DE3022211C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage für eine flüssig­ keitsgekühlte Brennkraftmaschine mit Merkmalen der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Kühlanlagen für Verbrennungskraftmaschinen sind so ausge­ legt, daß auch unter extremen Temperaturbedingungen eine ausreichende Kühlung gewährleistet ist. Ist keine Regelung der Kühlleistung vorgesehen, sind die Anlagen für den Nor­ malfall überdimensioniert. Das bedeutet unter anderem, daß die von einem Lüfter einer Kühlanlage aufgenommene Leistung im Normalfall ungerechtfertigt hoch ist.

Um dem abzuhelfen, wurden bereits verschiedene Regelungsmög­ lichkeiten vorgeschlagen und realisiert.

Gemäß der US-PS 28 90 687 ist ein Lüfter dann einschaltbar, wenn die Kühlwassertemperatur einen vorgegebenen Wert über­ steigt. Diese Einschaltung erfolgt mittels einer speziell gesteuerten Kupplung. Eine solche "Schwarz-Weiß-Schaltung" des Lüfters stellt zwar eine vorteilhafte Lösung hinsicht­ lich Energieersparnis dar, hat aber Nachteile wegen der meist starken Schaltstöße und des ständig wechselnden Lüf­ tergeräusches, das bei voller Lüfterleistung zur Belästigung führen kann.

Darüber hinaus ist es aber auch schon bekannt, zur Regelung der Lüfterleistung den Lüfter mit verstellbaren Lüfterflü­ geln und letztere durch Stellvorrichtungen mit Stellmotor in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur abgeleiteten Si­ gnalen zu verstellen. Von einem solchen Stand der Technik geht die Erfindung aus. Verschiedene Schriften, die sich mit solchen Lüftern befassen, sind nachstehend diskutiert.

Bei der DE-OS 24 29 389 sind die an der Lüfternabe um ihre Achse drehbar angeordneten Lüfterflügel gemeinsam durch ei­ nen solchen Verstellmechanismus verstellbar, bei dem ein axial zur Lüfternabe verstellbarer Steuerschieber über Noc­ ken, die am inneren Lagerzapfenende der Lüfterflügel angrei­ fen, die Lüfterflügelverdrehung bewirkt. Als Verstellmotor dient ein thermostatisch gesteuerter Kolben, der den Steuer­ schieber verschiebt. Diese Lösung ist insofern nachteilig, weil nur sehr kleine Hebelwege zur Verfügung stehen, anderer­ seits Reibkräfte wirksam sind, so daß für die Lüfterflügel­ verstellung relativ große Kräfte aufgebracht werden müssen.

Bei der US-PS 25 53 214 sind ebenfalls die an der Lüfternabe um ihre Achse drehbar gelagerten Lüfterflügel gemeinsam durch einen Verstellmechanismus verstellbar. Dabei sind an den inneren Lüfterflügelzapfenenden Stellscheiben mit exzen­ trisch angeordneten Mitnehmerzapfen vorgesehen, die in Aus­ sparungen eines axial verschiebbaren Steuerschiebers gefaßt sind. Dieser Steuerschieber ist durch einen thermostatisch gesteuerten hydraulischen Stellmotor über eine Stellstange axial verschiebbar, wobei die Axialverschiebung in eine Ver­ drehung der Lüfterflügel umgesetzt wird. Auch bei dieser Lö­ sung sind verhältnismäßig aufwendige Lager- und Stellorgane sowie relativ hohe Stellkräfte notwendig.

Bei der DE-AS 12 94 588 ist zur Verstellung der an der Lüfter­ nabe um ihre Achse drehbar angeordneten Lüfterflügel ein Planetengetriebemotor vorgesehen. Dabei ist der Abtrieb des Planetengetriebes als Stellring ausgebildet, der eine Ver­ stellscheibe trägt, an der mittels Winkelgelenken die an den inneren Lüfterflügelzapfenenden angeordneten Verschwenkhebel der Lüfterflügel angeschlossen sind. Dem elektrischen Motor des Planetengetriebes wird der Strom über Schleifringe zugeführt. Diese Lösung ist technisch sehr aufwendig und vergleichsweise teuer.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Kühlanlage der ein­ gangs genannten Art so zu verbessern, daß mit Hilfe einfacherer Mittel bei gutem Wirkungsgrad eine Verstellung der Lüfter­ flügel möglich ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine spezielle Ver­ stelleinrichtung für die Lüfterflügel mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Die in der Lüfternabe im ihre Achse drehbar angeordneten Lüfterflügel sind mit der erfindungsgemäßen Verstelleinrich­ tung auf einfache Weise, dem Bedarf an Kühlluft nach, einstellbar, wobei der Anstellwinkel der Lüfterflügel in Abhängigkeit von und durch Abtastung der Kühlmitteltemperatur eingestellt wird. Damit ist eine temperaturabhängige Regelung der Lüf­ terblattanstellung und Kühlleistung den Bedürfnissen des Be­ triebes angepaßt erzielbar, wobei der Lüfter ingesamt so ausgelegt ist, daß bei maximalem Lüfterblattanstellwinkel eine ausreichende Kühlung auch unter extremen Temperaturbe­ dingungen gewährleistet ist. Bei geringem Kühlluftbedarf wird der Anstellwinkel der Lüfterflügel durch die Kühlmit­ teltemperatur dem Bedarf entsprechend in gesteuerter Weise verringert und somit bei sonst klassischem Lüfterantrieb die aufgenommene Leistung auf das Notwendige beschränkt. Ange­ sichts der allgemeinen Leistungsanhebung, insbesondere bei Nutzfahrzeugmotoren und dem Ziel der Kraftstoffeinsparung, gewinnt die erfindungsgemäße Regelung der Lüfterleistung im­ mer mehr an Bedeutung.

Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung für die Lüfterflü­ gel umfaßt einen Stellmotor, der durch ein hydraulisch ver­ stellbares Zellenrad gebildet ist. Dessen Flügel wirken in am Nabenumfang ausgebildeten Kammern, jeweils zwei benachbar­ te derselben trennend. Jede der beiden getrennten Kammern besitzt einen Hydraulikanschluß, der bei Verdrehung des Zel­ lenrades entweder zur Füllung der einen vom Zellenradflügel begrenzten Kamer mit Hydraulikmedium oder zur Abfuhr von Hydraulikmedium aus der benachbarten, vom Zellenradflügel abgetrennten Kammer dient.

Jeder Hydraulikanschluß steht mit einer Steuereinrichtung in Verbindung, die wiederum mit einer hydraulisches Druckmittel bereitstellenden Einrichtung und außerdem mit einem die Tem­ peratur des Kühlmittelkreises erfassenden Organ verbunden ist.

Als hydraulisches Druckmittel kann das unter Druck stehende Öl des Kreislaufes der Brennkraftmaschine oder das Öl der Servolenkung des Fahrzeugs herangezogen werden.

Die Steuereinrichtung kann vorteilhafterweise einen in drei Funktionsstellungen betätigbaren Schieber umfassen, der eine Nullstellung für eine Sperrung des Stellmotors sowie zwei Stellungen für eine Betätigung des Zellenrades in der ei­ nen oder anderen Richtung einnehmen kann und dabei jeder der beiden Hydraulikanschlüsse entweder mit einem Druckmittelan­ schluß oder einem Entlastungsanschluß verbunden ist, wobei die Betätigung des Schiebers mittelbar durch ein Stellglied erfolgt, das seine Bewegungsbefehle von einem die Kühlmit­ teltemperatur erfassenden Temperaturfühler erhält.

Jeder zweite, umfangsmäßig zu jeder zweiten Kammer des Zel­ lenrad-Stellmotors gehörende Hydraulikanschluß führt vor­ zugsweise zu einer im Nabeninneren gelegenen Sammelleitung, die an den einen Steueranschluß der Steuereinrichtung ange­ schlossen ist, während die restlichen Hydraulikanschlüsse der anderen Kammern mit einer ebenfalls im Nabeninneren ver­ laufenden zweiten Sammelleitung verbunden sind, die an den anderen Steueranschluß der Steuereinrichtung angeschlossen ist.

Vorzugsweise sind die beiden Sammelleitungen zumindest ab­ schnittsweise koaxial ineinander angeordnet und verlaufen in diesem Abschnitt koaxial zur Nabenachse.

Beide Sammelleitungen können Ringkanalanschlüsse besitzen, die mit den entsprechenden Anschlüssen der Steuereinrichtung hydraulisch verbunden sind.

Vorzugsweise ist der Schieber der Steuereinrichtung über ein Gestänge oder einen Bowdenzug betätigbar, das bzw. der den Schieber mit einem Dehnstoffelement verbindet, das an ge­ eigneter Stelle im Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschi­ ne angebracht ist.

Dieses Dehnstoffelement kann im wesentlichen aus einem Tem­ peraturfühler und einem Stellglied mit Wachsfüllung bestehen. Außerdem kann zumindest in einem der zwischen Dehnstoffelement und Stellmotor gegebenen Regel- und Steuer­ kreisglieder - Gestänge bzw. Bowdenzug, Steuereinrichtung, hydraulische Leitungen - ein Dämpfungs- oder Verzögerungselement eingebaut sein.

Nachstehend ist die erfindungsgemäße Lösung anhand von Aus­ führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Lüfternabe mit Lüfterflügel und Kühler, wobei der hydraulische Anschluß des Steuerdrucks in der Lüfternabe in zwei Varianten veranschaulicht ist, und

Fig. 2 eine Stirnansicht eines Teils eines Zellen­ rades mit zugehörigen hydraulischen Leitungen sowie zugehörigen Steuerungselementen in schematischer Ansicht.

In Fig. 1 ist schematisch ein Kühlmittel enthaltender Küh­ ler 3 mit einem zugeordneten Bereich eines Lüfters veran­ schaulicht, der im wesentlichen aus Axiallüfterflügeln 1 besteht, die an der Lüfternabe 2 auf dem Umfang befestigt sind, wo­ bei die Lüfternabe durch Riemenantrieb oder durch direkten Kurbelwellenantrieb in Drehung versetzt werden kann. Im Betrieb führt der Lüfter A gemäß Pfeil in Fig. 1 vom Kühler 3 ab, so daß dieser gekühlt wird.

Jeder Axiallüfterflügel 1 ist drehbar um seine Achse an der Lüfternabe 2 gehaltert, und zwar durch ein Radial-Axiallager 6 sowie ein inneres Nadellager 7, die an einem an dem Nabenzentrum 5 angeformten Nabenansatz 4 abgestützt wird. Durch die drehbare Lagerung eines jeden Axiallüfterflügels 1 kann der Anstellwinkel der Lüfterblätter verändert und damit mit Hilfe noch zu beschreibender Steuerungs- und Regelungsmittel die Kühlleistung des Lüfters insgesamt geregelt werden.

Der Nabenansatz 4 erstreckt sich über den Umfang der Lüfternabe 2 und ist in seinem Inneren hohl ausgebildet. Der Hohlraum ist zur Aufnahme eines Stellmotors 8 in Form eines Zellenrades vorgesehen, der über einen Verstell­ mechanismus 11 an jeden Radialflügel 1 gekoppelt ist, wobei der Stellmotor 8 abhängig von der Temperatur des Kühlmittels hydraulisch gesteuert werden kann.

Der als Zellenrad ausgebildete Stellmotor 8 ist in größerer Einzelheit in anderer Ausführungsform in Fig. 2 gezeigt. Dieser besteht im wesentlichen aus auf dem Umfang gleich verteilten, radial sich erstreckenden Zellenradflügeln 9, die miteinander gekoppelt sind, wobei sich jeder dreh­ bare Zellenradflügel 9 zwischen zwei integral mit der Lüfternabe 2 ausgebildeten Zellenwänden 10 drehen kann. Zellenwand 10 und benachbarter Zellenradflügel 9 begrenzen umfangsmäßig jeweils eine Zellenkammer 12, welche einen inneren, in der Nabenachse 3 verlaufenden Hydraulikan­ schluß 13 bzw. 14 aufweist. Umfangsmäßig jeder zweite Hydraulikanschluß 13 bzw. 14 führt zu einer im Nabeninne­ ren axial verlaufenden Sammelleitung 16 bzw. 17, die ihrer­ seits durch hydraulische Leitungen 24 bzw. 25 mit einem 3-Stellungsschieber 15 verbunden sind.

Der Schieber 15 ist mittels einer hydraulischen Leitung 26 an die Druckseite des Motoröls angeschlossen und kann in Richtung c in drei Stellungen mittels eines Bowdenzugs 18 oder eines Gestänges betätigt werden, der bzw. das an ein Dehnstoffelement 22 gekoppelt ist, welches seiner­ seits an geeigneter Stelle im Kühlmittelkreislauf gelegen ist. Das Dehnstoffelement 22 besteht im wesentlichen aus einem die Kühlmitteltemperatur T messenden Temperatur­ fühler sowie einem Stellglied mit Wachsfüllung.

In der in Fig. 2 gezeigten (Null-)Stellung des Schiebers 15 sind beide hyraulischen Leitungen 24 und 25 abge­ schlossen. Dadurch ist das sich im Zellenrad befindliche Hydraulikmedium gesperrt, und jede Kammer ist hydraulisch gegenüber der Atmosphäre, beispielsweise durch Dichtungen 30, abgeschlossen. In der gesperrten Lage nehmen die beweglichen Zellenradflügel bzw. "Anstellwinkel" winkel­ mäßig eine definierte Stelung ein, denen eine definierte Stellung des Verstellmechanismus 11 entspricht. Der Ver­ stellmechanismus 11 weist für jeden Radialflügel eine Radialgabel 28 auf, die in einem Eingriff mit einer zuge­ ordneten Nase 29 steht, welche ihrerseits in geeigneter Weise an der Wurzel des entsprechenden Axialflügels 1 be­ festigt ist. Dadurch kann in der Nullstellung des Schie­ bers 15 der eingestellte Anstellwinkel jedes Axiallüfterflügels 1 eines Lüfters definiert in gleicher Größe gehalten werden.

Wird der 3-Stellungsschieber 15 in die eine Betätigungs­ stellung verschoben, wird die hydraulische Leitung 24 mit Hydraulikmedium druckbeaufschlagt und gleichzeitig die andere hydraulische Leitung 25 des Schiebers druckent­ lastet. Dadurch wird umfangsmäßig jede zweite Kammer 12 des Zellenrades mit Hydraulikmedium durch die Sammel­ leitung 16 und die Hydraulikanschlüsse 13 belastet, während die restlichen, dazwischenliegenden Zellenkammern 17 und die hydraulische Leitung 25 druckentlastet werden. Infolge der Druckbeaufschlagung bzw. Druckentlastung be­ nachbarter Kammern drehen sich die Zellenradflügel 9 gemäß Fig. 2 im Uhrzeigersinn und verändern synchron sämtliche Axiallüfterflügel 1 eines Lüfters in einen anderen Anstellwinkel.

In der anderen Betätigungsstellung des Schiebers 15 wird die hydraulische Leitung 25 samt zugehöriger Sammel­ leitung 17 und angeschlossener Hydraulikanschlüsse 14 druckbeaufschlagt und in gleichem Maße die hydraulische Leitung 24 samt zugehöriger Sammelleitung 16 und ange­ schlossener Hydraulikanschlüsse 13 druckentlastet. Dadurch werden sämtliche Zellenradflügel 9 eines Zellenrades in die andere Richtung synchron geschaltet und in entsprechender Weise der Anstellwinkel sämtlicher Radiallüfterflügel 1 in die andere Richtung verstellt.

Claims (10)

1. Kühlanlage für eine flüssigkeitsgekühlte Brennkraftma­ schine, mit einem Kühler und einem diesem zugeordneten, motorangetriebenen Axiallüfter, dessen Förderleistung durch Verstellung der Lüfterflügel regelbar ist, die in der Lüfternabe um ihre Achse drehbar angeordnet und ent­ sprechend dem Bedarf an Kühlluft durch einen Stellmotor verstellbar sind, der ebenfalls in der Lüfternabe unter­ gebracht, ferner durch von der Kühlmitteltemperatur abge­ leitete Signale steuerbar ist und über einen Verstellme­ chanismus an jedem Lüfterflügel so angeschlossen ist, daß diese synchron verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellmotor (8) durch ein hydraulisch verstellba­ res Zellenrad gebildet ist, dessen Flügel (9) in am Naben­ umfang ausgebildeten Kammern (12), jeweils zwei benach­ barte derselben trennend wirken, von denen jede einen Hy­ draulikanschluß (13 bzw. 14) besitzt, der bei Verdrehung des Zellenrades entweder zur Füllung der einen vom Zel­ lenradflügel begrenzten Kammer mit Hydraulikmedium oder zur Abfuhr von Hydraulikmedium aus der benachbarten, vom Zellenradflügel abgetrennten Kammer dient und mit einer hydraulisches Druckmittel bereitstellenden Einrichtung und außerdem mittelbar mit einem die Temperatur des Kühl­ mittelkreises erfassenden Organ verbunden ist.

2. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zweite, umfangsmäßig zu jeder zweiten Kammer (12) ge­ hörende Hydraulikanschluß (13 bzw. 14) zu einer im Naben­ inneren gelegenen Sammelleitung (16 bzw. 17) führt, die an den einen Steueranschluß der Steuereinrichtung (15) angeschlossen ist, während die restlichen Hydraulikan­ schlüsse (14 bzw. 13) der anderen Kammern (12) mit einer ebenfalls im Nabeninneren verlaufenden zweiten Sammellei­ tung (17 bzw. 16) verbunden sind, die an den anderen Steueranschluß der Steuereinrichtung (15) angeschlossen ist.

3. Kühlanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (15) einen in drei Funktionsstel­ lungen betätigbaren Schieber umfaßt, der eine Nullstel­ lung für eine Sperrung des Stellmotors (8) sowie zwei Stellungen für eine Betätigung des Zellenrades in der ei­ nen oder anderen Richtung einnehmen kann und dabei jeder der beiden Hydraulikanschlüsse (13 bzw. 14) entweder mit dem Druckmittelanschluß (26) oder einem Entlastungsan­ schluß verbunden ist, wobei die Betätigung des Schiebers mittelbar durch ein Stellglied erfolgt, das seine Bewe­ gungsbefehle von einem die Kühlmitteltemperatur erfassen­ den Temperaturfühler erhält.

4. Kühlanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sammelleitungen (16, 17) zumindet abschnitts­ weise koaxial ineinander angeordnet sind und in diesem Abschnitt koaxial zur Nabenachse verlaufen.

5. Kühlanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sammelleitungen (16, 17) Ringkanalanschlüsse (20, 21) besitzen, die mit den entsprechenden Anschlüssen der Steuer­ einrichtung (15) hydraulisch verbunden sind.

6. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Druck stehende Öl des Kreislaufes der Brenn­ kraftmaschine zur Steuerung des Stellmotors (8) verwendet ist.

7. Kühlanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Druckmedium einer Servolenkung des Fahr­ zeugs zur Steuerung des Stellmotors (8) verwendet ist.

8. Kühlanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber der Steuereinrichtung (15) über ein Gestänge oder ein Bowdenzug (18) betätigbar ist, das bzw. der den Schieber mit einem Dehnstoffelement (2) verbindet, das an geeigneter Stelle im Kühlmittelkreislauf der Brennkraftmaschine angebracht ist.

9. Kühlanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dehnstoffelement (22) im wesentlichen aus einem Temperaturfühler und einem Stellglied mit Wachsfüllung besteht.

10. Kühlanlage nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in einem der zwischen Dehnstoffelement (22) und Stellmotor (8) gegebenen Regel- und Steuerkreisgliedern - Gestänge bzw. Bowdenzug (18) Steuereinrichtung (15), hydraulische Leitungen (24, 25) - ein Dämpfungs- oder Verzögerungselement eingebaut ist.