DE19813372C2 - Lüfterrad, insbesondere im Kühlsystem von Brennkraftmaschinen einsetzbares Lüfterrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lüfterrad, insbesondere ein im Kühlsystem von Brennkraftmaschinen einsetzbares Lüfterrad, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einem bekannten Lüfterrad der vorgenannten Art (DE 28 07 899 A1) 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 Um­ fangsrichtung sich erstreckende, mit den Lüfterflügeln inner­ halb 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 Kolben­ durchmesser, bedingt aber durch den axialen Versatz des Kol­ bens zu den Lüfterflügel eine verhältnismäßig große Bautiefe der Nabe, selbst bei verhältnismäßig kleinen Schwenkwinkeln für die Lüfterflügel, und zudem einen verhältnismäßig großen Bauaufwand.

Bei einer weiteren bekannten Konstruktion eines Axialventila­ tors (DE 88 15 383 U1) ist die Stellvorrichtung durch eine in axialer Überdeckung zu den Lüfterflügel 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 außer­ halb der Laufradnabe angeordneten Stellmotor verbunden, so daß sich auch hier eine räumlich verhältnismäßig aufwendige Gesamtkonstruktion mit vielen Einzelelementen ergibt.

Bei einer weiteren bekannten Lüfterradkonstruktion (DE 84 06 829 U1) wird mit einer Exzenterverstellung für die in der Na­ be gelagerten Lüfterflügel gearbeitet, die Beaufschlagung der mit den Lüfterflügeln verbundenen Exzenterarme erfolgt aber über einen Verstellteller, der bei drehfester Abstützung ge­ genüber dem Nabengehäuse im zu den Lüfterflügeln axial ver­ setzten 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 ent­ sprechendem Bauaufwand gegeben ist.

Bei einer weiteren bekannten Lösung (DE 25 52 529 A1) sind die Lüfterflügel eines Axialgebläses in der Gebläsenabe gela­ gert, die in axialem Versatz zu den Flügeln auch den elektro­ motorischen Gebläseantrieb aufnimmt. In Gegenrichtung zu diesem versetzt ist der Stellantrieb für die Lüfterflügel vorge­ sehen, welcher als Stellmittel einen mit Druckmedium beauf­ schlagbaren Kolben umfaßt, der über ein Zugmittel an einer zur Drehachse der Lüfterflügel konzentrischen und mit den Lüfterflügeln 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 För­ derrichtung ergibt, möglich, der Aufbau ist insgesamt aber sehr aufwendig und raumintensiv.

In Kühlsystemen von Brennkraftmaschinen einsetzbare Lüfter­ räder sind ferner aus der DE 44 38 995 A1 bekannt. Ausgangs­ punkt 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 Lüf­ terrad im Fahrbetrieb höher dreht als im Standbetrieb. Ent­ sprechend sind die über das Lüfterrad erreichten Kühlleistun­ gen im Fahrbetrieb größer als im Standbetrieb. Für den Stand­ betrieb können sich bei einer solchen Auslegung dann unzurei­ chende Kühlleistungen ergeben, wenn die Brennkraftmaschine bei stationären Arbeiten hoch belastet wird.

Um dem zu begegnen, wird bei der bekannten Lösung unter Kon­ stanthaltung der Drehzahl des Lüfterrades dessen Förder­ richtung umgekehrt, um einmal in Richtung auf die Brennkraft­ maschine und einmal hierzu entgegengesetzt zu fördern. Hierzu ist das Lüfterrad innerhalb seiner Nabe mit einer Stellein­ richtung versehen, durch die die Flügel des Lüfterrades so­ weit verdreht werden können, daß sich die Förderrichtung umkehrt, daß also eine Vorwärtsblasrichtung und eine Rückwärts­ blasrichtung realisiert werden können, um bezogen auf die Kühlung der Brennkraftmaschine die Kühlleistung durch Um­ kehrung der Förderrichtung an den jeweiligen Kühlbedarf an­ passen zu können.

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 be­ zogen auf die Förderrichtung bei gleichbleibender Drehrichtung umkehrbares Lüfterrad anstelle herkömmlicher Gebläseräder in bestehenden Konstruktionen einzusetzen, was durch die Merkma­ le des Anspruches 1 erreicht wird.

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 ho­ he Stellkräfte ergeben. Ferner gibt diese Ausgestaltung auch die Möglichkeit, ausreichend Raum für eine einfach ge­ staltete, elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung zur Ver­ fügung zu stellen, so daß insgesamt eine Stelleinrichtung ge­ schaffen wird, die eine aktive Verstellung jeweils nur in ei­ ne 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 rea­ lisierbar, 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 glei­ chen vorgesehen, so bedarf es also keiner weiteren Steuer­ einrichtungen, sondern lediglich des Zu- bzw. Abschaltens der Pumpe oder des Kompressors.

Insbesondere bei einer pneumatischen Betätigung führt dies zu einer sehr einfachen Lösung, wobei es ein solches Grundkon­ zept möglich macht, daß einer Regelarbeitsstellung des Lüf­ terrades als Vorwärtsblasrichtung die Endlage entspricht, die über die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung angefah­ ren wird. Es ist somit in der Regelarbeitsstellung keinerlei Druckversorgung nötig, so daß die größtmögliche Arbeitssi­ cherheit gegeben ist und zudem auch ein sehr energiesparender Betrieb ermöglicht wird, wenn mit Druckbeaufschlagung ledig­ lich eine Kurzarbeitsstellung als Rückwärtsblasrichtung ange­ fahren wird. Dies kann durch einfache Zuschaltung einer Pumpe oder eines Kompressors erfolgen, zumal die großflächige Di­ mensionierung ein Arbeiten mit sehr geringen Drücken ermög­ licht.

Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung selbstverständ­ lich auch möglich, eine entsprechende Druckversorgung durch Abzweigung aus Druckspeichern oder einem sonstigen, vor­ handenem Drucksystem zu realisieren.

Insbesondere in Verbindung mit einer pneumatischen Betätigung der Stelleinrichtung kann, bei lediglich kurzzeitiger Zu­ schaltung der Druckluftquelle zum Aufbau des erforderlichen Stelldruckes und danach erfolgender Abschaltung, zeitgesteu­ ert die Umschaltung von der Rückwärtsblasrichtung als Kurzar­ beitsstellung auf die Regelarbeitsstellung als Vorwärtsblas­ richtung schon dadurch realisiert werden, daß der Druckabbau zeitverzögert bzw. zeitgesteuert erfolgt.

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 Regelarbeits­ stellung möglich ist.

Die Haltezeit des Druckes, und damit die Bestimmung einer Zeitdauer, in der die sogenannte Kurzarbeitsstellung aufrecht erhalten wird, bevor die Umschaltung durch Druckabbau einge­ leitet 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 We­ geventil, das in der einen Schaltstellung den Ablauf sperrt und in der anderen Schaltstellung den Ablauf auf die Drossel freigibt.

Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung die Lüfterflü­ gel in ihrer jeweiligen Endlage über eine von der Stellein­ richtung unabhängige, in Richtung auf die Endlage willkürli­ che Haltekraft, nämlich der auf die Lüfterflügel wirkenden Luftwiderstandskraft beaufschlagt sind, ist es in Verbindung mit einem vorgeschilderten, zeitgesteuerten Druckabbau mög­ lich, 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 umgekehr­ ter Richtung ergibt. Bei einer solchen Auslegung kann nämlich die über die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung auf­ gebrachte Stellkraft im Verhältnis zur Selbsthaltekraft so bemessen werden, daß sie nur geringfügig größer als die Selbsthaltekraft ist, so daß ein nahezu vollständiger Druck­ abbau durchgeführt werden kann, bevor die Umstellung erfolgt, wobei die Umstellung dann schlagartig erfolgt, da nach Über­ winden der Selbsthaltekraft aufgrund des erfolgten Druckab­ baues keine wesentliche Gegenkraft über den Stellkolben aus­ geübt wird.

Eine Umschaltung von der Regelarbeitsstellung in die Kurz­ arbeitsstellung ist bezogen auf die Umschaltzeit im wesentli­ chen nur von der Förderkapazität der Druckquelle bzw. einem entsprechenden Speichervolumen als Versorgungsquelle ab­ hängig.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch mög­ lich, die vorstehend charakterisierte Rückwärtsblasrichtung als Kurzarbeitsstellung über längere Zeit aufrecht zu er­ halten, beispielsweise dadurch, daß die Drossel bezogen auf die zugespeiste Druckluftmenge so abgestimmt ist, daß sich bei einem etwas erhöhten Betätigungsdruck ein Gleichgewichts­ zustand einstellt, oder daß im Zulauf auf die Drossel ein Sperrventil angeordnet wird.

Die Ausgestaltung eines Lüfterrades mit verstellbaren Lüfter­ flügeln 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 Betriebsverhal­ ten aus wesentlich, da auf diese Weise ohne Zusatzaufwand ei­ ne stabile Endlage realisierbar ist, in der die Flügel nicht flattern und trotz Verstellbarkeit der Flügel diese zur Nabe eine quasi fixierte Stellung einnehmen. Zudem wird dieser Ef­ fekt ohne Zusatzaufwand realisiert, da die Lüfterflügel über die sie entgegen der Förderrichtung beaufschlagenden Luftwi­ derstandskraft in Richtung auf die jeweils gegebene Endlage belastet sind.

Die Ausbildung des Exzentergetriebes mit einem gemeinsamen Stellring, der durch den zylindrischen Wandteil des Stellkol­ bens gebildet ist, führt in Verbindung mit der radialen Er­ streckung und Lagerung der Lüfterflügel im Nabengehäuse bei axialer Überdeckung zum Stellkolben zu einer besonders einfa­ chen und flachen Bauweise.

Zu einem einfachen Aufbau trägt insbesondere auch bei, wenn, bezogen auf die axiale Förderrichtung des Lüfterrades, die den Lüfterflügeln zugeordneten Exzenterzapfen in ihren bei­ den, 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 ent­ sprechende Verlagerung der den Endlagen entsprechenden Lagen der Exzenterzapfen ist es aber auch möglich, die Flügel­ stellungen 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 Selbsthalte­ kräfte und der Fördermengen.

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 Förder­ richtung 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.

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.

Weitere Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung mit wei­ teren 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 Schnittdar­ stellung, wobei die Schnittebene eine Radialebene durch die Lagerung eines Lüfterflügels ist, mit einer ersten Ausführungsform einer Stelleinrichtung zum Ver­ drehen des Lüfterflügels,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung durch ein entsprechendes Lüfterrad bei Ausgestaltung der Stell­ einrichtung 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 Lüfter­ flügels,

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung mit einer Stellung des Lüfterrades zur Förderung in entgegenge­ setzter Richtung, und

Fig. 5 eine schematisierte Darstellung eines Lüfterflügels in einer der Fig. 3 entsprechenden Stellung und Aus­ bildung.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Teil eines Lüfter­ rades 1 gezeigt, von dessen Lüfterflügeln 2 lediglich einer mit seinem radialinneren, nabenseitigen Anschlußteil 3 ge­ zeigt 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 Naben­ körper 5, der einen Bodenteil 6 und die Napfwand 7 umfaßt, wobei die als Umfangswand des Nabenkörpers 5 dienende Napf­ wand 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 tra­ gende 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 Kolben­ wand 12 und Kolbenboden 13 den Kolbeninnenraum 14 umgrenzen, der gegen den Bodenteil 6 der Nabe 4 offen ist. Nach der ge­ genüberliegenden Seite grenzt der Kolbenboden 13 des Stell­ kolbens 11, der im Bereich des Kolbenbodens 13 über Ring­ dichtungen 15 gegen die Napfwand 7 abgedichtet ist, einen Ar­ beitsraum 16 ab, der über eine Versorgungsöffnung 17 an eine Druckquelle, die hier nicht weiter dargestellt ist, anzu­ schließen 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 Stell­ kolben 11 elastisch nachgiebig abgestützt, wobei diese Ab­ stützung im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 über eine Schraubenfeder 20 erfolgt, deren Durchmesser etwa dem Durch­ messer des sie aufnehmenden Kolbeninnenraumes 14 entspricht.

Im zur Kolbenwand 12 in Überdeckung liegenden Teil der Napf­ wand 7 sind die Lüfterflügel 2 über ihr Fußteil als Anschluß­ teil 3 drehbar gelagert, wobei die diesbezüglichen Lager im Ausführungsbeispiel nur schematisch angedeutet und mit 21 be­ zeichnet sind. Mit dem Anschlußteil 3 ist, diesem Bezug auf die Lager 21 gegenüberliegend, ein Deckelteil 22 drehfest und unter axialer Verspannung verbunden, das seinerseits zur Ach­ se 23 der Lager 21 und des jeweiligen Lüfterflügels 2 exzen­ trisch liegend, einen Stellzapfen 24 umfaßt, der in eine in der Kolbenwand 12 vorgesehene Ausnehmung 25 eingreift, die bevorzugt als Aufnahmebohrung, insbesondere als den Stellzap­ fen 24 führende Sacklochbohrung ausgebildet ist.

Wird der Arbeitsraum 16 mit Druck beaufschlagt, so wird der Kolben 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 Schwenk­ bewegung 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.

Nicht dargestellt ist im Ausführungsbeispiel die dem An­ schlußteil 3 zur Abdeckung der Lager 21 zugehörige, umfangs­ seitige Abdeckung der Nabe 4.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 entspricht jenem gemäß Fig. 1 sehr weitgehend. Dementsprechend finden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen Verwendung.

Dem in diesem Ausführungsbeispiel mit 31 bezeichneten Stell­ kolben sind als elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtungen hier aber mehrere Schraubenfedern 32 über den Umfang verteilt zugeordnet, die jeweils bei Abstützung gegen das Bodenteil 6 des napfförmigen Körpers in einer in der Rückseite des Stell­ kolbens 31 vorgesehenen Ausnehmung 33 geführt sind.

Die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 3 und 4 zeigen in stark schematisierter Darstellung die Zuordnung des Lüfter­ rades 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 ge­ zeigt ist. Es ist dies jener Lüfterflügel 42, der in der dar­ gestellten Ansicht bezüglich seiner Verstell-Drehachse 23 in einer zur Zeichenebene senkrechten, die Drehachse 10 des Lüf­ terrades 1 enthaltenden Ebene liegt, so daß die in der Napf­ wand 7 vorgesehene Aufnahmebohrung 43 für die Lagerung des Anschlußteiles 3 des jeweiligen Lüfterflügels 42 symmetrisch zu dieser Ebene liegt.

Ausgehend von einer Baulage der Nabe 4 entsprechend jener ge­ mäß Fig. 1 und 2 in der Konfiguration gemäß Fig. 3 und 4 ist der in Fig. 4 nicht weiter dargestellte Stellkolben 11 gemäß Fig. 1 bzw. 31 gemäß Fig. 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 Federn 32 gebildet ist, verschiebbar. Eine entsprechende Verschiebung bedingt die Umstellung des Lüfterflügels aus der Lage gemäß Fig. 3 in eine Lage gemäß Fig. 4. Der Lage gemäß Fig. 3 entspricht einer Förderrich­ tung des Lüfterrades 1, wie sie durch den Pfeil 46 angegeben ist, so daß Luft durch den Kühler 40 angesaugt wird.

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 Lager­ achse 23 des zugehörigen Lüfterflügels, und damit aufgrund der drehfesten Verbindung zwischen dem exzentrischen Stellzapfen 24 und dem jeweiligen Lüfterflügel eine Ver­ drehung des Lüfterflügels.

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 Lüfter­ flügel 42 in den Fig. 3 bzw. 4 dargestellt sind und wobei Fig. 4 die Endstellung zeigt, die dem druckbeaufschlagten und gegen die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung ver­ schobenen Kolben entspricht. In der Endstellung gemäß Fig. 4 ist der Lüfterflügel 42 entgegengesetzt zur Darstellung gemäß Fig. 3 angestellt, mit der Folge, daß nunmehr in Richtung auf den Kühler 40 (Pfeil 47) gefördert wird.

Der axiale Verstellweg des Stellkolbens 11 bzw. 31 ist so be­ messen, daß sich durch das Zusammenwirken mit dem exzentri­ schen Stellzapfen 24 eine Verdrehung des Lüfterflügels 42, im Ausführungsbeispiel eine Verdrehung (Pfeil 56) über 110°, ergibt, wobei der Lüfterflügel 42 in seinen beiden End­ stellungen eine zu der Symmetrieebene durch die Drehachse 23 des Lüfterflügels 42, die senkrecht zur Drehachse 10 des Lüf­ terrades steht, symmetrische Lage einnimmt. Dementsprechend ist beim Ausführungsbeispiel das Förderverhalten des Lüfter­ rades 1 in beiden Förderrichtungen, Pfeile 46 und 47 gleich.

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 Schaufelkonfi­ guration als besonders vorteilhaft erweist, insbesondere bei gewölbten Schaufelquerschnitten auch kleiner sein, wobei sich auch Winkel von weniger als 90°, etwa von 70-90° erfindungs­ gemäß insbesondere dann realisieren lassen, wenn in einer Förderrichtung eine kleinere Förderleistung als in der ande­ ren Richtung in Kauf genommen wird, was teilweise auch ange­ strebt werden kann. So im Rahmen der Erfindung beispielswei­ se, wenn für die Kurzarbeitsstellung eine besonders hohe För­ derleistung angestrebt wird, um z. B. bei Verunreinigung ein schnelles Freiblasen zu erreichen, die für die Regelarbeits­ stellung erforderliche Förderleistung aber vergleichsweise gering ist.

Bezogen auf das gezeigte Ausführungsbeispiel und die ange­ sprochene Symmetrieebene sind die Lüfterflügel jeweils entge­ gengesetzt zur jeweiligen Förderrichtung ausgewölbt, wobei der durch den Lüfterflügel 42 gebildete Kurvenbogen 49 und die die Enden der Lüfterflügel verbindende Sehne 48 ein Krei­ ssegment 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 auf verschiedenen Seiten der durch die Drehachse 23 verlau­ fenden Gerade 50, wobei die durch die Sehne 48 gegebene Brei­ te 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°.

Die beschriebene Konfiguration des Lüfterflügels 42 ermög­ licht für beide Endstellungen und bei unabhängig von der Stellung des Lüfterflügels 42 gleichbleibender Drehrichtung 55 des Lüfterrades 1 in einfacher Weise die Realisierung ei­ nes 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 besonderen Sicherung die­ ser Endstellung.

Damit läßt sich erfindungsgemäß ein Lüfterrad 1 realisieren, bei dem der Stellkolben 11, 31 der Stelleinrichtung in der Vorwärtsblasrichtung 46, die der Regelarbeitsstellung ent­ spricht, lediglich über die elastisch nachgiebige Rück­ stelleinrichtung belastet ist, die durch die Feder 20 bzw. die Federn 32 gebildet ist. Hohe Vorspannkräfte sind dabei nicht erforderlich, da die Flügel 2 bzw. 42 in die dieser Re­ gelarbeitsstellung entsprechende Stellung gemäß Fig. 3 auch über den sie beaufschlagenden Luftwiderstand gedrängt sind, so daß sich für die Lüfterflügel keine Flatterbewegungen er­ geben.

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 Naben­ fläche weitgehend entsprechende, und damit sehr große Beauf­ schlagungsfläche 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 Rückstelleinrich­ tung (Federn 20, 32) verschoben und es erreichen damit die Lüfterflügel 42 eine Stellung gemäß Fig. 4, bei der in Rich­ tung auf den Kühler 40 geblasen wird (Rückwärtsblasrichtung 47 oder Kurzarbeitsstellung).

Geht man davon aus, daß diese Arbeitsstellung gegenüber der Regelarbeitsstellung nur kürzere Zeit aufrecht erhalten wer­ den soll, so ist die Betriebszeit unter einer solchen Druck­ beaufschlagung auch kürzer als die Regelarbeitsszeit, und der Energieverbrauch eines solchen Systemes geringer als bei Sy­ stemen, die für die Aufrechterhaltung zumindest einer ihrer Endlagen jeweils eine entsprechende aktive Beaufschlagung be­ nötigen.

Wird die Druckbeaufschlagung, die, was hier nicht weiter dar­ gestellt 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 Druckab­ bau zeitgesteuert vorzunehmen.

Da die Lüfterflügel auch in Richtung auf ihre der Kurz­ arbeitsstellung entsprechende Endstellung über den Luftwider­ stand beaufschlagt sind, kann bei der erfindungsgemäßen Lö­ sung die entsprechende Endlage während der Zeit des Druckab­ baues noch aufrecht erhalten werden, da der Selbsthalteeffekt der über die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung wir­ kenden 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.

Abweichend von den schematisiert dargestellten Ausführungs­ beispielen gemäß Fig. 1 und 2 kann die Drosselöffnung selbstverständlich auch an anderer Stelle in dem vom Arbeits­ raum ausgehenden Ablaufweg angeordnet sein. Insbesondere er­ weist es sich dabei als zweckmäßig, der Drossel ein Sperr­ ventil zuzuordnen, sei es vorgelagert, nachgelagert oder in die Drossel integriert, um über dieses Ventil die Haltedauer des Druckes in der Arbeitskammer festzulegen, und damit unab­ hängig von dem Anschluß der Arbeitskammer an die Druckquelle, sobald in der Arbeitskammer der für die Umstellung in die Kurzarbeitsstellung erforderliche Druck aufgebaut ist.

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 vor­ handene hydraulische Anlagen und deren Druckversorgung zu­ rückgegriffen werden kann.

Insbesondere in Verbindung mit einer hydraulischen Betätigung ist im Rahmen der Erfindung parallel geschaltet zum Arbeits­ raum ein Druckspeicher, insbesondere ein Druckblasenspeicher vorgesehen, derart, daß nach Abschalten der Druckquelle der Druck im Arbeitsraum auch bei gewissen Leckagen aufrecht er­ halten 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 Dros­ sel abströmt, und zwar unter gleichzeitiger Verringerung des Druckes in dem durch Druckspeicher und Arbeitskammer gebilde­ ten System, so daß die Umschaltung in die Regelarbeitsstel­ lung 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.

Damit ist durch die Erfindung eine Stelleinrichtung für ein Lüfterrad geschaffen, die einen Einsatz eines solchen Lüfterrades im Kühlsystem von Brennkraftmaschinen besonders zweck­ mäßig macht, und zwar insbesondere dann, wenn die Kurz­ arbeitsstellung mit Umkehrung der Förderrichtung gegenüber der Regelarbeitsstellung dazu genutzt werden soll, den Küh­ ler, bzw. den Zuflußweg zum Lüfterrad, bezogen auf die Luft­ strömungsrichtung in der Regelarbeitsstellung durch Umkehrung der Strömungsrichtung freizublasen.

Insbesondere bei Landmaschinen kommt diesem Problem größere Bedeutung zu, da in Verbindung mit zunehmend gedrängter Bau­ weise immer kleinere Lufteintrittsquerschnitte auf das Kühl­ system zur Verfügung stehen und diese Lüfteintrittsquer­ schnitte häufig auch in Bereichen der Landmaschinen, so ins­ besondere der Schlepper liegen, die durch dem Schlepper zuge­ ordnete Arbeitsgeräte, so insbesondere vom Schlepper ge­ tragene Frontarbeitsgeräte besonderer Verschmutzung ausge­ setzt sind.

Entsprechende Schmutzablagerungen können bei der erfindungs­ gemäßen Lösung abgeblasen werden, wobei die entsprechende Um­ kehrung der Blasrichtung nur kurzzeitig (Kurzarbeitsstellung) aufrecht erhalten werden muß.

Dadurch, daß die erfindungsgemäße Lösung eine schlagartige Umstellung auch von Kurzarbeitsstellung zur Regel­ arbeitsstellung ermöglicht, ist der Regelarbeitsbetrieb des Lüfterrades und damit der normale Kühlbetrieb nur kurzzeitig unterbrochen, womit Überhitzungen der Maschine vorgebeugt wird.

Die Umstellung auf die Kurzarbeitsstellung zu Reinigungs­ zwecken kann in Abhängigkeit von Luftwiderstand oder son­ stigen geeigneten Parametern, wie beispielsweise Änderungen der Kühlwassertemperatur und dergleichen automatisch er­ folgen, oder auch manuell, wobei jeweils lediglich eine kurz­ zeitige Zuschaltung der Druckquelle erforderlich ist, um die Umsteuerung auf die Kurzarbeitsstellung vorzunehmen. Dement­ sprechend ist auch der Energiebedarf für den Betrieb des er­ findungsgemäßen Lüfterrades außerordentlich gering, zumal, wie dargelegt, die Umsteuerung in Gegenrichtung ohne aktive Stelleinrichtungen vollzogen wird.

Claims (14)

1. Lüfterrad, insbesondere im Kühlsystem von Brennkraft­ maschinen einsetzbares Lüfterrad, mit einer Nabe und ver­ stellbaren Lüfterflügeln, die drehbar in der Umfangswand der Nabe geführt und über einen in der napfförmigen Nabe liegen­ den Stellantrieb verstellbar sind, der ein auf eine Ausgangs­ lage federbelastetes und durch ein Druckmedium in Gegen­ richtung beaufschlagbares Stellelement und in dessen Übergang auf die Lüfterflügel liegende Verstellexzenter umfaßt, die über das Stellelement beaufschlagbar sind, wobei das Stell­ element durch einen dichtend an die Napfwand anschließenden und über diese geführten, konzentrisch angeordneten Stell­ kolben 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 Stell­ kolbens (11) mit Druckmedium in eine zur Förderrichtung (46) in der Ausgangslage entgegengesetzte Förderrichtung (47) um­ stellbar und in beiden der einander entgegengesetzten Förder­ richtungen (46, 47) in Richtung auf die der jeweiligen Förderrichtung (46 bzw. 47) entsprechende Flügelstellung über die Luftwiderstandskraft belastet sind.

2. Lüfterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterflügel (2, 42) in ihrer jeweiligen Endlage über die Luftwiderstandskraft als von der Stelleinrichtung unab­ hängige, in Richtung auf ihre jeweilige Endlage wirkende Selbsthaltekraft beaufschlagt sind.

3. Lüfterrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbsthaltekraft 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 Förder­ richtung (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° gegeneinander ver­ dreht sind.

7. Lüfterrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterflügel (2, 42) zwischen ihren Endlagen bezogen auf ihre Drehachse (23) um etwa 110° gegeneinander verdreht 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) jeweils entge­ gen der Drehrichtung (55) ausgewölbt sind.

9. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterflügel (2, 42) - in radialer Ansicht und bezo­ gen 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 geneigt sind.

10. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterflügel (2, 42) - in radialer Ansicht und bezo­ gen auf die Drehrichtung (55) des Lüfterrades (1) - mit ihrem vorderen Ende im wesentlichen in Umfangsrichtung des Lüfter­ rades (1) verlaufen.

11. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Federbelastung entgegengesetzt zur Ver­ stellrichtung durch Beaufschlagung mit Druckmedium anfahrbare Ausgangslage des Stellkolbens (11, 31) einer Regelarbeits­ stellung (Förderrichtung 46) entspricht und die über die Be­ aufschlagung mit Druckmedium anfahrbare Endlage des Stellkol­ bens (11 bzw. 31) einer Kurzarbeitsstellung (Förderrichtung 47).

12. Lüfterrad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Entlüftungsweg des vom Stellkolben (11, 31) begrenzten volumenveränderlichen Arbeitsraumes (16) eine Drosselöffnung (19) und/oder ein Sperrventil vorgesehen ist.

13. Lüfterrad nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Lüfterflügel (2, 42) von der Kurz­ arbeitsstellung (Förderrichtung 47) auf die Regelarbeits­ stellung (Förderrichtung 46) durch insbesondere zeitge­ steuerten Abbau des nach Abschalten der Druckquelle be­ stehenden Druckes umschaltbar ist.

14. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad (1), im Kühlsystem einer Brennkraftmaschine (18) eingesetzt, in seiner Kurzarbeitsstellung (Förder­ richtung 47) in Richtung auf den Kühler (40) der Brennkraft­ maschine (18) bläst und als Reinigungsgebläse wirkt.