem Pumpen­ läufer (26) über eine Kupplung, insbesondere eine Elektro- oder Visco­ kupplung, drehmomentleitend verbindbar ist.