DE19959893B4 - Angetriebenes Lüfterrad, insbesondere für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Angetriebenes Lüfterrad, insbesondere für Brennkraftmaschinen Download PDF

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Abstract

Angetriebenes Lüfterrad, insbesondere für Brennkraftmaschinen, das bei gleichbleibender Drehrichtung in seiner axialen Förderrichtung durch Verstellen seiner radial gerichteten Lüfterflügel umkehrbar ist, die zur Drehachse des Lüfterrades einen sich entgegen der Umlaufrichtung jeweils in Förderrichtung öffnenden Winkel einschliessen und die im Übergang von der einen Förderrichtung auf die andere Förderrichtung durch die Drehebene des Lüfterrades schwenken, dadurch gekennzeichnet , dass die Antriebsleistung für das Lüfterrad (1) im Übergangsbereich von der einen auf die andere Förderrichtung (Pfeil 46, 47) auf einen wert beschränkt ist, der, bezogen auf die Maximaldrehzahl des Lüfterrades (1), kleiner als die mögliche Leistungsaufnahme des Lüfterrades (1) bei zur Drehebene des Lüfterrades (1) senkrechter Stellung der Lüfterflügel (42) ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein angetriebenes Lüfterrad, insbesondere für Brennkraftmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Lüfterräder der vorgenannten Art sind aus der EP 0 945 626 A2 bekannt. Sie sind bezogen auf diesen bekannten Einsatz bei Brennkraftmaschinen zwischen Kühler und Brennkraftmaschine angeordnet und in ihrer Förderrichtung umkehrbar. Dies mit der Zielsetzung, bei Förderung in Richtung auf die Brennkraftmaschine über den Kühler zu Kühlzwecken anzusaugen, und bei Förderung in Gegenrichtung den Kühler von Verunreinigungen freizublasen. Dem kommt insbesondere bei Einsätzen Bedeutung zu, bei denen, wie im landwirtschaftlichen Betrieb, teilweise eine starke Beladung der Luft mit Staub und sonstigen Verunreinigungen gegeben ist, zumal zum Beispiel in Verbindung mit modernen Schleppern eine nach vorne abfallende, schlanke Schleppersilhouette angestrebt wird, die nur noch kleine Kühlflächen erlaubt und dementsprechend besonders hohe Kühlerwirkungsgrade verlangt. Hieraus folgt auch, dass sowohl zum Kühlen wie auch zum Freiblasen, also in beiden Förderrichtungen hohe Förderleistungen erforderlich sind, zumal mit dem Freiblasen eine Beeinträchtigung der Kühlung verbunden ist, die nur kurzzeitig akzeptiert werden kann.
  • Als Zusatzfunktion ist bei dem vorbekannten Lüfterrad eine drehzahl- und/oder temperaturabhängige Anpassung der Kühlleistung an den jeweiligen Kühlleistungsbedarf dadurch vorgesehen, dass bei verringerter Kühlleistung der Anstellwinkel der Lüfterflügel – im Sinne einer Verringerung der Kühlleistung – in Richtung kleinerer Luftfördermenge verstellt wird. Damit wird der Nutzleistungsanteil der Brennkraftmaschine verbessert.
  • In diesem Sinne wird bei einer Kühlanlage für Brennkraftmaschinen gemäß der DE 42 06 051 A1 vorgeschlagen, das mechanisch angetriebene Lüfterrad unter Zwischenschaltung einer Viskosekupplung anzutreiben, welche die Antriebsdrehzahl des Lüfterrades und damit auch dessen Leistungsaufnahme bei hohen Motordrehzahlen begrenzt, bei denen ansonsten die der Luftfördermenge des Lüfterrades entsprechende Kühlleistung der Kühlanlage den Kühlleistungsbedarf der Brennkraftmaschine übersteigen würde.
  • Hohe Kühlleistungen einerseits und räumlich gedrängte Bauformen, wie sie bei Fahrzeugen, insbesondere Schleppern gefordert sind, andererseits sind einander durchaus widersprechene Vorgaben, zumal insbesondere bei Nachrüstung mit einem in der Förderrichtung umkehrbaren Lüfterrad auch nur der Raum zur Verfügung steht, der für ein Lüfterrad mit gleichbleibender Förderrichtung konzipiert war.
  • Dies bedingt die Ausgestaltung eines Lüfterrades gemäß der Erfindung bei kleinem Bauvolumen in Verbindung mit in beiden Richtungen hoher, möglicher Förderleistung.
  • Dem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 Rechnung getragen. Die Erfindung geht dabei von einem Lüfterrad hoher Leistung aus, bei dem die Lüfterschaufeln bezogen auf beide Drehrichtungen einen zur Drehachse des Lüfterrades sich entgegen der Drehrichtung jeweils in Förderrichtung öffnenden Winkel einschliessen und bei dem die so angestellten Lüfterschaufeln bei der Umkehrung der Förderrichtung über eine Mittellage verschwenkt werden, in der sie praktisch quer zur Umlaufrichtung stehen, und dadurch in der kurzen Phase der Umstellung praktisch auch keine Förderleistung erbringen. Andererseits ist aber durch die Querstellung der Schaufeln ein sehr hoher Luftwiderstand gegeben, der eine Antriebsleistung erfordert, die deutlich über der Antriebsleistung liegt, welche im Hinblick auf maximale Kühlleistung und dieser entsprechendes Luftfördervolumen erforderlich ist.
  • Hier setzt die Erfindung an und begrenzt für diesen Bereich der Umstellung die Antriebsleistung mit der Folge, dass der mechanische Aufbau des Lüfterrades leichter und schlanker gehalten werden kann, da die Spitzenbelastungen entsprechend verringert sind. Dies wirkt sich auf die Stellkräfte aus, wie auch auf die Ausbildung der Lager, wie auch auf die konstruktive Ausgestaltung der Lüfterschaufeln, da diese ebenfalls leichter gebaut sein können, insbesondere im Bereich ihrer Anbindung an die Verstellmechanik.
  • Die Begrenzung der Antriebsleistung kann erfindungsgemäß durch Begrenzung des Drehmomentes und/oder durch Begrenzung der Drehzahl erfolgen, wobei die Drehmomentenbegrenzung unmittelbar in den Antrieb integriert sein kann und die Drehmomentenbegrenzung wie auch die Drehzahlbegrenzung in Abhängigkeit von sonstigen Parametern, beispielsweise in Abhängigkeit von der Stellung der Lüfterflügel gesteuert werden können.
  • Insbesondere zur Drehmomentenbegrenzung kann auf erprobte Bauteile, wie beispielsweise Kupplungen zurückgegriffen werden, die beispielsweise auf ein maximal übertragbares Drehmoment ausgelegt sind und für den überschiessenden Bereich als Rutschkupplung oder auch als Trennkupplung wirken.
  • Daneben sind auch gesteuerte Kupplungen möglich, wobei solche gesteuerte Kupplungen unter Rückgriff auf erprobte Prinzipien durch Magnetkupplungen gebildet sein können.
  • Eine besonders einfache Lösungsmöglichkeit besteht auch darin, während der Umschaltphase den Antrieb für das Lüfterrad abzuschalten, beispielsweise in Abhängigkeit von der Stellung der Lüfterflügel .
  • Im Hinblick auf einen einfachen Aufbau des Lüfterrades, der auch im Leichtbau gut beherrschbar ist, erweist es sich als zweckmäßig, die Lüfterflügel in der Nabe des Lüfterrades zu lagern, wobei die Lagerebene mit einer Teilebene des Lüfterrades zusammenfällt, so dass beim Zusammenstecken der Hälften des Lüfterrades die Lager mit erfasst werden können. Um Nachbearbeitungen für die Lagerflächen zu vermeiden ist es von Vorteil, die durch die zusammengesetzten Hälften, insbesondere Halbschalen des Lüfterrades begrenzten Lagerbohrungen mit einer gewissen kleinen Plustoleranz auszuführen, und diese Plustoleranz durch eine insbesondere nachgiebige, gegebenenfalls auch elastische Zwischenlage zwischen dem Lageraussenring und der diesen aufnehmenden Lagerbohrung auszugleichen.
  • Zur Verstellung der Lüfterflügel erweist es sich desweiteren als zweckmäßig, wenn die Nabe ein Stellglied aufnimmt, das Bestandteil eines Stellantriebes ist. Insbesondere erweist es sich als zweckmäßig, als Stellglied einen Stellkolben vorzuse hen, der mit den in der Nabe gelagerten Lüfterflügeln über Stellexzenter verbunden ist. Diese Stellexzenter können erfindungsgemäß bei koaxialer Lagerung zu den Lüfterflügeln mit exzentrischen Ansätzen versehen sein, die in eine entsprechende Aufnahme des Stellkolbens radial eingreifen, wobei diese Aufnahme bevorzugt durch eine in Umfangsrichtung des Stellkolbens verlaufende Ringnut gebildet ist und wobei diese Ringnut bevorzugt in einer zur Teilungsebene der Nabe parallelen Ebene verläuft.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine stark schematisierte Darstellung des Frontbereiches eines Schleppers in Seitenansicht, wobei im wesentlichen auf die Anordnung der Brennkraftmaschine und des dieser zugehörigen Kühlsystems abgehoben ist,
  • 2 eine schematisierte Darstellung eines Lüfterrades gemäß der Erfindung in einer vereinfachten, radialen Ansicht mit Darstellung des im Scheitelpunkt stehenden Lüfterflügels, wobei das Lüfterrad in Zuordnung zum Kühler bzw. zur Brennkraftmaschine angeordnet ist und wobei eine drehzahlabhängig überdruckte Stellung der Lüfterflügel – verringerte Kühlleistung – angedeutet ist,
  • 3 eine der 2 entsprechende Darstellung des Lüfterrades in Zuordnung zu Kühler und Brennkraftmaschine, wobei der im Scheitelpunkt stehende Lüfterflügel eine Schwenklage einnimmt, in der in Gegenrichtung zu 2, also in Richtung auf den Kühler gefördert wird,
  • 4 ein möglicher grundsätzlicher Aufbau für ein Lüfterrad gemäß der Erfindung, wobei für das symmetrisch aufgebaute Lüfterrad nur die eine Hälfte dargestellt ist, und zwar im wesentlichen beschränkt auf eine schematisierte Schnittdarstellung der Nabe, wobei die Schnittebene eine Radialebene durch die Lagerung eines Lüfterflügels ist,
  • 5 eine der 4 entsprechende Schnittdarstellung, bei der die federbelastete Ausgangsstellung durch eine lageveränderliche Anschlagbegrenzung abgesichert ist, die durch elastische und/oder temperaturabhängige, längenveränderliche Abstützelemente gesichert ist,
  • 6 eine schematisierte Darstellung der Nabe eines Lüfterrades gemäß der Erfindung, wobei die Nabe antriebsseitig eingezogen ausgebildet ist, und
  • 7 eine schematisierte Darstellung eines Lüfterrades gemäß der Erfindung, basierend auf einer zentralen Nabe in einer Grundform gemäß 6 in Verbindung mit einer Kupplungsanordnung im Antrieb auf die Nabe, wobei der Nabeneinzug gemäß 6 für eine raumsparende Unterbringung des Antriebsanschlusses an die Nabe genutzt ist.
  • 1 zeigt in einer schematisierten Seitenansicht den Frontteil eines Schleppers 82, der ein Rahmenteil 83 aufweist, das frontseitig im Bereich der Schleppervorderachse über Räder 84 abgestützt ist. Im Achsbereich zwischen den Rädern 84 liegt die Brennkraftmaschine 18 der ein Kühler 40 baulich vorgelagert ist, wobei zwischen dem Kühler 40 und der Brennkraftmaschine 18 ein Lüfterrad 1 liegt, dessen Antrieb in symbolischer Darstellung von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 18 in üblicher Weise abgezweigt verläuft.
  • Am Vorderende des Rahmens 83 ist ein Anschlussrahmen 85 vorgesehen, an dem sich Geräte oder dergleichen, beispielsweise über eine Dreipunkt-Hebevorrichtung anbringen lassen.
  • Sind solche Geräte frontseitig zum Schlepper angeordnet, oder arbeiten beispielsweise mehrere Schlepper mit zugeordneten Geräten oder unabhängigen Arbeitsmaschinen, wie Mähdreschern im Verbund zusammen, so kann ein derartiger Arbeitseinsatz je nach Arbeitsbedingungen und Arbeitsgebiet zu erheblichen Belastungen der Luft mit Staub- und/oder Pflanzenpartikeln führen. Entsprechend belastet ist die schlepperseitig genutzte Kühlluft, die über den Kühler 40 vom Lüfterrad 1 in Richtung auf die Brennkraftmaschine 18 gefördert wird (Pfeil 46). Die Gegenrichtung ist durch den Pfeil 47 symbolisiert.
  • Eine derartige Verschmutzung der Luft kann zu erheblichen Kühlproblemen führen, auch wenn, etwa auf Grund einer unmittelbaren Antriebsverbindung des Lüfterrades 1 zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 18, das Lüfterrad 1 stets mit der entsprechenden Drehzahl angetrieben würde.
  • Verstärkt werden die durch die Verschmutzung bedingten Probleme bei schlanken Schleppersilhouetten, wie sie angestrebt werden, um einen möglichst guten Überblick über die Arbeitsgeräte zu erhalten, da bei einer solchen konstruktiven Ausgestaltung die Kühlerflächen wie auch die Zuströmflächen auf den Kühler 40 verhältnismäßig klein ausfallen und deshalb auch im Zuströmbereich auf den Kühler 40 bei Förderung der Kühlluft in Richtung 46 auf die Brennkraftmaschine 18 hohe Luftgeschwindigkeiten gegeben sind.
  • Die in Verbindung mit solchen Ausgestaltungen durch das verschmutzungsbedingte Zuwachsen des Kühlers 40 auftretenden Probleme werden bei der erfindungsgemäßen Lösung dadurch beseitigt, dass die Kühlluftströmung kurzzeitig umgesteuert wird (Pfeil 47) und der Kühler 40 durch entgegengesetzte Anströmung freigeblasen wird.
  • Die Darstellungen gemäß 2 und 3 und die dort gezeigte Verstellung der Lüfterflügel 42 ist in Verbindung mit einer beispielsweisen Ausgestaltung eines Lüfterrades 1 in 4 zu sehen die eine besonders einfache Verstellmechanik für ein solches Lüfterrad 1 mit schwenkbaren Lüfterflügeln 42 zeigt.
  • In den 2 und 3 ist das Lüfterrad 1, wie in 1 veranschaulicht, zwischen Kühler 40 und Brennkraftmaschine 18 angeordnet, und es ist von dem Lüfterrad 1 jeweils nur ein Lüfterflügel 42 dargestellt, nämlich der mit seiner Schwenkachse 23 in einer zur Zeichenebene senkrechten, die Drehachse 10 des Lüfterrades 1 enthaltenen Ebene liegende Lüfterflügel 42, dessen Lagerung symmetrisch zu dieser Ebene in einer Aufnahmebohrung 43 der der Nabe zugehörigen Napfwand 7 liegt und den Anschlussteil 3 des Lüfterflügels 42 aufnimmt.
  • Um das Verständnis in soweit zu erleichtern, wird zunächst anhand der 4 der Nabenaufbau des Lüfterrades 1 noch näher erläutert.
  • Die mit 4 bezeichnete Nabe umfasst einen napfförmigen Nabenkörper 5 mit einem Bodenteil 6 und der Napfwand 7, die als Umfangswand des Nabenkörpers 5 gegenüberliegend zum Bodenteil 6 über einen Deckel 8 abgedeckt ist. Bei zur Drehachse 10 der Nabe 4 konzentrischem Aufbau ist in deren Innenraum 9 ein Stellkolben 11 angeordnet, der eine zur Napfwand 7 benachbarte, zylindrische Kolbenwand 12 aufweist, wobei Kolbenwand 12 und Kolbenboden 13 den Kolbeninnenraum 14 eingrenzen, der gegen den Boden 6 der Nabe 4 offen ist. Nach der gegenüberliegenden Seite grenzt der Kolbenboden 13 einen Arbeitsraum 16 ab, der über dem Kolben 11 zugeordnete Ringdichtungen 15 gegen die Napfwand 7 abgedichtet ist. Symbolisch ist desweiteren angedeutet eine Versorgungsöffnung 17, über die der Arbeitsraum 16 an eine Druckquelle anzuschliessen ist und eine Abströmöffnung 19, die als Drosselöffnung angedeutet ist. In Richtung auf den Deckel 8 ist der Stellkolben 11 elastisch nachgiebig belastet, und es ist hierzu symbolisch eine Schraubenfeder 20 als elastisches Abstützelement zwischen dem Kolben 11 und dem Bodenteil 6 teilweise dargestellt.
  • Im zur Kolbenwand 12 axial sowie auch radial in Überdeckung liegenden Teil der Napfwand 7 sind die Lüfterflügel 42 über ihr Fussteil als Anschlussteil 3 drehbar gelagert, wie bei 21 ange deutet. Dem Anschlussteil 3 in Bezug auf die Lager 21 gegenüberliegend und mit dem Anschlussteil drehfest und unter axialer Verspannung verbunden ist eine Deckelplatte 22 vorgesehen, die einen Stellzapfen 24 umfasst, der zur Schwenk- und Lagerachse 23 des jeweiligen Lüfterflügels 42 exzentrisch liegend in eine in der Kolbenwand 12 vorgesehene Ausnehmung 25 eingreift, die bevorzugt als umlaufende Ringnut ausgebildet ist.
  • Wird der Arbeitsraum 16 mit Druck beaufschlagt, so wird der Stellkolben 11 gegen die Kraft der Feder 20 axial verschoben, und mit dieser Verschiebung ist eine Schwenkbewegung des Stellzapfens 24 um die Lagerachse 23 verbunden, wobei der Drehbewegung des Stellzapfens 24 eine entsprechende Schwenkbewegung des Lüfterflügels 42 entspricht.
  • In Zuordnung zu den Darstellungen gemäß 2 und 3 entspricht die in 4 dargestellte Lage des Stellkolbens 11 einer Positionierung des Lüfterflügels 42, wie in 2 in Volllinien dargestellt, und es wird die Lage des Lüfterflügels 42 gemäß 3 durch Verlagerung des Kolbens 11 in Richtung des Pfeiles 44 in 4 erreicht, also durch Druckbeaufschlagung des Stellkolbens 11 und Verschiebung desselben entgegen der über die Feder 20 gegebenen elastischen Abstützung.
  • Bei der Verstellung des Lüfterflügels 42 aus einer Position gemäß 2 in eine Stellung gemäß 3, wie sie in 2 durch den Pfeil 56 symbolisiert ist, schwenkt der Lüfterflügel 42 durch eine die Drehachse 10 des Lüfterrades 1 enthaltende Radialebene, wobei in einer mittleren Schwenkstellung der Lüfterflügel 42, was hier nicht gezeigt ist, im wesentlichen eine quer zur Umlaufrichtung 81 des Lüfterrades 1 liegende Mittelstellung durchläuft, sich also etwa in Richtung der die Drehachse 10 des Lüfterrades 1 enthaltenden Radialebene erstreckt. In dieser Lage ist keine gezielte Förderung gegeben, das Lüfterrad 1 erzeugt somit keinen wesentlichen Kühlluftstrom in Richtung auf die Brennkraftmaschine 18 (Pfeil 46) oder in Rich tung auf den Kühler 40 (Pfeil 47), hat aber wegen des hohen Luftwiderstandes eine besonders hohe Leistungsaufnahme.
  • Entsprechend den axial möglichen Endlagen des Stellkolbens 11 ergeben sich, wie in den 2 und 3 in Volllinien dargestellt, für die Lüfterflügel 42 entsprechende Endlagen, wobei in der Darstellung gemäß 3 die Endstellung gezeigt ist, die bei Druckbeaufschlagung des Kolbens 11 und Verschiebung desselben in Richtung des Pfeiles 44 erreicht ist. Dieser Endstellung des Kolbens 11 entspricht eine Förderrichtung 47 in Richtung auf den Kühler.
  • Der axiale Verstellweg des Kolbens 11 und die Exzentrizität des Stellzapfens 24 sind so bemessen, dass sich für den Lüfterflügel 42, ausgehend von der in Volllinien dargestellten Lage in 2 bei Druckbeaufschlagung des Stellkolbens 11 eine Verdrehung (Pfeil 56) über 110° ergibt, wobei der Lüfterflügel 42 in seinen beiden Endstellungen gemäß 2 und 3 eine zur die Drehachse 10 enthaltenden Radialebene als Symmetrieebene symmetrische Lage einnimmt. Dementsprechend ist bei diesem Ausführungsbeispiel das Förderverhalten des Lüfterrades in beiden Förderrichtungen, Pfeile 46 und 47 gleich. Ist eine andere Aufteilung erwünscht, so lässt sich dies durch entsprechende Endstellungen für den Kolben realisieren. So kann beispielsweise im Rahmen der Erfindung für die Förderrichtung 47 und das Freiblasen des Kühlers als Kurzarbeitsstellung eine höhere Förderleistung angestrebt werden als für die Regelarbeitsstellung (Förderrichtung 46) zur Kühlung der Brennkraftmaschine 18.
  • Bevorzugt sind die Lüfterflügel 42 zur angesprochenen Symmetrieebene jeweils entgegengesetzt zur jeweiligen Förderrichtung ausgewölbt, und bilden einen flach gekrümmten Kurvenbogen.
  • In Verbindung mit einer derartigen Konfiguration der Lüfterflügel 42, wie sie des Näheren in der EP 0 945 626 A2 beschrieben ist, sind für beide Endstellungen der Lüfterflügel 42 und bei unabhängig von der Stellung der Lüfterflügel 42 gleichbleiben der Drehrichtung 55 des Lüfterrades 1 Selbsthalteeffekte gegeben, die eine Stabilisierung der jeweiligen Endstellung aufgrund des auf die Lüfterflügel 42 wirkenden Luftwiderstandes bewirken. Dementsprechend bedarf es für den Betrieb im Rahmen der beschriebenen Lösung keiner anderweitigen besonderen Sicherung der jeweiligen Endstellungen, z.B. um ein Flattern der Flügel zu vermeiden.
  • Der geschilderte Aufbau ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise, zumal die Nabe 4 einen großdimensionierten Stellkolben 11 ermöglicht, und somit ein Arbeiten mit vergleichsweise kleinen Stelldrücken, wobei in der Regelarbeitsstellung zudem ein druckloses System vorliegen kann, da der Stellkolben 11 in der zugehörigen Endstellung lediglich federbelastet ist und die Flügel 42 aufgrund des angesprochenen Selbsthalteeffektes den Stellkolben 11 ebenfalls in Richtung auf die zugehörige Endstellung belasten.
  • In der Ausgestaltung gemäß 5 ist eine im Grundaufbau zu 4 ähnliche Nabe 4 eines Lüfterrades 1 in zur 4 entsprechender Darstellung gezeigt. Die Nabe 4 besteht hier aber aus zwei koaxialen Nabenteilen 96 und 97, wobei die Achsen 23 der Lüfterflügel 2 in der Teilebene 98 der Nabe 4 liegen, so dass die Lager 21 beim Zusammenfügen der Nabenteile 96 und 97 in die Aufnahmebohrung 43 der Nabe 4 eingesetzt werden und dort endseitig durch vorgesehene Radialbunde 100 axial fixiert werden können, was zu einem einfachen und montagegünstigen Gesamtaufbau führt. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere zweckmäßig mit einer bezogen auf die Lager 21 positiven Toleranz der Aufnahmebohrung 43, so dass die Aufnahmebohrung 43 nicht bearbeitet werden muss, wobei ein evtl. Spiel in der Lageraufnahme, d. h. der Aufnahmebohrung 43 zum Aussendurchmesser der Lager 21 in bekannter Weise durch eine Zwischenlage, beispielsweise einen Einlagestreifen aus verformbarem, also nachgiebigen, aber nicht fliessendem Material ausgeglichen werden kann.
  • Analog zu 4 ist der Stellkolben mit 11 bezeichnet, und der über diesen abgegrenzte, mit Druckmedium beaufschlagbare Arbeitsraum mit 16. Nicht dargestellt ist in 5 die in 4 gezeigte federnde Abstützung des Kolbens 11 in Richtung auf seine Ausgangslage.
  • Abweichend von 4 sind in 5 verschiedene Varianten für die Bildung eines verstellbaren Endanschlages gezeigt, über den der Kolben 11 in seiner der Ausgangslage entsprechenden Endlage abgestützt ist.
  • Dem Kolben 11 sind hierzu ausgehend vom Arbeitsraum 16 Aufnahmeöffnungen 75, 76, 86 zugeordnet, die als Sacklochöffnungen vom Kolbenboden 13 ausgehen und in denen einzeln oder kombiniert Anschlagelemente 77 bzw. 78 bzw. 87 anzuordnen sind, die sich gegen den Boden 101 des Napfteiles 96 abstützen. Das Anschlagelement 77 ist durch eine Stützfeder, das Anschlagelement 78 durch ein Dehnstoffelement, wie handelsüblich, gebildet. Beide Anschlagelemente 77, 78 sind dem Kolben 11 zugeordnet und in der zugehörigen Aufnahmeöffnung 75, 76 geführt. Das ebenfalls als Dehnstoffelement ausgebildete Anschlagelement 87 ist im Boden 101 des Napfteiles 96 befestigt, insbesondere eingeschraubt und greift in die Aufnahmeöffnung 86 ein. Das Dehnstoffelement 87 mit seinem wärmebeaufschlagten Teil liegt somit frei in Richtung auf den Kühler 40, und kann auch weiter vorstehend als im Ausführungsbeispiel gezeigt angeordnet sein, wie dies in 6 angedeutet ist. Als Anschlagelement kann ferner auch, was hier nicht gezeigt ist, eine Bimetallfeder oder ein Bimetallfederpaket genutzt werden.
  • Die Anschlagelemente 77, 78, 87 bilden drehzahl- bzw. temperaturabhängige lageveränderliche Anschlagbegrenzungen, auf die der Kolben 11 in Gegenrichtung zur Schraubenfeder gemäß 4 als elastisch nachgiebigem Abstützelement abgestützt ist, wobei der Kolben 11 einen Rand 79 aufweist, der bei Anlage am Boden 101 als Festanschlag wirkt. Die Funktion der Anschlagelemente 77, 78, 87 als drehzahl- bzw. temperaturabhängig lageveränder liche Anschlagbegrenzungen wird in Verbindung mit 2 veranschaulicht, wobei der Lüfterflügel 42 in Volllinien in seiner normalen Arbeitsstellung bei Förderung in Richtung des Pfeiles 46 gezeigt ist, also bei Förderung in Richtung auf die Brennkraftmaschine 18, entsprechend einer Stellung des Stellzapfens 24 gemäß 5. Diese in Volllinien gezeigte Anschlagstellung entspricht einer maximalen Förderstellung, die für den Kolben 11 bezogen auf eine vorgegebene Drehzahl durch die in den Aufnahmeöffnungen 76 angeordneten Federn 77 drehzahlabhängig gehalten wird, oder auch temperaturabhängig durch in den Aufnahmeöffnungen 75 bzw. 76 angeordnete, bzw. in diese eingreifende Dehnstoffelemente 78 bzw. 87. Der über diese Federn 77 und/oder Dehnstoffelemente 78 bzw. 87 als Anschlagelemente auf den Kolben 11 ausgeübten Stützkraft wirkt eine luftwiderstandsabhängige Stellkraft entgegen, neben der Kraft der Feder 20, wie in 4 dargestellt, mit der Tendenz, den jeweiligen Lüfterflügel 42, wie in 2 strichliert dargestellt, in eine Stellung mit einem flacheren Anstellwinkel zu drücken. Analog zu dieser flacheren Stellung des Lüfterflügels 42 ist auch die Stellung des Stellzapfens 24 in 2 strichliert eingezeichnet. Die Funktion der drehzahl- und/oder temperaturabhängigen Veränderung der Lage des Endanschlages wird hier nicht weiter erläutert und ist in der EP 0 945 626 A2 des näheren beschrieben.
  • Das erfindungsgemäße Lüfterrad bietet somit insgesamt bei vergleichsweise einfachem Aufbau und auch möglichen hohen Förderleistungen günstige Anpassungsmöglichkeiten an die jeweiligen Arbeitsbedingungen.
  • Diese Flexibilität im Hinblick auf die Anpassung an die Arbeitsbedingungen mit entsprechender Reduktion des Leistungsbedarfes für Arbeitsbereiche, in denen der Leistungsbedarf nicht kühlungs- oder reinigungsbedingt ist, lässt sich trotz der Vielzahl der Funktionen in einem Lüfterrad 1 mit besonders kleinem Bauvolumen realisieren, wenn Antriebsleistungsspitzen, die sich bezogen auf eine gegebene Drehzahl im Mittelbereich der Umstellung der Lüfterflügel 42 zwischen ihren jeweiligen Förderstellungen durch die Querstellung der Lüfterflügel 42 zur Drehrichtung ergeben, unterdrückt werden. Hierzu kann in diesem Übergangsbereich, was nicht weiter dargestellt ist, der Antrieb des Lüfterrades unterbrochen werden, d.h. abgeschaltet oder in der übertragbaren Leistung zurückgenommen werden, beispielsweise durch Begrenzung des übertragbaren Drehmomentes auf einen der maximalen Förderleistung entsprechenden Wert, wobei bezogen auf die Kühlleistung die maximale Förderleistung entsprechend der geforderten maximalen Kühlleistung bei Brennkraftmaschinen im Regelfall in einem Bereich unterhalb der Höchstdrehzahl anfällt, in dem die Brennkraftmaschine in einem Bereich maximalen Drehmomentes betrieben wird. Die Begrenzung der Antriebsleistung auf einen entsprechenden oder einen darunterliegenden Wert kann, was nicht weiter dargestellt ist, in Abhängigkeit von der Stellung der Lüfterflügel 42 oder der Stellung des Stellkolbens 11 oder auch direkt in Abhängigkeit von Steuerbefehlen zur Umstellung der Lüfterflügel 42 zwischen ihren Umstelllagen erfolgen.
  • Baulich gesehen erweist es sich insbesondere in Verbindung mit einem das Lüfterrad beaufschlagenden Antrieb, der z.B. über eine entsprechende Magnetkupplung oder eine Schlupfkupplung einen solchen Eingriff gestattet, als zweckmäßig, die Nabe 4, wie in 6 gezeigt, gegen den Kolbenboden 13 einzuziehen, und analog auch den Kolbenboden 13 zentral entsprechend napfförmig einzuformen, so dass Bauraum für derartige Zusatzeinrichtungen im Antriebsstrang des Lüfterrades geschaffen wird.
  • In 6 ist hierfür eine Ausgestaltung der Nabe 4 vorgesehen, bei der ein im wesentlichen zylindrischer Nabenmantel 102 stirnseitig jeweils durch eine Abdeckplatte geschlossen ist, wobei die Abdeckplatten 103 und 104 quasi Deckelteile bilden, von denen das dem Boden 101 gemäß 5 entsprechende Deckelteil 104 zentral eingezogen ist und eine Vertiefung 105 begrenzt, in die, wie in der Schemadarstellung gemäß 7 veranschaulicht, der Antrieb für das Lüfterrad 43 eintaucht, bzw.
  • in der der ein Teil des Antriebes für das Lüfterrad versenkt liegt.
  • Dieser Antrieb ist in 7 schematisiert veranschaulicht durch eine Welle 106 und eine Magnetkupplung 107, die in der Verbindung der Welle 106 zur Nabe 4 des Lüfterrades 42 liegt, wobei die Welle die Drehachse für das Lüfterrad 42 bildet, auf der die Nabe über eine Lagerung 108 abgestützt ist. Die Abstützung erfolgt nabenseitig über einen an der Nabe 4 befestigten Winkelring 109, dessen Halsteil 110 von einem bodenseitig mit der Welle 106 drehfest verbundenen Topfteil 111 axial übergrif fen wird. Weitere Funktionsdetails der Magnetkupplung 107 sind nicht dargestellt. Entsprechend der Darstellung der Magnetkupplung 107 könnte auch eine Rutschkupplung ausgestaltet sein.
  • Gegenüberliegend zur Kupplung ist in 7 der zentrale Anschluss an eine Druckluftversorgung über eine Leitung 112 veranschaulicht, die über einen Drehanschluss 113, wie in 6 symbolisch dargestellt, auf den Arbeitsraum 16 des Kolbens ausmündet, analog zur Versorgungsöffnung 17 in 4.

Claims (19)

  1. Angetriebenes Lüfterrad, insbesondere für Brennkraftmaschinen, das bei gleichbleibender Drehrichtung in seiner axialen Förderrichtung durch Verstellen seiner radial gerichteten Lüfterflügel umkehrbar ist, die zur Drehachse des Lüfterrades einen sich entgegen der Umlaufrichtung jeweils in Förderrichtung öffnenden Winkel einschliessen und die im Übergang von der einen Förderrichtung auf die andere Förderrichtung durch die Drehebene des Lüfterrades schwenken, dadurch gekennzeichnet , dass die Antriebsleistung für das Lüfterrad (1) im Übergangsbereich von der einen auf die andere Förderrichtung (Pfeil 46, 47) auf einen wert beschränkt ist, der, bezogen auf die Maximaldrehzahl des Lüfterrades (1), kleiner als die mögliche Leistungsaufnahme des Lüfterrades (1) bei zur Drehebene des Lüfterrades (1) senkrechter Stellung der Lüfterflügel (42) ist.
  2. Angetriebenes Lüfterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsleistung für das Lüfterrad (1) auf einen Wert beschränkt ist, der für den Drehzahlbereich oberhalb des Drehzahlbereiches des Lüfterrades (1) bei maximaler Kühl-Förderleistung kleiner ist als die mögliche Leistungsaufnahme des Lüfterrades (1) bei zur Drehebene des Lüfterrades senkrechter Stellung der Lüfterflügel (42).
  3. Angetriebenes Lüfterrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsleistung des Lüfterrades (1) drehmomentenabhängig begrenzt ist.
  4. Angetriebenes Lüfterrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsleistung des Lüfterrades (1) in Abhängigkeit von dessen Drehzahl begrenzt ist.
  5. Angetriebenes Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsleistung für das Lüfterrad (1) in Abhängigkeit von der Stellung der Lüfterflügel (42) begrenzt ist.
  6. Angetriebenes Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsleistung des Lüfterrades (1) über eine im Antriebsweg des Lüfterrades (1) liegende Kupplung (107) begrenzt ist.
  7. Angetriebenes Lüfterrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (107) gesteuert ist.
  8. Angetriebenes Lüfterrad nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung als Rutschkupplung ausgebildet ist.
  9. Angetriebenes Lüfterrad nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung als Magnetkupplung (107) ausgebildet ist.
  10. Angetriebenes Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb des Lüfterrades (1) in Abhängigkeit von der Stellung der Lüfterflügel (42) abschaltbar ist.
  11. Angetriebenes Lüfterrad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterflügel (42) des Lüfterrades (1) in dessen Nabe (4) gelagert sind.
  12. Angetriebenes Lüfterrad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterflügel (42) über einen in der Nabe (4) des Lüfterrades (1) angeordneten Stellantrieb verstellbar sind.
  13. Angetriebenes Lüfterrad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb ein in Richtung der Drehachse des Lüfterrades verschiebliches Stellglied (Stellkolben 11) aufweist.
  14. Angetriebenes Lüfterrad nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterflügel (42) über in der Nabe (4) des Lüfterrades (1) angeordnete Verstellexzenter verstellbar sind.
  15. Angetriebenes Lüfterrad nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellexzenter über das in der Nabe (4) des Lüfterrades (42) axial verschiebliche Stellglied (Stellkolben 11) verstellbar sind.
  16. Angetriebenes Lüfterrad nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied durch einen druckbeaufschlagbaren Stellkolben (11) gebildet ist.
  17. Angetriebenes Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4) des Lüfterrades (1) eine quer zur Drehachse liegende Teilebene (98) aufweist.
  18. Angetriebenes Lüfterrad nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen (23) der Lüfterflügel (42) in der Teilebene (98) der Lüfterradnabe (4) liegen.
  19. Angetriebenes Lüfterrad nach einem der Ansprüche, 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Antriebsverbindung zum Lüfterrad (1) liegende Kupplung (107) koaxial zur Drehachse (10) desselben zumindest teilweise in die Nabe (4) axial eingezogen angeordnet ist.
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