DE1286806B

DE1286806B - Cooling fan for motor vehicles

Info

Publication number: DE1286806B
Application number: DE1964C0034605
Authority: DE
Original assignee: CLARK CHARLES WILLIAM
Current assignee: CLARK CHARLES WILLIAM
Priority date: 1963-12-10
Filing date: 1964-12-09
Publication date: 1969-01-09
Also published as: GB1021376A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlgebläse für in Fahrzeugen eingebaute Brennkraftmaschinen mit an der Gebläsenabe befestigten Schaufeln, die mindestens teilweise aus Metallteilen unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten, insbesondere aus Bi-Metallen, bestehen, derart, daß mit steigender Temperatur der Anstellwinkel der Schaufeln zunehmend größer wird.The invention relates to a cooling fan for built-in vehicles Internal combustion engines with blades attached to the fan hub, the at least partly made of metal parts with different coefficients of thermal expansion, in particular made of bi-metals, in such a way that the angle of attack increases with increasing temperature the blades get bigger and bigger.

Kühlgebläse dieser Art sind bekannt. Sie ennögliehen zwar eine Kühlluftmengenregelung in Ab- hängigkeit von der.,Temp.gratur, nicht jedoch eine Regelung in Abhär(Zig#eit vom Winddruck. 'Diese bekannten Kühlgebläsä arbeiten damit nicht immer mit dem jeweils gerade optimalsten Wirkungsgrad. Es sind zwar auch schon'Kühlgebläse bekannt, bei denen die Schaufeln- dufch federnd miteinander über Gelenke verbundene..T9#le derart in sich verformbar ausgebildet sind, dA-#äei;AÜstellwinkel durch den auf ihnen lastenden Winddruck mit der Drehzahl verändert wird. Es wurde auch bereits schon vorgeschlagen, zu diesem Zweck die Schaufeln aus elastischem Werkstoff, wie Gummi, herzustellen. Bei letzteren Kühlgebläsen ist aber wiederum keine Kühlluftmengenregelung in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur vorgesehen, so daß auch diese Gebläse nicht immer unter optimalsten Leistungsbedingungen arbeiten.Cooling fans of this type are known. But not while you ennögliehen a total airflow control in dependence on the., Temp.gratur, a settlement in Abhär (Zig # ince of wind pressure. 'These known Kühlgebläsä this does not always work with the currently most optimal each efficiency. Although there are already Cooling fans are known in which the blades are resiliently connected to one another via joints and are designed to be deformable in themselves in such a way that the angle of incidence is changed with the speed by the wind pressure on them It is proposed that the blades be made of elastic material, such as rubber, for this purpose.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kühlgebläse für Brennkraftmaschinen von Fahrzeugen zu schaffen, das sowohl in Abhängigkeit von der Temperatur als auch vom Winddruck eine Änderung des Anstellwinkels der Schaufe14_ erlaubt, so daß z. B. die einer Brennkraftmaschine zugeführte Kühlluftmenge stets die gewünschte Größe besitzt und gleichzeitig aber die Gewähr dafür gegeben ist, daß jeweils nur die geringstnötige Leistung durch das Gebläse aufgenommen wird.It is the object of the invention to provide a cooling fan for internal combustion engines of vehicles to create that as a function of temperature as well from the wind pressure a change in the angle of attack of the Schaufe14_ allowed, so that z. B. the amount of cooling air supplied to an internal combustion engine is always the desired size possesses and at the same time the guarantee is given that only the the least amount of power required is absorbed by the fan.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Kühlgebläse der eingangs erwähnten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schaufeln zusätzlich noch in an sich bekannter Weise derart verformbar ausgebildet sind, daß der Anstellwinkel durch den, auf ihnen lastenden Winddruck mit der Drehzahl verändert wird. Dies kann beispielsweise so erfolgen, daß jede Schaufel eine von..,der Nabe abstehende, -starre Tragstange um'faßt, ae deren einer Kante eine nachgiebige Fahne befes't'f'gt" ist, die 'in ihrem unbeanspruchten Zustand einen relativ großen Anstellwinkel besitzt und die in Abhängigkeit von der Drehzahl durch die auf ihr lastenden Windkräfte in Richtung kleineren Anstellwinkels verbiegbar ist. Jede Schaufel kann auch aus ein-cm-iiachgiebigen Flachmaterial-Stück bestehen, und quer zur Längserstreckung der Schaufeln können BiM6tallsiücke nebeneinander in entgegengesetzter Polung befestigt sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, jede Schaufel aus einer von der Nabe abstehenden Stange mit einer daran befestigten, die Bi-Metallteile tragenden Fahne auszubilden und die Stange im der Nabe zugewandten Abschnitt um ihre Längsachse nachgiebig verdrehbar auszubilden.This task is based on a cooling fan of the type mentioned at the beginning Kind, according to the invention achieved in that the blades additionally still in per se known manner are designed so deformable that the angle of attack by the wind pressure on them is changed with the speed. This can be, for example take place in such a way that each blade has a rigid support rod protruding from the hub encompasses, ae of which a flexible flag is attached to one edge, which 'in their unstressed state has a relatively large angle of attack and the depending on the speed due to the wind forces on it in the direction smaller angle of attack is bendable. Each shovel can also be made of one-cm-ii-compliant Flat material pieces exist, and can transversely to the longitudinal extension of the blades BiM6tallsiücke be attached next to each other with opposite polarity. Another The possibility is that each blade consists of a rod protruding from the hub with a flag attached to it and carrying the bi-metal parts the rod in the section facing the hub can be flexibly rotated about its longitudinal axis to train.

Durch die erfindungsgemäße Kombination zweier an sich bekannter Merkmale kann die Förderleistung des Kühlgebläses eines Kraftfahrzeuges sowohl in Abhängigkeit von der Temperatur der Luft als auch von der Drehzahl der Schaufeln geregelt werden. Bei niedriger Drehzahl und sehr kalter Luft besitzt die Schaufel einen relativ kleinen Anstellwinkel. Nimmt bei kalt bleibender Luft die Drehzahl zu,- so wird der Anstellwirikel autoiüätigbh weiterverringert. Wird dag4gen bei niederer Drehzahl die Lufttemperatur höher,- so wird die Schaufel automatisch einen größeren Anstellwinkel einnehmen, der sich allerdings wieder verringern wird, wenn die Drehzahl ansteigt. Damit ist die Gewähr dafür gegeben, daß zwar die der Brennkraftmaschine zugeführte Kühlluftmenge stets die gewünschte Größe besitzt, gleichzeitig aber stets nur die jeweils geringstnötige Leistung durch das Gebläse aufgenommen wird. Einisolches erfindungsgemäßes Gebläse ist dabei ferner noch sehr einfach und billig, beispielsweise aus Bi-Metallstücken herstellbar. Es ist ferner sehr störunempfindlich, da keine bewegbaren Teile vorgesehen sind. Es können damit auch keine Abnutzungserscheinungen und dadurch FehlerqueUen auftreten.Due to the combination according to the invention of two features which are known per se can the delivery rate of the cooling fan of a motor vehicle as a function of both can be regulated by the temperature of the air as well as by the speed of the blades. At low speed and very cold air, the blade has a relatively small one Angle of attack. If the speed increases when the air remains cold, - so the angle of rotation becomes autoiüätigbh further reduced. On the other hand, if the speed is low, the air temperature higher, - so the shovel will automatically assume a larger angle of attack, which, however, will decrease again when the speed increases. So is the guarantee that although the amount of cooling air supplied to the internal combustion engine always has the desired size, but at the same time always only the least necessary Power is absorbed by the fan. Such a blower according to the invention is also very simple and cheap, for example made of bi-metal pieces manufacturable. It is also very insensitive to interference, since no moving parts are provided are. There can therefore also be no signs of wear and tear and thus no sources of error appear.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described below with reference to schematic drawings explained in more detail using exemplary embodiments.

F i g. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kühlgebläse in Vorderansicht#,r- -_ F i g. 2 zeigt eine Seitenansicht des Gebläses nach Fig. 1; F i g. 3 zeigt die Vorderansicht einer zweiten Ausbildungsforin der Erfindung; F i g. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 in, F i g. 3; F i g. 5 zeigt die Vorderansicht einer dritten Ausbildungsform der Erfindung; F i g. 6 ist ein Schnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 5. Das in F i g. 1 und 2 gezeigte Kühlgebläse umfaßt eine als Keilriemenscheibe ausgebildete Nabell, über welche die Schaufeln durch die Kurbelw61le des Motors antreibbar sind. Die Nabe 1 ist z. B. über eine konische Bohrung 2 auf eine am Motor drehbar gelagerten Welle angeordnet.F i g. 1 shows a cooling fan according to the invention in a front view #, r- -_ F i g. Figure 2 shows a side view of the fan of Figure 1; F i g. Figure 3 shows a front view of a second embodiment of the invention; F i g. Figure 4 is a section taken along line 4-4 in Figure 4 . 3; F i g. Figure 5 shows a front view of a third embodiment of the invention; F i g. 6 is a section taken along line 6-6 in FIG. 5. The in F i g. The cooling fan shown in FIGS. 1 and 2 comprises a hub designed as a V-belt pulley, via which the blades can be driven by the crankshaft of the engine. The hub 1 is z. B. arranged via a conical bore 2 on a shaft rotatably mounted on the engine.

Die beiden Schaufeln 6- und-7 sind aus einem einzigen, rechteckigen Flachmaterialstück 3 hergestellt, das in der Mitte mittels Schrauben 4 an der- Nabel befestigt ist und eine gleichachsig mit der Bohrung 2 angeordnete öffnung 5 -aufweist. An jeder Schaufel 6 bzw. 7 sind am äußeren Ende durch Niete 10 Bi-Metallstreifen 8 und 9 befestigt; diese Bi-Metallstreifen sind Ende an Ende, jedoch in umgekehrter Lage angeordnet, d. h., der den größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisende Streifen 8 ist aÜf einer Seite und der andere Streifen 9 auf der anderen Seite angeordnet, so daß die Kanten der Schaufeln um die Mittellinie in entgegengesetzten Richtungen verformt werden. Die Bi-Metallstreifen können aus beliebigen geeigneten Materialien bestehen, z. B. aus Zink und Stahl oder aus jeder anderen «Kombination von Materialien, die - geeignete unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Die Bi-Metallstreifen sind so angeordnet, daß die Schaufeln 6 und 7 im spannungsfreien Zustand, d. h. bei kaltem Motor, die in F i g. 1 und 2 gezeigte Lage einnehmen, bei der der Anstellwinkel gleich Null ist; sobald sich die Schaufeln beim Warmlaufen des Motors erwärmen, werden sie durch die Bi-Metallstreifen so verformt, daß jeweils die benötigte Kühlluft gefördert wird. Je wärmer die Schaufeln werden, desto größer wird ihr Anstellwinkel, und eine desto größere Kühlwirkung wird erzielt.The two blades 6 and 7 are made from a single, rectangular piece of flat material 3 , which is fastened in the middle to the hub 1 by means of screws 4 and has an opening 5 arranged coaxially with the bore 2. On each blade 6 and 7 , 10 bi-metal strips 8 and 9 are attached at the outer end by rivets; this bi-metal strips are end to end, but placed in an inverted position, d. That is, the strip 8 having the larger coefficient of thermal expansion is arranged on one side and the other strip 9 on the other side, so that the edges of the blades are deformed in opposite directions about the center line. The bi-metal strips can be made of any suitable material, e.g. B. from zinc and steel or from any other «combination of materials that - have suitable different coefficients of thermal expansion. The bi-metal strips are arranged so that the blades 6 and 7 in the stress-free state, i.e. H. when the engine is cold, which is shown in FIG. 1 and 2 assume the position shown in which the angle of attack is equal to zero; As soon as the blades heat up when the engine is warming up, they are deformed by the bi-metal strips in such a way that the required cooling air is conveyed in each case. The warmer the blades, the greater their angle of attack and the greater the cooling effect.

Außerdem ist die Nachgiebigkeit der Schaufeln und der Bi-Metallstreifen so gewählt, daß der Anstellwinkel der Schaufeln im warmen Zustand durch die auf die Schaufeln wirkenden Luftkräfte beeinflußt wird, und zwar so, daß der Anstellwinkel um so kleiner wird, je höher die Drehzahl des Gebläses ansteigt.In addition, the flexibility of the blades and the bimetal strips is chosen so that the angle of attack of the blades in the warm state is influenced by the air forces acting on the blades, in such a way that the angle of attack becomes smaller, the higher the speed of the fan increases.

Bei der Konstruktion nach F i g. 3 und 4 sind zwei starre Blechteile 12 und 13 so miteinander befestigt, daß eine einheitliche Tragkonstruktion mit einem Nabenabschnitt 14 und zwei davon abstehenden Tragstangen 15 gebildet wird. Die Schaufeln 16 bestehen aus Bi-Metallfahnen und sind jeweils mit einer Längskante zwischen den Teilen 12 und 13 befestigt. Die Teile 12 und 13 sind durch Niete 17 miteinander verspannt. Die Tragstangen 15 sind im Bereich 18 so in sich verdreht, daß die Fahnen im kalten Zustand und bei Stillstand einen kleinen Anstellwinkel mit der Ebene des Nabenabschnitts 14 bilden, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist, damit die Schaufeln Kühlluft fördern können.In the construction according to FIG. 3 and 4, two rigid sheet metal parts 12 and 13 are fastened to one another in such a way that a unitary support structure with a hub section 14 and two support rods 15 protruding therefrom is formed. The blades 16 consist of bi-metal flags and are each fastened with a longitudinal edge between the parts 12 and 13. The parts 12 and 13 are clamped together by rivets 17. The support rods 15 are so twisted in the area 18 that the flags in the cold state and at a standstill form a small angle of attack with the plane of the hub section 14, as shown in FIG . 4 is shown so that the blades can convey cooling air.

Die Schaufeln sind im kalten Zustand relativ flexibel, so daß ihr Anstellwinkel bei niedrigen Drehzahlen relativ groß ist; wird die Drehzahl jedoch erhöht, biegen sich die Schaufeln infolge der stärkeren Wirkung der Luftkräfte durch, so daß die geförderte Luftmenge nicht proportional zur Steigerung der Drehzahl zunimmt. Erhöht sich jedoch die Temperatur, sind die Bi-Metallbleche bestrebt, den Anstellwinkel der Schaufeln zu vergrößern, d. h., sie erschweren oder verhindern eine Verkleinerung des Anstellwinkels bei einer Verstärkung der Luftkräfte, so daß die Schaufeln in einer Stellung gehalten werden, bei der sie eine ausreichende Kühlluftmenge fördern. In der Praxis kann der Anstellwinkel der Schaufeln beim Erreichen einer höheren Temperatur durch die Wirkung der Luftkräfte im wesentlichen unbeeinflußt bleiben und sogar größer sein als der ursprüngliche Wert.The blades are relatively flexible when cold, so that their angle of attack is relatively large at low speeds; however, if the speed is increased, the blades bend as a result of the stronger action of the air forces, so that the amount of air delivered does not increase proportionally to the increase in speed. However, if the temperature increases, the bi-metal sheets tend to increase the angle of attack of the blades, i. That is, they make it difficult or impossible to reduce the angle of attack when the air forces are increased, so that the blades are held in a position in which they convey a sufficient amount of cooling air. In practice, the angle of attack of the blades when a higher temperature is reached can remain essentially unaffected by the action of the air forces and can even be greater than the original value.

Bei der in F i g. 5 und 6 gezeigten dritten Ausbildungsform sind vier starre Stangen 20 an einer Nabe 21 befestigt. Das äußere Ende jeder Stange 20 weist einen Längsschlitz 22 auf, in den mit einer Kante wiederum Fahnen 23 aus dünnem Flachmaterial eingebaut sind. Die Fahnen sind z. B. durch Schweißen mit den Stangen 20 verbunden. Die Winkellage der Fahnen 23, bezogen auf die Längsachse der Stange, ist derart, daß die Fahne ständig bestrebt ist, eine Stellung einzunehmen, die einem relativ großen Anstellwinkel entspricht, während die Dicke und die Nachgiebigkeit der Fahnen so gewählt sind, daß die Luftkräfte so an den Fahnen angreifen, daß diese in Richtung auf einen kleinen oder vernachlässigbaren Anstellwinkel bewegt werden. Bei einer bestimmten Drehzahl, d. h. bei derjenigen Drehzahl, bei welcher eine ausreichende Luftkühlung allein infolge der Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges erzielt wird, kann somit der Anstellwinkel der Fahnen den Wert Null erreichen. Die Stange 20 kann z. B. ün Querschnitt stromlinienförmig sein, und zwar mindestens an ihrer Vorderkante, d. h. an dem Teil, der annähernd in Bewegungsrichtung des auftretenden Luftstromes weist, während die Hinterkante, die mit dem Schlitz 22 versehen ist, relativ flach sein kann.In the case of the in FIG. In the third embodiment shown in FIGS. 5 and 6 , four rigid rods 20 are attached to a hub 21. The outer end of each rod 20 has a longitudinal slot 22, in which lugs 23 made of thin flat material are again installed with one edge. The flags are z. B. connected to the rods 20 by welding. The angular position of the flags 23, based on the longitudinal axis of the rod, is such that the flag constantly strives to occupy a position that corresponds to a relatively large angle of attack, while the thickness and flexibility of the flags are chosen so that the air forces attack the flags so that they are moved towards a small or negligible angle of attack. At a certain speed, i. H. at that speed at which sufficient air cooling is achieved solely as a result of the forward movement of the vehicle, the angle of attack of the flags can thus reach the value zero. The rod 20 can, for. B. ün be streamlined in cross-section, at least at its leading edge, d. H. on the part which approximately points in the direction of movement of the air flow occurring, while the rear edge, which is provided with the slot 22, can be relatively flat.

Bei einer Abwandlung dieser Konstruktion kann jede Fahne in sich starr sein, d. h. eine Form erhalten, wie sie in F i g. 6 bei 24 mit strichpunktierten Linien angedeutet ist, während die Stangen 20 als Torsionsstäbe ausgebildet sind, die sich um ihre Längsachsen nachgiebig verdrehen können, so daß dann, wenn sich das Gebläse im Stillstand befindet oder sich nur langsam dreht, der äußere Teil jeder Stange 20 eine Lage einnimmt, die einem relativ großen Anstellwinkel entspricht, daß sich die Stangen 20 jedoch automatisch in Richtung auf eine Stellung verdrehen, die einem kleinen oder vernachlässigbaren Anstellwinkel entspricht, wenn die Schaufeln der Wirkung von Luftkräften ausgesetzt sind, sobald sich die Drehzahl erhöht, wobei die Stangen 20 Torsionsbeanspruchungen ausgesetzt werden.In a modification of this construction, each flag can be inherently rigid, i.e. H. get a shape as shown in FIG. 6 is indicated at 24 with dot-dash lines, while the rods 20 are designed as torsion bars that can flexibly rotate about their longitudinal axes, so that when the fan is at a standstill or only rotates slowly, the outer part of each rod 20 assumes a position which corresponds to a relatively large angle of attack, but that the rods 20 automatically rotate towards a position which corresponds to a small or negligible angle of attack when the blades are subjected to the action of air forces as soon as the speed increases, wherein the rods 20 are exposed to torsional stresses.

Claims

Claims: 1. Cooling fan for internal combustion engines installed in vehicles with blades attached to the fan hub, which at least partially consist of metal parts with different thermal expansion coefficients, in particular bimetal, in such a way that the angle of attack of the blades becomes increasingly larger with increasing temperature, characterized in that that the blades are additionally designed to be deformable in a manner known per se in such a way that the angle of attack is changed with the speed by the wind pressure on them.

2. Cooling fan according to claim 1, characterized in that each blade comprises a support rod (15; 20) projecting from the hub (1; 14; 21), on one edge of which a flexible flag (16; 23) is attached. 3. Cooling fan according to claim 1, characterized in that each blade (6, 7) consists of a resilient piece of flat material and transversely to the longitudinal extension of the blades bi-metal pieces (8, 9) are attached side by side in opposite polarity. 4. Cooling fan according to claim 2, characterized in that the support rod (20) in the portion facing the hub is designed to be resiliently rotatable about its longitudinal axis.