DE2635896A1

DE2635896A1 - Selbsttaetig schaltbarer ventilator, insbesonders fuer kuehlsysteme von verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2635896A1
Application number: DE19762635896
Authority: DE
Inventors: Anton Ryba
Original assignee: AUVE PATENTVERWERTUNGSGESELLSCHAFT mbH
Current assignee: AUVE PATENTVERWERTUNGSGESELLSCHAFT mbH
Priority date: 1975-10-22
Filing date: 1976-08-10
Publication date: 1977-05-05
Also published as: FR2328866A1; JPS5925859B2; JPS5925860B2; US4081066A; BE847484A; DE2635896C3; AT369510B; SE7611277L; GB1549423A; JPS5253157A; SE427294B; JPS57186015A; ATA803875A; NL7611765A; FR2328866B1; DE2635896B2; IT1195355B

Description

Selbsttätig schaltbarer Ventilator, insbesonders für Kühlsysteme von Verbrennungsmotoren

Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren müssen im Kühlsystem Ventilatoren angeordnet werden, um in allen Fahrzuständen die notwendige Wärmeabfuhr zu erreichen,, wobei jedoch nur in etwa 15 bis 20$ des Betriebsbereiches eine zwangsweise Luftbewegung durch einen Ventilator erforderlich ist.

ist der Ventilator mit dem Motor starr verbunden und berücksichtigt man. daß der Leistungsaufwand für den Ventilator etwa der dritten Potenz der Drehzahl proportional ist, so ergaben sich Le?stungsverIuste, die in der Größenordnung von ca. 8% ,:er Motorleistung liegen. Weiters ist es bei starr mit dem Motor verbundenen Ventilatoren nachteilig^ daß sie bei hohen Drehzahlen eine zu große Luftmenge liefern, was zur Unterkühlung des Motors führt und außerdem unnötig sehr störende Geräusche erzeugt.

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Um die genannten Nachtei le zu vermeiden, wurden schon seit langem Vorschläge gemacht, eine Verbindung von Ventilator und Motor über schal.tbare Reibungskupplungen oder Flüssigkeits-Schlupf kupp I ung-en herzustellen. Auch der Antrieb des Ventilators mittels eines eigenen Elektromotors und auch Ventilatoren mit verstellbaren Flügeln wurden bereits vorgeschlagen. Alle diese Vorschläge und Ausführungen befriedigen nur zum Teil oder überhaupt nicht., weil sie technische, betriebliche und preisliche Nachteile haben.

Bekanntgewordene elektromagnetisch betätigte Ventilator-Kupplungen sind grundsätzlich teuer, schalten hart und belasten erheblich die Antriebselemente. Auch die Stromzuführung über Schleifringe ist problematisch, ohne Schleifringe aber nur in Sonderfällen preislich tragbar. - Ventilatoren mit eigenem Elektromotor können mit Rücksicht auf die relativ schwache Elektroanlage eines Fahrzeuges nur sehr kleine Leistungen haben, was zu einer aufwendigen Kühlerbauart führt und dazu noch eigene Schaltgeräte und Thermostaten erfordert. FIüssigkeits-SchIupfkupp Iungen sind in thermostatisch geregelter und ungeregelter Ausführung bekannt geworden; wobei die thermostatisch geregelte Ausführung für eine allgemeine Anwendung zu teuer ist und

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die ungeregelte Ausführung don praktischen Erfordernissen nur schlecht oder gar nicht entspricht; sehr nachteilig für beide Ausführungen ist aber, daß infolge des ständigen Schlupfes Wärmemengen abzuführen sind, die relativ hohe Arbeitstemperaturen ergeben., so daß die Verwendung von Venti latoren aus normalen thermoplastischen Kunststoffen,, ohne zusätzliche aufwendige konstruktive Maßnahmen, nicht möglich ist. Mechanische Reibungskupplungen, welche ebenfalls bekannt geworden sind, sind infolge des für den beabsichtigton Zweck zu empfindlichen Aufbaues und ihrer schwierigen Steuerbarkeit im betrieblichen Verhalten unzuverlässig und unbefriedigend, so daß sich deren praktische Anwendung nicht durchsetzen konnte»

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ventilator für den erwähnten Zweck zu schaffen,, der die geschilderten Nachteile nicht aufweist, einen mengemößig gesteuerten KühI Iuftstrom ergibt und in der Konstruktion und Herstellung besonders billig und einfach ist. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß am Ventilator ein von der geförderten Kühlluft überstrichoner, mitrotierender Thermostat angeordnet ist., der als gasdichter scheiben- oder ringförmiger Behälter mit einer festen und einer axial nachgiebigen Wandung ausgebildet ist und eine Flüssigkeit oder

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eine Mischung von Flüssigkeiten enthält,, deren Siedepunkt ungefähr im Temperaturbereich liegt, bei dem der Venilator eingeschaltet werden soll, und daß die nachgiebige Wandung auf eine Reibungskupplung im Sinne der Ankupplung des Ventilators an eine Antriebswelle einwirkt, sobald durch die Erreichung der Siedetemperatur im Inneren des Behälters ein Gasdruck auftritt.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Flüssigkeit oder Mischung von Flüssigkeiten in solcher Menge im Thermostat enthalten ist, daß ein Teil davon auch bei der höchsten auftretenden KühI Iufttemperatur noch flüssig verbleibt und mit dem Thermostaten in Umdrehung versetzt wird, so daß diese Flüssigkeit durch die Fliehkraft an den Außenumfang des Behälters gefördert wird und einen zusätzlichen axial wirkenden Druck auf die nachgiebige Wandung ausübt.

Ein bevorzugtes zusätzliches Erf i ndungsrop.rkma I ist auch darin zu"sehen, daß der ringförmige Thermostat die mechanische Verbindung zwischen einem inneren, mit dem Lager verbundenen Teil und einem äußeren, die Flügel tragenden Teil des Ventilators darstellt.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen: Fig.1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Ventilators, der auf der Wasserpumpwelle eines Fahrzeugmotors montiert ist, Fig,2 eine stirnseitige Ansicht des von der Kühlluft bestrichenen VentiIatortei I es und des Thermostates., im Sinne des Pfeiles Λ in Fig. 1; die Fig,3 und 4 zeigen Membranen mit zwei verschiedenen Profilen.

In der Zeichnung ist 1 das Gehäuse einer Wasserpumpe, welche in bekannter Weise mit dem Motor verbunden ist. Die Wasserpumpenwelle 2 ist mittels Kugellager 3 im Gehäuse 1 gelagert. Auf die Wasserpumpenwelle 2 ist auch das Pumpenlaufrad 4 aufgepresst. Die Wellendichtung 5 trennt den Wasserraum vom Lagerteil. Auf der Wasserpumpenwelle 2 ist auch eine Nabe 6 aufgepresst* auf weicher eine aus zwei Teilen 7, 8 bestehende Keilriemenscheibe und eine zur Kupplung gehörige Scheibe 9 mittels Nieten 10 befestigt ist. Auf dem abgesetzten Teil 11 der Pumpenwelle 2 ist ein Ventilator frei drehbar gelagert. Diese Lagerung kann in verschiedener Art ausgeführt werden, beispielsweise als selbstschmierendes Gleitlager, als Kugellager (beide Arten hier nicht dargestellt), oder, wie in Fig.1 gezeigt, als Nadellager 12 und beiderseitig angeordneten selbstschmierenden Gleitlagerteilen

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13 und 14. Eine Scheibe 15 und ein Sp-engring 16 sichern den Ventilator gegen axiale Verschiebung. Der Ventilator besteht aus einem inneren Nabenteil 17, welcher unmittelbar auf dem Teil 11 der Pumpenwelle 2 gelagert ist und einem ringförmigen äußeren Teil 18, welcher die Flügel 30 bis 33 trägt. Diese Teile sind vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt und mit einem Thermostaten ]9_f 20 verbunden. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel 1st der äußere Ventilatorteil 18 an den Thermostaten angespritzt und der innere Ventilatorteil 17, welcher aus beliebigen Material bestehen kann, mit dem Thermostaten durch Verschraubung verbunden.

Der Thermostat besteht aus einer stirnseitip angeordneten und dem KühI Iuftstrom ausgesetzten Meta I I seheibe 19, einer gummielastisehen Membrane 20 und einer vorzugsweise metallischen Zwischenscheibe 21. Die Meta I I seheibe 19 ist so profiliert^ daß zwischen ihr und der Membrane 20 ein Hohlraum 22 besteht., Sie besitzt über den Umfang verteilte Ausbuchtungen 23j. die zur Versteifung der Scheibe 19 und auch dazu dienen, die im Hohlraum des Thermostaten enthaltene Flüssigkeit rascher in die Dr3hung mitzunehmen. Diese dem KühI Iuftstrom ausgesetzte Metallscheibe 19 kann aus Metallblech gepresst oder auch im Meta 1 Iguß-Verfahren, hergestellt

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werden,, wobei die Ausnehmungen 23, sowohl außen als auch innen, durch eine beliebige Anzahl von radialen Rippen ersetzt werden können.

Der Höh I raun 22 der Thermostaten 19, 20 ist gegen außen pasdicht ausgeführt. Die Zwischenscheibe 21 ist nicht unbedingt erforderticn; .sie ist jedoch vorteilhaft, weil sie den Wärmeaustausch zum Für!medium wesentlich verbessert und die Membrane 20 vor zu großer Verformung schützt. Die Zwischenscheibe 21 hat am äußeren Umfang mindestens eine Öffnung 24, damit das FUI!medium in den Räumen vor und hinter der Zwischenscheibe kommunizieren kann. Die Membrane 20 kann aus gummieIastischem Material mit oder ohne Gewebeeiη I agen oder aus Kunststoff geeigneter Elastizität und bei relativ großen Durchmessern und sehr kleinen Hüben, auch aus Metall ausgeführt sein. Fig.3 zeigt eine ringförmige Membrane mit einem geweI I ten ProfiI und FIg,4 eine solche mit einer Falttasche. Die Anzahl der Wellen bzw. Falttasche.n 1st natürlich beliebig wählbar.

Zwischen der Membran 20 und der Scheibe 9 ist noch eine Reibscheibe 25 angeordnet, die frei verschiebbar auf der Ntsbe 17 sitzt und aus einem für Reibungskupplungen ge~ eiqneten Material besteht. Die Reibtasche 25 besitzt am

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Umfang mehrere Vorsprünge 26, die in passende axial vei— laufende Nuten 27 am äußeren Ventilatorteil 18 eingreifen. Eine vorgespannte Schraubenfeder 28 drückt am einen Ende auf die Reibscheibe 25 und stützt sich am anderen Ende auf den Sprengring 29,. der auf dem Nabontei! 17 sitzt. Die Feder 28 kann auch als Tellerfeder ausgeführt sein.

In Fig.2 sind die am Ventilatorteil 18 sitzenden Flügel 30_y 31, 32 und 33 zum Teil abgerissen dargestellt.

Im Hohlraum 22 der Thermostaten 19, 20 befindet sich eine Flüssigkeit, deren Siedepunkt ungefähr im Temperaturbereich von 50 bis 60 C liegt. Wenn der Siedepunkt tiefer liegt, kann dies gegebenenfalls durch die Vorspannung der Feder 28 kompensiert werden. Die Füllmenge wird so gewählt, daß über den ganzen Arbeitsbereich, also auch bei hohen Temperaturen; immer eine bestimmte Menge der Flüssigkeit unverdampft im Thermostat verbleibt, und somit vom Ventilator in die Drehung mitgenommen wird. Diese verbleibende Flüssigkeitsmenge soll so bemessen sein, daß der durch ihre Fliehkräfte erzeugte und auf den Kupplungsteil axial wirkende Anteil der Anpresskraft allein nicht ausreicht, um das Kupplungs-Drehmoment ohne temerpaturbedingten GasdruckantelI zu übertragen.

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Als Füllmedium kann beispielsweise Tricn 1 ortrif!uoräthan (C₇CI-F ), welches unter der Handelsbezeichnung "Frigen 113" bekannt ist, verwendet werden. Es ist selbstverständlich, daß bei Verwendung von Membranen aus Kunststoff ein solcher gewählt wird, der chemisch nicht angegriffen wird. Wird "Frigen 113" als Füllmedium verwendet^ se kann für eine gummie1astisehe Membrane beispielsweise ein künstlicher Kautschuk, der unter der Handelsbezeichnung Cloropren und Neopren bekannt ist,, verwendet worden. Natürlich sind auch andere Materialkombinationen möglich. Das FüI!medium kann beispielsweise auch aus zwei oder mehr verschiedenen Flüssigkeiten bestehen, wobei aber der Siedepunkt keiner der Stoffe wesentIich unter der gewünschten Einschaltetemperatur des Thermostaten liegen soll»

Die Wirkungsweise ist folgende:

Wenn der beschriebene Ventilator hinter einem Fahrzeugkühler angeordnet und über die Keilriemenscheibe 7,8 vom Motor aus angetrieben wird, 1st bei Beginn des Betriebes das Ventilatorlaufrad 17, 18 vorerst nicht mit der Welle 11 gekuppelt und steht fast still. Allmählich wird dio durch die Kühler strömende, angewärmte Luft auf den Thermostaten des Ventilators einwirken; eine solche Luftströmung entsteht schon bei geringer Fahrgeschwindigkeit, ja schon durch die Schleppdrehzahl des Ventilators. Bei steigender Temperatur

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der KühI Iuftströmung wird auch der Thermostat auf höhere Temperatur gebracht und bei Erreichung der zugehörigen Temperatur beginnt das Füllmedium im Thermostaten zu sieden, wobei sich_> bei weiterer stetiger Wärmezufuhr im Thermostaten, ein Gasdruck ausbaut, der die elastische Membrane 20 nach links (in Fin.1) drückt, wodurch unter Überwindung der Kraft der Feder 28 die Reibscheibe 25 an die vom Motor angetriebene Gegenscheibe 9 gedruckt wird. Infolge des einsetzenden Kraftschlusses wird über die Vorsprünge auch der Ventilator und der mit diesem fest verbundene Thermostat 20 bis 24 in entsprechende Drehunp versetzt. Die im Thermostaten befindliche Flüssigkeit wird ebenfalls in Drehung versetzt, die. Fliehkraft drückt die Flüssigkeit zum Umfang und übt auf die axial nachgiebige Membrane einen zusätzlichen Druck aus, der sich ebenfalls auf die Reibscheibe 25 überträgt und den vom Gasdruck herrührenden Anpreßdruck verstärkt^ was eine wesentliche Erhöhung des übertragbaren Drehmomentes bewirkt. Durch das Zusammenwirken von Gas™ und Flüssigkeitsdruck, erfolgt das Einschalten der Kupplung so weich, daß die Antriebselemente des Ventilators keine stoßartigen Belastungen aufzunehmen brauchen.

Solange die Küh I I ufttemperatur über dom Normalwert liegt,, wird dieser Zustand erhalten bleiben und es tritt eine ir."

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tensive Kühlung durch den Ventilator ein. Sinkt nun die KühiIufttemperatur auf einen Wert ab, der in der Nähe der Siedetemperatur des FüI Imediums liegt, so verschwindet auch der im Thermostaten wirkende Gasdruck und es bleibt nur der von der Fliehkraft erzeugte Druckanteil übrig, der aber allein nicht ausreicht,, das Ventilator-Drehmoment in allen Retriebsbereίchen zu übertragen. Reißt in irgendeinem Betriebszustand die Kupplung nur einen Moment ab, so sinkt sofort die Ventilatordrehzahl und der von der Fliehkraft erzeugte Druckanteil bricht, da er dem Quadrat der Umdrehungsgeschwindigkeit proportional ist., rasch zusammen. Hiezu kommt noch, daß im Moment, wenn die Kupplung zu schlüpfen beginnt, an der Reibscheibe 25 öer dynamische Reibwort maßgeblich ist, welcher aber wesentlich kleiner ist als der statische Reibwert (Haftreibung). Damit ist ein rasches, praktisch schlupfloses Abschalten der Reibungskupplung gewährleistet.

Die konstruktive Ausführung des erfindungsgemäßen Ventilators wie auch die gewählten Temperaturen. Füllmedien und Materialien usw, können geändert werden, ohne vom Sinne der Erfinduno abzuweichen.

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Leerseite

Claims

Patentansp rüche

M.)seIbsttätig schaltbarer Ventilator, insbesondere für KühI systeme von Verbrennungsmotoren, bei welchem eine Reibungskupplung als Schaltelement angeordnet ist. dadurch gekennzeichnet, daß am die Flügel tragenden Tei Ie des Ventilators ein von der geförderten Kühlluft übet— strichener, mi trotierender Thermostat angeordnet ist, der als gasdichter scheiben-· oder ringförmiger Behälter mit einer festen metallischen und einer axial nachgiebigen Wandung (19, 20) ausgebildet ist und eine Flüssigkeit oder eine Mischung von Flüssigkeiten enthält, deren Siedepunkt ungefähr im Temperaturbereich liegt, bei dem der Ventilator eingeschaltet werden soll, und daß die nachgiebige Wandung (20) auf eine Reibungskupplung (9, 25) im Sinne der Ankupplung des Ventilators an eine Antriebswelle (2) einwirkt., sobald durch die Erreichung der Siedetemperatur im Inneren des Behälters ein Gasdruck auftritt.
2. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^ daß die Flüssigkeit oder Mischung von Flüssigkeiten in solcher Menge im Thermostat enthalten ist, daß ein Teil davon auch bei der höchsten auftreten KühI Iufttemperatur noch flüssig

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verbleibt und mit dem Thermostaten in Umdrehung versetzt wird, so daß diese Flüssigkeit durch die Fliehkraft an den Außenumfang des Behälters gefördert wird und einen zusätzlichen axial wirkenden Druck auf die nachgiebige Wandung ausübt.
3. Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Thermostat die mechanische Verbindung zwischen einem inneren, mit dem Lager (12» 14) verbundenen Teil (17) und einem äußeren, die Flügel (30 bis 33) tragenden Teil (18) des Ventilators darstellt.
4. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axial nachgiebige Wandung (20) des Thermostaten aus gummieIastIschem Material besteht.
5. Ventilator nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet}. daß die axial nachgiebige Wandung (20) mit konzentrisch ringförmigen Wellungen (Fig.3). versehen ist.
6. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axial nachgiebige Wandung (20) mit einer ringförmigen Falt+^asche (Fig.4) versehen ist.

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7. Vonti lator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet-, daß der Thermostat (19, 20) an dem aus thermoplastischen Kunststoff gefertigten und die Flüoel tragenden Teil (18) des Ventilators angespritzt ist.
8. Ventilator nach Anspruch 6.. dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat (19, 20) mit dem anderen Teil (17) oder auch mit beiden Ventilatorteilen (17 und 18) mechanisch, z.B. mittels Schrauben oder Nieten, fest verbunden ist.
9. Venti Iator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dom KühI Iuftstrom ausgesetzten festen,, metallischen Wandung (19) des Thermostaten und der axial nachgiebigon Wandung (20) des Thermostaten eine, vorzugsweise metallische Trennwand (21) angeordnet ist, die nahe am äußeren Umfange wenigstens eine Öffnung (24) besitzt, wodurch die Räume zu beiden Selten dieser Trennwand miteinander kommunizieren können.

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10. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

gekennzeichnet, daß das im inneren Ventilatorteil (17) angeordnete Lager aus einer Kombination eines Nadellagers (12) und selbstschmierenden GIeitIagerteilon (13, 14) besteht.

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11. Ventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch qekennzeichnot, daß der Thermostat (19, 20) mit flüssiqem (C CLF ) Tri cn lortri f I uoräthan ganz oder teilweise gefü I It ist.

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