DE1220872B - Kuehlvorrichtung mit umlaufendem, geschlossenem Waermetauscher und einer mittels einer elektrischen Maschine betriebenen Kuehlmittelumwaelzvorrichtung - Google Patents

Description

• Kühlvorrichtung mit umlaufendem, geschlossenem Wärmetauscher und einer mittels einer elektrischen Maschine betriebenen Kühhnittelumwälzvorrichtung Ein bekannter umlaufender Wärmetauscher besteht aus einem Ventilator mit Hohlschaufeln, durch die eine Kühlflüssigkeit hindurchströmt und von der durch den Ventilator bewegten Luftströmung rückgekühlt wird. Bei einfacheren Konstruktionen sind die Gebläseflügel von Kühlrohren durchsetzt. Derartige Wärmetauscher bieten insbesondere Vorteile für die Kühlung rotierender Bauteile, z. B. der Kolben von Wankelmotoren, da in diesem Fall zwischen dem Wärmetauscher und der zu kühlenden Vorrichtung keine Relativbewegung stattzufinden braucht und daher keine funktionsunsicheren und wartungspflichtigen Drehdichtungen zwischen diesen beiden Teilen vorgesehen werden müssen. Es ist jedoch erforderlich, daß die Kühlflüssigkeit in dem System durch eine Pumpe umgewälzt wird. Als eine derartige Pumpe kann z. B. eine Flüssigkeitspumpe oder Zahnradpumpe gewählt werden, deren Antriebswelle in der Drehachse des Kühlsystems durch dessen Wandung flüssigkeitsdicht hindurchgeführt wird. Da das Kühlsystem rotiert, kann die Pumpenwelle feststehen.
• Für viele Anwendungsfälle ist es von Bedeutung, daß die Flüssigkeitskühlung erst dann einsetzt, wenn der zu kühlende Bauteil eine bestimmte Temperatur angenommen hat. Das ist z. B. bei Kraftfahrzeugmotoren der Fall. Man sieht daher hier Thermoschalter vor, die den Kühlmittelfluß erst nach Erreichen einer bestimmten Temperatur durch den Motor leiten. Im Fall des umlaufenden Wärmetauschers könnte man daher für die Pumpenwelle eine Trennkupplung vorsehen, so daß die Umwälzpumpe durch Ausrücken der Kupplung außer Funktion gesetzt werden kann. Auch in diesem Fall ist die Kühlanlage noch mit einer wartungspflichtigen Drehdichtung für die Pumpenwelle behaftet. Das Kühlsystem ist nicht hermetisch abgeschlossen.
• Dies ist dagegen der Fall bei einem bekannten Antriebsaggregat für einen Kältemittelverdichter und einen Lüfter für den zugehörigen luftgekühlten Kältemittelkondensator. Der dabei vorgesehene Elektromotor ist zusammen mit dem Kältemittelverdichter gekapselt. Der Rotor des Elektromotors treibt nicht nur den Kältemittelverdichter an, sondern durch einen magnetisch durchlässigen Teil der Kapselung hindurch mittels einer magnetischen Kupplung auch den außerhalb angeordneten Lüfter für den Kältemittelkondensator. Bei dieser Ausführung ist die Drehzahl des Lüfters in während des Betriebs nicht verstellbarer Weise an die Drehzahl des Antriebsmotors und des Kältemittelverdichters gebunden.
• Bei elektrischen Schienenfahrzeugen ist auch das Verfahren der elektromagnetischen Bremsung bereits bekannt. Der Elektromotor wird dabei für die Bremsung des Zuges vom Netz abgetrennt und als Generator auf einen Widerstand mit einstellbarem Ohmwert geschaltet. Je nach der Generatorbelastung wird der Ankerdrehung dann ein mehr oder weniger starker Widerstand entgegengesetzt.
• Ausgehend von einer bekannten Kühlvorrichtung mit umlaufendem, geschlossenem Wärmetauscher und einer mittels einer elektrischen Maschine angetriebenen Kühlmittelumwälzvorrichtung, wobei die Drehachsen des Wärmetauschers, des Pumpenelements der Kühlmittelumwälzvorrichtung und der elektrischen Maschine gleichachsig angeordnet sind, strebt die Erfindung eine Steuermöglichkeit für die Drehzahldifferenz zwischen dem Pumpenelement und dem Wärmetauscher an. Als Lösung dieser Aufgabe wird vorgesehen, daß das Pumpenelement mit dem Rotor einer als Generator geschalteten elektrischen Maschine gekuppelt ist, deren Stator durch eine Hülse aus magnetisch durchlässigem Material, die einen Teil der Wandung des Kühlsystems bildet, vom Rotor getrennt ist, wobei eine Verstellmöglichkeit für die von der Statorwicklung abgegebene elektrische Leistung vorgesehen ist.
• Bei aufgetrennter Statorwicklung wird sich beim Anmeldungsgegenstand der Rotor und das daran angebrachte Pumpenelement, z. B. ein Flügelrad, frei drehen können und somit keine Relativbewegung zum umlaufenden Kühlsystem ausführen. Wird die Statorwicklung dagegen auf einen Widerstand geschaltet, so wird die Relativbewegung zwischen Rotor und Stator gehemmt, so daß die Rotordrehzahl je nach dem elektrischen Widerstand des Statorkreises mehr oder weniger von der Kühlsystemumlaufzahl abweicht. Mit Hilfe eines veränderlichen Widerstandes läßt sich daher die Umwälzgeschwindigkeit regulieren.
• Wenn man in Ausgestaltung der Erfindung den Generator zusätzlich als Motor schaltet, d. h. der Statorwicklung eine Drehspannung zuführt, so läßt sich ein Kühlmittelumlauf bei stehendem Wärmetauscher erreichen. Wenn in diesem Fall wegen des fehlenden Kühlluftstromes auch nur eine verminderte Rückkühlung der Kühlflüssigkeit erfolgt, so ist eine derartige Maßnahme unter Umständen doch in kurzzeitigen Betriebspausen des zu kühlenden umlaufenden Bauteils zweckmäßig.
• Die elektrische Maschine nach der Erfindung kann schließlich auch bei umlaufendem Wärmetauscher als Elektromotor betrieben werden, wenn das Pumpenelement mit höherer Drehzahl als der Wärmetauscher umlaufen soll.
• Als elektrische Maschine dient zweckmäßig eine Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer; es kann aber auch eine Induktionsmaschine mit Wirbelstromanker benutzt werden. Eine Drehspannung läßt sich bei Kraftfahrzeugen einer kollektorlosen° Lichtmaschine entnehmen. Diese Generatoren, bei denen der Arbeitsstrom nicht mehr dem rotierenden Anker, sondern der Statorwicklung entnommen wird, liefern drei um je 120° zueinander phasenverschobene Wechselspannungen, die mit Hilfe von sechs nach Graetz geschalteten Halbleiterdioden in die Ladegleichspannung für die Fahrzeugbatterie umgewandelt werden. Da die Drehstromlichtmaschine der Gleichstrommaschine in vielfacher Hinsicht technisch überlegen ist, hängt ihr genereller Einsatz in der Kraftfahrzeugtechnik im wesentlichen nur noch von der durch Massenfabrikation zu erwartenden Verbilligung der benötigten Halbleiterdioden ab.
• An Hand der schematischen Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend an einem-Ausführungsbeispiel erläutert werden. .
• Die Leitung 1, in der das Flügelrad 2 für die Umwälzung der Kühlflüssigkeit angeordnet ist, bildet den Teil eines nicht dargestellten umlaufenden Wärmetauschers. Mit dieser Leitung 1 ist eine Hülse 3 derart verbunden, daß die Drehachse der Welle 4 des Flügelrades 2 mit der Drehachse des Wärmetauschers zusammenfällt. Auf der Welle 4 ist der Rotor 5 einer Asynchronmaschine fest angebracht, deren Stator 6 außerhalb der Hülse 3 angeordnet ist. Der die beiden Maschinenteile 5, 6 trennende Teil 9 der Hülse 3 besteht aus gut magnetisch durchlässigem Material.
• Bei Umlauf des Wärmetauschers sucht die Flüssigkeit das Flügelrad mit der Umlaufgeschwindigkeit des Wärmetauschers zu drehen. Dieser Bewegung setzt die Asynchronmaschine ein Gegendrehmoment entgegen, das um so größer ist, je geringer der Widerstandswert des an die Statorwicklung angeschlossenen Widerstandes 8 ist.
• Die Kühlflüssigkeit, die gleichzeitig als Schmiermittel für die Pumpenlager dient, kann nicht nach außen dringen.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Kühlvorrichtung mit umlaufendem, geschlossenem Wärmetauscher und einer mittels einer elektrischen Maschine betriebenen Kühlmittelumwälzvorrichtung, wobei die Drehachsen des Wärmetauschers, des Pumpenelements der Kühlmittelumwälzvorrichtung und der elektrischen Maschine gleichachsig angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenelement (2) mit dem Rotor (5) einer als Generator geschalteten elektrischen Maschine (5, 6) gekuppelt ist, deren Stator (6) durch eine Hülse (3) aus magnetisch durchlässigem Material (9), die einen Teil der Wandung des Kühlsystems bildet, vom Rotor (5) getrennt ist, wobei eine Verstellmöglichkeit für die von der Statorwicklung abgegebene elektrische Leistung vorgesehen ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine auch als Motor schaltbar ausgebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 499 329; USA.- Patentschrift Nr. 3 025 684.