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Einrichtung zum Anpassen der Kühlluftlieferung an den jeweiligen Bedarf
einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei Kraftfahrzeugen Die Erfindung betrifft
eine Einrichtung zum Anpassen der Kühlluftlieferung an .den jeweiligen Bedarf einer
Brennkraftmaschine, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, mit Antrieb des Lüfters .durch
die Brennkraftmaschine über eine regelbare Kupplung, deren Schlupf in Abhängigkeit
sowohl von der Drehzahl als auch von der Kühlmittaltemperatur veränderlich ist.
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Es ist bekannt, die Kühliluftlieferung bei Brennkraftmaschinem und
insbesondere bei Kraftfahrzeugen dem jeweiligen Bedarf .dadurch anzupassen, daß
der Lüfter über eine ausrückbare Kupplung angetrieben wird, die je nach der Temperatur
des Kühlmittels ein- bzw. ausgerückt wird. Diese bekannte Anordnung ist unzweckmäßig,
da erstens die Kupplung stark .dem Verschleiß unterliegt und zweitens nur eine stoßweise
Anpassung erzielt werden kann.
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Bei einer weiteren bekannten Einrichtung der eingangs erwähnten Art
wird der Lüfter über eine hydraulische Kupplung mit regelbarer Füllung angetrieben.
Die Füllung wird in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels und von der
Lüfterdrehzahl selbst dadurch geregelt, daß Flüssigkeit zugeführt oder aus der Kupplung
abgeführt wird. Auch diese Anordnung ist unzweckmäßig, denn sie arbeitet praktisch
mit einer für einen bestimmten Temperaturwert konstanten Abtri.ebsdrehzahl. Außerdem
hat die bekannte Kupplung keinen Durchfluß und demzufolge keime Kühlung.
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Es hat sich herausgestellt, daß im normalen Fahrbetrieb ein Mitlaufen
.des Lüfters mit hoher Motordrehzahl im allgemeinen nicht erforderlich und unerwünscht
ist. Dies -insbesondere deswegen, weil der Lüfter im oberen Drehzahlbereich einen
erheblichen Leistungsbedarf hat und vor allem auch einen außerordentlich störenden
Lärm entwickelt.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Antrieb eines Lüfters so zu
regeln, daß seine Drehzahl bei steigender Antriebsdrehzahl automatisch hinter dieser
zurückbleibt. Trotzdem muß aber der Lüfter bei zu großer Wärmeaufnahme des Kühlmittels
mit hoher Drehzahl betrieben werden können, um eine Überhitzung des Motors zu vermeiden.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung .dadurch gelöst, daß die zwischen
Motor und Lüfter eingeschaltete Kupplung als eine an sich bekannte, mit steigender
Antriebsdrehzahl auf wachsenden Schlupf selbsttätig regeände Kupplung ausgebildet
-ist und daß das Einsetzen dieser selbsttätigen Regelung durch ein von der Kühlmitteltemperatur
abhängiges Einstellglied stufenlos oder stufenweise verstellbar isst. Bevorzugt
wird eine zwischen Motor und Lüfter angeordnete hydraulische Kupplung, wobei erfindungsgemäß
das Einstellglied im Zufluß der Kupplung angeordnet ist und -diese für :den Abfluß
.ein oder mehrere an sich bekannte, feststehende Schöpfrohre aufweist, denen ein
bestimmter Durchflußwiderstand im Abfluß zugeordnet ist. Es ist zwar eine Reibungskupplung
bekannt, die selbsttätig mit steigender Antriebsdrehzahl auf wachsenden Schlupf
regelt. Es fehlt jedoch dabei völlig die Möglichkeit, den Einsatzpunkt dieser Selbstregelung
zu verändern. Insofern ist diese bekannte Kupplung rein fliehkraftabhängig, und
die Kühlmitteltemperatur bleibt völlig ohne Einfluß. Das erfindungsgemäße Regelprinzip
kann auch auf Kupplungen anderer Art, z. B. elektromagnetische Induktionskupplungen,
angewendet werden.
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Als Durchflußwiderstand ist im Rücklauf der Kupplungsflüssigkeit eine
gegebenenfalls auswechselbare Düse angeordnet, und zwar zweckmäßigerweise unmittelbar
nach dem Austritt aus der Kupplung selbst. Eine andere Möglichkeit liegt darin,
die Schöpfrohre durch entsprechende Querschnittsbemessung selbst als Durchflußwiderstand
auszubilden. Als Einstellglied dient eine im Querschnitt regelbare Düse, die mit
einem im Kühlmittelkreis.lauf angeordneten Thermostaten zusammenwirkt. In dieser
Düse bleibt stets eine Mindestöffnung offen, .damit ein ständiger Kühlmittelstrom
erhalten bleibt.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung liegen in erster Linie
darin, daß nm normalen Fahrbetrieb ein Mitlaufen des Lüfters mit hoher Drehzahl
vermieden wird. Dadurch entstehst kein übermäßiger Lärm, und auch der Leistungsbedarf
des Lüfters bleibt in erträglichen Grenzen. Die Kühlluftmenge reicht erfahrungsgemäß
trotzdem
zur Kühlung- aus, weil die Lüfterwirkung zum mindesten teilweise durch den Fahrwind
unterstützt bzw. ersetzt wird. Erst bei hohem Wärmeanfall unter ungünstigen Verhältnissen,
z. B. beim Befahren langer Steigungen, sorgt die temperaturabhänb-ige Einstellung
-des Einsatzpunktes der automatischen Regelung dafür, daß der Lüfter auch ,eine
höhere Drehzahl erreichen kann. Es ist daher möglich, den Lüfter auch für den größtmöglichen
Wärmeanfall groß genug zu :dimensionieren, ohne daß im Normalbetrieb die Verluste
zunehmen.
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Wie eine Einrichtung nach der ErfinUung im einzelnen ausgeführt werden
kann, zeigt mit den für sie wesentlichen Teilen das Ausführungsbeispiel der Zeichnung.
Die Einrichtung ist im Beispiel rein schematisch :dargestellt ohne Rücksicht auf
konstruktive Einzelheiten und Größenverhältnisse. Es zeigt Fig. 1 ein Schaubild
des Drehzahlverlaufes eines Lüfters mit der erfindungsgemäßen Einrichtung und Fig.
2 die regelbare Kupplung nach der Erfindung und ihre Regelorgane im Schema.
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Das Schaubild der Fig. 1 zeigt den Drehzahlverlauf des Lüfters in
Abhängigkeit von .der Motordrehzahl. Die Linie 3 stellt die Grenzlinie dar, @d.
,h., hier ist die Lüfterdrebzahl gleich der Motordrehzahl im ganzen Drehzahlbereich.
Durch die erfindungsgemäße automatische Regelung verläuft .die Lüfterdrehzahl mach
der Unie 4. Sie folgt zunächst im unteren Bereich .der Linie 3. Von dem Einsatzpunkt
5 gib beginnt aber die Lüfterdrehzahl einen steigenden Schlupf gegenüber der Motordrehzahl
aufzuweisen. Dies geht so weit, daß sie von Punkt 6 ab sogar bei weiter steigender
Motordrehzahl langsam abzufallen beginnt. Durch die temperaturabhängige Einstellung
kann der Einsatzpunkt 5 etwa entlang der Linie 3 nach 5' bzw. 5" verschoben werden.
Das bedeutet, daß bis zu diesen Punkten rdann,die Lüfterdrehzahl etwa gleich der
Motordrehzahl ist und erst oberhalb dieser Punkte gemäß den Kurven 4' und 4" gegenüber
der Motordrehzahl zurückbleibt.
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Nach Fig. 2 besteht die erfindungsgemäße Einrichtung aus der selbstregelnden
hydraulischen Kupplung 7, die zwischen dem Lüfter 8 und,dem nicht,dargestellten
Motor eingeschaltet ist, -und ,dem temperaturabhängigenFjinstellglied9. DiehydraulischeKupplung
7 i!st auf einer feststehenden Achse 10 montiert. Sie besteht aus der vom Motor
@beispielsweise über die Keilriemennut 11 angetriebenen Primärschale 12 und der
Sekundärschale 13, auf deren hohler Welle 14 unmittelbar der Lüfter 8 angeordnet
ist. Die Kupplung 7 ist .in vorliegendem Fall als Doppelkupplung ausgebildet, d.
h., die Primär- und Sekundärschalen weisen je zwei einander gegenüberliegende Schaufelkränze
30 auf. Eine Ausbildung mit nur einem Schaufelkranzpaar ist ebenso möglich.
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Die hydraulische Kupplung 7 ist in den Ölkreislauf des Motors eingeschaltet"d.
h., sie benutzt das Motorschmieröl als Kupplungsflüssigkeit. Die selbsttätige Regelung
des Schlupfes der Kupplung erfolgt über das Abschöpfen -der Ölfüllung. Zu .diesem
Zweck ist ein starrer Schöpfrohrträger 15 auf der Achse 10 anbeordnet, -der mit
Schöpfrohren 16 versehen ist. Die Zahl der Schöpfrohre ist beliebig. Sieliegen zwischen
einem Schaufelkrarnzpaar der Kupplungsschalen und sind derart ausgebildet, daß ihre
Öffnung 17 auf einem größeren Durchmesser liegt als der äußerste Rand 18 der Schaufelkränze
30. Auf @driese Weise wird erreicht, daß bei kleiner Füllung .der Kupplung und auch
bei praktisch leeren . Schaufelkränzen der Ölrücklauf aufrechterhalten wird. Weiterhin
ist zum Zusammenwirken mit den Schöpfrohren in den Ölrücklauf ein besonderer Durchflußwiderstand
eingeschaltet, der auf die in die Kupplung eintretende Flüssigkeitsmenge abgestimmt
ist. Es ist denkbar, die Schöpfrohre in ihrem Querschnitt so zu bemessen, daß sie
selbst den Durchflußwiderstand bilden. Jedoch ist es ,zweckmäßiger, den Durchflußwiderstand
als Düse 19 im Rücklauf der Kupplungsflüssigkeit unmitteIbar nach deren Austritt
von außen zugänglich, d. h. also auswechselbar, anzuordnen.
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Die selbsttätige Regelung beruht darauf, daß bei gleichbleibendem
Einlauf um so mehr Kupplungsflüssigkeit aus der Kupplung gegen die Durchflußwiderstände
des Rücklaufes @herausgeschöpft wird, je größer die Primärdrehzahl rder Kupplung,
d. h. also die Drehzahl der Primärschale 12 ist. Durch diese selbsttätige Regelung
wird erreicht, daß die Drehzahl der Sekundärschale 13 der Kupplung gemäß den Kurven
4 nach Fig. 1 verläuft.
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Die Einsstellung des Einsatzpunktes 5 .der selbsttätigen Regelung
erfolgt über eine Regelung der Zulaufmengeder Kupplungsflüssigkeit. Zu diesem Zweck
liegt im Zulauf der Kupplurngsfiüsaigkeit -das Einstellglied 9. Es besteht aus dein
Gehäuse mit der Düsenöffnung 23 und dem im Gehäuse bewegbaren kleinen Regelkolben
20, der mit denn Thermostaten 21 verbunden ist. Der Thermostat kann ein normaler
Wachs-Thermostat sein, der -i:m Kreislauf .des Kühlmittels, z. B. im Austrittsrohr
des Kühlwassers, angeordnet ist. Der Kolben 20 weist .einen konischen Teil 22 auf,
.der in der Düsenöffnung 23 liegt und bei Längsbewegung das Kolbens diese im Querschnitt
verändern kann. Innerhalb .des Kolbens 22 ist eine Bohrung 24 angeordnet, die für
.einen Mindestumlauf der Kupplungsfli7isstisakeit sorgt, wenn der Regelkolben 22
die Düsenöffnung 23 .geschlossen hält. Dies ist wichtig, weil die Kupplungsflüssigkeit
gleichzeitig die Schmiereilig der Kupplung bewirkt.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung ist folgende:
Ans .dem Ölsumpf 25 des Motors wird durch die Ölpumpe 26 das 01 einerseits
dem Schmierölkreislauf des Motors und andererseits als Kupplungsflüssigkeit der
hydraulischen Kupplung 7 zugeleitet. Das Öl tritt in Richtung der Pfeile zunächst
durch die Öffnung 27 in die Einstellvorrichtung 9 ein. Von dort,aus fließt es durch
diaa Düse 23 und/oder die Bohrung 24 in eine zentrale Bohrung 28 in der Achse
10 und tritt dann in die Schaufelkränze 30 der Kupplung -ein. Bei langsamer
Antriebsdrehzahl wird die Sekundärschale 13 der Kupplung mit gleicher Drehzahl rumlaufen,
wie die Primärschale 12. Steigt jetzt die Antriebsdrehzahl, dann steigt auch der
Druck in der Kupplung, so daß gegen den Durchflußwiderstand der Düse 19 durch die
Schöpfrohre 16 so lange mehr Öl aus der Kupplung .herausgerschöpft wind, bis sich
der umlau.-fende Ölring verkleinert. Nunmehr wird @die Sekundärschale der Kupplung
einen ,größeren Schlupf gegenüber der Primärschale aufweisen. Infolge .des nunmehr
schwächeren umlaufenden Ölringes hat sich .der Druck in .der Kupplung wieder so
weit verringert, darß Zu- und Abflußmensge wieder im .Gleichgewicht stehen. Von
den Schöpfrahren 16 gelangt das Öl durch die Bohrung 29 in der feststehenden Achse
10 und die Düse 19 wieder zum Ölsumpf 25 rdes Motors zurück.
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Wenn jetzt die Temperatur des Kühlmittels steigt, dann wird durch
den Thermostat 21 der Regelkolben 22 -in der Einstellvorrichtung 9 nach oben verschoben,
d. h., die Düse 23 öffnet sich weiter, und es tritt mehr
Öl in die
Kupplungsschalen 12 und 13 ein. Dadurch wird die Sekundärschale 13 biss zu einer
höheren Drehzahl ohne wesentlichen Schlupf der Motordrehzahl folgen.. Erst wenn
durch weitere Drehzahlerhöhung der Druck in der Kupplung steigt, spricht die selbsttätige
Regelung wieder an, d. h., es fließt wieder gegen den D.urchfl.uß,widerstand der
Düse 19 mehr Öl ab, so daß ein erhöhter Schlupf eintritt.