DE102020201587A1

DE102020201587A1 - Lüfter, Fahrzeug mit Lüfter

Info

Publication number: DE102020201587A1
Application number: DE102020201587.2A
Authority: DE
Inventors: Helerson Kemmer; Matthias Rink
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-02-10
Filing date: 2020-02-10
Publication date: 2021-08-12
Also published as: WO2021160334A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lüfter (1), insbesondere einen Kühlerlüfter für ein Fahrzeug, umfassend einen um eine Drehachse (A) drehbaren Rotor (2) mit mehreren in einem vorgegebenen Winkelabstand zueinander angeordneten Rotorblättern (3), ferner umfassend eine um die Drehachse (A) drehbare und mit einem Antrieb (4) verbundene Welle (5). Erfindungsgemäß ist zwischen dem Rotor (2) und der Welle (5) eine Kupplung (6) mit einem Freilauf angeordnet.Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem derartigen Lüfter (1).

Description

Die Erfindung betrifft einen Lüfter, insbesondere einen Kühlerlüfter für ein Fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Lüfter bzw. Kühlerlüfter. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein mit Hilfe eines Brennstoffzellensystems angetriebenes Fahrzeug handeln. Denn im Betrieb des Brennstoffzellensystems entsteht Wärme, die mit Hilfe eines Kühlers und eines Lüfters, der in der Regel dem Kühler nachgeschaltet ist, abgeführt werden muss.
Stand der Technik
In Brennstoffzellensystemen von Fahrzeugen werden in der Regel Luft-/Wasser-Wärmeübertrager als Kühler eingesetzt. Die Anordnung erfolgt idealerweise im Bereich des maximalen Staudrucks, das heißt im Bereich der Fahrzeugfront, so dass die luftseitige Anströmung während der Fahrt optimal ist. Es gibt jedoch Betriebszustände, in denen die luftseitig vorliegende Konvektion nicht ausreicht, um eine ausreichende Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Für diese Fälle wird ein Lüfter vorgehalten, der in der Regel hinter, das heißt stromabwärts des Kühlers angeordnet ist. Bei Bedarf springt der Lüfter an, um die Luftströmung durch den Kühler aufrechtzuerhalten. Üblicherweise werden elektrisch betriebene Lüfter eingesetzt, die regelbar sind und somit eine Anpassung an verschiedene Betriebszustände des Fahrzeugs ermöglichen.
Aus dem Stand der Technik sind Lüfter, insbesondere Kühlerlüfter, bekannt, die um eine Antriebswelle herum angeordnete und gegenüber einer Anströmrichtung in einem bestimmten Winkel angestellte Rotorblätter aufweisen. Steht der Lüfter still, bewirken die Rotorblätter einen gewissen Strömungswiderstand, der dazu führt, dass sich die über den Kühler strömende Luftmenge reduziert. Dies wirkt sich negativ auf die Effizienz des Kühlers aus. Der Lüfter muss daher früher anspringen, um den Strömungswiderstand auszugleichen. Dies wiederum hat zur Folge, dass sich der Energieverbrauch erhöht.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen als Kühlerlüfter einsetzbaren Lüfter anzugeben, mit dessen Hilfe die vorstehend genannten Nachteile beseitigt oder zumindest reduziert werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird der Lüfter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Lüfter, insbesondere in der Funktion als Kühlerlüfter, angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Der vorgeschlagene Lüfter, wobei es sich insbesondere um einen Kühlerlüfter für ein Fahrzeug handeln kann, umfasst einen um eine Drehachse drehbaren Rotor mit mehreren in einem vorgegebenen Winkelabstand zueinander angeordneten Rotorblättern. Der Lüfter umfasst ferner eine um die Drehachse drehbare und mit einem Antrieb verbundene Welle. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Rotor und der Welle eine Kupplung mit einem Freilauf angeordnet.
Die Kupplung mit Freilauf ermöglicht einen vom Antrieb entkoppelten Betrieb des Lüfters, beispielsweise bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten. Der Rotor dreht in diesem Fall frei im Fahrtwind, so dass höhere Drehzahlen und damit höhere Luftdurchsätze als im Antriebsfall erzielbar sind. Dies gilt insbesondere bei schleppendem Antrieb. In der Funktion als Kühlerlüfter kann auf diese Weise die Effizienz des Kühlers gesteigert werden. Bei Stillstand des Lüfters wird vorteilhafterweise der Rotor ebenfalls vom Antrieb entkoppelt, um den durch die Rotorblätter verursachten Strömungswiderstand zu reduzieren. Diese Maßnahme wirkt sich ebenfalls positiv auf die Effizienz des Kühlers aus. Durch die Entkopplung des Rotors vom Antrieb kann zudem eine deutliche Energieersparnis erzielt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kupplung schaltbar. Der Rotor kann somit durch Schalten der Kupplung gezielt vom Antrieb entkoppelt bzw. nach dem Entkoppeln wieder mit dem Antrieb gekoppelt werden.
Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass die Kupplung eine elektromagnetische Kupplung ist. Diese ist gegenüber einer mechanischen Kupplung weniger verschleißbehaftet und damit besonders robust. Entsprechend steigt die Robustheit des Lüfters.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Rotorblätter starr mit dem Rotor verbunden sind. Dadurch wird die Robustheit des Lüfters weiter gesteigert, so dass hohe Drehzahlen im Freilauffall und/oder im Antriebsfall realisierbar sind.
Vorteilhafterweise sind die Rotorblätter in einem vorgegebenen Winkel gegenüber einer Anströmrichtung angestellt. Über den Anstellwinkel kann der Strömungswiderstand der Rotorblätter vorgegeben werden. Zum Einen kann ein geringer Strömungswiderstand erwünscht sein, der im Stillstand des Lüfters - in der Funktion als Kühlerlüfter - die Effizienz des Kühlers nicht einschränkt. Zum Anderen kann ist ein kann ein Anstellwinkel gewählt werden, der einen geringen Strömungswiderstand bei stillstehendem Lüfter gewährleistet. Zum Anderen kann von einer Verringerung des Strömungswiderstands abgesehen werden, da ein gewisser Strömungswiderstand benötigt wird, um den Lüfter vom Antrieb entkoppelt zu betreiben. Idealerweise wird demnach ein Anstellwinkel gewählt, der in diesem Zielkonflikt vermittelt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Antrieb ein Elektromotor oder umfasst einen Elektromotor. Mit Hilfe eines Elektromotors kann der erfindungsgemäße Lüfter einfach und kostengünstig umgesetzt werden. Zudem beansprucht der Elektromotor wenig Bauraum, was sich insbesondere für die Verwendung des Lüfters als Kühlerlüfter in einem Fahrzeug als Vorteil erweist.
Das zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ferner vorgeschlagene Fahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass es einen erfindungsgemäßen Lüfter umfasst, der stromabwärts eines Kühlers im Fahrzeug angeordnet ist. Bei dem Lüfter handelt es sich demnach um einen Kühlerlüfter. Hierin wird die bevorzugte Anwendung eines erfindungsgemäßen Lüfters gesehen. Denn in dieser Anwendung treten die Vorteile des erfindungsgemäßen Lüfters am deutlichsten zu Tage.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüfters wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt den erfindungsgemäßen Lüfter in einem schematischen Längsschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Der in der Figur dargestellte Lüfter 1 umfasst einen um eine Drehachse A drehbaren Rotor 2 mit zwei Rotorblättern 3, die in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnet sind. Das heißt, dass sich die beiden Rotorblätter 3 am Rotor 2 diametral gegenüberliegen. Der Rotor 2 ist vorliegend propellerartig gestaltet. Abweichend von der Darstellung kann der Rotor 2 aber auch mehr als zwei Rotorblätter 3 aufweisen. Diese können zudem beliebig gestaltet sein. Die propellerartige Darstellung des Rotors 2 bzw. der Rotorblätter 3 ist lediglich beispielhaft gewählt.
Der Rotor 2 des in der Figur dargestellten erfindungsgemäßen Lüfters 1 ist über eine schaltbare Kupplung 6 mit einer Welle 5 verbunden. Die Welle 5 wiederum ist mit einem Antrieb 4 in Form eines Elektromotors verbunden. Durch Schalten der Kupplung 6 kann der Rotor 2 von der Welle 5 und damit vom Antrieb 4 entkoppelt werden. Da die Kupplung 6 zugleich einen Freilauf aufweist, kann der Rotor 2 in entkoppeltem Zustand frei drehen. Dies wirkt sich insbesondere bei Einsatz des Lüfters 1 als Kühlerlüfter in einem Fahrzeug als Vorteil aus. Denn bei frei drehendem Rotor 2 ist der durch die Rotorblätter 3 verursachte Strömungswiderstand geringer. Das heißt, dass die Effizienz eines dem Lüfter 1 vorgeschalteten Kühlers (nicht dargestellt) nicht oder zumindest weniger stark herabgesetzt wird.
Die Entkopplung des Rotors 2 vom Antrieb 4 weist ferner den Vorteil auf, dass der Lüfter 1 antriebsunabhängig betreibbar ist, so dass Energie eingespart werden kann. Der Antrieb wird allein über die den Lüfter 1 anströmende Luftmenge bewirkt. Diese ist bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten besonders groß, so dass hohe Drehzahlen und zugleich hohe Luftdurchsätze realisierbar sind. Entsprechend steigt die Effizienz des vorgeschalteten Kühlers.

Claims

Lüfter (1), insbesondere Kühlerlüfter für ein Fahrzeug, umfassend einen um eine Drehachse (A) drehbaren Rotor (2) mit mehreren in einem vorgegebenen Winkelabstand zueinander angeordneten Rotorblättern (3), ferner umfassend eine um die Drehachse (A) drehbare und mit einem Antrieb (4) verbundene Welle (5), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (2) und der Welle (5) eine Kupplung (6) mit einem Freilauf angeordnet ist.
Lüfter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (6) schaltbar und/oder eine elektromagnetische Kupplung (6) ist.
Lüfter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (3) starr mit dem Rotor (2) verbunden sind.
Lüfter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (3) in einem vorgegebenen Winkel gegenüber einer Anströmrichtung angestellt sind.
Lüfter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (4) ein Elektromotor ist oder einen Elektromotor umfasst.
Fahrzeug mit einem Lüfter (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lüfter (1) stromabwärts eines Kühlers im Fahrzeug angeordnet ist.