[0001] Die Erfindung betrifft ein Lüfterrad, insbesondere ein im Kühlsystem von Brennkraftmaschinen
einsetzbares Lüfterrad, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0002] Bei einem bekannten Lüfterrad der vorgenannten Art (DE-OS 28 07 899) mit napfförmiger
Nabe sind die Lüfterflügel in der Napfwand gelagert und axial versetzt hierzu bildet
die Nabe die Aufnahme und dichtende Führung für einen mit Druckmedium beaufschlagbaren,
in Gegenrichtung federnd abgestützten Stellkolben als Stellelement für die Lüfterflügel.
Die den Lüfterflügeln zugeordneten Verstellexzenter sind durch in Umfangsrichtung
sich erstreckende, mit den Lüfterflügeln innerhalb der Nabe drehfest verbundenen Schwenkhebeln
gebildet, welche über sich axial erstreckende und gegen den Kolben sich abstützende
Stellstangen beaufschlagt sind. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht zwar verhältnismäßig
große Kolbendurchmesser, bedingt aber durch den axialen Versatz des Kolbens zu den
Lüfterflügel eine verhältnismäßig große Bautiefe der Nabe, selbst bei verhältnismäßig
kleinen Schwenkwinkeln für die Lüfterflügel, und zudem einen verhältnismäßig großen
Bauaufwand.
[0003] Bei einer weiteren bekannten Konstruktion eines Axialventilators (DE 88 15 383 U1)
ist die Stellvorrichtung durch eine in axialer Überdeckung zu den Lufterflügel liegende
Stellscheibe gebildet, die eine umlaufende Nut aufweist, in die mit den Lüfterflügel
drehfest verbundene, radial nach innen ragende Exzenterarme jeweils mit einem Gleitstein
eingreifen, und es ist die Stellscheibe über eine Stellstange mit einem außerhalb
der Laufradnabe angeordneten Stellmotor verbunden, so daß sich auch hier eine räumlich
verhältnismäßig aufwendige Gesamtkonstruktion mit vielen Einzelelementen ergibt.
[0004] Bei einer weiteren bekannten Lüfterradkonstruktion (DE 84 06 829 U1) wird mit einer
Exzenterverstellung für die in der Nabe gelagerten Lüfterflügel gearbeitet, die Beaufschlagung
der mit den Lüfterflügeln verbundenen Exzenterarme erfolgt aber über einen Verstellteller,
der bei drehfester Abstützung gegenüber dem Nabengehäuse im zu den Lüfterflügeln axial
versetzten Bereich über Stellmittel axial verschiebbar ist, so daß eine axiale Verstellung
des Tellers zu einer Verdrehung der Lüfterflügel führt. Die Abstützung der Exzenterarme
gegen radiale Fläche des Verstelltellers bedingt Stellwinkel für die Lüfterflügel,
die deutlich unterhalb von 90° liegen und zudem eine verhältnismäßig große axiale
Baulänge der Nabe, so daß insgesamt ein verhältnismäßig großes Bauvolumen mit entsprechendem
Bauaufwand gegeben ist.
[0005] Bei einer weiteren bekannten Lösung (DE 25 52 529 A1) sind die Lüfterflügel eines
Axialgebläses in der Gebläsenabe gelagert, die in axialem Versatz zu den Flügeln auch
den elektromotorischen Gebläseantrieb aufnimmt. In Gegenrichtung zu diesem versetzt
ist der Stellantrieb für die Lüfterflügel vorgesehen, welcher als Stellmittel einen
mit Druckmedium beaufschlagbaren Kolben umfaßt, der über ein Zugmittel an einer zur
Drehachse der Lüfterflügel konzentrischen und mit den Lüfterflügein drehfest verbundenen
Stellscheibe angreift. Mit einer derartigen Lösung sind zwar große Verstellwinkel
für die Lüfterflügel bis hin zu Verstellwinkeln, bei denen sich bezogen auf gleichbleibende
Drehrichtung eine umgekehrte Förderrichtung ergibt, möglich, der Aufbau ist insgesamt
aber sehr aufwendig und raumintensiv.
[0006] In Kühlsystemen von Brennkraftmaschinen einsetzbare Lüfterräder sind ferner aus der
DE 4438995 A1 bekannt. Ausgangspunkt ist bei der bekannten Lösung ein Motorkühlsystem
für schwere Baumaschinen, die sowohl im Fahrbetrieb wie auch im Standbetrieb eingesetzt
werden können und bei denen das Lüfterrad im Fahrbetrieb höher dreht als im Standbetrieb.
Entsprechend sind die über das Lüfterrad erreichten Kühlleistungen im Fahrbetrieb
größer als im Standbetrieb. Für den Standbetrieb können sich bei einer solchen Auslegung
dann unzureichende Kühlleistungen ergeben, wenn die Brennkraftmaschine bei stationären
Arbeiten hoch belastet wird.
[0007] Um dem zu begegnen, wird bei der bekannten Lösung unter Konstanthaltung der Drehzahl
des Lüfterrades dessen Förderrichtung umgekehrt, um einmal in Richtung auf die Brennkraftmaschine
und einmal hierzu entgegengesetzt zu fördern. Hierzu ist das Lüfterrad innerhalb seiner
Nabe mit einer Stelleinrichtung versehen, durch die die Flügel des Lüfterrades soweit
verdreht werden können, daß sich die Förderrichtung umkehrt, daß also eine Vorwärtsblasrichtung
und eine Rückwärtsblasrichtung realisiert werden können, um bezogen auf die Kühlung
der Brennkraftmaschine die Kühlleistung durch Umkehrung der Förderrichtung an den
jeweiligen Kühlbedarf anpassen zu können.
[0008] Die Erfindung hat die Ausgestaltung eines Lüfterrades der eingangs genannten Art
zur Aufgabe, mit der Zielsetzung, zu einer einfachen, klein und flach bauenden Grundkonstruktion
für das Lüfterrad zu kommen, die es erlaubt, ein solches bezogen auf die Föderrichtung
bei gleichbleibender Drehrichtung umkehrbares Lüfterrad anstelle herkömmlicher Gebläseräder
in bestehenden Konstruktionen einzusetzen, was durch die Merkmale des Anspruches 1
erreicht wird.
[0009] Dadurch, daß ein axial verschiebbarer Stellkolben Verwendung findet, ist der Stellkolben
in seiner Funktion unabhängig von der jeweiligen Drehzahl und kann insbesondere bezogen
auf die jeweilige Größe der Nabe flächenmäßig so bemessen werden, daß sich schon bei
kleinen Beaufschlagungsdrücken ausreichend hohe Stellkräfte ergeben. Ferner gibt diese
Ausgestaltung auch die Möglichkeit, ausreichend Raum für eine einfach gestaltete,
elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung zur Verfügung zu stellen, so daß insgesamt
eine Stelleinrichtung geschaffen wird, die eine aktive Verstellung jeweils nur in
eine Stellrichtung hat, und bei der die Rückstellung über die passiv wirkende elastisch
nachgiebige Rückstelleinrichtung erfolgt, die gegen die Stellkraft des druckbeaufschlagten
Stellkolbens arbeitet. Dadurch ist eine Stelleinrichtung realisierbar, bei der eine
Druckbeaufschlagung nur in einer Richtung notwendig ist und die Umsteuerung durch
die Zu- und Abschaltung der Druckbeaufschlagung möglich ist. Wird zur Druckbeaufschlagung
eine Pumpe, ein Kompressor oder der gleichen vorgesehen, so bedarf es also keiner
weiteren Steuereinrichtungen, sondern lediglich des Zu- bzw. Abschaltens der Pumpe
oder des Kompressors. Im Hinblick auf eine möglichst gedrungene axiale Baulänge ist
eine sich axial überdeckende Anordnung von Stellkolben und Lüfterflügel von besonderer,
eigenständiger Bedeutung.
[0010] Insbesondere bei einer pneumatischen Betätigung führt dies zu einer sehr einfachen
Lösung, wobei es ein solches Grundkonzept möglich macht, daß einer Regelarbeitsstellung
des Lüfterrades als Vorwärtsblasrichtung die Endlage entspricht, die über die elastisch
nachgiebige Rückstelleinrichtung angefahren wird. Es ist somit in der Regelarbeitsstellung
keinerlei Druckversorgung nötig, so daß die größtmögliche Arbeitssicherheit gegeben
ist und zudem auch ein sehr energiesparender Betrieb ermöglicht wird, wenn mit Druckbeaufschlagung
lediglich eine Kurzarbeitsstellung als Rückwärtsblasrichtung angefahren wird. Dies
kann durch einfache Zuschaltung einer Pumpe oder eines Kompressors erfolgen, zumal
die großflächige Dimensionierung ein Arbeiten mit sehr geringen Drücken ermöglicht.
[0011] Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch möglich, eine
entsprechende Druckversorgung durch Abzweigung aus Druckspeichern oder einem sonstigen,
vorhandenem Drucksystem zu realisieren.
[0012] Insbesondere in Verbindung mit einer pneumatischen Betätigung der Stelleinrichtung
kann, bei lediglich kurzzeitiger Zuschaltung der Druckluftquelle zum Aufbau des erforderlichen
Stelldruckes und danach erfolgender Abschaltung, zeitgesteuert die Umschaltung von
der Rückwärtsblasrichtung als Kurzarbeitsstellung auf die Regelarbeitsstellung als
Vorwärtsblasrichtung schon dadurch realisiert werden, daß der Druckabbau zeitverzögert
bzw. zeitgesteuert erfolgt.
[0013] Dies ist in besonders einfacher Weise dadurch möglich, daß das über den Stellkolben
abgeschlossene Volumen über eine Drosselöffnung beispielsweise mit der Atmosphäre
verbunden wird, mit der Folge, das erst nach einer gewissen Zeit der Druck soweit
abgebaut ist, daß über die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung eine Umstellung
auf die Regelarbeitsstellung möglich ist.
[0014] Die Haltezeit des Druckes, und damit die Bestimmung einer Zeitdauer, in der die sogenannte
Kurzarbeitsstellung aufrecht erhalten wird, bevor die Umschaltung durch Druckabbau
eingeleitet wird, läßt sich in einfacher Weise dadurch steuern, und zwar sowohl bei
pneumatischer wie auch bei hydraulischer Betätigung, daß im Zulauf vom Arbeitsraum
auf die Drossel ein Sperrventil angeordnet wird, beispielsweise also ein 2/2 Wegeventil,
das in der einen Schaltstellung den Ablauf sperrt und in der anderen Schaltstellung
den Ablauf auf die Drossel freigibt.
[0015] Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung die Lüfterflügel in ihrer jeweiligen
Endlage über eine von der Stelleinrichtung unabhängige, in Richtung auf die Endlage
willkürliche Haltekraft, insbesondere die auf die Lüfterflügel wirkenden Luftwiderstandskraft
beaufschlagt sind, ist es in Verbindung mit einem vorgeschilderten, zeitgesteuerten
Druckabbau möglich, die Stelleinrichtung so auszulegen, daß sich eine quasi schlagartige
Umstellung zwischen den beiden Endlagen nicht nur bei der Umstellung von der Regelarbeitsstellung
in die Kurzarbeitsstellung, sondern auch bei Umstellung in umgekehrter Richtung ergibt.
Bei einer solchen Auslegung kann nämlich die über die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung
aufgebrachte Stellkraft im Verhältnis zur Selbsthaltekraft so bemessen werden, daß
sie nur geringfügig größer als die Selbsthaltekraft ist, so daß ein nahezu vollständiger
Druckabbau durchgeführt werden kann, bevor die Umstellung erfolgt, wobei die Umstellung
dann schlagartig erfolgt, da nach Überwinden der Selbsthaltekraft aufgrund des erfolgten
Druckabbaues keine wesentliche Gegenkraft über den Stellkolben ausgeübt wird. Die
Nutzung der auf die Lüfterflügel wirkenden Luftwiderstandskraft als Haltekraft stellt
eine besonders vorteilhafte Lösung dar.
[0016] Eine Umschaltung von der Regelarbeitsstellung in die Kurzarbeitsstellung ist bezogen
auf die Umschaltzeit im wesentlichen nur von der Förderkapazität der Druckquelle bzw.
einem entsprechenden Speichervolumen als Versorgungsquelle abhängig.
[0017] Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, die vorstehend charakterisierte
Rückwärtsblasrichtung als Kurzarbeitsstellung über längere Zeit aufrecht zu erhalten,
beispielsweise dadurch, daß die Drossel bezogen auf die zugespeiste Druckluftmenge
so abgestimmt ist, daß sich bei einem etwas erhöhten Betätigungsdruck ein Gleichgewichtszustand
einstellt, oder daß im Zulauf auf die Drossel ein Sperrventil angeordnet wird.
[0018] Die Ausgestaltung eines Lüfterrades mit verstellbaren Lüfterflügeln und mit in deren
jeweiliger Endlage über eine von der Stelleinrichtung unabhängige, in Richtung auf
die Endlage wirkenden Haltekraft als Selbsthaltekraft erweist sich auch im Hinblick
auf eine Stabilisierung der Lüfterflügel in ihrer jeweiligen Endlage und damit für
ein sicheres Betriebsverhalten aus wesentlich, da auf diese Weise ohne Zusatzaufwand
eine stabile Endlage realisierbar ist, in der die Flügel nicht flattern und trotz
Verstellbarkeit der Flügel diese zur Nabe eine quasi fixierte Stellung einnehmen.
Zudem läßt sich dieser Effekt ohne Zusatzaufwand realisiert, wenn die Lüfterflügel
erfindungsgemäß über die sie entgegen der Förderrichtung beaufschlagenden Luftwiderstandskraft
in Richtung auf die jeweils gegebene Endlage belastet sind.
[0019] Die Ausbildung des Exzentergetriebes mit einem gemeinsamen Stellring, der durch den
zylindrischen Wandteil des Stellkolbens gebildet ist, führt in Verbindung mit der
radialen Erstreckung und Lagerung der Lüfterflügel im Nabengehäuse bei axialer Überdeckung
zum Stellkolben zu einer besonders einfachen und flachen erfindungsgemäßen Bauweise.
[0020] Zu einem einfachen Aufbau trägt insbesondere auch bei, wenn, bezogen auf die axiale
Förderrichtung des Lüfterrades, die den Lüfterflügeln zugeordneten Exzenterzapfen
in ihren beiden, der Regelarbeitsstellung und der Kurzarbeitsstellung entsprechenden
Endlagen etwa auf der gleichen, bevorzugt aber in der gleichen durch die Drehachse
des Lüfterrades gelegten Radialebene liegen. Dadurch ergibt sich für die beiden Endlagen
die gleiche Lage der Lüfterflügel, und damit auch eine gleich große Selbsthaltekraft
in beiden Endlagen. Durch entsprechende Verlagerung der den Endlagen entsprechenden
Lagen der Exzenterzapfen ist es aber auch möglich, die Flügelstellungen in den Endlagen
so zu beeinflussen, daß diese für die beiden Arbeitsstellungen nicht symmetrisch zu
einer zur Drehachse des Lüfterrades senkrechten Radialebene liegen, mit der Folge
der Änderung auch der entsprechenden Selbsthaltekräfte und der Fördermengen.
[0021] Die Lüfterflügel sind - radial von außen gesehen - jeweils entgegengesetzt zur Förderrichtung
gekrümmt, so daß sich im Schnitt für die Lüfterflügel eine entgegen der Förderrichtung
gerichtete konvexe Wölbung ergibt, wobei das in Förderrichtung nach vorne ragende
Ende der jeweiligen Schaufel eine vorwiegend axiale Erstreckung aufweist, und das
bezogen auf die Förderrichtung rückwärtige Ende eine weitgehend radiale Erstreckung
zeigt.
[0022] Für die Umstellung zwischen den Förderrichtungen erweist sich eine Drehung der Flügel
um ihre jeweilige zentrale Achse als zweckmäßig, und zwar mit einem Winkel von bevorzugt
mehr als 90°, insbesondere mit einem Winkel in der Größenordnung von etwa 110°, wobei
sowohl durch die Form des Flügelprofils, und/oder den Anstellwinkel und/oder den axialen
Abstand der in Förderrichtung vorne liegenden jeweiligen Flügelkante zur Drehachse
des Lüfterflügels die Größe der Selbsthaltekraft beeinflußt werden kann.
[0023] Das erfindungsgemäße Grundkonzept eines Lufterrades mit verstellbaren Lüfterflügeln
macht es darüber hinaus, gegebenenfalls als Zusatzfunktion erfindungsgemäß unter Beibehalt
des Bauprinzipes, möglich, eine drehzahl- und/oder temperaturabhängige Anpassung der
Kühlleistung vorzunehmen, um die bei einem vorgegebenen starren Drehzahlverhältnis
der Kurbelwelle zum Lüfterrad prinzipiell mit der Drehzahl steigende Kühlleistung
dann zu verringern, wenn ein entsprechender Kühlleistungsbedarf nicht besteht. Erreicht
ist dies bei einem erfindungsgemäßen Lüfterrad dadurch, daß die federbelastete Ausgangslage
des Stellkolbens entgegen der Federkraft anschlagbegrenzt ist und die Anschlagbegrenzung
drehzahl- und/oder temperaturabhängig in ihrer Lage verändert wird.
[0024] Ausgangspunkt hierfür ist, daß für eine Vielzahl von Einsatzzwecken, insbesondere
für Arbeitsmaschinen, wie landwirtschaftliche und stationäre Arbeitsmaschinen, sowie
auch Nutzfahrzeuge, und hier insbesondere landwirtschaftliche Nutzfahrzeuge wie Schlepper
die Brennkraftmaschine meist innerhalb eines verhältnismäßig engen Arbeitsbereiches
betrieben wird, so daß für eine kontinuierliche Verstellung der Lüfterflügel keine
Notwendigkeit besteht. Der angesprochene Arbeitsbereich ist meist ein unterhalb der
Höchstdrehzahl liegender Bereich der Brennkraftmaschine, in dem bezogen auf das für
diesen Bereich erreichbare maximale Drehmoment bzw. die für diesen Bereich erreichbare
maximale Leistung ein hoher, insbesondere maximaler Kühlleistungsbedarf gegeben ist.
Ausgehend von diesem Bereich wächst mit steigender Drehzahl die Luftfördermenge und
die über diese erreichbare Kühlleistung im Regelfall stärker an als der jeweilige
maximale Kühlleistungsbedarf. Dem kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung Rechnung
getragen werden, in dem der Anstellwinkel der Lüfterflügel - im Sinne einer Verringerung
der Kühlleistung - in Richtung kleinerer Luftfördermenge verstellt wird, wobei dies
unmittelbar drehzahlabhängig geschehen kann.
[0025] Eine solche drehzahlabhängige Verstellung kann als eigenständig erfinderische Lösung
über die Stellkraft erreicht werden, die aus der luftwiderstandsabhängig auf die Lüfterflügel
wirkenden Kraft resultiert, die mit der Drehzahl anwächst, so daß, bezogen auf den
angesprochenen Arbeitsbereich maximalen Kühlleistungsbedarfes, eine Einstellung vorgenommen
werden kann, in der die luftwiderstandsabhängige Stellkraft zu einer elastisch nachgiebigen
Abstützung im Gleichgewicht steht. Wird dieser Arbeitsbereich nach oben verlassen,
also die Drehzahl weiter angehoben, so ergibt sich mit der erhöhten Drehzahl eine
entsprechend höhere luftwiderstandsabhängige Stellkraft, und es werden die Lüfterflügel
gegen die elastische Abstützung auf einen kleineren Anstellwinkel verschwenkt, wobei
es zweckmäßig ist, den zulässigen Mindestanstellwinkel durch einen Festanschlag zu
begrenzen.
[0026] Im Rahmen der Erfindung, aber auch als eigenständig erfinderische Lösung kann eine
entsprechende Anpassung auch temperaturabhängig erreicht werden. Dies ist dadurch
möglich, daß ein temperaturabhängig arbeitendes Anschlagelement so ausgelegt wird,
daß eine maximale Auslenkung gegeben ist, wenn die Brennkraftmaschine, mit entsprechender
Drehzahl, im angesprochenen Arbeitsbereich maximaler Belastung und maximalem Kühlleistungsbedarfes
arbeitet. Bei darüber hinaus gehender Drehzahl bleibt der Anstieg des Kühlleistungsbedarfes
gegenüber dem Anstieg der Drehzahl zurück, so daß als Folge der über der Drehzahl
steigenden Luftfördermenge und Kühlleistung die Temperatur abfällt, was dazu führt,
daß das temperaturabhängig arbeitende Anschlagelement in seiner Auslenkung zurückgeht
und eine Verstellung der Lüfterflügel über die sie belastende, luftwiderstandsabhängige
Stellkraft in Richtung auf einen kleineren Anstellwinkel und eine entsprechend geringere
Luftfördermenge ermöglicht.
[0027] Damit ist erfindungsgemäß, drehzahl- und/oder temperaturabhängig arbeitend, eine
Lösung geschaffen, durch die in den kritischen, oberen Drehzahlbereichen der Leistungsbedarf
des Lüfterrades auf das Maß zurückgenommen wird, das für die Kühlung der Brennkraftmaschine
erforderlich ist, so daß die Verlustleistung der Brennkraftmaschine reduziert wird,
mit entsprechend positiven Auswirkungen auf die effektiv zur Verfügung stehende Leistung
der Brennkraftmaschine und auf der Kraftstoffverbrauch.
[0028] Die erfindungsgemäße temperaturabhängige Verstellbarkeit, gegebenenfalls auch kombiniert
als temperatur- und drehzahlabhängige Verstellbarkeit ausgeführt, gibt zudem die Sicherheit,
daß im Falle eines höheren Kühlleistungsbedarfes im oberhalb des genannten Arbeitsbereiches
liegenden Drehzahlbereich kein Kühlleistungsdefizit eintritt, da bei erhöhter Temperatur
und entsprechender Rückwirkung auf das temperaturabhängig arbeitende Anschlagelement
die Lüfterflügel auch im oberhalb, also jenseits des angesprochenen Arbeitsbereiches
liegenden Drehzahlbereich in ihrem Anstellwinkel verstellt bzw. auf einen Anstellwinkel
eingestellt werden können, der der maximalen Förderleistung entspricht, sofern das
temperaturabhängig arbeitende Anschlagelement so ausgelegt ist, daß es auch drehzahlabhängig
auftreten, höheren luftwiderstandsabhängigen Stellkräften standhält.
[0029] Als elastische Anschlagelemente können Federn, insbesondere Schraubenfedern, als
temperaturabhängige Anschlagelemente insbesondere Dehnstoffelemente Verwendung finden.
[0030] Weitere Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch den Ansprüchen.
Ferner wird die Erfindung mit weiteren Details noch anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
- Fig. 1
- für ein Lüfterrad gemäß der Erfindung eine Hälfte von dessen Nabe in einer schematisierten
Schnittdarstellung, wobei die Schnittebene eine Radialebene durch die Lagerung eines
Lüfterflügels ist, mit einer ersten Ausführungsform einer Stelleinrichtung zum Verdrehen
des Lüfterflügels,
- Fig. 2
- eine der Figur 1 entsprechende Schnittdarstellung durch ein entsprechendes Lüfterrad
bei Ausgestaltung der Stelleinrichtung in einer anderen Ausführungsform,
- Fig. 3
- eine schematisierte Darstellung des Lüfterrades gemäß der Erfindung in einer vereinfachten
radialen Ansicht mit Darstellung des im Scheitelpunkt stehenden Lüfterflügels,
- Fig. 4
- eine der Figur 3 entsprechende Darstellung mit einer Stellung des Lüfterrades zur
Förderung in entgegengesetzter Richtung,
- Fig. 5
- eine schematisierte Darstellung eines Lüfterflügels in einer der Figur 3 entsprechenden
Stellung und Ausbildung,
- Fig. 6
- eine der Figur 2 im Grundaufbau entsprechende Darstellung, bei der die federbelastete
Ausgangsstellung durch eine lageveränderliche Anschlagbegrenzung abgesichert ist,
die durch elastische und/oder temperaturabhängige längenveränderliche Abstützelemente
gesichert ist,
- Fig. 7
- eine stark schematisierte und vereinfachte Darstellung eines der Stellvorrichtung
zugeordneten Stellkolbens, in der die Lage der auf den Kolben wirkenden, als elastisch
nachgiebige Abstützungen eingesetzten Schraubenfeder und der in Gegenrichtung wirkenden
Anschlagelemente veranschaulicht ist,
- Fig. 8
- eine schematisierte Darstellung des Lüfterrades ähnlich jener gemäß Figur 3 in Zuordnung
zum Kühler bzw. zur Brennkraftmaschine, wobei die drehzahlabhängige überdrückte Stellung
des Lüfterflügels - verringerte Kühlleistung - strichliert angedeutet ist, und
- Fig. 9
- eine stark schematisierte Darstellung des Frontbereiches eines Schleppers in Seitenansicht,
wobei im wesentlichen auf die Anordnung der Brennkraftmaschine und des dieser zugehörigen
Kühlsystems abgehoben ist.
[0031] In der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Teil eines Lüfterrades 1 gezeigt, von dessen
Lüfterflügeln 2 lediglich einer mit seinem radial inneren, nabenseitigen Anschlußteil
3 gezeigt ist, wobei die diesen Anschlußteil 3 aufnehmende Nabe, die schematisiert
im Schnitt dargestellt ist, insgesamt mit 4 bezeichnet ist. Die Nabe 4 umfaßt einen
napfförmigen Nabenkörper 5, der einen Bodenteil 6 und die Napfwand 7 umfaßt, wobei
die als Umfangswand des Nabenkörpers 5 dienende Napfwand 7 über einen Deckel 8 gegenüberliegend
zum Bodenteil 6 abgedeckt ist, so daß die Nabe 4 einen über Bodenteil 6, Napfwand
7 und Deckel 8 begrenzten Innenraum 9 aufweist. Bei zur Drechachse 10 der Nabe 4,
deren Anbindung an die sie tragende Welle hier nicht weiter dargestellt ist, konzentrischem
Aufbau der Nabe 4 nimmt deren Innenraum 9 einen Stellkolben 11 auf, der eine zur Napfwand
7 benachbarte, zylindrische Kolbenwand 12 und einen Kolbenboden 13 umfaßt, wobei Kolbenwand
12 und Kolbenboden 13 den Kolbeninnenraum 14 umgrenzen, der gegen den Bodenteil 6
der Nabe 4 offen ist. Nach der gegenüberliegenden Seite grenzt der Kolbenboden 13
des Stellkolbens 11, der im Bereich des Kolbenbodens 13 über Ringdichtungen 15 gegen
die Napfwand 7 abgedichtet ist, einen Arbeitsraum 16 ab, der über eine Versorgungsöffnung
17 an eine Druckquelle, die hier nicht weiter dargestellt ist, anzuschließen ist.
Ferner ist im Deckel 8 eine Abströmöffnung 19 angeordnet, die im Rahmen der Erfindung
als Drosselbohrung ausgebildet ist. In Richtung auf den Deckel 8 ist der Stellkolben
11 elastisch nachgiebig belastet, wobei diese Abstützung im Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 1 über ein Schraubenfeder 20 als Abstützelement erfolgt, deren Durchmesser etwa
dem Durchmesser des sie aufnehmenden Kolbeninnenraumes 14 entspricht.
[0032] Im zur Kolbenwand 12 axial, sowie auch radial in Überdeckung liegenden Teil der Napfwand
7 sind die Lüfterflügel 2 über ihr Fußteil als Anschlußteil 3 drehbar gelagert, wobei
die diesbezüglichen Lager im Ausführungsbeispiel nur schematisch angedeutet und mit
21 bezeichnet sind. Mit dem Anschlußteil 3 ist, diesem im Bezug auf die Lager 21 gegenüberliegend,
ein Deckelteil 22 drehfest und unter axialer Verspannung verbunden, das seinerseits
zur Achse 23 der Lager 21 und des jeweiligen Lüfterflügels 2 exzentrisch liegend einen
Stellzapfen 24 umfaßt, der in eine in der Kolbenwand 12 vorgesehene Ausnehmung 25
eingreift, die bevorzugt als Aufnahmebohrung, insbesondere als den Stellzapfen 24
führende Sacklochbohrung ausgebildet ist.
[0033] Wird der Arbeitsraum 16 mit Druck beaufschlagt, so wird der Kolben 11 gegen die Kraft
der Feder 20 axial verschoben, und mit dieser Verschiebung ist eine Schwenkbewegung
des Stellzapfens 24 um die Lagerachse 23 mit entsprechender Verdrehung des Lüfterflügels
2 um diese Achse verbunden, wobei der Schwenkbewegung für den Stellzapfen 24 eine
Drehung des Kolbens 11 um die Drehachse 10 überlagert ist, die dadurch bedingt ist,
daß mit der Verlagerung des Stellzapfens 24 bei der axialen Verschiebung des Kolbens
11 aufgrund der Exzentrizität des Stellzapfens 24 zur Achse 23 eine entsprechende
Verdrehung des Kolbens einhergehen muß, wenn keine mechanische Blockade eintreten
soll.
[0034] Nicht dargestellt ist im Ausführungsbeispiel die dem Anschlußteil 3 zur Abdeckung
der Lager 21 zugehörige, umfangsseitige Abdeckung der Nabe 4.
[0035] Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 entspricht jenem gemäß Figur 1 sehr weitgehend.
Dementsprechend finden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen Verwendung.
[0036] Dem in diesem Ausführungsbeispiel mit 31 bezeichneten Stellkolben sind als elastisch
nachgiebige Abstützungen - Abstützelemente - aber mehrere Schraubenfedern 32 über
den Umfang verteilt zugeordnet, die jeweils bei Abstützung gegen das Bodenteil 6 des
napfförmigen Nabenkörpers in einer in der Rückseite des Stellkolbens 31 vorgesehenen
Ausnehmung 33 geführt sind.
[0037] Die Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 3 und 4 zeigen in stark schematisierter Darstellung
die Zuordnung des Lüfterrades 1 zum Kühler einer nur angedeuteten Brennkraftmaschine
18, wobei dieser Kühler mit 40 bezeichnet ist und wobei für das jeweilige Lüfterrad
1 jeweils nur ein Lüfterflügel 42 gezeigt ist. Es ist dies jener Lüfterflügel 42,
der in der dargestellten Ansicht bezüglich seiner Verstell-Drehachse 23 in einer zur
Zeichenebene senkrechten, die Drehachse 10 des Lüfterrades 1 enthaltenden Ebene liegt,
so daß die in der Napfwand 7 vorgesehene Aufnahmebohrung 43 für die Lagerung des Anschlußteiles
3 des jeweiligen Lüfterflügels 42 symmetrisch zu dieser Ebene liegt.
[0038] Ausgehend von einer Baulage der Nabe 4 entsprechend jener gemäß Figuren 1 und 2 in
der Konfiguration gemäß Figuren 3 und 4 ist der in Figur 4 nicht weiter dargestellte
Stellkolben 11 gemäß Figur 1 bzw. 31 gemäß Figur 2 in Richtung des Pfeiles 44, also
vom Kühler 40 weg druckbelastbar, und damit entgegen der elastisch nachgiebigen Rückstelleinrichtung,
die durch die Feder 20 bzw. durch die Federn 32 - jeweils als Abstützelemente - gebildet
ist, verschiebbar. Eine entsprechende Verschiebung bedingt die Umstellung des Lüfterflügels
aus der Lage gemäß Figur 3 in eine Lage gemäß Figur 4. Der Lage gemäß Figur 3 entspricht
einer Förderrichtung des Lüfterrades 1, wie sie durch den Pfeil 46 angegeben ist,
so daß Luft durch den Kühler 40 angesaugt wird.
[0039] Wird der Stellkolben 11 bzw. 31 druckbeaufschlagt, so ergibt sich mit der axialen
Verschiebung des Stellkolbens 11 bzw. 31 eine Verdrehung des Stellzapfens 24 um die
jeweilige Lagerachse 23 des zugehörigen Lüfterflügels, und damit aufgrund der drehfesten
Verbindung zwischen dem exzentrischen Stellzapfen 24 und dem jeweiligen Lüfterflügel
eine Verdrehung des Lüfterflügels.
[0040] Entsprechend den axial möglichen Endlagen des Stellkolbens 11 bzw. 31 ergeben sich
auch zwei Endlagen für die Lüfterflügel 2 des Lüfterrades 1, wobei diese Endlagen
für den Lüfterflügel 42 in den Figuren 3 bzw. 4 dargestellt sind und wobei Figur 4
die Endstellung zeigt, die dem druckbeaufschlagten und gegen die elastisch nachgiebige
Abstützung verschobenen Kolben entspricht. In der Endstellung gemäß Figur 4 ist der
Lüfterflügel 42 entgegengesetzt zur Darstellung gemäß Figur 3 angestellt, mit der
Folge, daß nunmehr in Richtung auf den Kühler 40 (Pfeil 47) gefördert wird.
[0041] Der axiale Verstellweg des Stellkolbens 11 bzw. 31 ist so bemessen, daß sich durch
das Zusammenwirken mit dem exzentrischen Stellzapfen 24 eine Verdrehung des Lüfterflügels
42, im Ausführungsbeispiel eine Verdrehung (Pfeil 56) über 110°, ergibt, wobei der
Lüfterflügel 42 in seinen beiden Endstellungen eine zu der Symmetrieebene durch die
Drehachse 23 des Lüfterflügels 42, die senkrecht zur Drehachse 10 des Lüfterrades
1 steht, symmetrische Lage einnimmt. Dementsprechend ist beim Ausführungsbeispiel
das Förderverhalten des Lüfterrades 1 in beiden Förderrichtungen, Pfeile 46 und 47
gleich.
[0042] Der Drehwinkel für die Lüfterflügel 42 kann, auch wenn ein Winkel von 110° besonders
vorteilhaft ist, und ein Winkel von 110° sich insbesondere mit der beschriebenen Schaufelkonfiguration
als besonders vorteilhaft erweist, insbesondere bei gewölbten Schaufelquerschnitten
auch kleiner sein, wobei sich auch Winkel von weniger als 90°, etwa von 70-90° erfindungsgemäß
insbesondere dann realisieren lassen, wenn in einer Förderrichtung eine kleinere Förderleistung
als in der anderen Richtung in Kauf genommen wird, was teilweise auch angestrebt werden
kann. So im Rahmen der Erfindung beispielsweise, wenn für die Kurzarbeitsstellung
eine besonders hohe Förderleistung angestrebt wird, um z.B. bei Verunreinigung des
Kühlers 40 ein schnelles Freiblasen zu erreichen, die für die Regelarbeitsstellung
erforderliche Förderleistung aber vergleichsweise gering ist .
[0043] Bezogen auf das gezeigte Ausführungsbeispiel und die angesprochene Symmetrieebene
sind die Lüfterflügel 42 jeweils entgegengesetzt zur jeweiligen Förderrichtung ausgewölbt,
wobei der durch den Lüfterflügel 42 gebildete Kurvenbogen 49 und die die Enden der
Lüfterflügel verbindende Sehne 48 ein Kreissegment beschreiben, dessen Sehne 48 unter
einem Winkel 52 von etwa 50-60°, im Ausführungsbeispiel etwa 55° zu der zur Drehachse
10 parallelen Förderrichtung verläuft. Bezogen auf die Drehachse 23 des jeweiligen
Lüfterflügels 42 und eine zur Sehne 48 parallele, durch die Drehachse 23 verlaufende
Gerade liegen die Sehne 48 und der Kurvenbogen 49 des Lüfterflügels 42 auf verschiedenen
Seiten der durch die Drehachse 23 verlaufenden Gerade 50, wobei die durch die Sehne
48 gegebene Breite des Lüfterflügels im wesentlichen dessen Krümmungsradius entspricht.
Der Krümmungsmittelpunkt 53 für den Kurvenbogen 49 liegt dabei auf einer zur Sehne
48 senkrechten Gerade 51 durch die Achse 23, zu der der Kurvenbogen 49 symmetrisch
liegt. Der Umfangswinkel 54 des Kurvenbogens 49 beträgt im Ausführungsbeispiel zwischen
55 und 75°, bevorzugt etwa 65°.
[0044] Die beschriebene Konfiguration des Lüfterflügels 42 ermöglicht für beide Endstellungen
und bei unabhängig von der Stellung des Lüfterflügels 42 gleichbleibender Drehrichtung
55 des Lüfterrades 1 in einfacher Weise, d.h. ohne zusätzlichen mechanischen Aufwand
die Realisierung eines Selbsthalteeffektes aufgrund des auf den Lüfterflügel 42 wirkenden
Luftwiderstandes. In beiden Endstellungen ist der Lüfterflügel 42 durch den Luftwiderstand
in Richtung auf die Endstellung beaufschlagt. Dementsprechend bedarf es im Rahmen
der erfindungsgemäßen Lösung keiner anderweitigen besonderen Sicherung dieser Endstellung,
z.B. um ein Flattern der Flügel zu vermeiden.
[0045] Damit läßt sich erfindungsgemäß ein Lüfterrad 1 realisieren, bei dem der Stellkolben
11, 31 der Stelleinrichtung in der Vorwärtsblasrichtung 46, die der Regelarbeitsstellung
entspricht, lediglich über die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung belastet
ist, die durch die Feder 20 bzw. den Federn 32 gebildet ist. Hohe Vorspannkräfte sind
dabei nicht erforderlich, da die Flügel 2 bzw. 42 in die dieser Regelarbeitsstellung
entsprechende Stellung gemäß Figur 3 auch über den sie beaufschlagenden Luftwiderstand
gedrängt sind, so daß sich für die Lüfterflügel keine Flatterbewegungen ergeben.
[0046] Wird der Stellkolben 11 bzw. 31 mit Druck beaufschlagt, so ist bei der erfindungsgemäßen
Lösung, bei der der Stellkolben 11 bzw. 31 axial druckbeaufschlagt wird und eine der
Nabenfläche weitgehend entsprechende, und damit sehr große Beaufschlagungsfläche aufweist,
lediglich ein geringer Stelldruck erforderlich und es kann das System deshalb mit
Niederdruck betrieben werden. Mit der Druckbeaufschlagung wird der Kolben 11 bzw.
31 gegen die elastisch nachgiebige Abstützung (Federn 20, 32) verschoben und es erreichen
damit die Lüfterflügel 42 eine Stellung gemäß Figur 4, bei der in Richtung auf den
Kühler 40 geblasen wird (Rückwärtsblasrichtung 47 oder Kurzarbeitsstellung).
[0047] Geht man davon aus, daß diese Arbeitsstellung gegenüber der Regelarbeitsstellung
nur kürzere Zeit aufrecht erhalten werden soll, so ist die Betriebszeit unter einer
solchen Druckbeaufschlagung auch kürzer als die Regelarbeitsszeit, und der Energieverbrauch
eines solchen Systemes geringer als bei Systemen, die für die Aufrechterhaltung zumindest
einer ihrer Endlagen jeweils eine entsprechende aktive Beaufschlagung benötigen.
[0048] Wird die Druckbeaufschlagung, die, was hier nicht weiter dargestellt ist, über eine
Pumpe oder einen Kompressor durch Zuschalten desselben erfolgen kann, aber auch durch
Anschluß an ein Niederdruckspeichersystem, unterbrochen, so erfolgt der Druckabbau
durch Abströmen der Luft über die Abströmöffnung 19, die in der Ausbildung als Drosselöffnung
in Abhängigkeit vom Drosselquerschnitt eine Möglichkeit bietet, den Druckabbau zeitgesteuert
vorzunehmen.
[0049] Sind die Lüfterflügel auch in Richtung auf ihre der Kurzarbeitsstellung entsprechende
Endstellung über den Luftwiderstand beaufschlagt sind, kann bei der erfindungsgemäßen
Lösung die entsprechende Endlage während der Zeit des Druckabbaues noch aufrecht erhalten
werden, da der Selbsthalteeffekt der über die elastisch nachgiebige Abstützung wirkenden
Rückstellkraft entgegenwirkt. Entsprechende Abstimmung dieser Rückstellkraft auf die
Selbsthaltekraft vorausgesetzt kann somit ein sehr weitgehender Druckabbau erfolgen,
bevor die Umstellbewegung erfolgt, so daß die Umstellung nahezu schlagartig erfolgen
kann, wie dies auch bei der Umstellung in Gegenrichtung unter Druckbeaufschlagung
möglich ist.
[0050] Abweichend von dem schematisiert dargestellten Ausführungsbeispielen gemäß Figuren
1 und 2 kann die Drosselöffnung selbstverständlich auch an anderer Stelle in dem vom
Arbeitsraum ausgehenden Ablaufweg angeordnet sein. Insbesondere erweist es sich dabei
als zweckmäßig, der Drossel ein Sperrventil zuzuordnen, sei es vorgelagert, nachgelagert
oder in die Drossel integriert, um über dieses Ventil die Haltedauer des Druckes in
der Arbeitskammer festzulegen, und damit unabhängig von dem Anschluß der Arbeitskammer
an die Druckquelle, sobald in der Arbeitskammer der für die Umstellung in die Kurzarbeitsstellung
erforderliche Druck aufgebaut ist.
[0051] Insbesondere in Verbindung mit einer solchen Ausgestaltung ist eine hydraulische
Betätigung des Stellkolbens zweckmäßig und vorteilhaft, zumal bei hydraulischer Betätigung
in vielen Fällen, wie beispielsweise bei Schleppern auf bereits vorhandene hydraulische
Anlagen und deren Druckversorgung zurückgegriffen werden kann.
[0052] Insbesondere in Verbindung mit einer hydraulischen Betätigung ist im Rahmen der Erfindung
parallel geschaltet zum Arbeitsraum ein Druckspeicher, insbesondere ein Druckblasenspeicher
vorgesehen, derart, daß nach Abschalten der Druckquelle der Druck im Arbeitsraum auch
bei gewissen Leckagen aufrecht erhalten werden kann. Ferner ist es dadurch auch möglich,
über eine im Ablauf liegende Drossel die eigentliche Umschaltdauer auch bei einem
hydraulischen System zu bestimmen, da nach Freigabe des Ablaufes Druckmedium aus dem
Druckspeicher in den Arbeitsraum nachgerückt wird und von dort über die Drossel abströmt,
und zwar unter gleichzeitiger Verringerung des Druckes in dem durch Druckspeicher
und Arbeitskammer gebildeten System, so daß die Umschaltung in die Regelarbeitsstellung
auch hier nahezu schlagartig erfolgen kann, wenn dieser Systemdruck auf einen Wert
abgesunken ist, bei dem die auf den Kolben wirkende Stellkraft kleiner ist als die
über die Federn aufgebrachte Rückstellkraft.
[0053] Damit ist durch die Erfindung eine Stelleinrichtung für ein Lüfterrad geschaffen,
die einen Einsatz eines solchen Lüfterrades im Kühlsystem von Brennkraftmaschinen
besonders zweckmäßig macht, und zwar insbesondere dann, wenn die Kurzarbeitsstellung
mit Umkehrung der Förderrichtung gegenüber der Regelarbeitsstellung dazu genutzt werden
soll, den Kühler, bzw. den Zuflußweg zum Lüfterrad, bezogen auf die Luftströmungsrichtung
in der Regelarbeitsstellung durch Umkehrung der Strömungsrichtung freizublasen. Siehe
hierzu Figur 9.
[0054] Dadurch, daß die erfindungsgemäße Losung eine schlagartige Umstellung auch von Kurzarbeitsstellung
zur Regelarbeitsstellung ermöglicht, ist der Regelarbeitsbetrieb des Lüfterrades und
damit der normale Kühlbetrieb nur kurzzeitig unterbrochen, womit Überhitzungen der
Maschine vorgebeugt wird.
[0055] Die Umstellung auf die Kurzarbeitsstellung zur Reinigungszwecken kann in Abhängigkeit
von Luftwiderstand oder sonstigen geeigneten Parametern, wie beispielsweise Änderungen
der Kühlwassertemperatur und dergleichen automatisch erfolgen, oder auch manuell,
wobei jeweils lediglich eine kurzzeitige Zuschalung der Druckquelle erforderlich ist,
um die Umsteuerung auf die Kurzarbeitsstellung vorzunehmen. Dementsprechend ist auch
der Energiebedarf für den Betrieb des erfindungsgemäßen Lüfterrades außerordentlich
gering, zumal, wie dargelegt, die Umsteuerung in Gegenrichtung ohne aktive Stelleinrichtungen
vollzogen wird.
[0056] Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Figur 6 gezeigt, wobei Figur 6 eine
im Grundaufbau der Figur 1 entsprechende Darstellung zeigt und auch gleiche Bezugszeichen
Verwendung finden. Dies gilt auch für den Stellkolben 11, der auf Seiten des Arbeitsraumes
16 mit Druckmedium beaufschlagbar ist und der auf seine dargestellte Ausgangslage
federbelastet ist, wie über die Schraubenfeder 32 angedeutet. Abweichend von der Darstellung
gemäß Figur 1 ist der Stellkolben 11 ausgehend vom Arbeitsraum 16 mit Aufnahmeöffnungen
75, 76 versehen, die den Kolbenboden 13 durchsetzend geschlossen ausgeführt sind und
in denen Anschlagelemente 77 bzw. 78 anzuordnen sind, die sich gegen den Deckel 8
abstützen. Als Anschlagelement 77 ist eine Stützfeder vorgesehen, als Anschlagelement
78 ein Dehnstoffelement, wie es gegebenenfalls handelsüblich zu erwerben ist. Um die
in der Zuordnung zum Kühler 40 bzw. zur Brennkraftmaschine 18 gegebene Lage des Lüfterrades
1 zu symbolisieren, sind in Figur 6 der Kühler mit 40 und die Brennkraftmaschine mit
18 schematisch angedeutet.
[0057] Die Anschlagelemente 77, 78 bilden drehzahl- bzw. temperaturabhängig lageveränderliche
Anschlagbegrenzungen, auf die der Kolben 11 in Gegenrichtung zur Schraubenfeder 32
als elastisch nachgiebigem Abstützelement abgestützt ist, wobei der Kolben 11 einen
Rand 79 aufweist, der bei Anlage am Deckel 8 als Festanschlag wirkt.
[0058] Figur 7 zeigt in der schematisierten Darstellung des Stellkolbens 11 bei Ansicht
desselben in Richtung des Pfeiles 80 in Figur 6 beispielsweise mögliche Anordnungen
für die Anschlagelemente 77, 78 und die in Gegenrichtung wirkenden Schraubenfedern
32, wobei die in Figur 7 linksseitig gezeigte Ausgestaltung eine radial gestaffelte
Anordnung für die Anschlagelemente 77 bzw. 78 andeutet, während die rechtsseitige
Darstellung diese bei in Umfangsrichtung versetzter Anordnung zeigt. Entsprechend
diesen Anordnungen erweist es sich als zweckmäßig, die von der Gegenseite wirkende
federelastische Abstützung, die durch die Schraubenfeder 32 symbolisiert ist, auf
Lücke zu setzen, so beispielsweise in der linksseitigen Darstellung nahe der Kolbenwand,
und in der rechtsseitigen Darstellung zentrumsnah. Diese Weise läßt sich eine gleichmäßige
Kolbenabstützung von beiden Kolbenseiten her erreichen, so daß der Kolben keinen Verkantungskräften
ausgesetzt ist.
[0059] Figur 8 zeigt ausgehend von einer Lage der Nabe 4 gemäß Figur 6, und damit bezogen
auf eine Anordnung des Lüfterrades 1 gemäß Figur 9, die Stellung für einen Lüfterflügel
42 bei in Richtung auf die Brennkraftmaschine 18 gegebener Förderrichtung 46, wobei
die Umlaufrichtung des Lüfterrades 1 durch den Pfeil 81 symbolisiert ist, entsprechend
einer Drehrichtung 55.
[0060] Mit 42 ist jener Lüfterflügel des Lüfterrades 1 bezeichnet, der in der dargestellten
Ansicht gemäß Figur 6 bezüglich seiner Verstelldrehachse 23 in einer zur Zeichenebene
senkrechten, die Drehachse 10 des Lüfterrades 1 enthaltenen Ebene liegt, so daß die
in der Napfwand 7 vorgesehene Aufnahmebohrung 43 für die Lagerung 21 des Anschlußteiles
3 symmetrisch zu dieser Ebene liegt. Der Lüfterflügel 42 fördert in der Darstellung
gemäß Figur 8 in Richtung des Pfeiles 46, also in Richtung auf die Brennkraftmaschine
18, und der in Vollinien dargestellten Stellung des Lüfterflügels 42 entspricht eine
Stellung des Stellzapfens 24 gemäß Figur 6. Der Stellzapfen 24 ist in Figur 8 nur
schematisch angedeutet. Die gezeigte, in Vollinien dargestellte Stellung des Lüfterflügels
42 in Figur 8 entspricht einer maximalen Förderstellung als Anschlagstellung, die
für den Kolben 11 bezogen auf eine vorgegebene Drehzahl durch die in der Aufnahmeöffnung
76 angeordneten Federn 77 drehzahlabhängig gehalten wird, oder auch temperaturabhängig
durch das in Aufnahmeöffnungen 75 angeordnete Dehnstoffelemente 78. Der über die Federn
77 und/oder über die Dehnstoffelemente 78 als Anschlagelemente auf den Kolben 11 ausgeübten
Stützkraft wirkt eine luftwiderstandsabhängige Stellkraft entgegen, neben der Kraft
der Feder 32, mit der Tendenz, den jeweiligen Lüfterflügel, wie für den Lüfterflügel
42 strichliert angedeutet, in eine Stellung mit einem flachen Anstellwinkel zu drücken.
Analog zu dieser Stellung des Lüfterflügels 42 ist auch die Stellung des Stellzapfens
24 strichliert in Figur 8 eingezeichnet.
[0061] Geht man davon aus, daß die Brennkraftmaschine 18 einen Arbeitsbereich hat, der unterhalb
der Höchstdrehzahl liegt und in dem bezogen auf das für diesen Bereich erreichbare
maximale Drehmoment bzw. die für diesen Bereich erreichbare maximale Leistung ein
hoher, insbesondere dem maximalen Kühlleistungsbedarf der Brennkraftmaschine 18 entsprechender
Kühlleistungsbedarf gegeben ist, so entspricht dem die in Figur 8 für die Lüfterschaufel
42 angenommene, in Vollinien dargestellte Stellung mit einem entsprechenden Anstellwinkel,
der bezogen auf das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 in der Größenordnung von etwa
50° liegt. Auf diese Anschlagstellung ist die Lüfterschaufel 42 über die Feder 77
abgestützt, wobei der Kraft der Feder 77 eine Stellkraft entgegenwirkt, die für den
angesprochenen Arbeitsbereich und die in diesem gegebene Drehzahl luftwiderstandsabhängig
über den Lüfterflügel 42 und die Exzenterverbindung zum Kolben 11 auf den Kolben 11
ausgeübt wird. Ist der Kolben 11 zusätzlich in Gegenrichtung zur Feder 77 durch die
Feder 32 abgestützt, so ist diese zu berücksichtigen, derart, daß die Stellung der
Lüfterschaufel 42 gemäß Figur 8 quasi einer Gleichgewichtsstellung bezogen auf die
angesprochenen Kräfte entspricht.
[0062] Erhöht sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine über den genannten Bereich hinaus,
so erhöht sich die luftwiderstandsabhängig auf die Lüfterschaufel 42 ausgeübte Stellkraft,
mit dem Effekt, daß die als Anschlagelement wirksame Feder 77 komprimiert wird und
der Lüfterflügel 42 in eine flachere Stellung schwenkt, wie für den Lüfterflügel 42
in Figur 8 strichliert angedeutet, wobei der für diese Stellung des Lüfterflügels
42 gegebene Anstellwinkel flacher ist, und diesem Anstellwinkel eine Lage des Stellzapfens
24 zugeordnet ist wie sie strichliert angedeutet ist Diese strichlierte Lage des Stellzapfens
24 entspricht einer nicht dargestellten Lage des Kolbens 11 gemäß Figur 6, in der
der Kolben 11 gegen den Deckel 8 als Festanschlag über seinen Rand 79 ansteht.
[0063] Dem vorstehend angesprochenen Arbeitsbereich entspricht ein bestimmter Kühlleistungsbedarf,
und damit auch ein gewisses Temperaturniveau, dem die Nabe 4 ausgesetzt ist. Unter
Verwendung eines temperaturabhängig arbeitenden Dehnstoffelementes als Anschlagelement,
in Figur 6 mit 78 angedeutet, läßt sich bezogen auf die angesprochene Temperatur eine
Stellung des Kolbens 11 durch entsprechende Auslenkung des Dehnstoffelementes 78 erreichen,
der im Sinne der vorstehenden Beschreibung eine Stellung des Lüfterflügels 42 entspricht,
wie sie in Figur 8 in Vollinien dargestellt ist und die ihrerseits einem maximalen
Kühlleistungsbedarf entspricht. Ergibt sich demgegenüber ein Abfall der Temperatur,
so beispielsweise durch drehzahlbedingtes Ansteigen der Luftfördermenge bezogen auf
unveränderte Anstellwinkel für die Lüfterschaufeln 42 ohne ansteigen des Kühlleistungsbedarfes
der Brennkraftmaschine 18, so sinkt die Temperatur, und das Dehnstoffelement 78 geht
in seiner Auslenkung zurück, derart, daß der Kolben 11, analog zur Kompression der
Feder 77 bei steigender Drehzahl, sich in Richtung auf den Deckel 8 verschiebt und
der Lüfterflügel 42 in eine Stellung mit flacherem Anschlagwinkel zurückschwenkt.
[0064] Sind als Anschlagelemente kombiniert federelastische Anschlagelemente (Feder 77)
und temperaturabhängig arbeitende Anschlagelemente (Dehnstoffelement 78) eingesetzt,
so ergänzen sich die entsprechenden Funktionen und es ist durch das temperaturabhängig
arbeitende, insbesondere als Dehnstoffelement 78 ausgebildete Anschlagelement sichergestellt,
daß bei entsprechendem Kühlleistungsbedarf unabhängig von der Drehzahl über das temperaturabhängig
arbeitende Anschlagelement ein Anstellwinkel für die Lüfterschaufel 42 eingesteuert
wird, der dem erhöhten Kühlleistungsbedarf Rechnung trägt, wobei verhältnismäßig kleine
Stellwege für die jeweiliegen Stützelemente gegeben sind und benötigt werden.
[0065] Figur 9 zeigt für ein erfindungsgemäßes Lüfterrad 1 eine bevorzugte Einsatzmöglichkeit
mit Verbindung mit einem Schlepper, wobei der Schlepper insgesamt mit 82 bezeichnet
ist und einen Rahmenteil 83 aufweist, der frontseitig im Bereich der Vorderachse über
Räder 84 abgestützt ist. Im Achsbereich der Vorderachse zwischen den Rädern 84 liegt
die Brennkraftmaschine 18, der der Kühler 40 baulich vorgelagert ist, wobei zwischen
dem Kühler 40 und der Brennkraftmaschine 18 das Lüfterrad 1 liegt, beispielsweise
also ein gemäß der Erfindung ausgestattetes Lüfterrad 1, das über die Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine 18 in üblicher Weise angetrieben ist.
[0066] Am Vorderende des Rahmens 83 ist ein Anschlußrahmen 85 vorgesehen, an dem sich Geräte
oder dergleichen beispielsweise über eine Dreipunkthebevorrichtung anbringen lassen.
[0067] Sind solche Geräte insbesondere frontseitig zum Schlepper 82 angeordnet, so können
diese im Arbeitseinsatz je nach Arbeitsgebiet, beispielsweise als Bodenbearbeitungsgeräte,
Erntemaschinen oder Heuwerbungsmaschinen zu einer erheblichen Belastung der Luft mit
Staug- und/oder Pflanzenpartikeln führen, die als Kühlluft schlepperseitig genutzt
wird und über den Kühler 40 vom Lüfterrad 1 in Richtung auf die Brennkraftmaschine
18 gefördert wird (Pfeil 46). Die Gegenrichtung ist durch den Pfeil 47 symbolisiert.
Diese Verschmutzung der Luft kann zu erheblichen Kühlproblemen führen, ungeachtet
dessen, daß aufgrund der unmittelbaren Antriebsverbindung des Lüfterrades 1 zur Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine 18 das Lüfterrad stets die bei der jeweiligen Drehzahl mögliche,
volle Kühlluftmenge fördert. Verstärkt werden diese Probleme bei möglichst schlanken
Schleppersilhouetten, wie sie angestrebt werden, um einen möglichst guten Überblick
über die Arbeitsgeräte zu erhalten, da unter diesen Gesichtspunkten die Kühlerflächen
wie auch die Zuströmflächen auf den Kühler 40 möglichst klein gehalten werden und
deshalb auch im Zuströmbereich auf den Kühler 40 bei Förderung der Kühlluft in Richtung
46 auf die Brennkraftmaschine 4 hohe Luftgeschwindigkeiten gegeben sind. Die in Verbindung
mit solchen Ausgestaltungen durch Zuwachsen des Kühlers 40 auftretenden Probleme werden
bei der erfindungsgemäßen Lösung dadurch beseitigt, daß die Kühlluftströmung kurzzeitig
umgesteuert wird und, wie anhand der vorstehenden Schilderung näher erläutert, der
Kühler 40 durch entgegengesetzte Durchströmung freigeblasen wird.
1. Lüfterrad, insbesondere im Kühlsystem von Brennkraftmaschinen einsetzbares Lüfterrad,
mit einer Nabe und verstellbaren Lüfterflügeln, die drehbar in der Umfangswand der
Nabe geführt und über einen in der napfförmigen Nabe liegenden Stellantrieb verstellbar
sind, der ein auf eine Ausgangslage federbelastetes und durch ein Druckmedium in Gegenrichtung
beaufschlagbares Stellelement und in dessen Übergang auf die Lüfterflügel liegende
Verstellexzenter umfaßt, die über das Stellelement beaufschlagbar sind, wobei das
Stellelement durch einen dichtend an die Napfwand anschließenden und über diese geführten,
konzentrisch angeordneten Stellkolben gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolbenwand (12) des Stellkolbens (11) als Stellring für die Aufnahme von Stellzapfen
(24) der Verstellexzenter in radialer Überdeckung zu den Lüfterflügeln (2) liegt und
daß die Lüfterflügel (2, 42) durch die Beaufschlagung des Stellkolbens (11) mit Druckmedium
in eine zur Förderrichtung (46) in der Ausgangslage entgegengesetzte Förderrichtung
(47) umstellbar und in beiden der einander entgegengesetzten Förderrichtungen (46,
47) in Richtung auf die der jeweiligen Förderrichtung (46 bzw. 47) entsprechende Flügelstellung
belastet sind.
2. Lüfterrad nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lüfterflügel (2, 42) in Richtung auf die der jeweiligen Förderrichtung (46
bzw. 47) entsprechende Flügelstellung über die Luftwiderstandskraft belastet sind.
3. Lüfterrad nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lüfterflügel (2, 42) in ihrer jeweiligen Endlage über die Luftwiderstandskraft
als von der Stelleinrichtung unabhängige, in Richtung auf ihre jeweilige Endlage wirkende
Selbsthaltekraft beaufschlagt sind, die kleiner ist als die Rückstellkraft, die durch
die Federkraft entgegengesetzt zur Beaufschlagung durch das Druckmedium auf den Stellkolben
(11) wirkt.
4. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß, bezogen auf die axiale Förderrichtung des Lüfterrades (1) die Stellzapfen (24)
in beiden, den entgegengesetzten Förderrichtungen (46 bzw. 47) entsprechenden Endlagen
auf der gleichen Seite einer die Drehachse (10) des Lüfterrades (2, 42) enthaltenden
Radialebene liegen.
5. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lüfterflügel (2, 42) - in radialer Ansicht - in ihren beiden den entgegengesetzten
Förderrichtungen (46 bzw. 47) entsprechenden Endlagen jeweils entgegengesetzt zur
Förderrichtung (46 bzw. 47) ausgewölbt sind.
6. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lüfterflügel (2, 42) zwischen ihren Endlagen bezogen auf ihre Drehachse (23)
über mehr als 90°, insbesondere etwa 110° gegeneinander verdreht sind.
7. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lüfterflügel (2, 42), in radialer Ansicht und bezogen auf die Drehrichtung
(55) des Lüfterrades (1) jeweils entgegen der Drehrichtung (55) ausgewölbt sind.
8. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lüfterflügel (2, 42) - in radialer Ansicht und bezogen auf die Drehrichtung
(55) des Lüfterrades (1) - mit ihrem rückwärtigen Ende schräg zur jeweiligen Förderrichtung
(46 bzw. 47) entgegen der Drehrichtung (55) des Lüfterrades (1) nach hinten und mit
ihrem vorderen Ende im wesentlichen in Umfangsrichtung des Lüfterrades (1) verlaufen.
9. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die durch die elastische Abstützung (Feder 20) entgegengesetzt zur Verstellrichtung
durch Beaufschlagung mit Druckmedium anfahrbare Ausgangslage des Stellkolbens (11,
31) einer Regelarbeitsstellung (Förderrichtung 46) entspricht und die über die Beaufschlagung
mit Druckmedium anfahrbare Endlage des Stellkolbens (11 bzw. 31) einer Kurzarbeitsstellung
(Förderrichtung 47).
10. Lüfterrad nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellung der Lufterflügel (2, 42) von der Kurzarbeitsstellung (Förderrichtung
47) auf die Regelarbeitsstellung (Förderrichtung 46) durch insbesondere zeitgesteuerten
Abbau des nach Abschalten der Druckquelle bestehenden Druckes umschaltbar ist.
11. Lüfterrad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die federbelastete Ausgangslage des Stellkolbens (11, 31) entgegen der Federkraft
anschlagbegrenzt ist und die Anschlagbegrenzung drehzahl- und/oder temperaturabhängig
lageveränderlich ist.
12. Lüfterrad nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangsstellung einer Stellung der Lüfterflügel (42) des Lüfterrades (1)
entspricht, in der eine hohe, insbesondere im Bereich des Maximums liegende Förderleistung
gegeben ist und daß die Ausgangsstellung einem Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine
(18) zugeordnet ist, in dem eine unter der Höchstdrehzahl der Brennkraftmaschine (18)
liegende Drehzahl und ein hoher, insbesondere im Bereich des Maximums liegender Kühlleistungsbedarf
gegeben ist.
13. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlagbegrenzung durch den Stellkolben (11, 31) elastisch nachgiebig in
Richtung auf die Ausgangsstellung belastende Anschlagelemente (Dehnstoffelement 27,
Feder 28) gebildet ist.
14. Lüfterrad nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die als Anschlagbegrenzung dienende Abstützung durch zumindest eine Feder (28),
und/oder durch zumindest ein aus elastischen Material, insbesondere gummielastischem
Material bestehendes Element und/oder durch zumindest ein temperaturabhängig längenveränderliches
Abstützelement, insbesondere ein Dehnstoffelement gebildet ist.
15. Lüfterrad nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die als Anschlagbegrenzung dienenden Anschlagelemente (27, 28) aus ihrer der Ausgangslage
der Lüfterflügel (1) entsprechenden Stellung über die Lüfterflügel beaufschlagende,
luftwiderstandsabhängige Stellkraft verstellbar ist, derart, daß die Lüfterflügel
(1) in Abhängigkeit von der luftwiderstandsabhängigen Stellkraft in eine Stellung
mit verringerter Förderleistung verstellbar sind.