DE2815720A1 - FAN - Google Patents
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Description
VOLKSWAGENWERKVOLKSWAGENWERK
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Unsere Zeichen: K 2501
17O2pt-we-jäOur reference: K 2501
17O2pt-we-jä
LüfterFan
Die Erfindung bezieht sich auf einen Lüfter zur Förderung von Kühlluft durch einen vom Kühlmittel einer flüssigkeitsgekühlten Kraftfahrzeug-Erennkraftmaschine durchströmten Wärmetauscher mit einem von der Brennkraftmaschine unabhängigen Lüfterantrieb.The invention relates to a fan for conveying cooling air by one of the coolant of a liquid-cooled motor vehicle racing engine flowed through heat exchanger with a fan drive independent of the internal combustion engine.
Bei bekannten Kraftfahrzeugen werden derartige, von dem Fahrzeugantrieb unabhängige Lufterantriebe beispielsweise durch Elektromotoren gebildet und insbesondere dort eingesetzt, vro sich ein mechanischer Antrieb des Lüfters durch den Fahrzeugmotor wegen der räumlichen Lage des Motors im Verhältnis zum Kühler nur schwer verwirklichen läßt.In known motor vehicles, such are from the vehicle drive independent fan drives, for example by electric motors formed and in particular used there, a mechanical drive of the fan by the vehicle engine because of the The spatial position of the engine in relation to the radiator can only be realized with difficulty.
Der Antrieb eines Lüfter durch einen Elektromotor ist jedoch insgesamt verhältnismäßig aufwendig. Außer den Kosten für den Elektromotor sind Aufwendungen für den vergrößerten Stromhaushalt durch Verwendung einer größeren Lichtmaschine und Fahrzeugbatterie, für die Steuerung des Elektromotors sowie S3ine Entstörung- zu berücksichtigen. However, the drive of a fan by an electric motor is total relatively expensive. In addition to the costs for the electric motor, there are expenses for the increased electricity budget by using a larger alternator and vehicle battery for controlling the electric motor and S3ine interference suppression to be taken into account.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, einen von dem Fahrzeugantrieb unabhängigen Antrieb für einen Lüfter zu schaffen, der möglichst einfach und preisgünstig herzustellen und zu betreiben sein soll.The object on which the present invention is based is therefore to provide a drive that is independent of the vehicle drive to create a fan that should be as simple and inexpensive to manufacture and operate as possible.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß der Lüfterantrieb durch eine von dem Kühlmittel angetriebene Turbine gebildet ist. Die !Erfindung verwendet also das ohnehin dem Kühler zuzuführende Kühlmittel als Arbeitsmittel für die den Lüfter antreibende Turbine, wodurch abgesehen von den Herstellungskosten für den Antrieb selbst und einer etwa erforderlich werdenden Leistungsanhebung des das Kühlmittel umwälzenden Pumpenantriebs keine zusätzlichen Kosten, insbesondere keine die Leistungsbilanz des Fahrzeugs wesentlich verschlechternde Aufwendungen erforderlich sind.Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Turbine als im wesentlichen innerhalb der Lüfternabe angeordnete Radialturbine ausgebildet ist, so daß sich der vor und hinter den Lufterschaufeln befindliche Raum frei von Einbauten bleibt. Eine einfache Möglichkeit der Reglung der Turbine besteht darin, eine durch ein Steuerelement gesteuerte Verbindung zwischen der Druck- und der Saugseite der Turbine vorzusehen, die dann,wenn der Lüfterantrieb benötigt wird, geöffnet wird. Dabei kann als Steuerelement ein Überdruckventil vorgesehen sein,das bei Überschreitung eines vorgegebenen Differenzdruckes zwischen der Saug- und der Druckseite der Turbine öffnet und das Arbeitsmittel unter Umgehung der Turbine direkt auf die Saugseite strömen läßt. Anstelle oder zusätzlich zu dem Überdruckventil kann als Steuerelement auch ein temperaturabhängig gesteuertes Ventil vorgesehen sein, mit dessen Hilfe die die Turbine beaufschlagende Arbeitsmittelmenge und damit die Drehzahl des Lüfter beeinflußt werden kann. Dabei kann dieses, beispielsweise als Thermostatventil ausgebildete Ventil sowohl von der Außenlufttemperatur als auch von der Temperatur des Kühlmittels selbst gesteuert sein. Besonders zweckmäßig ist es, wenn dieses Steuerelement in einer den Druckraum von dem Saugraum der Turbine trennenden './and des Turbinengehäuses angeordnet ist, v/o auf kürzestem Wege ein Kurzschluß zwischenThis object is achieved according to the invention in that the fan drive is driven by a coolant Turbine is formed. The! Invention uses that anyway Coolant to be supplied to the cooler as a working medium for the fan driving turbine, which apart from the manufacturing costs for the drive itself and a possibly necessary Raising the power of the pump drive circulating the coolant has no additional costs, in particular no power balance of the vehicle are required significantly deteriorating expenses. It is useful if the turbine as essentially arranged within the fan hub radial turbine is formed, so that the space located in front of and behind the air blades remains free of internals. A simple way of regulating the turbine is to use one controlled by a control element Provide a connection between the pressure and the suction side of the turbine, which opens when the fan drive is required will. In this case, a pressure relief valve can be provided as a control element, which when a predetermined differential pressure is exceeded between the suction and pressure side of the turbine opens and the working medium bypassing the turbine directly onto the suction side lets flow. Instead of or in addition to the pressure relief valve, a temperature-controlled valve can also be used as a control element be provided, with the aid of which the amount of working medium acting on the turbine and thus the speed of the fan is influenced can be. This valve, designed for example as a thermostatic valve, can be influenced by the outside air temperature as well as be controlled by the temperature of the coolant itself. It is particularly useful if this control element is in the pressure chamber from the suction chamber of the turbine separating './and of the turbine housing is arranged, v / o on the shortest path a short circuit between
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der Saug- und der Druckseite der Turbine möglich wird.the suction and the pressure side of the turbine becomes possible.
Um den Raum vor und hinter den Lüfterflügeln von zusätzlichen Einbauten freizuhalten, soll das Turbinengehäuse im wesentlichen axial gerichtete Kühlmittel-Ein- und -Austrittsstutzen aufweisen. Dabei wäre es zweckmäßig, wenn das Turbinengehäuse unmittelbar mit einem Sammelbehälter des Wärmetauschers verbunden ist, indem der Austrittsstutzen des Turbinengehäuses zugleich auch den Eintrittsstutzen für den Sammelbehälter des Wärmetauschers bildet. Eine v/eitere konstruktive Vereinfachung könnte sich ergeben, wenn die Turbinenwelle mit einer vom Kühlmittel beaufschlagten Gleitlagerung ausgebildet ist. In diesem Fall könnten Dichtungen zur Abdichtung des durch das Kühlmittel gebildeten Arbeitsmittels der Turbine gegenüber der Lagerung entfallen. Um einen Lüfternachlauf nach einem Abschalten des die Turbine beaufschlagenden Arbeitsmittels zu erreichen, könnte auf der Turbinenwelle eine Schwungmasse angeordnet sein, die aufgrund ihrer Trägheit einen Weiterlauf des Lüfters bewirken würde. Schließlich könnte es auch zweckmäßig sein, wenn an dem Turbinenlaufrad Mittel zur Erzeugung eines elektromagnetischen Drehfeldes und an dem von dem Turbinenlaufrad getrennten Lüfterrad mit dem elektromagnetischen Drehfeld zusammenwirkende Mittel zur Erzeugung einer Drehbewegung vorgesehen sind. In diesem Fall könnte eine ansonsten erforderliche Gleitringdichtung zwischen der Lagerung der Turbinenwelle und dem Laufrad entfallen.In order to keep the space in front of and behind the fan blades free of additional built-in components, the turbine housing should essentially have axially directed coolant inlet and outlet nozzles. It would be useful if the turbine housing is directly connected to a collecting tank of the heat exchanger is in that the outlet nozzle of the turbine housing is also the inlet nozzle for the collecting tank of the heat exchanger forms. A further structural simplification could result if the turbine shaft with one of the coolant acted upon sliding bearing is formed. In this case, seals could be used to seal the formed by the coolant Working means of the turbine compared to the storage are omitted. To keep the fan running after switching off the one that acts on the turbine To achieve working medium, a flywheel could be arranged on the turbine shaft, which due to its inertia Would cause the fan to continue running. Finally, it could also be expedient to have means for generating on the turbine runner an electromagnetic rotating field and on the fan wheel separated from the turbine wheel with the electromagnetic one Rotary field cooperating means for generating a rotary movement are provided. In this case, an otherwise required There is no mechanical seal between the bearing of the turbine shaft and the impeller.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Die Zeichnung zeigt in Figur 1 ein schematisches Schaltbild des Kühlmittelkreislaufs zwischen dem flüssigkeitsgekühlten Antriebsmotors und dem Wärmetauscher eines Kraftfahrzeugs,In the drawing, an embodiment of the invention is shown, which is explained in more detail below. In FIG. 1, the drawing shows a schematic circuit diagram of the coolant circuit between the liquid-cooled drive engine and the heat exchanger of a motor vehicle,
Figur 2 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Lüfteraggregat undFIG. 2 shows a longitudinal section through a fan assembly according to the invention and
Figur 3 eine Draufsicht auf die turbinenseitige Stirnseite des Lufteraggregats bei abgehobenem Gehäusedeckel.Figure 3 is a plan view of the turbine-side face of the Air unit with the housing cover lifted.
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In der Figur 1 der Zeichnung ist der Kühlmittelkreislauf für eine wassergekühlte Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs dargestellt, wobei mit 1 die Brennkraftmaschine, mit 2 der Wärmetauscher und mit 5 das Lüfteraggregat zur Förderung von Kühlluft durch den Wärmetauscher bezeichnet sind. 4 stellt eine von der Brennkraftmaschine 1 zu dem Lüfteraggregat führende Schlauchleitung, 5 eine solche, die vom Lüfteraggregat 3 zum Wärmetauscher 2 und 6 eine die vom Wärmetauscher 2 zur Brennkraftmaschine 1 zurückführt, dar. Mit 7 is"k eier Kühlwasserkreislauf innerhalb der Brennkraftmaschine 1 angedeutet, wobei der Kühlwasserumlauf durch eine Pumpe 8 aufrechterhalten wird. Mit 9 ist ein in der Brennkraftmaschine 1 angeordneter Kühlmittelthermostat angegeben, der in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels dieses entweder über die Schlauchleitung 4 zum Wärmetauscher 2 oder unmittelbar über den Kurzschluß 7a zurück in den Kühlkreislauf 7 der Brennkraftmaschine 1 leitet. Der zweite Fall liegt insbesondere beim Kaltstart und während der Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine vor, wenn das Kühlmittel sich noch auf niedrigen Temperaturen befindet und möglichst schnell auf Betriebstemperatur gebracht werden soll. In diesem Fall ist der Wärmetauscher und mit diesem der Lüfter 3 abgeschaltet. Wenn die Warmlaufphase beendet ist wird der Kühlmittelthermostat 9 jedoch das Kühlmittel über die Schlauchleitung 4 zum V/ärmetauscher leiten,um dort die in der Brennkraftmaschine aufgenommene Wärme an die von dem Lüfter 3 durch den Wärmetauscher 2 transportierte Luft abzugeben.In FIG. 1 of the drawing, the coolant circuit for a water-cooled internal combustion engine of a motor vehicle is shown, with 1 denoting the internal combustion engine, 2 denoting the heat exchanger and 5 denoting the fan unit for conveying cooling air through the heat exchanger. 4 illustrates a leading from the internal combustion engine 1 to the fan aggregate tubing 5 such that a leading back from the heat exchanger 2 to the internal combustion engine 1 by the fan unit 3 to the heat exchanger 2 and 6. With 7 i s "k eggs cooling water circulation within the internal combustion engine 1 indicated, the cooling water circulation being maintained by a pump 8. A coolant thermostat arranged in the internal combustion engine 1 is indicated by 9, which, depending on the temperature of the coolant, either via the hose line 4 to the heat exchanger 2 or directly via the short circuit 7a back into the The second case is in particular during a cold start and during the warm-up phase of an internal combustion engine, when the coolant is still at low temperatures and needs to be brought to operating temperature as quickly as possible Fan 3 a switched. When the warm-up phase has ended, however, the coolant thermostat 9 will conduct the coolant via the hose line 4 to the V / heat exchanger in order to transfer the heat absorbed in the internal combustion engine to the air transported by the fan 3 through the heat exchanger 2.
Mit 10 ist ein in einer Verbindungsleitung 11 zwischal der Druck- undWith 10 is a connection line 11 between the pressure and
,durch der Saugseite der Turbine, die hier/die Schlauchleitungen 4 und 5 dargestellt sind, angeordnetes Steuerelement bezeichnet, das beispielsweise durch ein bei Überschreitung eines vorgegebenen Druckniveaus des Kühlmittels öffnendes Überdruckventil und/oder durch ein temperaturabhängig gesteuertes Ventil gebildet sein kann. Dabei kann das beispielsweise durch ein Thermostatventil gebildete temperaturabhängig gesfc euerte Ventil entweder von der Außenluft oder aber vorzugsweise von der Temperatur des Kühlmittels selbst gesteuert sein, um auf diese Weise die die Antriebsturbine des, through the suction side of the turbine, the hose lines 4 and 5 are shown, referred to arranged control element, which, for example, when a predetermined pressure level is exceeded of the coolant opening overpressure valve and / or can be formed by a temperature-controlled valve. Included For example, the temperature-dependent controlled valve formed by a thermostatic valve can either be controlled by the outside air or, however, preferably be controlled by the temperature of the coolant itself in order to control the drive turbine of the
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Lüfters beaufschlagende Kühlmittelmenge dem jeweiligen Bedarf anzupassen. Adjust the amount of coolant applied to the fan to the respective requirements.
Das Lüfteraggregat 3 ist näher in den Figuren 2_und 3 dargestellt. Dabei sind mit 12 die Lüfterschaufeln und mit 13 die Lüfternabe angedeutet, die mittels eines konischen Übergangsstücks 13a mit einem an einen Znde einer T„relle 15 befestigten ITabenteil 14 verbunden ist. Am anderen linde der 1JeIIe 15 ist ein Laufrad 16 einer Turbine mit radialen Laufschaufeln 17 gehalten, das sich in einem Gehäuse 18, 19 dreht. Zwischen den beiden Gehäuoeteilen 18 und sind radiale Leitschaufeln 20 angeordnet, wobei diese zur einfacheren Druckgußausführung in axialer Richtung ohne Hinterschnitt ausgeführt sind und an dem Gehäuseteil 18 angegossen sind. Das aweite Gehäuseteil 19, das an dem ersten Gehäuseteil 18 mittels über den Umfang verteilten Schrauben 30 befestigt ist, stellt dabei lediglich eine Segrenzungswand für die zwischen den Leitschaufeln 20 gebildeten Leitkanäle des Arbeitsmittels dar. Dieses zweite,deckeiförmig ausgebildete Gehäuseteil 19 weist einen axial gerichteten Eintrittsstutzen 23 uud einen ebenfalls axial gerichteten Austrittsstutzen 27 für das von dem Kühlmittel der Brennkraftmaschine gebildete Arbeitsmittel der Turbinen auf, das entsprechend der mit den Pfeilen 28 angedeuteten Strömungsrichtung durch die Turbine fließt und dabei zunächst in einen Sammelraum 24 auf der Druckseite der Turbine und nach Durchströmung der Leitschaufeln 20 und der an dem Laufrad 16 angebrachten Laufschaufeln I7 in einen Sajninelraum 26 auf der Saugseite der Turbine gelangt. Dabei sind der Druckraum 24 und der Saugraum 26 der Turbine durch eine gemeinsame, an dem Gehäusedeckel 19 ausgebildete Trennwand 29 getrennt, in der einen unmittelbaren Kurzschluß der Arbeitsmittelströmung bewirkende Steuerelemente 10' angeordnet sein können.The fan assembly 3 is shown in more detail in FIGS. The fan blades and the fan hub 13 are indicated with 12, which is connected by means of a conical transition piece 13 with a r a Znde a T "elle 15 attached ITabenteil fourteenth On the other side of the 1 jar 15, an impeller 16 of a turbine with radial blades 17 is held, which rotates in a housing 18, 19. Radial guide vanes 20 are arranged between the two housing parts 18 and 12, these being designed without an undercut in the axial direction for a simpler die-cast design and being cast onto the housing part 18. The wider housing part 19, which is attached to the first housing part 18 by means of screws 30 distributed over the circumference, merely represents a boundary wall for the guide channels of the working medium formed between the guide vanes 20. This second, cover-shaped housing part 19 has an axially directed inlet connection 23 and an also axially directed outlet connection 27 for the working fluid of the turbines formed by the coolant of the internal combustion engine, which flows through the turbine according to the direction of flow indicated by the arrows 28 and initially into a collecting space 24 on the pressure side of the turbine and after flowing through the Guide vanes 20 and the rotor blades 17 attached to the impeller 16 pass into a Sajninel space 26 on the suction side of the turbine. The pressure chamber 24 and the suction chamber 26 of the turbine are separated by a common partition 29 formed on the housing cover 19, in which control elements 10 'causing a direct short circuit of the working medium flow can be arranged.
Mit 21 ist eine Uälzkörperlagerung für die Turbinenwelie 15 angedeutet, die gegenüber dem mit dem Arbeitsmittel beaufschlagten Turbinenraum durch eine Gleitringdichtung 22 abgedichtet ist.With 21 a Uälzkörperlagerung for the turbine shaft 15 is indicated, the opposite to the one charged with the work equipment Turbine space is sealed by a mechanical seal 22.
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In der Figur 3 ist eine Draufsicht auf die turbinenseitige Stirnseite des Lüfteraggregats 3 bei abgenommenem Gehäusedeckel 19 gezeigt, in der die Anordnung und Ausbildung der Leitschaufeln 20 und Laufschaufeln 17 näher ersichtlich ist.FIG. 3 shows a plan view of the turbine-side end face of the fan unit 3 with the housing cover 19 removed shown, in which the arrangement and design of the guide vanes 20 and rotor blades 17 can be seen in more detail.
Die Zeichnung zeigt, daß durch die Erfindung ein Antrieb für den die Kühlluft durch den Wärmetauscher 2 saugenden Lüfter bereitgestellt wird, der ohie weiteres innerhalb der Lüfternabe 13 untergebracht werden kann und der, da er durch das ohnehin zum Wärmetauscher zum Zwecke der Abkühlung transportierte Kühlmittel angetrieben wird, relativ geringe Betriebskosten und geringen Bauaufwand erfordert. Durch Verwendung von Kunststoff-Spritzgußteilen für das Turbinengehäuse, das Turbinenrad und den Lüfter können auch die"Herstellungskosten des Lüfteraggregates selbst niedrig gehalten werden. Auch ist es ohne weiteres möglich, das Turbinengehäuse 18, 19 unmittelbar an einen Sammelbehälter des Wärmetauschers anzuschließen, gegebenenfalls auch als eine bauliche Einheit auszubilden. Anstelle der in der Zeichnung gezeigten Wälzkörperlagerung könnte auch eine Gleitlagerung vorgesehen sein, wobei als Gleitlagermedium das die Turbine beaufschlagende Kühlmittel herangezogen werden könnte. In diesem Pail könnte ebenso auf die Gleitringdichtung 22 verzichtet werden, wie in dem Fall, wenn an dem Turbinenlaufrad Mittel zur Erzeugung eines elektromagnetischen Drehfeldes und an dem von dem Turbinenlaufrad in diesem Fall getrennten Lüfterlaufrad mit dem elektromagnetischen Drehfeld zusammenwirkende Mittel zur Erzeugung einer Drehbewegung vorgesehen wären.The drawing shows that the invention provides a drive for the fan sucking the cooling air through the heat exchanger 2 is, the ohie further housed within the fan hub 13 can be and that, because it is driven by the coolant that is already transported to the heat exchanger for the purpose of cooling requires relatively low operating costs and low construction costs. By using plastic injection molded parts for the turbine housing, the turbine wheel and the fan, the manufacturing costs of the fan assembly itself can also be low being held. It is also easily possible to attach the turbine housing 18, 19 directly to a collecting tank of the heat exchanger to be connected, possibly also as a structural unit to train. Instead of the rolling element bearing shown in the drawing, a slide bearing could also be provided, with the coolant acting on the turbine could be used as the plain bearing medium. This pail could also refer to the Mechanical seal 22 can be dispensed with, as in the case when means for generating an electromagnetic on the turbine runner Rotating field and at the separate from the turbine runner in this case Fan impeller with the electromagnetic rotating field cooperating means provided for generating a rotary movement would be.
Die Steuerung der den Antrieb des Lüfters bildenden Turbine könnte, wie in der Figur 2 angedeutet ist, durch in der Trennwand 29 zwischen der Druckseite 24 und der Saugseite 26 der Turbine angeordnete Steuerelemente 10· erfolgen, die entweder als Überdruckventile und/oder als temperaturabhängig gesteuerte Thermostatventile ausgebildet sind. Als Temperatursteuergröße könnte dabei die Lufttemperatur oder aber auch mit Vorzug die Temperatur des Kühlmit-The control of the turbine that drives the fan could as indicated in FIG. 2, by being arranged in the partition 29 between the pressure side 24 and the suction side 26 of the turbine Control elements 10 · take place, which are designed either as pressure relief valves and / or as temperature-controlled thermostatic valves are. The temperature control variable could be the air temperature or, preferably, the temperature of the coolant.
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tels selbst herangezogen werden. Auch wäre es denkbar, die Kühlmitteldurchtrittsmenge durch die Turbine durch eine in der gemeinsamen Wand 29 angeordneten Überströmdrossel zu korrigieren, die gegebenenfalls einstellbar ausgebildet ist, um so ein und dasselbe Lüfteraggregat für verschiedene Leistungsstufen von Kühler und Brennkraftmaschinen heranziehen zu können.should be used by themselves. It would also be conceivable to change the amount of coolant that passes through to correct by the turbine through an overflow throttle arranged in the common wall 29, the is optionally designed to be adjustable so as to be one and the same To be able to use fan unit for different performance levels of coolers and internal combustion engines.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OAM | Search report available | ||
OC | Search report available | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |