DE2211676A1

DE2211676A1 - Ventilator, insbesondere Kühlluftventilator für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2211676A1
Application number: DE19722211676
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-03-11
Filing date: 1972-03-10
Publication date: 1972-09-21
Also published as: US3777866A; DE2211676C2; GB1376904A

Description

PATENTANWALT O O 1 1 P 7 R

EBERHARDTSPEIDEL d 8035 gauting, ^4 I ΙΟ/Ο

Waldpromenade 26 Telefon München 862286

Mein Z. Ihr Z.

Arthur Ez'nest Henry Elmer» Painswick, Gloucestershire

Großbritannien

Ventilator, insbesondere Kühlluftventilator für Brennkraftmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ventilator, und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf einen Kühlluftventilator für Brennkraftmaschinen, die zum Antrieb von Kraftfahrzeugen dienen. Die Erfindung ist jedoch auch auf Ventilatoren für andere Kühlungszwecke, beispielsweise in Klimaanlagen, anwendbar.

In vielen Fällen, und insbesondere bei Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen, ändern sich die Kühlungsanforderungen in weiten Grenzen entsprechend den Betriebsbedingungen. Bei Kaltstart beispielsweise ist zunächst wenig oder gar keine Kühlung erforderlich, bis die Brennkraftmaschine eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat. Auch während des Betriebes ändert sich der Kühlungsbedarf erheblich entsprechend der Belastung und äußeren Einflüssen, wie Lufttemperatur und Windgeschwindigkeit sowie Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Ein KühlluftVentilator verbaucht unter Umständen einen beträchtlichen Teil der Gesamtleistung der Brennkraftmaschine, und die Wirtschaftlichkeit kann erheblich verbessert werden, wenn die Leistungsaufnahme des Ventilators in den Fällen verringert wird, in denen nur eine geringe oder gar keine Kühlung erforderlich iet.

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Bankverbindung: Bayerische Hypotheken- und Wechselbank München Nr. 287/12726

Es ist bekannt, in den Antrieb des Ventilators eine Schaltkupplung einzubauen, die durch einen Wärmefühler gesteuert wird, sodaß der Antrieb entsprechend der gefühlten Temperatur ein- und ausgeschaltet wird, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Ventilator dieser Art zu schaffen.

Die Erfindung geht somit von einem Ventilator, insbesondere einem Kühlluftventilator für Brennkraftmaschinen, aus, der eine Schaltkupplung aufweist, die zwei durch einen druckmittelbetätigten Servomotor axial relativ zueinander verschiebbare Kupplungsteile aufweist, wobei der treibende Kupplungsteil mit einem am einen axialen Ende des Ventilators angeordneten Antrieb verbunden ist.

Erfindungsgemäß weist der druckraittelbetätigte Servomotor zwei relativ zueinander bewegliche Teile auf, von denen der eine durch ein Schublager mit dem einen Kupplungsteil und der andere durch ein Schublager mit dem anderen Kupplungsteil verbunden ist, wobei am anderen axialen Ende des Ventilators ein Anschluß für eine Druckmittel-Zuflußleitung für den Servomotor angeordnet ist.

Vorzugsweise ist der getriebene Teil der Kupplung mit einem Träger für den Ventilatorflügel verbunden und das mit dem treibenden Kupplungsteil über das Schublager verbundene Teil des Servomotors ist gegen relative Axialbewegungen fixiert, während das andere Teil des Servomotors eine relative Axialbewegung ausführen kann, die eine entsprechende relative Axialbewegung des getriebenen Kupplungsteils bewirkt.

Nach einem bevorzugten Merkmal der Erfindung kann direkt zwischen den beiden Teilen des Servomotors eine Feder angeordnet sein, die indirekt über die beiden Schublager auf die beiden Kupplungsteile wirkt, und zwar vorzugsweise im Sinne eines Einrückens der Kupplung, wobei der Servomotor einfach wirkend

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ist und die Feder der Arbeitsbewegung des Servomotors entgegenwirkt. Dadurch wird erreicht, daß gar keine oder nur eine geringe Schubkraft durch die Schublager geleitet wird, wenn die Feder gespannt und die Kupplung ausgerückt ist.

Die beiden Teile des Servomotors sind vorzugsweise an einer Drehung gehindert oder zumindest in der Lage, sich nicht drehen zu müssen, während die anderen Teile des Ventilators umlaufen. Dadurch kann die Zuführung des Druckmittels zum Servomotor über ein nichtrotierendes Teil erfolgen.

Der Ventilator ist vorzugsweise mit einem entfernt angeordneten, auf Wärme ansprechenden Steuerorgan in Verbindung, welches den Zufluß des Druckmittels zu dem Servomotor entsprechend den Temperaturänderungen eines Wärmefühlers steuert.

Der Servomotor ist vorzugsweise druckflüssigkeitsbetätigt und nicht wie bei den meisten üblichen Systemen durch Druckluft oder Unterdruck betätigt. Die Erfindung umfaßt somit auch einen Kühlluftventilator mit einer thermisch gesteuerten Schaltkupplung, die durch einen Servomotor betätigt wird, wobei ein entfernt angeordneter Wärmefühler vorgesehen ist, sowie ein eigener hydraulischer Kreislauf, der einen Steuerkolben enthält, welcher mit dem Wärmefühler verbunden ist, sowie eine Druckflüssigkeitsleitung zwischen dem Kolben und dem Servomotor.

Die Erfindung kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Ventilator (wobei nur die Hälfte des Ventilators oberhalb der Längsmittelachse dargestellt ist) mit einem zugehörigen hydraulischen Steuerkreis, und

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Pig. 2 eine schematische Darstellung einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Kühler und einem erfindungsgemäßen Kühlluftventilator.

Der in Fig.l dargestellte Ventilator weist einen radialen Plansch 10 auf, der mit nicht gezeigten öffnungen zur Aufnahme von Befestigungsschrauben versehen ist, mit denen dieser Plansch 10 mit dem Triebflansch einer Antriebswelle oder einer Keilriemenscheibe verbunden werden kann, der bzw. die von der Abtriebswelle einer wassergekühlten Brennkraftmaschine angetrieben wird. Am äußeren Umfang dieses Flansches 10 ist ein Ring Ii mit einer konischen Außenfläche angebracht, der als treibendes Teil einer Reibungskupplung oder einer Flüssigkeitskupplung (d.h. einer Kupplung, die eine Viskoseflüssigkeit enthält, um einen Drehantrieb mit Schlupf zu erreichen) dient. Der Flansch 10 ist außerdem einstückig mit einem hohlen, rohrförmigen Drehzapfen 12, der als innere Lagerfläche für zwei Nadellager 13 dient und außerdem den äußeren Laufring eines Kugel-Schublagers 14 aufnimmt, der innerhalb des Drehzapfens 12 nahe dem antriebsseitigen Ende des Ventilators angeordnet und gegen relative Axialverschiebung gesichert ist. Auf den Nadellagern 13 ist eine zylindrische Hülse 15 gelagert, die als hohle Nabe dient und mit einem Ring 17 verbunden ist, an dem in üblicher Weise die Ventilatorflügel 18 befestigt sind. Diese Hülse 15 ist außerdem einstückig mit einem radialen Plansch 20, der ein ringförmiges Teil 21 aufweist, welches den treibenden Teil 11 der Kupplung umgibt und einen Reibring 22 mit trapezförmigem Querschnitt aufnimmt, der durch eine Halteplatte 23 festgehalten wird. Die Innenfläche des Reibringes 22 hat die gleiche konische Form wie die Außenfläche des getriebenen Kupplungsteiles 11, sodaß bei einer Verschiebung des getriebenen Kupplungsteiles, bestehend aus der Hülse 15 mit den Teilen 20 und 21, in der Zeichnung

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nach rechts eine kraftschlüssige Reibverbindung mit dem treibenden Kupplungsteil 11 stattfindet und die Ventilatorflügel 18 von dem Antrieb über den radialen Plansch 10 in Drehung versetzt werden. Die gesamte umlaufende Einheit, bestehend aus den Teilen 15,20,21 und 17» ist auf den Nadellagern 13 in Bezug auf den Drehzapfen 12 in axialer Richtung verschiebbar und die von den Ventilatorflügeln 18 bei der Drehung erzeugte Reaktionskraft wirkt im Sinne eines Einrückens der Kupplung, ist also bestrebt, die Hülse 15 in der Zeichnung nach rechts zu verschieben.

Der Ventilator enthält auch einen Servomotor, der einen zentralen, feststehenden Hohlzapfen 30 aufweist, welcher koaxial innerhalb des Drehzapfens 12 angeordnet ist und an seinem inneren Ende mit einer Schulter versehen ist, an der sich der innere Laufring des Schublagers 14 abstützt. An dem anderen, äußeren Ende dieses Zapfens 30 ist ein ringförmiges Gehäuse 32 angeordnet, das mit dem Zylinder 36 des hydraulischen Servomotors einstückig ist und gegenüber dem Zapfen 30 durch einen O-Ring 33 abgedichtet und am äußeren Ende des Zapfens 30 durch eine Mutter 34 festgelegt ist. Das Gehäuse 32 hat einen seitlichen Druckflüesigkeitsanschluß 35* durch welchen dem Servomotor in später noch zu beschreibender Weise Druckflüssigkeit zugeführt wird.

Der Servomotor enthält weiter einen relativ beweglichen Kolben ¹JO in Form eines ringförmigen Flansches, der an seiner Umfangskante über einen O-Ring 41 mit der Innenfläche des Zylinders 36 des Servomotors dichtend zusammenwirkt, während die radial innere Umfangsflache des Kolbens 40 durch zwei O-Ringe 42 abgedichtet ist, die auf dem Zentralzapfen 30 angeordnet sind. Der Kolben 40 ist einstückig mit einer Büchse 44, die auf dem Zentralzapfen 30 verschiebbar gelagert ist. Die Büchse 44 weist eine Schulter auf, auf der sich der

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innere Laufring eines zweiten Kugel-Schublagers 46 abstützt. Auf dem Zentralzapfen 30 ist außerdem eine weitere Büchse 47 verschiebbar, die an ihrem in der Zeichnung linken Ende einen radialen Flansch aufweist, an dem sich das eine Ende einer Schraubendruckfeder 48 abstützt und der an dem inneren Laufring des Schublagers 14 anliegt. Das andere Ende der Peder stützt sich am inneren Laufring des zweiten Schublagers 46 ab. Der äußere Laufring dieses Lagers 46 ist relativ zu der Nabenhülse 15 durch einen Haltering 50 festgelegt, der mit dem Ende der Hülse 15 verbunden ist. Eine ringförmige Staubdichtung 51 ist zwischen dem Ende des Zylinders 36 und diesem Ring 50 vorgesehen.

In der Zeichnung sind die Teile des Servomotors in der Lage gezeigt, die sie einnehmen, wenn in dem Servozylinder 36 kein Druck herrscht. In diesem Fall ist die Feder 48 bestrebt, das Drucklager 46 und über dieses den Kolben 40 in der Zeichnung nach rechts zu verschieben. Dadurch wird die Nabenhülse 15 zusammen mit den Teilen 20 und 21 ebenfalls nach rechts verschoben, womit der Reibring 22 kraftschlüssig mit dem treibenden Kupplungsteil 11 verbunden wird und die Ventilatorflügel 18 angetrieben werden. Wie bereits erwähnt, wirkt die Reaktionskraft der umlaufenden Ventilatorflügel 18 ebenfalls in der Zeichnung nach rechts und unterstützt das Einrücken der Kupplung.

Wenn durch den Anschluß 35 dem in axialer Richtung auf dem Zentralzapfen 30 festgelegten Servozylinder 36 Druckflüssigkeit zugeführt wird, wird der Kolben 40 in der Zeichnung nach links verschoben, womit das Schublager 46 ebenfalls nach links geschoben und die Feder 48 zusammengedrückt wird. Gleichzeitig werden auch die Nabenhülse 15 und der getriebene Kupplungsteil 20,21 nach links verschoben, sodaß der Reibring 22 von dem

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reibenden Kupplungsteil 11 freikommt und der Antrieb der Ventilatorflügel 18 unterbrochen wird. Obgleich in diesem Zustand die Feder 48 zusammengedrückt ist_s wird die Federkraft nicht durch die Schublager 14 und 16 übertragen, da die Feder 48 direkt nur den inneren Laufringen der beiden Lager und somit an den beiden Hauptteilen des Servomotors anliegt und nur indirekt über die Schublager auf die beiden Teile der Kupplung wirkt. Die Federvorspannung kann verhältnismäßig klein sein, da in dem Moment, wo die Reibungskupplung eingerückt ist, die von den Ventilatorflügeln bei der Drehung erzeugte Reaktionskraft im Sinne des Einrückeris der Kupplung wirkt, Wenn also dem Servomotor Druckflüssigkeit zugeführt wird, um die Kupplung auszurücken, sind beide Kugeis©hublager 14 und 16 fast vollständig entlastet. Wenn auf der anderen Seite der Flüssigkeitsdruck weggenommen und die Kupplung eingerückt ist, wird nur die geringe Kraft der Feder in ihrer teilweise entspannten Lage durch die Lager 14 und 46 übertragen, und das auch nur für eine relativ kurze Zeit, da in den meisten Anwendungsfällen der Zeitraum, in welchem die Kupplung eingerückt ist, nur ein geringer Teil der gesamten Laufzeit ist,

Fig.l zeigt auch ein eigenes hydraulisches System zur Steuerung der Kupplungsbetätigung in Abhängigkeit von der festgestellten Temperatur eines Kühlmittels für die Brennkraftmaschine. In diesem Fall ist angenommen, daß die Kupplung bei einer wassergekühlten Brennkraftmaschine verwendet wird, wie dies schematisch in Fig.2 dargestellt ist. Ein Wärmefühler 60 in Form einer Wachskapsel ist in den unteren Verbindungsschlauch 61 zwischen dem unteren Ende des Kühlers 70 und dem Wassereinlaß 71 am Wassermantel der Brennkraftmaschine eingesetzt. Dieser Schlauch 61 führt den Kühlwasserrücklauf, der aus vielen Gründen der beste Platz für den Temperaturfühler ist. Die Temperatur in diesem Rückflußschlauch 61 ist die

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beste Anzeige dafür, ob eine Kühlung durch den Ventilator erforderlich ist oder nicht, und sie wird automatisch beeinflußt von der Umgebungstemperatur, der Fahrgeschwindigkeit und der Belastung, mit welcher die Maschine arbeitet. Die Wachskapsel 60 ist direkt mit einer Einheit 62 gekoppelt, die im gleichen Gehäuse einen Hydraulikölbehälter 63 und eine Ventilkammer 64 enthält, in welcher ein Steuerkolben 65 mit O-Ringen angeordnet ist, der durch den beweglichen Stift 66 der Wachskapsel gegen die Wirkung einer Feder β^ verschoben werden kann. Der Kolben 65 bildet zusammen mit dem Ventilraum 64 eine Plungerpumpe und er steuert außerdem einen Kanal 68 zwischen der \ Ventilkammer 64 und dem Behälter 63· Wenn die Temperatur des Kühlwassers in dem Schlauch 61 unter einen bestimmten Wert sinkt, zieht sich das Wachs in der Kapsel 60 zusammen und der Stift 66 wird in der Zeichnung nach links verschoben. Dadurch kann der Kolben 65 von der Feder 67 ebenfalls nach links verschoben werden, schließt den Kanal 68 ab und drückt das Hydrauliköl aus der Kammer 64 über eine biegsame Druckleitung 69 zum Anschluß 35* der mit dem Servomotor im Ventilator in Verbindung steht. Dadurch wird der Servokolben 40 nach links verschoben, um die Kupplung in der vorher beschriebenen Weise auszurücken und den Antrieb des Ventilators zu unterbrechen. Wenn die Kühlwassertemperatur in dem Schlauch 6l ansteigt, dehnt sich das Wachs in der Kapsel 60 aus, der Stift 66 wird nach recht3 verschoben und verschiebt seinerseits den Kolben 65 in der gleichen Richtung, wodurch das Hydrauliköl aus dem Servozylinder 36 durch die Leitung 69 in die Kammer 64 zurücktreten kann. Wenn der Kolben 65 den Kanal 68 freigegeben hat, kann das öl weiter in den Ölbehälter 63 zurücktreten. Dieses System ist somit vollständig unabhängig; von irgendeiner äußeren Druckflüssigkeitszuführung, es gestattet jedoch eine Steuerung der Kupplung von einer entfernten Stelle, die entsprechend den günstigsten Bedingungen ausgewählt werden kann.

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Selbstverständlich könnte anstelle eines solchen vollkommen eigenen Systems ein thermisch gesteuertes Ventil vorgesehen werden, das mit einer unabhängigen Druckflüssigkeitsversorgung, beispielsweise einem hydraulischen Servosystem.73» verwendet werden kann.

Es sei darauf hingewiesen, daß der beschriebene und dargestellte Ventilator direkt an dem Ende einer Triebwelle 74 angebracht werden kann, wie dies in Pig.2 schematisch gezeigt ist, und somit keine weiteren Lagerungen oder Befestigungen benötigt, sodaß er ohne weiteres anstelle eines bestehenden Ventilators verwendet werden kann. Da kein Teil des Servomotors umläuft, besteht keine Notwendigkeit für eine umlaufende Flüssigkeitsdichtung in der Ventilatornabe.

Obgleich die Betätigung des Servomotors durch Druckflüssigkeit bevorzugt wird, kann auch eine Anordnung vorg©s©ii©a werden, die durch Druckluft oder durch Unterdruck betätigt wird.

Ein besonderes Merkmal des erfindungsgemlßen Ventilators ist auch darin zu sehen, daß der Servomotor, bestehend im weseafc= liehen aus dem Gehäuse 32 mit dem Servozylind©r 36 und dem Servokolben 40 mit der Büchse 44, nach Lösen der Mutter 34 aus dem rechten Ende der Ventilatornabe herausgezogen werden kann, ohne daß die Kupplung zerlegt zu werden braucht. Der gelegentlich notwendig werdende Ersatz, insbesondere der Dichtungen 41 und 42, läßt sich somit sehr einfach durchführen.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. Ventilator, insbesondere Kühlluftventilator für Brennkraftmaschinen, mit einer Schaltkupplung, die zwei durch einen druckraittelbetätiEten Servomotor axial relativ zueinander verschiebbare Kupplungsteile aufweist, wobei der treibende Kupplungsteil mit einem am einen axialen Ende des Ventilators angeordneten Antrieb verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der druckmittelbetätigte Servomotor zwei relativ zueinander bewegliche Teile (36,40) aufweist, von denen der eine (36) durch ein Schublager (14) mit dem einen Kupplungsteil (11) und der andere (40) durch ein Schublager (46) mit dem anderen Kupplungsteil (21) verbunden is.t, und daß am anderen axialen Ende des Ventilators ein Anschluß für eine Druckmittel-Zuflußleitung (35) für den Servomotor angeordnet ist.

2. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem treibenden Kupplungsteil über das Schublager (11) verbundene Teil (36) des Servomotors gegen relative Axialbewegung fixiert ist, während das andere Teil (40) des Servomotors relativ axialbeweglich ist und eine entsprechende relative Axialbewegung des getriebenen Kupplungsteiles (20) bewirkt.

3. Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß direkt zwischen den beiden Teilen (36,40) des Servomotors eine Feder (48) angeordnet ist, die indirekt über die beiden Schublager (14,46) auf die beiden Kupplungsteile (11,21) wirkt.

4. Ventilator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor einfachwirkend ist und daß die Feder (48) der Arbeitsbewegung des Servomotors entgegenwirkt und im Sinne eines Einrückens der Kupplung wirkt.

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5. Ventilator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beide Teile (36,40) des Servomotors an einer Drehung gehindert sind.

6. Ventilator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (36,,¹IO) druckflüssigkeitsbetätigt ist.

7. Ventilator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelzufluß zu dem Servomotor (36,40) von einem entfernt angeordneten Thermofühler (60,62) gesteuert ist.

8. Ventilator nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Servomotor (36, 40) so ausgebildet und angeordnet ist, daß er von dem vom Antrieb (10) abgewandten axialen Ende des Ventilators her ausbaubar ist, ohne die Kupplung (11,21) zerlegen zu müssen.

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