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Die
Erfindung betrifft ein Lüftersystem nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Demgemäß betrifft
die Erfindung ein Lüftersystem, insbesondere zur Verwendung
in einem Kühlsystem einer Brennkraftmaschine, wobei das Lüftersystem
ein Lüfterrad mit einer Nabe sowie mit einer Vielzahl von
Lüfterflügeln aufweist. Die Vielzahl von Lüfterflügeln
ist mit der Nabe verbunden und erstreckt sich radial zur Rotationsachse,
wobei die Nabe mit den Lüfterflügeln um eine Rotationsachse relativ
zu einem feststehenden Teil des Lüftersystems drehbar ist.
Mindestens einer der Lüfterflügel des Lüftersystems
weist an seinem zur Rotationsachse zeigenden Endbereich einen Verstellexzenter auf.
Zum Verstellen des Anstellwinkels von dem mindestens einen Lüfterflügel
weist das Lüftersystem ferner eine Verstelleinrichtung
mit einem Verstellantrieb auf.
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Bei
Fahrzeugen, insbesondere Nutzfahrzeugen, ist der Kühler
einer Brennkraftmaschine in der Regel mit Axiallüftern
ausgerüstet, um den Kühler je nach Bedarf zwangszubelüften.
Der von dem Lüfter bereitzustellende Kühlluftmassenstrom
hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie beispielsweise
von der Motordrehzahl, der Motorlast und der Fahrtgeschwindigkeit
des Fahrzeuges.
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Lüftersysteme,
die beispielsweise bei Lastkraftwagen oder Omnibussen zum Einsatz
kommen, müssen aufgrund des im Betrieb bereitzustellenden Kühlluftmassenstroms
eine relativ hohe Antriebsleistung aufweisen. Von daher ist es üblich,
derartige Lüftersysteme direkt, beispielsweise über
einen Riemenantrieb oder eine Motorwelle, oder indirekt, beispielsweise über
ein hydrostatischen Antrieb, von dem Verbrennungsmotor des Fahrzeuges
anzutreiben. Der Kühlluftmassenstrom wird dabei fast ausschließlich
durch eine Anpassung der Lüfterdrehzahl geregelt. Beim
direkten Antrieb kommen dabei zusätzlich so genannte Lüfterkupplungen
zum Einsatz, die ebenso wie der indirekte, hydrostatische Antrieb vergleichsweise
schwer und aufwendig sind.
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Ein
anderer Ansatz zur Regelung des Kühlluftmassenstroms sieht
vor, die Lüfterdrehzahl unverändert zu lassen
und durch eine Anpassung der Anstellwinkel der Lüfterflügel
den Kühlluftmassenstrom an den Bedarf, beispielsweise in
Abhängigkeit von der Motordrehzahl und der Motorlast, anzupassen.
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So
wird beispielsweise in der Druckschrift
DE 8 815 383 U1 ein Axialventilator
beschrieben, bei welchem die Anstellwinkel der einzelnen Lüfterflügel mit
Hilfe einer Verstelleinrichtung verändert werden können.
Hierzu weist die aus diesem Stand der Technik bekannte Verstelleinrichtung
eine in axialer Überdeckung zu den Lüfterflügeln
liegende Stellscheibe auf, die mit einer umlaufenden Nut versehen
ist. Andererseits weisen die einzelnen Lüfterflügel
radial nach innen ragende Exzenterarme auf, welche in die umlaufende
Nut der Stellscheibe eingreifen. Ferner ist ein außerhalb
der Laufradnabe angeordneten Verstellantrieb (Stellmotor) vorgesehen,
welcher über eine Stellstange mit der Stellscheibe verbunden
ist.
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Demnach
ist bereits ein Axialventilator bekannt, bei welchem der Kühlluftmassenstrom
durch Anpassung der Anstellwinkel der Lüfterflügel
variiert werden kann. Hierzu kommt jedoch eine verhältnismäßig
aufwendige Gesamtkonstruktion mit vielen Einzelkomponenten zum Einsatz,
die das Lüftersystem kompliziert und störungsanfällig
macht.
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Bei
einem weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Lüftersystem
(
DE 8 406 829 U1 )
wird zum Verstellen der Anstellwinkel der Lüfterflügel
eines Lüfterrades mit einer Exzenterverstellung gearbeitet.
Zu diesem Zweck weisen die einzelnen Lüfterflügel
Exzenterarme auf, die mit Hilfe eines Verstelltellers entsprechend
angesteuert werden können. Da bei dieser Lösung
alle zum Verstellen der Anstellwinkel erforderlichen Komponenten
in der Nabe untergebracht werden müssen, erfordert die
aus diesem Stand der Technik bekannten Mechanik eine verhältnismäßig
große axiale Baulänge der Nabe, so dass insgesamt
ein verhältnismäßig großes Bauvolumen mit
entsprechendem Bauaufwand gegeben ist.
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Bei
einer weiteren aus der Druckschrift
DE 2 552 529 A1 bekannten Lösung
sind die Lüfterflügel eines Axialgebläses
in der Gebläsenabe gelagert, die axial versetzt zu den
Lüfterflügeln auch einen Gebläseantrieb
aufnimmt. Ferner ist ein Stellantrieb für die Lüfterflügel
vorgesehen, welcher einen mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren
Kolben aufweist, der an einer zur Drehachse der Lüfterflügel
konzentrischen und mit den Lüfterflügeln drehfest
verbundenen Stellscheibe angreift. Zwar sind mit einer derartigen
Lösung große Verstellwinkel für die Lüfterflügel möglich,
der Aufbau ist insgesamt aber sehr aufwendig und raumintensiv.
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Ein
in einem Kühlsystem einer Brennkraftmaschine einsetzbares
Lüfterrad ist ferner aus der Druckschrift
DE 4 438 995 A1 bekannt.
Ausgangspunkt ist hierbei ein Motorkühlsystem für
schwere Baumaschinen, die sowohl im Fahrbetrieb wie auch im Standbetrieb
eingesetzt werden können und bei denen das Lüfterrad
im Fahrbetrieb höher dreht als im Standbetrieb. Entsprechend
sind die über das Lüfterrad erreichten Kühlleistungen
im Fahrbetrieb größer als im Standbetrieb. Für
den Standbetrieb können sich bei einer solchen Auslegung
dann unzureichende Kühlleistungen ergeben, wenn die Brennkraftmaschine
bei stationären Arbeiten hoch belastet wird.
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Um
dem zu begegnen, wird bei der aus diesem Stand der Technik bekannten
Lösung unter Konstanthaltung der Drehzahl des Lüfterrades
dessen Förderrichtung umgekehrt, um einmal in Richtung
auf die Brennkraftmaschine und einmal hierzu entgegengesetzt zu
fördern. Hierzu ist das Lüfterrad innerhalb seiner
Nabe mit einer Stelleinrichtung versehen, durch die die Flügel
des Lüfterrades soweit verdreht werden können,
dass sich die Förderrichtung umkehrt, so dass also eine
Vorwärtsblasrichtung und eine Rückwärtsblasrichtung
realisiert werden können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, dass
bekannte Lüftersysteme, bei welchen der Kühlluftmassenstrom
durch Verstellen der Anstellwinkel der Lüfterflügel
variiert werden kann, zum Verstellen der Anstellwinkel der Lüfterflügel
eine komplizierte Mechanik erfordern. Insbesondere weisen die bekannten
Verstelleinrichtungen in der Regel eine Vielzahl von speziellen
Einzelteilen auf, was die Konstruktion und die Montage des Lüftersystems
erschwert. Hinzu kommt, dass bei den bisher bekannten Lösungen
die Einzelteile der Verstelleinrichtung meist innerhalb der Nabe
angeordnet sind. Dies führt zu einem komplexen Aufbau der
Verstellmechanik, was sich wiederum negativ auf die Herstellungs-
und Wartungskosten der Lüftersysteme auswirkt.
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Darüber
hinaus wird es als problematisch angesehen, dass bei den bisher
bekannten Verstelleinrichtungen die zum Verstellen der Anstellwinkel
der Lüfterflügel erforderlichen Bauteile in der
Regel innerhalb der Lüfterradnabe angeordnet und zusammen
mit der Lüfterradnabe um die Rotationsachse des Lüftersystems
rotieren.
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Aufgrund
dieser Problemstellung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Lüftersystem der eingangs genannten Art dahingehend
weiterzubilden, dass dieses eine einfach zu realisierende Grundkonstruktion
für das Lüfterrad aufweist, die es erlaubt, ein
solches anstelle herkömmlicher Lüfterräder
in bestehenden Konstruktionen einzusetzen, wobei der von dem Lüfterrad
bereitgestellte Kühlluftmassenstrom durch eine Anpassung
der Anstellwinkel der Lüfterflügel variiert werden
kann. Insbesondere soll das Lüfterrad des Lüftersystems
eine einfache Konstruktion, eine möglichst geringe Anzahl
an Einzelteilen und einfach herstellbare Einzelteile verwenden,
um dadurch ein kostengünstiges und wartungsfreundliches
Lüftersystem zu erreichen.
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Zur
Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass bei einem Lüftersystem der eingangs genannten Art
der Verstellantrieb der Verstelleinrichtung relativ zu dem feststehenden
Teil des Lüftersystems ortsfest und mit diesem fest verbunden
ist. Als feststehendes Teil des Lüftersystems kommt beispielsweise
ein Lüfterradgetriebe in Frage, über welches das
Lüfterrad mit Hilfe des Verbrennungsmotors des Fahrzeuges
angetrieben wird.
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Zusätzlich
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung
mindestens ein Verstellelement aufweist, wobei das mindestens eine
Verstellelement mit dem Verstellantrieb derart zusammenwirkt, dass
es sich bei Betätigung des Verstellantriebs längs
der Rotationsachse relativ zu dem feststehenden Teil des Lüftersystems
einerseits und relativ zu der Nabe andererseits bewegt und dabei über den
Verstellexzenter des mindestens einen Lüfterflügels
den Anstellwinkel des Lüfterflügels verändert.
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Die
mit der erfindungsgemäßen Lösung erzielbaren
Vorteile liegen auf der Hand. Dadurch, dass erfindungsgemäß der
Verstellantrieb außerhalb der Lüfterradnabe angeordnet
ist, kann eine klein und flach bauende Grundkonstruktion für
das Lüfterrad realisiert werden.
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Andererseits
weist die Verstelleinrichtung mindestens ein Verstellelement auf,
welches außerhalb der Lüfterradnabe mit dem Verstellantrieb
derart zusammenwirkt, dass zum Verstellen des Anstellwinkels von
dem mindestens einen Lüfterflügel eine translatorische
Bewegung des Verstellelements relativ zu dem Verstellantrieb und
relativ zu der Nabe bewirkbar ist. Diese translatorische Bewegung
des mindestens einen Verstellelements wird auf den Verstellexzenter
des zu verstellenden Lüfterflügels übertragen,
infolgedessen der Anstellwinkel des Lüfterflügels
verändert wird.
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Demnach
bietet die vorliegende Erfindung eine leicht zu realisierende aber
dennoch effektive Lösung, mit welcher die Anstellwinkel
der Lüfterflügel bei Bedarf verstellt werden können.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Lüftungssystems
sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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So
ist in einer bevorzugten Realisierung des erfindungsgemäßen
Lüftersystems vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung
ein erstes Verstellelement aufweist, welches an dem feststehenden
Teil, wie etwa an einem Getriebe des Lüfterradantriebs, angeordnet
und mit dem Verstellantrieb derart wirkverbunden ist, dass bei Betätigung
des Verstellantriebs eine Bewegung des ersten Verstellelements längs
der Rotationsachse relativ zu dem feststehenden Teil und der Nabe
bewirkt wird. Andererseits ist bei dieser bevorzugten Realisierung
vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung ferner ein zweites Verstellelement
aufweist, welches an der Nabe des Lüfterrades angeordnet
und mit dem Verstellexzenter des mindestens einen Lüfterflügels
einerseits und mit dem ersten Verstellelement andererseits derart
wirkverbunden ist, dass bei einer Längsbewegung des ersten
Verstellelements relativ zu dem feststehenden Teil das zweite Verstellelement
längs der Rotationsachse relativ zu der Nabe bewegt und
der Anstellwinkel des mindestens einen Lüfterflügels
verändert wird.
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Vorzugsweise
ist dabei vorgesehen, dass das zweite Verstellelement derart an
der Lüfterradnabe angeordnet ist, dass es zusammen mit
der Nabe um die Rotationsachse drehbar ist, wobei zwischen dem ersten
und dem zweiten Verstellelement eine geeignete Entkopplung vorgesehen
ist zum Entkoppeln einer Rotationsbewegung des zweiten Verstellelements
von einer Rotationsbewegung des ersten Verstellelements.
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Durch
das Vorsehen eines ersten und eines zweiten Verstellelements, welche
hinsichtlich ihrer Rotationsbewegungen voneinander entkoppelt sind, lassen
sich Drehzahlunterschiede zwischen dem zweiten Verstellelement,
welches im Betrieb des Lüftersystems ständig mit
dem Lüfterrad rotiert, und dem ersten Verstellelement,
welches mit Hilfe des Verstellantriebes nur sporadisch zum Zwecke
des Verstellens des mindestens einen Lüfterflügels
bewegt wird, ausgleichen. Aufgrund der zwischen dem ersten und dem
zweiten Verstellelement vorgesehenen Entkopplung kann an dem Übergang
zwischen diesen Verstellelementen eine Verlustreibung und somit auch
ein Verschleiß deutlich reduziert werden.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Entkopplung zwischen dem ersten und dem
zweiten Verstellelement ein Lager, insbesondere ein Wälzlager oder
ein Gleitlager aufweist. Hierbei handelt es sich um eine besonders
leicht zu realisierende aber dennoch effektive Art und Weise, die
jeweiligen Rotationsbewegungen des ersten und zweiten Verstellelements
voneinander zu entkoppeln. Insbesondere ist es möglich,
bei der Realisierung der Entkopplung auf handelsübliche
Bauteile (Lager) zurückzugreifen, was die Kosten zur Realisierung
des Lüftersystems reduziert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Lüftersystems ist vorgesehen, dass als Verstellantrieb
ein rotatorischer Motor, insbesondere ein elektrisch, hydraulisch
oder pneumatisch angetriebener Motor, verwendet wird, der im Hinblick
auf seine Drehrichtung und im Hinblick auf Laufzeit und Umdrehungsgeschwindigkeit
beispielsweise über eine entsprechende Lüftersteuerung
ansteuerbar ist. Ein als rotatorischer Motor ausgebildeter Verstellantrieb überträgt
bei Ansteuerung des Verstellantriebs eine entsprechende Drehbewegung
auf das erste Verstellelement. Um zu erreichen, dass die somit bewirkte
Drehbewegung des ersten Verstellelements in eine entsprechende Translationsbewegung
umgesetzt werden kann, ist es bevorzugt, das erste Verstellelement
in Gestalt einer Bewegungsgewindeaußenhülse auszuführen,
wobei das erste Verstellelement mindestens einen Gewindebereich
aufweist.
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Zusätzlich
sollte dabei die Verstelleinrichtung ein Führungselement
aufweisen, welches als Bewegungsgewindeinnenhülse ausgeführt
ist und mindestens einen Gewindebereich aufweist, welcher mit dem
mindestens einen Gewindebereich des ersten Verstellelementes derart
verbunden ist, dass bei einer Drehung des ersten Verstellelements
um die Rotationsachse dieses relativ zu dem feststehenden Verstellantrieb
sowie relativ zu dem Führungselement und der Nabe bewegt
wird. Diese somit erzeugte Translationsbewegung des ersten Verstellelements
wird über beispielsweise die zuvor erwähnte Entkopplung
auf das zweite Verstellelement übertragen, so dass auf
den Verstellexzenter des mindestens einen Lüfterflügels
eine entsprechende Kraft zum Verstellen des Anstellwinkels des mindestens einen
Lüfterflügels ausgeübt werden kann.
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Alternativ
zu der zuvor genannten Ausführungsform, bei welcher als
Verstellantrieb ein rotatorischer Motor eingesetzt wird, ist es
selbstverständlich auch denkbar, als Verstellantrieb einen
Linearmotor zu verwenden. Mit einem Linearmotor kann zum Verstellen
des Anstellwinkels des mindestens einen Lüfterflügels
eine translatorische Bewegung direkt auf das erste Verstellelement übertragen
werden, ohne dass hierfür ein Führungselement
bzw. eine Umsetzung einer rotatorischen Bewegung in eine translatorische
Bewegung von Nöten ist.
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Bei
Ausführungsformen des Lüftersystems, bei welchen
als Verstellantrieb ein Linearmotor zum Einsatz kommt, ist es selbstverständlich
auch denkbar, auf das erste Verstellelement zu verzichten, wobei
die Translationsbewegung des als Linearmotor ausgeführten
Verstellantriebs über die Entkopplung direkt auf das der
Nabe des Lüfterrades zugeordnete zweite Verstellelement übertragen
wird.
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Grundsätzlich
ist zu bedenken, dass die mit dem Verstellantrieb auf das der Lüfterradnabe
zugeordnete Verstellelement (zweites Verstellelement) ausgeübte
Kraft hinreichend sein muss, um beim Betrieb des Lüftersystems
den Anstellwinkel des mindestens einen Lüfterflügels
verändern zu können. Bei der bereits zuvor diskutierten
Lösung, bei welcher als Verstellantrieb ein rotatorischer
Motor zum Einsatz kommt, der im Betrieb eine Drehbewegung auf das dem
feststehenden Teil des Lüftersystems zugeordnete Verstellelement
(erstes Verstellelement) überträgt, wobei diese
Drehbewegung mit Hilfe eines Art Spindelmechanismus in eine Translationsbewegung umgewandelt
wird, ist es bevorzugt, dass für die Gewindesteigung der
jeweils ineinandergreifenden Gewindebereiche des ersten Verstellelements
und des Führungselements ein entsprechend kleiner Wert
gewählt wird. Hierbei wird die Möglichkeit ausgenutzt, dass
durch eine geringe Gewindesteigung hohe Untersetzungsverhältnisse
erzielbar sind, so dass der Antriebsleistungsbedarf des Verstellantriebs
verringert werden kann. Insbesondere ist somit der Einsatz eines
elektromechani schen Verstellantriebs anstelle von aufwendigen hydraulischen
oder pneumatischen Stellelementen mit zusätzlichen Medien
und Medienkreisläufen ermöglicht.
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Schließlich
ist bei der bevorzugten Realisierung der erfindungsgemäßen
Lösung, bei welcher als Verstellantrieb ein rotatorischer
Motor zum Einsatz kommt, vorgesehen, dass dieser mit Hilfe einer
Kette, eines Zahnriemens oder dergleichen mit dem ersten Verstellelement
verbunden ist, um auf diese Weise ein optimales Übersetzungsverhältnis
erreichen zu können, und um somit mit einem geringen Energieaufwand
eine optimale Verstellung der Lüfterflügel zu erreichen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist jeder
der Lüfterflügel ein Flügelblatt und einen
kreiszylindrischen Flügelansatz zum Halten des Flügelblattes
auf. Dabei wird der Flügelansatz in der Nabe gehalten.
Zur Aufnahme mindestens eines Halteringes ist in der Mantelfläche
des mindestens einen kreiszylindrischen Flügelansatzes
eine Nut vorgesehen, wobei der mindestens eine Haltering die Flügelansätze
sämtlicher Lüfterflügel des Lüftersystems
radial in der Nabe und konzentrisch zur Rotationsachse hält.
Dabei ist vorgesehen, dass die in der Mantelfläche der
kreiszylindrischen Flügelansätze eingebrachte
Nut zwei Seitenflächen und eine Bodenfläche aufweist,
wobei die der Rotationsachse näher liegende Seitenfläche
der Nut eine konvexe Geometrie aufweist, welche einem Bereich einer Oberfläche
einer Kugel entspricht, deren Mittelpunkt dem Schnittpunkt einer
sich radial zur Rotationsachse erstreckenden Achse mit der Rotationsachse
entspricht. Aufgrund der speziellen sphärischen Geometrie
der Seitenfläche der Nut an dem der Rotationsachse nahen
Bereich wird ermöglicht, dass ein Abweichen der Lüfterflügel
durch in erster Linie Massenkräfte von ihrer radialen Ausrichtung
verhindert wird. Weiterhin wird somit ein erhöhter Verschleiß aufgrund
einer punktförmigen Belastung, vermieden. Gleichzeitig
ist die sphärische Geometrie durch einfache Fertigungsmethoden,
beispielhafter Weise Abdrehen, präzise fertigbar.
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In
einer Abwandlung der zuvor beschriebenen Ausführungsform,
bei welcher eine Nut umfangsseitig durchgehend in der Mantelfläche
des Flügelansatzes ausgebildet ist, werden die Lüfterflügel
durch einen vorderen Haltering und einen hinteren Hal tering in der
Nabe gehalten. Durch diese Konstruktion können höhere
Fliehkräfte aufgenommen werden.
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In
dem man eine Abdeckung an den mindestens einen Haltering anbringt,
wird eine Fixierung des Lüfterflügels in der Nabe
ermöglicht.
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Die
Verstellexzenter der Lüfterflügel sind dabei versetzt
zu der Symmetrieachse des zugehörigen Flügelansatzes
angeordnet, um eine Verstellung der Anstellwinkel der Lüfterflügel
zu ermöglichen.
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Im
Folgenden wird eine exemplarische Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Lüftersystems unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
dreidimensionale Seitenansicht eines Lüftersystems gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
schematische Schnittdarstellung des Lüftersystems gemäß der
Darstellung in 1; und
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3 ein
vergrößerter Ausschnitt aus dem Lüftersystem
gemäß 1.
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In 1 ist
in einer dreidimensionalen Ansicht ein Lüftersystem 10 gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Das Lüftersystem 10 weist ein Lüfterrad 12 mit einer
bezüglich seiner Drehachse 14 rotationssymmetrischen
Nabe 16 auf. Mit der Nabe 16 ist eine Vielzahl
von Lüfterflügeln 18 verbunden, die sich
im Wesentlichen radial zur Rotationsachse 14 erstrecken.
Das Lüfterrad 12 mit der Nabe 16 und
den Lüfterflügeln 18 ist relativ zu einem
feststehenden Teil 20 des Lüftersystems um die
Rotationsachse 14 herum drehbar angeordnet. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Lüftersystems 10 ist
das feststehende Teil 20 beispielsweise ein Lüfterradgetriebe 22, welches
dazu dient, die Antriebskraft einer (in den Zeichnungen nicht dargestellten)
Brennkraftmaschine auf das Lüfterrad 12 zu übertragen.
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Zur
Regelung des durch Rotation des Lüfterrades 12 relativ
zu dem feststehenden Teil 20 (Getriebe) erzeugten Kühlluftmassenstroms
ist bei der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lüftersystems 10 eine
Verstelleinrichtung 30 vorgesehen, über die der
Anstellwinkel von mindestens einem Lüfterflügel 18,
bei der in den Zeichnungen exemplarisch dargestellten Ausführungsform
von allen Lüfterflügeln 18, verstellbar
ist. Die Verstelleinrichtung 30 weist einen Verstellantrieb 32 auf,
der relativ zu dem feststehenden Teil 20 des Lüftersystems 10, wie
beispielsweise relativ zu dem Lüftergetriebe 22, ortsfest
und mit dem feststehenden Teil 20 verbunden ist.
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Bei
der in den Zeichnungen exemplarisch dargestellten Ausführungsform
des Lüftersystems 10 kommt als Verstellantrieb 32 ein
rotatorischer Elektromotor zum Einsatz, der über eine (nicht
dargestellte) Lüftersteuerung entsprechend angesteuert
wird, um bei Bedarf die Anstellwinkel der Lüfterflügel 18 des
Lüfterrades 12 zu verstellen und somit den mit dem
Lüftersystem 10 bereitgestellten Kühlluftmassenstrom
beispielsweise an den Kühlleistungsbedarf des Verbrennungsmotors
anzupassen.
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Im
Einzelnen, und wie es anschließend unter Bezugname auf
die Darstellungen in den 2 und 3 näher
beschrieben wird, ist bei dem erfindungsgemäßen
Lüftersystem 10 vorgesehen, dass die Verstelleinrichtung 30 zusätzlich
zu dem Verstellantrieb 32 mindestens ein Verstellelement 34,
bei der in den Zeichnungen exemplarisch dargestellten Ausführungsform
genau zwei Verstellelemente, aufweist, die mit dem Verstellantrieb 32 derart
zusammenwirken, dass bei Betätigung des Verstellantriebs 32 sich die
Verstellelemente längs der Rotationsachse 14 des
Lüfterrades 12 relativ zu dem feststehenden Teil 20 des
Lüftersystems 10 (bei der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsform relativ zu dem Lüftergetriebe 22)
sowie relativ zu der Nabe 16 bewegen und dabei über
einen Verstellexzenter 40 den Anstellwinkel der jeweiligen
Lüfterflügel 18 verändern.
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Nachfolgend
werden unter Bezugnahme auf die Darstellungen in den 2 und 3 der
Aufbau und die Funktionsweise der bei dem dargestellten exemplarischen
Lüftersystem 10 zum Einsatz kommenden Verstelleinrichtung 30 näher
beschrieben. Im Einzelnen ist in 2 in einer
schematischen Schnittdarstellung das exemplarische Lüftersystem 10 gemäß der
in 1 gezeigten dreidimensionalen Ansicht dargestellt.
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Wie
bereits angedeutet, ist bei der dargestellten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Lüftersystems 10 vorgesehen,
dass der Verstellantrieb 32 der Verstelleinrichtung 30 an
dem Lüftergetriebe 22 fest verbunden ist, so dass
sich der Verstellantrieb 32 nicht relativ zu dem Lüftergetriebe 22 bewegen
kann. Der Verstellantrieb 32 kann pneumatisch, elektrisch
oder aber auch hydraulisch betrieben werden und ist vorzugsweise
als rotatorischer Antrieb ausgeführt. Grundsätzlich
wäre aber auch ein als Linearantrieb ausgebildeter Verstellantrieb 32 möglich.
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Das
Lüftergetriebe 22 ist in üblicher Weise mit
dem Lüfterrad 12 verbunden und dient dazu, das Lüfterrad 12 relativ
zu dem feststehenden Lüftergetriebegehäuse 20 um
die Rotationsachse 14 zu drehen. Bei der dargestellten
Ausführungsform steht das Lüfterrad 12 mit
Hilfe einer Laufradwelle mit dem Lüftergetriebe 22 in
Verbindung.
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Obwohl
in den Zeichnungen ein Lüfterradgetriebe 22 gezeigt
ist, welches als feststehendes Teil 20 des Lüftersystems 10 ausgebildet
ist und dazu dient, das Lüfterrad 12 anzutreiben,
ist es grundsätzlich denkbar, auf das Lüfterradgetriebe 22 zu
verzichten und das Lüfterrad 12 direkt an einen
elektrisch, pneumatisch oder hydraulischen Antrieb anzuschließen.
In diesem Fall wäre der Lüfterradantrieb das feststehende
Teil 20 des Lüftersystems 10, bezüglich welchem
der Verstellantrieb 32 ortsfest angeordnet ist.
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Bei
der in den Zeichnungen exemplarisch dargestellten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Lüftersystems 10 weist
die Verstelleinrichtung 30 zum Verstellen der Anstellwinkel
der Lüfterflügel 18 zusätzlich
zu dem Verstellantrieb 32 ein erstes Verstellelement 34 auf,
welches an dem feststehenden Teil 20 des Lüftersystems 10 bzw.
an dem Lüftergetriebe 22 angeordnet und mit dem
Verstellantrieb 32 derart wirkverbunden ist, dass bei Betätigung
des Verstellantriebs 32 eine Bewegung des ersten Verstellelements 34 längs
und rotatorisch zur Rotationsachse 14 relativ zu dem feststehenden
Teil 20 und der Nabe 16 bewirkt wird. Ferner ist
bei der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lüftersystems 10 ein
zur Verstelleinrichtung 30 gehörendes zweites
Verstellelement 36 vorgesehen, welches an der Nabe 16 des
Lüfterrades 12 angeordnet und mit den Verstellexzentern 40 der
Lüfterflügeln 18 einerseits sowie mit
dem ersten Verstellelement 34 andererseits derart wirkverbunden
ist, dass bei einer Längsbewegung des ersten Verstellelements 34 relativ
zu dem Verstellantrieb 32 das zweite Verstellelement 36 längs
der Rotationsachse 14 relativ zu der Nabe 16 bewegt
und die Anstellwinkel der Lüfterflügel 18 verändert
werden.
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Im
Einzelnen ist bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform
vorgesehen, dass das erste Verstellelement 34 als hülsenförmiges
Element ausgeführt ist, welches bei Betätigung
des Verstellantriebs 32 um die Rotationsachse 14 des
Lüftersystems 10 drehbar ist. Hierzu ist bei der
dargestellten Ausführungsform der Rotor bzw. Anker oder
Läufer des Verstellantriebs 32 über beispielsweise
einen Zahnriemen 50 geeignet mit dem hülsenförmig
ausgeführten ersten Verstellelement 34 verbunden.
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Das
hülsenförmig ausgeführte erste Verstellelement 34 weist
an seinem dem Lüftergetriebe 22 zugewandten Endbereich
einen entsprechenden Zahnbereich auf, mit welchem der Zahnriemen
zum Übertragen einer von dem Verstellantrieb 32 erzeugten
Drehbewegung verbunden ist.
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Andererseits
ist bei der dargestellten Ausführungsform vorgesehen, dass
die Verstelleinrichtung 30 ferner ein Führungselement 38 aufweist.
Das Führungselement 38 ist, wie es insbesondere
der Darstellung in 2 entnommen werden kann, ebenfalls als
ein hülsenförmiges Element ausgeführt,
welches allerdings im Unterschied zu dem ersten Verstellelement 34 fest
mit dem feststehenden Lüftergetriebe 22 des Lüftersystems 10 verbunden
ist. Mit anderen Worten, das Führungselement 38 ist
mit dem und relativ zu dem feststehenden Teil 20 des Lüftersystems 10 orts fest
verbunden, so dass eine Relativbewegung, sei es eine translatorische
oder eine rotatorische Bewegung des Führungselementes 38 relativ zu
dem feststehenden Teil 20 des Lüftersystems 10 unterbunden
ist.
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Der
Darstellung in 2 ist insbesondere zu entnehmen,
dass das als hülsenförmiges Element ausgebildete
Führungselement 38 zumindest bereichsweise an
seiner äußeren Mantelfläche einen Gewindebereich
aufweist. Andererseits ist das ebenfalls als hülsenförmiges
Element ausgebildete erste Verstellelement 34 mit einem
Innengewinde versehen, d. h. mit einem Gewindebereich auf der inneren Mantelfläche
des hülsenförmig ausgebildeten ersten Verstellelements 34.
Der Gewindebereich des ersten Verstellelements 34 greift
in den Gewindebereich des Führungselements 38 ein,
so dass bei einer Drehung des ersten Verstellelements 34 um
die Rotationsachse 14 des Lüfterrads 12 relativ
zu dem feststehenden Teil 20 des Lüftersystems 10 bzw.
relativ zu dem Lüftergetriebe 22 eine Umwandlung
der Drehbewegung in eine translatorische Bewegung erfolgt. Im Einzelnen
kommt dem Zusammenwirken zwischen dem als Bewegungsgewinde Außenhülse
ausgebildeten Führungselement 38 und dem als Bewegungsgewinde Innenhülse
ausgebildeten ersten Verstellelement 34 im Prinzip die
Funktion einer Gewindespindel zu.
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Wie
bereits angedeutet, weist die bei der dargestellten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Lüftersystems 10 zum
Einsatz kommende Verstelleinrichtung 30 ferner ein an der
Nabe 16 angeordnetes zweites Verstellelement 36 auf.
Dieses zweite Verstellelement 36 ist an der Nabe 16 angeordnet und
mit den Verstellexzentern 40 der Lüfterflügel 18 einerseits
sowie mit dem ersten Verstellelement 34 andererseits derart
wirkverbunden, dass bei einer Längsbewegung des ersten
Verstellelements 34 relativ zu dem feststehenden Teil 20 das
zweite Verstellelement 36 längs der Rotationsachse
relativ zu der Nabe 16 bewegt und der Anstellwinkel der
Lüfterflügel 18 verändert wird.
Da bei der dargestellten Ausführungsform das zweite Verstellelement 36 derart an
der Nabe 16 angeordnet ist, dass es zusammen mit der Nabe 16 um
die Rotationsachse 14 drehbar ist, muss zur Übertragung
einer längs der Rotationsachse wirkenden Kraft von dem
ersten Verstellelement 34 eine geeignete Entkopplung zwischen
dem ersten 34 und dem zweiten Verstellelement 36 vorgesehen
werden, die ein Entkoppeln der Rotationsbewegung des zweiten Verstellelements 36 von
einer Rotationsbewegung des ersten Verstellelements 34 ermöglicht.
Zu diesem Zweck ist bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform
an der Schnittstelle zwischen dem ersten 34 und dem zweiten
Verstellelement 36 ein Wälzlager 60 vorgesehen. Selbstverständlich
ist es aber auch möglich, anstelle eines Wälzlagers 60 ein
Gleitlager zu verwenden.
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Grundsätzlich
ist es notwendig, dass zur Entkopplung eine Einrichtung verwendet
wird, die eine Abstützung von radialen und axialen Kräften
ermöglicht und eine aufgrund der Relativbewegung zwischen
dem ersten 34 und dem zweiten Verstellelement 36 auftretende
Verlustreibung sowie einen entsprechenden Verschleiß verhindert.
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Wie
bereits angedeutet, ist das zweite Verstellelement 36 mit
den jeweiligen Verstellexzentern 40 der Lüfterflügel 18 verbunden
und dreht sich somit zusammen mit dem Lüfterrad 12 und
der Nabe 16 ständig mit. Im Gegensatz hierzu wird
das erste Verstellelement 34 lediglich dann in Rotation
versetzt, wenn der Verstellantrieb 32 betätigt
wird. Durch die Entkopplung zwischen dem ersten 34 und
dem zweiten Verstellelement 36 wird der Drehzahlunterschied zwischen
dem ersten Verstellelement 34 und dem zweiten Verstellelement 36,
also der ständig mitrotierende Teil im Betrieb der Verstelleinrichtung 30 und der
nur sporadisch rotierende Teil der Verstelleinrichtung 30 im
Betrieb um die Rotationsachse 14 ausgeglichen.
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In
der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform ist
vorgesehen, dass das bei einer Betätigung des Verstellantriebs 32 auf
das erste Verstellelement 34 übertragene Drehmoment
geeignet übersetzt wird. Dies wird dadurch realisiert,
dass der Durchmesser des ersten hülsenförmig ausgebildeten Verstellelements
wesentlich größer als der Durchmesser der an dem
Verstellantrieb 32 vorgesehenen Antriebsscheibe ist.
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Wie
es insbesondere der Darstellung in den 2 und 3 entnommen
werden kann, ist bei der beispielhaften Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Lüftersystems 10 das
zweite Verstellelement 36 mit den jeweiligen Verstellexzentern 40 der Lüfterflügel 18 verbunden.
Hierzu ist in dem zweiten Verstellelement 36 eine Nut 70 ausge bildet,
in welcher die einzelnen Verstellexzenter 40 geführt
werden. Bei Betätigung des Verstellantriebs 32,
was eine Bewegung des zweiten Verstellelements 36 längs der
Rotationsachse 14 relativ zu dem feststehenden Lüftergetriebe 22 sowie
relativ zu der sich um die Rotationsachse 14 drehenden
Nabe 16 zur Folge hat, werden die einzelnen Verstellexzenter 40 der
Lüfterflügel 18 in der Nut 70 des
zweiten Verstellelements 36 so geführt, dass eine
Verdrehung der Lüfterflügel 18 bzw. ein
Verstellen der Anstellwinkel der Lüfterflügel 18 erreicht
wird.
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Nachfolgend
wird unter Bezugnahme auf die Darstellung in 3 die spezielle
Halterung der einzelnen Lüfterflügel 18 an
der Nabe 16 des Lüfterrades 12 beschrieben.
In 3 ist ein Ausschnitt aus der schematischen Darstellung
gemäß 2 gezeigt.
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Wie
dargestellt, besteht jeder Lüfterflügel 18 im
Wesentlichen aus einem Flügelblatt 80 und einem Flügelansatz 82.
Der Flügelansatz 82 ist mit der Nabe 16 des
Lüfterrades 12 derart verbunden, dass er um eine
senkrecht zur Rotationsachse 14 des Lüfterrades 12 verlaufende
Achse verdrehbar ist. Auf diese Weise ist jeder Lüfterflügel 18 in
der Nabe 16 drehbar um eine sich radial erstreckende Achse
gelagert.
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Um
die einzelnen Lüfterflügel 18 trotz der beim
Betrieb des Lüfterrades 12 angreifenden Fliehkräfte
sicher an der Nabe 16 zu halten, weist jeder der Lüfterflügel 18 – zusätzlich
zu einem Flügelblatt 80 – einen kreiszylindrischen
Flügelansatz 82 auf, wobei mindestens eine Nut 84 – bei
der dargestellten Ausführungsform genau eine Nut 84 – in
der Mantelfläche des Flügelansatzes 82 vorgesehen
ist. Diese Nut 84 dient zur Aufnahme eines Halteringes 90,
welcher konzentrisch zur Rotationsachse 14 angeordnet und
geeignet ist, die Flügelansätze 82 der
Lüfterflügel 18 radial in der Nabe 16 zu
fixieren. Die Nut 84 weist zwei Seitenflächen 92, 94 und
eine Bodenfläche 96 auf. Die Seitenfläche 92 der
Nut 84 an dem der Rotationsachse 14 nahen Ende
weist eine konvexe sphärische Geometrie auf und ist auf
der Kugeloberfläche 86 einer Kugel gebildet, wobei
der Mittelpunkt dieser Kugel mit dem Schnittpunkt der sich radial
erstreckenden Drehachse des Flügelansatzes 82 und
der Rotationsachse 14 übereinstimmt.
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Konzentrisch
zur Rotationsachse 14 und axial beabstandet ist der Haltering 90 in
der Nabe 16 angeordnet, so dass die Flügelansätze 82 der
Lüfterflügel 18 an der Nabe 16 gehalten
werden. Die zur Rotationsachse 14 zugewandte Oberfläche
des Halteringes 90 weist eine zur Seitenfläche 92 der
Nut 84 an dem der Rotationsachse 14 nahen Ende
korrespondierende Oberfläche auf, so dass die Oberfläche des
Halteringes 90 dazu ausgelegt ist, die bei der Rotation
der Nabe 16 auf die Lüfterflügel 18 wirkenden Zentrifugalkräfte
aufzunehmen.
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Grundsätzlich
ist es selbstverständlich denkbar, dass zusätzlich
zu dem zuvor beschriebenen Haltering 90 ein weiterer Haltering
in der in den Zeichnungen mit Bezugsziffer 88 bezeichneten
Nut aufgenommen ist. Dieser weitere Haltering kann im Prinzip identisch
zu dem Haltering 90 ausgebildet sein, so dass auch über
diesen Haltering die bei der Rotation der Nabe 16 auf die
Lüfterflügel 18 wirkenden Zentrifugalkräfte
aufgenommen werden können.
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Die
sphärische Symmetrie der konkaven Oberfläche des
Halteringes 90 ermöglicht eine besonders einfache
Fertigung des Halteringes 90, da diese Oberflächenausformung
durch einen einzigen Arbeitsvorgang mit hoher Präzision
bereitgestellt werden kann, beispielhafter Weise durch Ausdrehen des
Halteringes 90.
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Wie
in den Zeichnungen dargestellt, ist nur eine Nut 84 umfangsseitig
durchgehend in der Mantelfläche eines Flügelansatzes 82 gebildet
und die Lüfterflügel 18 werden durch
einen hinteren Haltering 90 in der Nabe 16 gehalten.
Mit Hilfe einer Abdeckung 98, insbesondere einer radial
zur Rotationsachse 14 und parallel zur Längsseite
der Nabe 16 lösbar angebrachte Abdeckplatte, wird
der Haltering 90 in der Nut 84 eines jeden Lüfterflügels 18 gehalten.
Wie bereits angedeutet, kann zur Aufnahme größerer
Fliehkräfte ein zusätzlicher vorderer Haltering in
der Nut 88 vorgesehen sein. Dann wäre aus Montagegründen
auch eine weitere Abdeckung zur Fixierung des zusätzlichen
Halteringes von Nöten.
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Die
Erfindung ist nicht auf die zuvor unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschriebene Ausführungsform des Lüftersystems
beschränkt, sondern ergibt sich aus einer fachmännischen
Gesamtbetrachtung der offenbarten Einzelmerkmale.
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Insbesondere
ist es denkbar, dass sich die Lüfterflügel 18 soweit
verdrehen lassen, dass die Förderrichtung des Lüfterrades 12 umgekehrt
werden kann. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass das Lüftersystem
zum einen zur Kühlung und zum anderen zur Kühlerreinigung
verwendet werden kann. Durch die erfindungsgemäße
Ausgestaltung der Verstelleinrichtung 30 ist eine Umkehrung
der Förderrichtung des Lüfterrades 12 ohne
weiteren Aufwand möglich.
-
- 10
- Lüftersystem
- 12
- Lüfterrad
- 14
- Rotationsachse
- 16
- Nabe
- 18
- Lüfterflügel
- 20
- Feststehende
Teil
- 22
- Getriebe
- 30
- Verstelleinrichtung
- 32
- Verstellantrieb
- 34
- Erstes
Verstellelement
- 36
- Zweites
Verstellelement
- 38
- Führungselement
- 40
- Verstellexzenter
- 50
- Zahnriemen
- 60
- Wälzlager
- 70
- Nut
- 80
- Flügelblatt
- 82
- Flügelansatz
- 84
- Nut
- 86
- Kugeloberfläche
- 88
- Nut
zur Aufnahme eines weiteren Halteringes
- 90
- Hinterer
Haltering
- 92
- Seitenfläche
- 94
- Seitenfläche
- 96
- Bodenfläche
- 98
- Abdeckung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 8815383
U1 [0006]
- - DE 8406829 U1 [0008]
- - DE 2552529 A1 [0009]
- - DE 4438995 A1 [0010]