DE3531986A1 - Kuehlgeblaese mit einer geregelten fluessigkeitskupplung fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlgebläse für eine Brenn­ kraftmaschine, insbesondere für Dieselbrennkraftmaschinen mit einer geregelten Flüssigkeitskupplung nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Die Regelung der Gebläsedrehzahl mittels einer geregelten Flüssigkeitskupplung ist z.B. aus der DE-OS 29 38 706 be­ kannt. Die Drehzahl des Kühlgebläses wird in Abhängigkeit von einer oder mehreren vom Motor abgegriffenen Temperatu­ ren durch einen geregelten Flüssigkeitsstand in der Flüssigkeitskupplung gesteuert. Bei derartigen Flüssig­ keitskupplungen wird immer ein konstruktiv bedingtes Min­ destabtriebsmoment übertragen, so daß kleinere Drehzahlen als eine bestimmte Mindestgebläsedrehzahl - insbesondere die Drehzahl Null - nicht eingestellt werden können. Das von einer geregelten Flüssigkeitskupplung nicht unter­ schreitbare Mindestabtriebsmoment (Mindestdrehzahl) ist durch Restmengen der Flüssigkeit in der Kupplung und durch Schleifmomente von ineinander gelagerten Kupplungshälften gegeben; ineinander gelagerte Kupplungshälften sind wegen einer Wirkungsgradmaximierung, wegen einer kompakten Bau­ weise und wegen einer minimalen Dichtstellenanzahl eine bevorzugte Bauart von Flüssigkeitskupplungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kühlgebläse mit einer geregelten Flüssigkeitskupplung derart weiterzu­ bilden, daß auch Drehzahlen unterhalb einer durch die ver­ wendete Flüssigkeitskupplung konstruktiv vorgegebene Min­ destgebläsedrehzahl erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Unterhalb der Mindestgebläsedrehzahl liegt die Bremse an einem drehfesten Gehäuseteil an und übt somit ein Brems­ moment auf das Sekundärteil der Flüssigkeitskupplung aus. Durch dieses Bremsmoment ist eine Unterschreitung der Min­ destgebläsedrehzahl möglich, wodurch der Drehzahlregelbe­ reich vergrößert ist. Bei einer Unterschreitung der Grenz­ drehzahl setzen die in Abhängigkeit von der Drehzahl lös­ baren Bremsen ein und verlangsamen das Sekundärteil bis zur Drehzahl Null. Auf diese Weise wird das Kaltlaufver­ halten und die Heizleistung einer Brennkraftmaschine, ins­ besondere einer luftgekühlten Dieselbrennkraftmaschine we­ sentlich verbessert. Die Flüssigkeitskupplung kann unab­ hängig von auftretenden Abtriebsmomenten kompakt gestaltet werden, ohne in Bezug zu einer erreichbaren Mindestdreh­ zahl Kompromisse in der konstruktiven Gestaltung eingehen zu müssen.

In Weiterbildung der Erfindung ist die Bremse auf einen mit dem Sekundärteil drehfest verbundenen Tragring ange­ ordnet und in Richtung auf das feststehende Gehäuseteil entgegen auftretenden Fliehkräften kraftbeaufschlagt. So­ mit wirken die Fliehkräfte in Richtung auf ein "Lösen" der Bremse, während die Kraftbeaufschlagung die Bremse in Richtung "Bremsen" betätigt. Die Dimensionierung der auf die Bremse in ihre Bremsstellung wirkenden Kraft ist so vorgesehen, daß bei stillstehendem Sekundärteil das auf das Laufrad wirkende Bremsmoment geringfügig größer als das Restabtriebsmoment der Flüssigkeitskupplung ist. Ober­ halb einer Grenzdrehzahl überwinden die Fliehkräfte die in Richtung auf die Bremsstellung wirkende Kraft, so daß die Bremse vollständig gelöst und ein verschleißfördernder Dauereingriff ausgeschlossen ist.

Durch Abstimmen der die Bremse in ihre Bremsstellung be­ aufschlagenden Kraft und der auftretenden Fliehkräfte sind selbstverstärkende dynamische Brems- und Lösevorgänge er­ zielbar, wodurch das Laufrad schnell, sicher und insbeson­ dere bremsschonend auf die Drehzahl Null abgebremst wird. Ein verschleißfördernder Betriebszustand Dauerschleifen ist ausgeschlossen.

Vorteilhafterweise ist der Bremsträger der Bremse über seine Drehachse hinaus hebelartig verlängert, wobei sein freies Ende einen Anschlag bildet, der einem Abschnitt des Sekundärteils gegenüberliegt. Der Abstand zwischen dem freien Hebelende und dem Sekundärteil ist dabei kleiner als die Dicke des Reibbelags vorgesehen, so daß ein mecha­ nischer Eingriff des Bremsträgers mit dem Bremsring sicher ausgeschlossen ist.

Um ein gleichmäßig verteiltes Bremsmoment zu erzielen, sind über den Umfang des Sekundärteils zwei Bremsen ange­ ordnet, die sich vorzugsweise diametral gegenüberliegen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen und der Beschreibung, in der ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung beschrieben ist. Es zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kühlgebläse mit einer im Antriebsstrang ange­ ordneten Flüssigkeitskupplung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II aus Fig. 1.

Das Laufrad 3 des dargestellten Kühlgebläses 1 ist über eine Flüssigkeitskupplung 2 von einer Antriebswelle 4 an­ treibbar, die von einer nicht dargestellten, luftgekühlten Brennkraftmaschine angetrieben ist.

Die dargestellte Flüssigkeitskupplung ist eine hydrodyna­ mische Kupplung, dessen Pumpenrad 5 drehfest mit der An­ triebswelle 4 verbunden ist. Dem radial außen angeordneten Schaufelkranz 5 a des Pumpenrades 5, das den Primärteil der Flüssigkeitskupplung bildet, liegt der Schaufelkranz 6 a des Turbinenrades 6 gegenüber, das den Sekundärteil der Flüssigkeitskupplung bildet. Das Turbinenrad 6 liegt innerhalb einer Schöpfkammer 8, die durch eine mit dem Pumpenrad 5 drehfest verbundenen Schöpfkammerwand 7 be­ grenzt ist. Innerhalb der Schöpfkammer 8 liegt der von den Schaufelkränzen 5 a und 6 a begrenzte Arbeitsraum 9 der Flüssigkeitskupplung 2.

Auf der von der Schöpfkammer 8 abgewandten Stirnseite des Pumpenrades 5 ist eine deckelartige Haube 10 angeordnet, die drehfest mit dem Pumpenrad 5 verbunden ist. Zentrisch in die Haube ragt ein Flüssigkeitszulaufstutzen 11, der über einen Zulauf 12 von einer Pumpe 13 mit Flüssigkeit gespeist ist.

Die Flüssigkeitskupplung 2 liegt flüssigkeitsdicht in ei­ nem Kupplungsgehäuse 20, das im wesentlichen von einem Kupplungsgehäuseabschnitt 20 a gebildet ist, das von einem den Zulaufstutzen 11 tragenden Deckel 20 b flüssigkeits­ dicht verschlossen ist. Das Kupplungsgehäuse 20 weist ei­ nen Abfluß 14 a auf, der über eine Rücklaufleitung 15 mit dem Pumpensumpf 22 verbunden ist.

Das Kupplungsgehäuse 20 bildet gleichzeitig die innere Nabe 30 des Kühlgebläses 1. Der äußere Gehäusemantel 31 des Kühlgebläses 1 ist mit über den Umfang der Nabe 30 verteilten Leitflügeln 32 mit der Nabe 30 verbunden. Die Leitflügel 32 bilden ein Vorleitrad für die über den ge­ rundeten Einlaufbereich 34 einströmende Kühlluft. In Strö­ mungsrichtung 33 ist axial hinter dem Leitrad das Laufrad 3 angeordnet, das mit dem Turbinenrad 6 drehfest verbunden ist. Hierzu ist koaxial zur Antriebswelle 4 eine Lauf­ buchse 24 vorgesehen, die über endseitig angeordnete Lager 25, 26 auf der Antriebswelle 4 läuft. Die Laufbuchse 24 selbst ist über ein Lager 27 im Kupplungsgehäuseabschnitt 20 a gelagert, wodurch die Gesamtanordnung der Flüssig­ keitskupplung 2 mit dem Laufrad 3 im Kupplungsgehäuse 20 drehbar gelagert ist. Das Lager 27 ist axial unverschieb­ lich zwischen dem Turbinenrad 6 und einem auf der Buchse 24 angeordneten Ring 29 festgelegt, wobei auf dem Ring 29 eine den Kupplungsgehäuseabschnitt 20 a gegen die Lauf­ buchse 24 abdichtende Dichtung 28 vorgesehen ist.

Zwischen dem Ring 29 und dem drehfest auf der Laufbuchse 24 angeordneten Laufrad 3 ist ein tellerförmiger Tragring 35 drehfest festgeklemmt, der in Weiterbildung der Erfin­ dung mit dem Laufrad 3 einteilig ausgebildet ist. Auf der Radialebene des Tragrings 35 sind Bremsen 36 angeordnet, die im wesentlichen aus einem Bremsträger 37 bestehen, der durch eine Schraubenfeder 38 in Richtung auf einen gehäu­ sefesten Bremsring 39 kraftbeaufschlagt ist. Die Bremsen 36 sind vorteilhaft zwischen dem Laufrad 3 und der Flüssigkeitskupplung 2 angeordnet, wobei sie zur Erzielung einer kompakten Bauweise des Gebläses innerhalb der Nabe 30 knapp unterhalb der Nabenaußenwandung liegen.

Wie in Fig. 2 im einzelnen dargestellt ist, besteht die Bremse 36 aus einem um eine Drehachse 41 verschwenkbaren Bremsträger 37, der auf seiner dem Bremsring 39 zuge­ wandten Stirnseite einen Reibbelag 42 trägt. Zwischen dem Bremsträger 37 und einem axialen Flansch 43 des Tragringes 35 liegt die Schraubenfeder 38, die dem Bremsträger 37 bzw. den Reibbelag 42 mit einer vorgebbaren Kraft gegen den gehäusefesten Bremsring 39 drückt, wodurch auf das Laufrad 3 ein Bremsmoment ausgeübt wird.

Die Masse des Bremsträgers 37 wird durch angesetzte Flieh­ gewichte 40 derart bemessen, daß bei einer vorgegebenen Grenzdrehzahl des Laufrades 3 die auf dem Bremsträger 37 bzw. dessen Fliehgewichte 40 wirkenden Zentrifugalkräfte die Kraft der Schraubenfeder 38 ausgleichen, wodurch ein Kräftegleichgewicht gegeben ist. Die Bemessung der Masse des Bremsträgers 37 bzw. der Fliehgewichte 40 geschieht in Abhängigkeit von ihrem Abstand zur Drehachse 44 des Lauf­ rades 3. Vorteilhafterweise ist der Bremsträger 37 eintei­ lig mit seinen Fliehgewichten 40 ausgebildet.

Das erfindungsgemäße Kühlgebläse arbeitet wie folgt:

Die von der Pumpe 13 über ihre Saugleitung 17 aus dem Pumpensumpf 22 in die Druckleitung 18 geförderte Flüssig­ keit ist dem Zulauf 12 über eine Ventilanordnung 19 zuge­ führt. Die Ventilanordnung 19 kann aus einem getaktetem Zweiwegeventil, einem Proportionalventil oder einer ähn­ lichen Ventilanordnung bestehen.

Die Steuerschaltung 21 ermittelt in Abhängigkeit mehrerer Betriegsparameter 23 (z.B. mehrerer Temperaturen von un­ terschiedlichen Meßstellen der Brennkraftmaschine) eine der Flüssigkeitskupplung 2 zuzuführende Flüssigkeitsmenge, die zur Einstellung einer den ermittelten Temperaturen entsprechenden Gebläsedrehzahl erforderlich ist. Über­ schüssige Flüssigkeit wird über die Rücklaufleitung 16 in den Pumpensumpf 22 zurückgeführt.

Die über den Zulaufstutzen 11 in die Zulaufkammer 10 a ein­ strömende Flüssigkeit strömt radial in den äußeren Um­ fangsbereich der Zulaufkammer 10 a, da diese mit der Dreh­ zahl der Antriebswelle 4 rotiert. Erreicht der Flüssig­ keitsstand in der Zulaufkammer 10 a die Zulauföffnung 5 b im Pumpenrad 5, so strömt die Flüssigkeit durch einen umlau­ fenden Spalt zwischen den radial inneren Enden der Schau­ felkränze 5 a und 6 a in die Arbeitskammer 9, wodurch der Sekundärteil, d.h. das Turbinenrad 6 und somit das Laufrad 3 mitgenommen wird. Der Flüssigkeitsstand in der Arbeits­ kammer 9 bestimmt die Kopplung zwischen dem Pumpenrad 5 und dem Turbinenrad 6 und somit die Drehzahl des Laufra­ des 3. Über einen radial äußeren Ringspalt strömt die Flüssigkeit mit einem konstanten Volumenstrom aus der Arbeitskammer 9 in die Schöpfkammer 8 und von dort über nicht dargestellte Öffnungen in der Schöpfkammerwand 7 in den Sammelraum 14 im inneren des Kupplungsgehäuses 20. Von dort strömt die Flüssigkeit über einen Ablauf 14 a und eine Rücklaufleitung 15 wieder in den Pumpensumpf 22 zurück.

Da die Arbeitskammer 9 nie vollständig flüssigkeitsleer ist, ist immer ein geringer Abtrieb auf das Turbinenrad 6 gegeben, wodurch das Laufrad 3 dreht. Aufgrund der erfin­ dungsgemäß angeordneten Bremse 36 zwischen dem Sekundär­ teil (Turbinenrad 6) und dem drehfesten Gehäuseteil 39 wird auf das Laufrad 3 eine Bremskraft ausgeübt, die im Stillstand des Laufrades 3 größer ist als das von der Flüssigkeitspumpe 2 ausgeübte Antriebsmoment. Das Laufrad 3 steht - ungeachtet des geringen Antriebsmoments - gehäu­ sefest; es hat die Drehzahl Null. Wird von der Steuer­ schaltung 21 durch Erhöhung des zufließenden Flüssigkeits­ volumens das Antriebsmoment erhöht, bis es größer als das durch die Bremsen 36 erzeugte Bremsmoment ist, läuft das Laufrad 3 an. Bei steigender Drehzahl wachsen die auf den Bremsträger 37 und seine Fliehgewichte 40 wirkenden Flieh­ kräfte an, wodurch die Andrückkraft des Reibbelages 42 auf das Gehäuseteil 39 stetig verringert wird und das Brems­ moment abnimmt. Das abnehmende Bremsmoment bewirkt wiede­ rum eine Drehzahlerhöhung, wodurch das Bremsmoment wiede­ rum kleiner wird. Durch diesen dynamischen Vorgang wird ein im wesentlichen schlagartiges Lösen der Bremse 36 er­ zielt, so daß ein Betriebszustand mit "schleifender" Brem­ se bzw. ein verschleißfördernder Dauereingriff der Bremse nicht auftritt. Die Bremse 36 hat so eine lange Lebens­ dauer.

Die oberhalb der Grenzdrehzahl außer Wirkung gestellte Bremse 36 legt sich in einem ähnlich ablaufenden dyna­ mischen Vorgang unterhalb der Grenzdrehzahl wieder an dem Bremsring 39 an. Bei Annäherung an die Grenzdrehzahl von oben nehmen die wirkenden Fliehkräfte ab, bis bei der Grenzdrehzahl die Fliehkräfte der wirkenden Federkraft entsprechen (Kräftegleichgewicht). Unterhalb der Grenz­ drehzahl legt sich die Bremse 36 am Bremsring 39 an und übt ein zunächst kleines Bremsmoment aus, wodurch die Drehzahl rascher abnimmt. Durch die rasche Drehzahlabnahme werden die Fliehkräfte kleiner und die Feder 38 drückt die Bremse 36 stärker an, wodurch das Bremsmoment ansteigt, bis es das wirkende Antriebsmoment der Kupplung 2 über­ steigt und das Laufrad 3 steht. Dieser Bremsvorgang läuft erfindungsgemäß ebenfalls schlagartig ab, so daß ein Schleifzustand weitgehend vermieden ist.

Um den Bremsträger 37 und den Bremsring 39 gegen mecha­ nische Schäden zu schützen, ist vorgesehen, den Bremsträ­ ger 37 über die Drehachse 41 hinaus hebelartig zu verlän­ gern, und sein freies Ende 37 a in Eingriffsstellung des Reibbelages 42 (Drehzahl Null) mit einem Abstand y von einem laufradfesten Ringflansch 43 anzuordnen, wobei der Abstand y kleiner ist als die Dicke z des Reibbelags 42. Ist der Reibbelag verschlissen, läuft das freie Ende 37 a am Ringflansch 43 an und verhindert einen Eingriff des Bremsträgers 37 am Bremsring 39.

Um eine ausreichende Bremskraft sicherzustellen, ist gemäß Ausführungsbeispiel vorgesehen, über den Umfang des Brems­ rings 39 bzw. über den Umfang des Laufrades 3 verteilt zwei Bremsen 36 anzuordnen, die sich vorzugsweise diame­ tral gegenüberliegen.

Die erfindungsgemäße Bremse benötigt keine Betätigungs- oder Regelelemente und läßt sich platzsparend in den Bau­ raum zwischen Kupplung und Laufrad im Gebläse integrieren. Durch das Festhalten - oder intervallmäßige Festhalten - des Laufrads 3 (Drehzahl Null) wird die verschleißfördern­ de und umweltbelastende Warmlaufphase des insbesondere luftgekühlten Verbrenunngsmotors wesentlich verkürzt, die Kaltlaufeigenschaft eines niedrig belasteten Motors ver­ bessert und dessen Heizleistung erhöht. Das erfindungsge­ mäße Kühlgebläse hat einen erweiterten Drehzahlbereich von Null bis zu einer Maximaldrehzahl.

Claims (11)

1. Kühlgebläse (1) für eine Brennkraftmaschine, insbe­ sondere Dieselbrennkraftmaschine, mit einer geregelten Flüssigkeitskupplung (2), deren Primärteil (5) von der Brennkraftmaschine angetrieben ist und deren Sekundärteil (6) mit dem Laufrad (3) des Kühlgebläses (1) verbunden ist und mit einer den Flüssigkeitszulauf zur Kupplung (2) in Abhängigkeit von Betriebsparametern (23) der Brennkraftma­ schine regelnden Steuerschaltung (21) zur Einstellung ei­ ner angepaßten Gebläsedrehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad (3) unterhalb ei­ ner Grenzdrehzahl über eine in Abhängigkeit von der Dreh­ zahl des Laufrads (3) lösbaren Bremse (36) mit einem dreh­ festen Gehäuseteil (39) des Kühlgebläses (1) in Verbindung steht.

2. Kühlgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (36) auf einem mit dem Laufrad (3) drehfest verbundenen Tragring (35) ange­ ordnet ist und entgegen den auftretenden Fliehkräften in Richtung auf das feststehende Gehäuseteil (39) kraftbeauf­ schlagt ist.

3. Kühlgebläse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragring (35) einteilig mit dem Laufrad (3) ausgebildet ist.

4. Kühlgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Bremse (36) in Abhängigkeit von ihrem Abstand um die Drehachse (44) des Laufrads (3) und der die Bremse (36) in Richtung auf das Gehäuseteil (39) beaufschlagenden Kraft so dimensioniert ist, daß oberhalb der vorgebbaren Grenzdrehzahl die Bremse (36) vom Gehäuseteil (39) abgehoben ist.

5. Kühlgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil aus einem ge­ häusefesten Bremsring (39) besteht.

6. Kühlgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (36) aus einem um eine Drehachse (41) verschwenkbaren Bremsträger (34) be­ steht, dessen dem Gehäuseteil (39) zugewandte Seite einen Reibbelag (42) trägt.

7. Kühlgebläse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bremsträger (37) und dem Laufrad (3) eine Schraubenfeder (38) angeordnet ist.

8. Kühlgebläse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsträger (37) über sei­ ne Drehahse (41) hinaus hebelartig verlängert ist und sein freies Ende (37 a) einem Abschnitt des Sekundärteils (6) gegenüberliegt, wobei der Abstand (y) zwischen dem freien Hebelende (37 a) und dem Sekundärteil (6) kleiner ist als die Dicke (z) des Reibbelags (42).

9. Kühlgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei über den Umfang des Se­ kundärteils (6) verteilte Bremsen (36) angeordnet sind, die sich vorzugswese diametral gegenüberliegen (Fig. 2).

10. Kühlgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (36) zwischen der Flüssigkeitskupplung (1) und dem Laufrad (3) angeordnet ist.

11. Kühlgebläse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremse (36) innerhalb der Nabe (30) des Kühlgebläses angeordnet ist.