DE19715167A1

DE19715167A1 - Vorrichtung zum Betrieb eines Lüfters oder einer Wasserpumpe mit Powertracking insbesondere mit einem Solarpaneel

Info

Publication number: DE19715167A1
Application number: DE1997115167
Authority: DE
Inventors: Volker Schirm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-04-11
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2017-04-12
Also published as: DE19715167C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Betrieb eines Lüfters oder einer Wasserpumpe mit geringer Antriebsenergie. Solche Klein- oder Kleinst lüfter sind als Querstromlüfter Massenprodukte und werden in großer Anzahl in Haushaltsgeräten, Heizlüftern, Klimageräten, Konvektoren, Kopiergeräten, Pro jektoren, Einschüben elektrischer und elektronischer Geräte und dgl. verwen det, wie z. B. aus der DE-PS 24 48 362 hervorgeht. Ihre Leistungsaufnahme ist zwar gering; wenn sie jedoch z. B. zum Belüften von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden sollen und dabei auf den Batteriestrom angewiesen sind, können sie nur bei laufendem Motor betätigt werden, da im anderen Fall der in der Batterie gespeicherte Strom zu stark in Anspruch genommen werden würde. Dies gilt auch für die konstruktiv verbesserte Ausführung nach der EP-PS 01 32 780.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die einen Lüfter oder eine Wasserpumpe betreiben kann, wobei zur Belüftung von Fahrzeugkabinen oder Containern bzw. für Bewässerungszwecke aller Art Solar energie genutzt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, die Vorrichtung so auszubilden, daß die Flügel eines Lüfters bzw. die Schaufeln einer Wasserpumpe in Abhängigkeit von einer sehr geringen maximalen Dauerleistungsabgabe des Antriebsmotors ange stellt werden können entsprechend den Merkmalen im Kennzeichen von Anspruch 1.

Aus der DE-OS 25 16 091 ist zwar eine Fliehkraftscheibe bekannt, in der mehrere einzelne gleichmäßig am Umfang verteilte Gewichte in Führungen radial verschieb bar angebracht sind, die über Seile oder Ketten in der Rotationsachse eine Schubbewegung nach außen übertragen können. Diese Kraftübertragung ist jedoch in der Herstellung sehr aufwendig und durch die zwangsläufig entstehenden Rei bungsverluste dann nicht anwendbar, wenn nur eine sehr geringe Betriebsenergie zur Verfügung steht, wie dies z. B. bei einem Solarpaneel der Fall ist.

Gemäß der DE-PS 34 05 544 wird ein Fliehkraftregler zur Regelung der Drehzahl eines Kältekompressors für Kraftfahrzeuge verwendet. Hierbei wird ein Keilrie men-Wechselgetriebe betätigt. Die kugelförmigen Fliehgewichte gleiten an den anliegenden Flächen von Gehäuse und Druckscheibe, so daß nicht unerhebliche Reibungsverluste eintreten. Diese Reibungsverluste können zwar weitgehend vermieden werden, wie dies die DE-OS 35 28 352 vorschlägt, wenn anstelle der gleitenden Fliehgewichte Laufrollen verwendet werden, es bleiben jedoch die Reibungsverluste des Keilriementriebes, die von der sehr geringen Betriebs energie z. B. eines Solarpaneels nicht überwunden werden können.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird daher nicht die Drehzahl als sol che geregelt, sondern die jeweils vorhandene maximale Dauerleistungsabgabe als Regelgröße angesehen und danach die Leistung des Lüfters bzw. der Wasserpumpe über einen Fliehkraftregler eingestellt.

Bei Verwendung insbesondere eines Solarpaneels kann die Regelung gleichwohl auch durch Begrenzen der für den Lüfter abgenommenen Solarstromleistung vor genommen werden, wobei die dann überschüssige Leistung z. B. zum Aufladen einer Batterie verwendbar ist. Entsprechendes gilt für die Regelung der Leistung ei ner Wasserpumpe.

Weitere wesentliche Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 6 an Beispielen erläu tert. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Fliehkraftregler bei einer Förderleistung Null;

Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 bei einer maximalen Förderleistung;

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführung der Vorrichtung mit einem Fliehkraftregler bei einer Förderleistung Null;

Fig. 4 die Vorrichtung gemäß Fig. 3 bei einer maximalen Förderleistung;

Fig. 5 die Vorrichtung bei Verwenden eines Querstromlüfters, wobei die Lüfterschaufeln in der oberen Darstellungshälfte ein Fördervo lumen Null, in der unteren Darstellungshälfte ein maximales För dervolumen haben;

Fig. 6 einen Querschnitt A-A der Fig. 5 mit der Anordnung einer Lüf terschaufel;

Fig. 7 eine Draufsicht aufeine Lüfterschaufel.

Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Mit ei nem Boden 1a eines topfförmig ausgebildeten Gehäuses 1 ist die Welle 2 eines Lüfter- bzw. Wasserpumpenmotors 3 fest verbunden. Auf der Welle 2 ist eine Führungsscheibe 4 axial verschiebbar gegen den Druck einer Feder 5 angebracht, die sich an einem festen Widerlager 6 abstützt. Die ringförmige Gehäusewand 1d weist mindestens eine als Schlitz bzw. als Langloch ausgebildete Aussparung 1e auf, in der jeweils ein mit der Führungsscheibe 4 fest verbundener Führungs stift 10 gleitet. An der Außenseite der ringförmigen Gehäusewand 1d ist minde stens ein Flügel bzw. eine Schaufel 7 schwenkbar gelagert, dessen bzw. deren Schwenkung mit Hilfe des Führungsstiftes 10 vorgenommen wird. Hierfür weist entweder der Flügel bzw. die Schaufel 7 eine beispielsweise als Langloch ge staltete Aussparung 7a zur Aufnahme des Führungsstiftes 10 auf, um den beim Winkelversatz aufgrund der Fliehkraft geänderten Drehpunkt um den Führungsstift 10 zu kompensieren, wenn der Schwenkpunkt von Flügel bzw. Schaufel 7 an der Außenseite der ringförmigen Gehäusewand ortsfest ist, oder es ist die Ausspa rung 1e in der ringförmigen Gehäusewand aus demselben Grund entsprechend aus gebildet und angeordnet, oder die schwenkbare Lagerung von Flügel bzw. Schaufel 7 in der ringförmigen Gehäusewand 1d nimmt diesen Versatz z. B. mit Hilfe einer Feder 12 auf.

Die Führungsscheibe 4 ist radial eben ausgebildet, während die ihr zugewandte Seite 1b des Gehäusebodens 1a insbesondere mulden- bzw. kegelartig geformt ist. Jedoch kann auch die dem Gehäuseboden 1a zugewandte Seite 4a der Führungsschei be 4 entsprechend der Seite 1b des Gehäusebodens 1a ausgebildet sein. Natürlich sind anstelle einer Mulden- bzw. Kegelform auch andere Ausbildungen dieser ra dialen Flächen 1b und 4a denkbar, die der Konstrukteur aufgrund bestimmter Um stände oder Anforderungen vorsehen kann.

Zwischen dem Gehäuseboden 1a und der Führungsscheibe 4 werden mindestens zwei Wälzkörper 8 in gleichen Winkelabständen in Führungsnuten 4b der Führungs scheibe 4 und/oder in Führungsnuten 1c der Innenseite 1b des Gehäusebodens 1a gehalten, die entsprechend der Motordrehzahl entgegengesetzt zueinander radial nach außen getrieben werden. Durch die beispielsweise Muldenform der Innensei te 1b des Gehäusebodens 1a drücken die Wälzkörper 8 entsprechend der Drehzahl des Motors 3 die Führungsscheibe 4 gegen den Druck der Feder 5 in Richtung auf den Motor 3. Dadurch verläßt der Flügel bzw. die Schaufel 7 die vertikale Stellung entlang der Außenwand der ringförmigen Gehäusewand 1d, in der die Förderleistung gegen Null tendiert, in Richtung auf eine maximale Förderlei stung, die in Fig. 2 dargestellt ist. Die - beispielsweise - Muldenform der Innenseite 1b des Gehäusebodens 1a und/oder die gegenüberliegende Seite 4a der Führungsscheibe 4 und die Druckkraft der Feder 5 müssen aufeinander abgestimmt und in Abhängigkeit von der möglichen maximalen Leistung des Antriebsmotors 3 sein.

Es ist selbstverständlich möglich, anstelle der kugelförmigen Wälzkörper 8 rol lenförmige Wälzkörper in entsprechend ausgebildeten Nutenführungen zu verwenden.

Die Nuten 1c in der Innenseite 1b des Gehäusebodens 1a sowie die Nuten 4b in der Führungsscheibe 4, in denen die Wälzkörper 8 abrollen bzw. rollend gleiten, sind im Prinzip radial gerichtet; ein spiralförmiger anstelle eines geradlinien Ver laufs der Nuten gestattet ein feinfühleriges Anpassen an die jeweils mögliche Energieabgabe.

Gemäß Fig. 3 kann an die Stelle der Wälzkörper 8 eine Silikonmasse 8a treten, die gegebenenfalls in einer Hülle angeordnet sein kann. In Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors 3 folgt die Silikonmasse 8a den Fliehkräften, da sie infol ge ihrer Elastizität stets an den radialen Flächen 1b des Gehäusebodens 1a und 4a der Führungsscheibe 4 anliegt, unabhängig von deren spe zieller Ausgestaltung z. B. in Muldenform mit oder ohne Nuten und dergleichen, und drückt dabei die Führungsscheibe 4 gegen den Druck der Feder 5. Es steht im Ermessen des Konstrukteurs, wie er entsprechend den gegebenen Umständen und An forderungen die Innenseite 1b des Gehäusebodens 1a und die dieser Seite gegen überliegende Seite 4a der Führungsscheibe ausbildet.

Der Motor 3 bezieht seine Energie hier aus einem Solarpaneel 9. Es besteht die Möglichkeit, die vom Motor 3 aufgenommene Energie-Entnahme aus dem Solarpaneel 9 zu verringern, indem ein Teil des Solarstromes beispielsweise zum Aufladen einer Batterie verwendet wird. Umgekehrt besteht jedoch auch die Möglichkeit, zumindest kurzfristig ergänzend aus der Batterie zum Betreiben des Motors 3 Energie zu beziehen, wenn - z. B. während des Betriebes eines Kraftfahr zeugs - gewährleistet ist, daß die Batterie durch diese Energieabgabe nicht unzulässig entleert wird.

Bei einem Querstromlüfter gemäß den Fig. 5 und 6 sind die Lüfterflügel bzw. Pumpenschaufeln 27 zwischen Laufringen 21 und 22 an ihrer Wurzel 27a fest mit dem Laufrad 24 verbunden. Die Flügel bzw. Schaufeln 27 weisen eine Biegezone 27b auf, um sich aus der Null-Stellung für eine minimale Förderleistung radial nach außen zu einer maximalen Förderleistung biegen zu können, bei der die Flügel- bzw. Schaufelspitzen bis in die Nähe eines Anschlags 25 kommen. Der maximale Biegewinkel gegenüber der Null-Stellung liegt dann bei etwa α=6°.

Die Flügel bzw. Schaufeln 27 werden hier durch Federkraft radial nach innen gedrückt, wobei die Ausbildung des Federelements in den Händen des Konstruk teurs liegt, der hierfür den Stand der Technik berücksichtigt. Als Federkraft kann z. B. auch eine Silikonmasse 8b verwendet werden, die die Flügel bzw. Schau fein 27 insbesondere in ihrer Gesamtheit ringförmig als elastisches Element 28 umgibt und dabei bei Bedarf in einer Silikonmasse 8b lose umgebenden Hülle steckt.

Um die Fliehkraftwirkung zu steigern und damit den Bedarf an Energie zu verringern, ist es möglich, bei einem Querstromlüfter den geometrischen Querschnitt der Flügel bzw. Schaufeln 27 gemäß den Lehren für eine Flugzeugtragfläche zu gestalten.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße konstruktive Prinzip der Flügel bzw. Schaufeln 27 des Querstromlüfters bzw. der Querstrompumpe auch bei einem Axiallüfter bzw. einer Axialpumpe in einer hierfür üblichen baulich geänderten Anordnung und Ausgestaltung verwendet werden. Dabei ist die Wurzel von Flügel bzw. Schaufel fest mit dem Lüfterrad bzw. dem Schaufelrad verbunden, während die Biegezone von Flügel bzw. Schaufel sich in Abhängigkeit von der Drehzahl in Axial richtung nach außen streckt.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse

1

a Gehäuseboden

1

b Innenseite des Gehäusebodens

1

a

1

c Führungsnuten in der Innenseite

1

b des Gehäusebodens

1

a

1

d ringförmige Gehäusewand

1

e Aussparung in der ringförmigen Gehäusewand

1

d

2

Welle

3

Antriebsmotor

4

Führungsscheibe

4

a dem Gehäuseboden

1

a zugekehrte Seite der Führungsscheibe

4

5

Druckfeder

6

Widerlager

7

Flügel, Schaufel

7

a Aussparung in Flügel bzw. Schaufel

7

8

Wälzkörper

8

a Silikonmasse

9

Solarpanel

10

Führungsstift

12

Feder

21

Laufring

22

Laufring

24

Laufrad

27

Flügel, Schaufel

27

a Wurzel von Flügel bzw. Schaufel

27

b Biegezone von Flügel bzw. Schaufel

27

28

elastisches Element

Claims

1. Vorrichtung zum Betrieb eines Lüfters oder einer Wasserpumpe, insbesondere mit einem Solarpaneel als Energiespender, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel bzw. Schaufeln (7) von Lüfter bzw. Wasserpumpe außen an der ringförmigen Antriebsgehäusewand (1d) für ein Powertracking in Abhängigkeit von der Drehzahl schwenkbar befestigt und bis zum Erreichen einer maximalen Dauerleistungsabgabe des Antriebsmotors (3) anstellbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Solarpaneel (9) zum Antrieb des Motors (3) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung in Abhängigkeit von der Drehzahl ein Fliehkraftregler (10) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fliehkraftregelung Wälzkörper (8) verwendet werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (B) an einer axial auf der Motorwelle (2) verschiebbaren Führungsscheibe (4) abrollen, die durch den Druck einer Feder (5) in Anlage mit den Wälzkörpern (8) gehalten wird und die wenigstens einen Führungsstift (10) aufweist, der einen ihm zugeordneten Lüfterflügel bzw. Wasserschau fel (7) betätigt, dessen bzw. deren Winkel zur Motorachse (2) das Fördervo lumen bestimmt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstift (10) in einer Aussparung (1e) der ringförmigen Ge häusewand (1d) gleitet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flügel bzw. die Schaufel (7) eine Aussparung (7a) zur Aufnahme des Führungsstiftes (10) aufweist.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die schwenkbare Befestigung des Flügels bzw. der Schaufel (7) an der ringförmigen Gehäusewand (1d) über ein Federelement (12) erfolgt.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (8) an der muldenförmigen Innenseite (1b) des Gehäuse bodens (1a) eines topfförmigen Gehäuses (1) abrollen.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (8) in einer zugeordneten Nut (4b; 1c) der Führungs scheibe (4) und/oder der Innenseite (1b) des Gehäusebodens (1a) abrollen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fliehkraftregelung eine Silikonmasse (8a) verwendet wird, die die Führungsscheibe (4) in Abhängigkeit von der Drehzahl der Motorwelle (2) axial gegen den Druck der Feder (5) vom Gehäuse (1) weg drückt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Silikonmasse (8a) von einer Hülle lose umgeben ist.

13. Vorrichtung zum Betrieb eines Lüfters oder einer Wasserpumpe, insbesondere mit einem Solarpaneel als Energiespender, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Querstromlüfter bzw. als Querstrompumpe.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Solarpaneel zum Antrieb des Lüfter- bzw. des Wasserpumpenmotors vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung in Abhängigkeit von der Drehzahl die Flügel bzw. Schau feln (27) jeweils eine Wurzel (27a) aufweisen, die fest mit dem Laufrad (24) verbunden ist, sowie eine Biegezone (27b), die sich in Abhängigkeit von der Drehzahl streckt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Biegezone (27b) von Flügel bzw. Schaufel (27) im Prinzip dem Querschnitt einer Flugzeugtragfläche entspricht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel bzw. Schaufeln (27) jeweils einzeln oder alle gemeinsam ein elastisches Element (28) aufweisen, das sie nach innen drückt.

18. Vorrichtung zum Betrieb eines Lüfters oder einer Wasserpumpe, insbesondere mit einem Solarpaneel als Energiespender, gekennzeichnet durch die Ausbildung als Axiallüfter bzw. als Axialpumpe.