DE19601596A1 - Vorrichtung zur Steuerung des Kühlluftstromes durch einen Kühler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Kühlluftstromes durch einen Kühler, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher definierten Art.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der JP 58-180717 A (Abstract) bekannt.

Hierbei ist ein Shape-Memory-Alloy-Draht ("Draht aus Formgedächtnis-Legierung") in Form einer Spiralfeder außerhalb des eigentlichen Kühlerkastens vorgesehen. Der Shape-Memory-Alloy-Draht, kurz auch SMA-Draht genannt, liegt an einer Wandung eines an den Kühler­ kasten angeflanschten Behälters an, wodurch sich die Länge des Shape-Memory-Alloy-Drahtes in Abhängigkeit von der Temperatur der Wandung des Kühlerkastens und somit in Abhängigkeit von der Temperatur der in dem Kühlerkasten vorhandenen Kühlflüssigkeit ändert. Der Shape-Memory-Alloy-Draht ist mit einem Hebelgetriebe wirkverbunden, welches auf der Anströmseite des Küh­ lerkastens angeordnete verstellbare Klappen zur Steue­ rung des Kühlluftstromes ansteuert. Zur temperaturab­ hängigen Verstellung der Klappen macht man sich somit die bekannten Eigenschaften eines Shape-Memory-Alloy- Drahtes zunutze, der in Abhängigkeit von seiner Tempe­ ratur seine Länge ändert.

Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist jedoch, daß aufgrund der beschriebenen Anordnung des Shape- Memory-Alloy-Drahtes dieser nur verzögert auf Ände­ rungen der Temperatur der in dem Kühlerkasten enthal­ tenen Kühlflüssigkeit reagiert, wodurch auch die ver­ stellbaren Klappen zur Steuerung des dem Kühlerkastens zugeführten Kühlluftstromes entsprechend verzögert an­ gesteuert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, eine Vorrichtung zur Steuerung des Kühlluft­ stromes durch einen Kühler vorzusehen, mittels welcher eine verzögerungsfreie und exakte Ansteuerung der ver­ stellbaren Klappen möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch die Anordnung des Drahtes aus einer Formgedächt­ nis-Legierung innerhalb des Kühlerkastens und durch die Kühlflüssigkeit verlaufend, reagiert der genannte Draht sehr schnell auf Veränderungen der Temperatur der Kühlflüssigkeit, so daß auch entsprechend schnell die verstellbaren Klappen zur Steuerung des Kühlluft­ stromes angesteuert werden.

Hierzu ist der Draht an einem Ende fest in dem bzw. an dem Kühlerkasten befestigt, während das andere Ende des Drahtes an einer in der Wandung des Kühlerkastens vorgesehenen Verbindungseinrichtung angebracht ist, über welche die Längenänderungen des Drahtes aus dem Inneren des Kühlerkastens an das Umlenkgetriebe, z. B. ein Hebelgetriebe, übertragen werden.

Die Verbindungseinrichtung oder der Draht sind hierbei mit einer Federeinrichtung vorgespannt. Von der Ver­ bindungseinrichtung wird auf einfache Art und Weise z. B. ein Hebelgetriebe bekannter Bauart angesteuert, welches mit den Klappen verbunden ist.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zwei parallel zueinander verlaufende Drähte in der Kühlflüssigkeit vorgesehen sind, wodurch die Reaktionszeit zur Verstellung der Klappen noch weiter verringert werden kann.

Hierbei kann gegenüber einer Ausführungsform der Er­ findung mit nur einem Draht in der Kühlflüssigkeit der Drahtquerschnitt bei Verwendung von zwei Drähten ver­ ringert werden, wodurch sich noch der Vorteil ergibt, daß dünne Drähte aufgrund der reduzierten Drahtquer­ schnitte der Einzeldrähte noch schneller reagieren und außerdem höhere Zykluszahlen erlauben, wobei unter einem Zyklus eine Verkürzung des Drahtes bei zunehmen­ der Temperatur der Kühlflüssigkeit und eine daran an­ schließende Längung des Drahtes durch die Federein­ richtung bei abnehmender Temperatur der Kühlflüssig­ keit verstanden werden soll.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung er­ geben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus den nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig be­ schriebenen Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erstes Ausführungs­ beispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 2 schematisch in perspektivischer Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer abge­ wandelten Verbindungseinrichtung.

Die Vorrichtung gemäß dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält einen Kühlerkasten 1, wel­ chem verstellbare Klappen 2 vorgeschaltet sind, mit­ tels denen ein dem Kühlerkasten 1 zuführbarer Kühl­ luftstrom (siehe Pfeile 3) steuerbar ist.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß in der Darstel­ lung nach der Fig. 1 die Klappen 2 in halbgeschlosse­ nem Zustand (gestrichelte Linien) und voll geöffnetem Zustand (durchgezogene Linien) dargestellt sind.

Die verstellbaren Klappen 2 sind jeweils um Drehpunkte 4 verschwenkbar, wobei die Drehpunkte 4 auf einem starren Steg 5 angeordnet sind, der parallel zur Axi­ alrichtung des Kühlerkastens 1 verläuft.

Die verstellbaren Klappen 2 selbst sind jeweils über Gelenke 6 mit einem Hebel 7 verbunden, welcher eine gleichzeitige und gleichsinnige Ansteuerung aller ver­ stellbaren Klappen 2 ermöglicht.

In dem Kühlerkasten 1 ist ein Shape-Memory-Alloy- Draht bzw. Draht 8 aus einer Formgedächtnis-Legierung in der nicht dargestellten, in dem Kühlerkasten 1 befindlichen, Kühlflüssigkeit verlaufend vorgesehen.

Die Enden des Drahtes 8 sind an Ösen 9, 9′ befestigt, wobei eine Öse 9′ fest an der Wandung des Kühlerka­ stens 1 angebracht ist und die andere Öse 9 an einer als Membrane 10 ausgebildeten Verbindungseinrichtung befestigt ist. Die Ösen 9 und 9′ sind beide innerhalb des Kühlerkastens 1 angeordnet.

Die Membrane 10 ist in einer Wandung des Kühlerkastens 1 vorgesehen und dichtet den Kühlerkasten 1 gegen die Umgebung ab.

Außenseitig bezüglich des Kühlerkastens 1 ist an der Membrane 10 ein von einer Federeinrichtung 11 vorge­ spannter Hebel 12 angebracht, wobei an dem Hebel 12 ein weiterer Hebel 13 an einem Gelenk 14 angreift und der weitere Hebel 13 einen abgestützten Drehpunkt 15 aufweist, um den der Hebel 13 schwenkbar ist.

Der Kühlerkasten 1 wird auf bekannte Weise von Kühl­ flüssigkeit durchflossen, welche beispielsweise über einen Einlaß 16 in den Kühlerkasten 1 eingeführt und über einen Auslaß 17 wieder aus dem Kühlerkasten 1 herausgefördert wird, wie schematisch in der Fig. 1 dargestellt.

Nachfolgend soll die Funktionsweise der Vorrichtung beschrieben werden. Die in der Fig. 1 dargestellte An­ sicht zeigt die Vorrichtung bei normaler Umgebungstem­ peratur bzw. Kühlflüssigkeitstemperatur, bei welcher der Draht 8 ein martensitisches Gefüge aufweist.

Hierbei sind die verstellbaren Klappen 2 teilweise ge­ schlossen (siehe gestrichelte Darstellung) und es wird nur wenig Kühlluft in Pfeilrichtung 3 der Anströmseite 18 des Kühlerkastens 1 zugeführt.

Bei steigender Betriebstemperatur der durch den Einlaß 16 in den Kühlerkasten 1 hineinströmenden Kühlflüssig­ keit, vorzugsweise Wasser, nimmt die Temperatur im In­ neren des Kühlerkastens 1 zu, wodurch sich auch die Temperatur des Drahtes 8 erhöht und beispielsweise die Austenit-finish-Temperatur, die legierungsabhängig in einem Temperaturbereich von 50°C bis 70°C liegen kann, überschreitet.

Hierdurch verkürzt sich der Draht 8 und zieht die Mem­ brane 10 in das Innere des Kühlerkastens 1, wodurch wiederum über den Hebel 12 die Federeinrichtung 11 weiter vorgespannt wird.

Gleichzeitig wird der über das Gelenk 14 mit dem Hebel 12 verbundene weitere Hebel 13 um das Gelenk 15 ver­ schwenkt, wodurch wiederum der Hebel 7, der jeweils mit den verstellbaren Klappen 2 gekoppelt ist, betä­ tigt wird und hierdurch die Klappen 2 weiter geöffnet werden, wodurch mehr Kühlluft (siehe Pfeile 3) zwi­ schen den geöffneten Klappen 2 hindurch zur Anström­ seite 18 des Kühlerkastens 1 gelangt und die in dem Kühlerkasten 1 vorhandene Kühlflüssigkeit abkühlt.

Bei einer Abkühlung der Kühlflüssigkeit wird auch das Gefüge in dem Draht 8 aus einer Formgedächtnis-Legie­ rung wieder einen martensitischen Zustand annehmen, wodurch sich der Draht 8, hauptsächlich durch die Wirkung der vorgespannten Federeinrichtung 11, wieder längt und gleichzeitig über das aus den Hebeln 7, 12, 13, bestehende Hebelgetriebe die verstellbaren Klappen 2 angesteuert und diese entsprechend dem Betrag der Längung des Drahtes 8 wenigstens teilweise geschlossen werden.

Zur Verdeutlichung ist, wie eingangs erwähnt, in der Fig. 1 die Stellung der Vorrichtung bei kühler Kühl­ flüssigkeit gestrichelt dargestellt, wohingegen die Stellung der einzelnen Bauteile der Vorrichtung bei warmer Kühlflüssigkeit mit den durchgezogenen Linien dargestellt ist.

Die Eigenschaften des Drahtes 8 können auf einfache Weise durch Wahl einer geeigneten Legierung verändert werden.

So werden vorzugsweise Legierungen mit Anteilen von ca. 45-55% Ni, ca. 35 bis 50% Ti und ca. 0 bis 12% Cu, also sogenannte NiTi-Basislegierungen, verwendet.

Allgemein können jedoch sogenannte "Formgedächtnis­ drähte" beliebiger Art für den vorgesehenen Verwen­ dungszweck eingesetzt werden.

Mittels der beschriebenen Vorrichtung kann auf ein­ fache Art und Weise verhindert werden, daß die in dem Kühlerkasten 1 befindliche Kühlflüssigkeit bereits vor dem Erreichen der vorgesehenen Betriebstemperatur ab­ gekühlt wird, was insbesondere beim Winterbetrieb von Kraftfahrzeugen von Bedeutung ist.

Fig. 2 zeigt in vergrößerter Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel einer Verbindungseinrichtung.

Die Verbindungseinrichtung ist in diesem Ausführungs­ beispiel als Welle 19 ausgeführt, die durch eine der Wandungen des Kühlerkastens 1 geführt ist. Die Lager­ stelle der Welle 19, die in der Wandung des Kühler­ kastens 1 liegt, ist auf geeignete Weise abgedichtet, so daß keine Kühlflüssigkeit aus dem Kühlerkasten 1 nach außen dringen kann.

An dem innerhalb des Kühlerkastens 1 befindlichen Teil der Welle 19 und auch an dem außerhalb des Kühler­ kastens 1 vorgesehenen Teil der Welle 19 ist jeweils ein hebelartiger Ansatz 20, 21 vorgesehen, wobei an dem sich in dem Inneren des Kühlerkastens 1 befind­ lichen hebelartigen Ansatz 20 über die bereits im Zu­ sammenhang mit der Beschreibung der Fig. 1 erwähnte Öse 9 der Draht 8 mit der Welle 19 verbunden ist. Zur Vorspannung des Drahtes 8 greift eine Federeinrichtung an der Welle 19 an.

An dem außerhalb des Kühlerkastens 1 vorgesehenen he­ belartigen Ansatz 21 ist der ebenfalls bereits be­ schriebene Hebel 7 gelenkig angebracht, so daß bei Längenänderungen des Drahtes 8 die Welle 19 um ihre Längsachse 22 verschwenkt wird, wodurch auch der Hebel 7 auf die bereits beschriebene Art und Weise die ver­ stellbaren Klappen 2 betätigt.

Durch eine geeignete Wahl der Längen der hebelartigen Ansätze 20, 21 kann auf einfache Art und Weise der Verstellweg des Hebels 7 bei einer vorgegebenen Län­ genänderung des Drahtes 8 voreingestellt werden.

Statt nur einem Draht 8 können gegebenenfalls auch zwei Drähte (nicht dargestellt) parallel nebeneinander angeordnet sein. Auf diese Weise läßt sich der Draht­ querschnitt verringern. Da dünne Drähte aufgrund ihres geringeren Werkstoffquerschnittes noch höhere Zyklen­ zahlen bei geringerem Effektverlust erwarten lassen, wird auf diese Weise eine noch höhere Genauigkeit der Vorrichtung erreicht.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Steuerung des Kühlluftstromes durch einen Kühler, insbesondere in einem Kraft­ fahrzeug, wobei auf der Anströmseite eines Kühl­ flüssigkeit enthaltenden Kühlerkastens verstell­ bare Klappen zur Steuerung des dem Kühler zuge­ führten Kühlluftstromes vorgesehen sind, und wobei die Klappen mittels eines Umlenkgetriebes von we­ nigstens einem Draht aus einer Formgedächtnis-Le­ gierung in Abhängigkeit von der Temperatur der in dem Kühlerkasten vorhandenen Kühlflüssigkeit ver­ stellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (8) aus einer Formgedächtnis-Legierung innerhalb des Kühlerkastens (1) und durch die Kühlflüssigkeit verlaufend angeordnet ist, wobei ein Ende des Drahtes (8) aus einer Formgedächt­ nis-Legierung an dem Kühlerkasten (1) befestigt ist und das andere Ende des Drahtes (8) mit einer an einer der Wandungen des Kühlerkastens (1) ange­ ordneten, von einer Federeinrichtung (11) vorge­ spannten, Verbindungseinrichtung (10, 19) verbunden ist, wobei durch die Verbindungseinrichtung (10, 19) die Längenänderungen des Drahtes (8) aus dem Inneren des Kühlerkastens (1) heraus an das Umlenkgetriebe (7, 12, 13) übertragbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlenkgetriebe als Hebelgetriebe (7, 12, 13) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung als Membrane (10) aus­ gebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung als durch eine der Wan­ dungen des Kühlerkastens (1) geführte Welle (19) ausgebildet ist, wobei innerhalb und außerhalb des Kühlerkastens (1) und auf der Welle (19) jeweils ein hebelartiger Ansatz (20, 21) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel zueinander verlaufende Drähte (8) in der Kühlflüssigkeit vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Enden des Drahtes (8) in Ösen (9, 9′) an dem Kühlerkasten (1) und/oder der Verbindungsein­ richtung (10, 19) befestigbar sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (8) aus einem Werkstoff mit 0 bis 10% Kupfer, 45 bis 55% Nickel und 35 bis 50% Titan hergestellt ist.