DE8406829U1 - Ventilationsvorrichtung - Google Patents

Description

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Ing. Sergio VASAPOLLX Coreo Racconigi 15 Torino Italien

7900 Ulm, 05.03.84 Akte 0/6171 d/th

Ventilatlonavorrlohtung

Die Erfindung betrifft eine Ventilationsvorrichtung, insbesondere eine Ventilationsvorrichtung mit einem Lüfterrotor» der mit Fitigeln zur !Erzeugung einer Druckströmung an Kühlluft versehen ist.

Vorrichtungen dieser Art werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um einen Luftstrom zu erzeugen, der entweder direkt den Verbrennungsmotor kühlt (Luftkühlung), oder zur Kühlung eines Wärmeaustauschers dient, in dem eine Flüssigkeit zirkuliert, die dem Motor Wärme entzieht (Wasserkühlung).

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilatorflügel zur Veränderung der Leistungseigenschaften des Rotors verstellbar sind, und daß Stellglieder vorgesehen sind, die die Flügel in eine je nach den Betriebsbedingungen der Ventilationsvorrichtung vorgesehene Schwenklage verschwenken.

Durch diese Eigenschaften wird eine Ventilationsvorrichtung mit hoher Wirksamkeit und Vielseitigkeit in der Anwendung geschaffen.

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Weitere Vorzüge Uiid Eigenschaften der Erfindung gehen aus den Unteransprüehen und der folgenden Beschreibung hervor. Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungebeispielen beschrieben, bei denen die Ventilationsvorrichtung zur Kühlung eines Verbrennungsmotors dient; es zeigen:

Flg. 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, der mit einer Ventilationsvorrichtung nach der Erfindung versehen ist;

Fig. 2 eine Ansicht eines Teils des in Fig. 1 abgebildeten Gegenstands im Längsschnitt|

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform in einer im wesentlichen der Fig. 2 entsprechenden Darstellung;

Fig. 4 und 5 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzip des Gegenstands nach Fig. 3;

Fig. 6 eine im wesentlichen den Fig. 2 und 3 entsprechende Ansicht eines weiteren AusfUhrungsbeispiels nach der Erfindung.

Mit dem Buchstaben M ist in der Zeichnung ein Verbrennungsmotor bezeichnet, zu dessen Kühlung eine Vorrichtung C vorgesehen ist. Diese besteht aus einem Lüfterrotpr 1 mit der Aufgabe, eine Druckströmung an Kühlluft zu erzeugen.

Der Lüfterrotor 1 besteht aus einer Nabe 2, an der eine Vielzahl von Flügeln 3 befestigt sind, die sich

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von der Nabe 2 aus strahlenförmig erstrecken.

Wie aus den Flg. 2 und 3 Im einzelnen hervorgeht» besteht die Nabe 2 aus zwei schalenförmigen, mit 4 bzw. 5 bezeichneten Körpern, die an Rand der einander gegenüberliegenden Schalenöffnungen - beispielsweise durch Verschraubung - miteinander verbunden sind.

Der Schalenkörper 4 1st an seiner Bodenseite mit einer Antriebswelle 6 verbunden.

Die Welle 6 kann in an sich bekannter Welse von den rotierenden Elementen des Motors M mittels Riemenübertragung angetrieben werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Welle 6 von einem Elektromotor anzutreiben, der dann betätigt wird, wenn die Betriebstemperatur des Motors M einen bestimmten Wert überschreitet. Dazu gibt ein Thermoelement ein Signal ab, das den Elektromotor in Betrieb setzt.

An seiner Seitenwand weist der Körper 4 eine Vielzahl von Öffnungen 7 auf, die strahlenförmig um die Nabe 2 angeordnet sind. Der Einfachheit halber ist in den Figuren 2 und 3 nur eine dieser öffnungen 7 dargestellt.

In Jede öffnung 7 ist Jeweils ein Flügel 3 mit einem ■Ansatz 9 so eingesetzt, daß er um eine radial zur Nabe 2 ausgerichtete Achse 8 drehbar ist* Dabei kann der Einstellwinkel der Flügel auf dem Lüfterrad 1 durch Ausrichtung eines jeden Flügels 3 um die Achse β verändert werden.

Mit der Ziffer 10 ist ein als Exzenterhebel ausgebildetes exzentrisches Element bezeichnet, das - Z. B. über eine Rillenkupplung - mit dem Ansatz 9 des Flü-

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gels 3 verbunden let, wobei dazwischen ein Lager 11 angeordnet 1st. Das Lager 11 hat die Funktion» die Auerichtung des Flügels 3 tun die Achse θ zu erleichtern und gleichzeitig für eine stabile Radialverbindung zwischen dem Flügel 3 und der Nabe 2 zu sorgen. de Verbindung des Exzenterhebels 10 mit dem Ansatz 9 wird durch Axial-Sperrelemente bekannter Art verstärkt, die mit der Ziffer 12 bezeichnet sind.

Der Exzenterhebel 10, der zur Ausrichtungsbewegung um die Achse θ mit dem Fitigel 3 verbunden ist« wirkt am dem Ansatz 9 gegenüberliegenden Ende mit einem Stellglied 13 zusammen, das innerhalb der Schalenkörper 4 und 5 axial beweglich ist.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Exzenterhebel 10 zur Anlage gegen das Stellglied 13 gedrückt, und zwar von einor Torsionsfeder 14, die zwischen dem Ende des Ansatzes 9 am Flügel 3 und dem Gehäuse eines Elektromotors 13 (z* B. eines Schrittmotors) angreift, auf dessen Welle 16 eine Schnecke 17 mittels eines Zapfens drehfest angeordnet ist. Diese wirkt mit den Rändern einer im Mittelpunkt des Stellglieds 13 vorgesehenen öffnung 18 zusammen.

Die Teile sind derart angeordnet, daß durch die Umdrehung des Motors 15 eine Verschiebung des Stellglieds 13 in axialer Richtung zur Nabe 2 möglich wird. Ein Drehen des Stellglieds 13 unter der Einwirkung des Motors 15 wird durch radiale Ansätze 13a am Stellglied 13 verhindert, die in entsprechende

Gleitbahnen an der Innenseite des Schalenkörpers 4 und gegebenenfalls des Schalenkörpers 5 vorstehen.

Dia axiale Verschiebung des Stellglieds 13, mit dem die freien Enden der Exzenterhebel 10 schleifend zusammenwirken, hat eine gleichzeitige und gemeinsame Veränderung des Einstellwinkels der Flügel 3 auf dent Lüfterrotor 1 zur Folge.

Die Drehbewegung des Motors 15 erlaubt es somit, die Leistungseigenschaften des Lüfterrotors 1 so zu ver- , andern, daß der erzeugte Lüftungsstrom den momentanen Betriebsbedingungen des Motors M angepaßt ist. Daher ist es beispielsweise möglich, die Ausrichtung der Flügel 3 in der Weise zu regulieren, daß bei niedriger Drehzahl ein starker Ventilationsstrom erzeugt wird, und daß allmählich der von der Hauptfläche eines Jeden Flügels im Verhältnis zur Ebene des LUfterrotors 1 gebildete Winkel abnimmt, wenn die Drehzahl des Motors M Steigt. Damit wird eine Zunahme des Ventilationsetroms vermieden, die in Bezug auf den Leistungsverbrauch des Motors M ebenso nutzlos wie schädlich wäre,

Bei der Anwendung in Straßenfahrzeugen im allgemeinen ist es vielmehr möglich, die Intensität des vom Lüfterrad 1 erzeugten Lüftungestroms zu verringern, um der zusätzlichen Luftzufuhr Rechnung zu tragen, die durch die Fortbewegung des Fahrzeuges entsteht.

In anderen Anwendungeberelchen, beispielsweise beim Eineatz In Erdbaumaschinen, ist es hingegen möglich,

die Intensität der Luftzufuhr mit Zunahme der Drehgeschwindigkeit des Motors zu erhöhen. Diese Drehzahlerhöhung entspricht nämlich normalerweise einer Zunahme der Leistungsabgabe und der auf den Motor einwirkenden Wärmebelastung.

Jedenfalls kann der Elektromotor 15 entsprechend den unterschiedlichen Einsatzerfordernissen auf verschiedenste Weise betrieben werden.

Insbesondere kann das Gerät nach der Erfindung an einen Mikroprozessor angeschlossen werden, der mit Signalen gespeist wird, die von einer oder mehreren Meßsonden stammen. Diese erfassen chrakteristische Parameter der Betriebsbedingungen des Motors M und des Fahrzeugs, in das der Motor eingebaut ist.

Der Mikroprozessor kann so programmiert sein, daß abhängig von diesen Parametern ein ständiger Regelungsprozeß zur Ausrichtung der Flügel 3 abläuft, der es ermöglicht, die vom Lüfterrotor 1 erzeugte Luftmenge ständig und optimal den Erfordernissen des Motors M anzupassen.

Zudem ist auf folgendes hinzuweisen: Die Ausrichtung der Flügel mittels des Getriebes, das aus den Exzenterhebeln 10, dem Stellglied 13 und der Schnecke 17 besteht, die vom Motor 15 angegrieben wird, ist lediglich als Beispiel zu betrachten. Zum selben Zweck können auch Mechanismen anderer Art eingesetzt werden, die beispielsweise pneumatisch oder hydraulisch angetrieben werden«

Allerdings zieht man derzeit die Verwendung eines Elektromotors angesichts dessen zu seiner Welle 16

symmetrischen Eigenschaf ten vor, wobei der Motor konzentrisch zur Welle 6 angeordnet werden kann. Der Motor 15 kann zudem ohne weiteres über einen Schleifkontakt mit einem Leitring 19 gespeist werden, der auf der Welle 6 angebracht ist.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführung ergibt sich die Einstellung der Flügel 3 automatisch, infolge der aerodynamischen Kräfte, die bei sich drehendem Lüfterrotor 1 auf die Flügel 3 einwirken.

Die Fig. 4 und 5 zeigen zwei mögliche Anordnungen der Verbindung eines Flügels 3 mit der Nabe 2.

In beiden Figuren ist mit der Zahl 20 der Bereich schematisch bezeichnet, in dem die ResultJa?ende der auf den Flügel 3 einwirkenden aerodynamischen Kräfte angreift.

Der Flügel 3 hat vorzugsweise ein flUgelartiges Profil (auch wenn dies für einen einwandfreien Betrieb nicht unbedingt erforderlich 1st).

In beiden dargestellten Fällen liegt die Schwenkachse 8 des Flügels 3 in exzentrischer Position zum Bereich 20. Durch diese Anordnung verursachen die auf den sich bewegenden Flügel einwirkenden aerodynamischen Kräfte ein Drehmoment der Flügel.

Die Angriffsrichtung dieses Moments hängt von der Lage der Rotationsachse 8 bezüglich des Bereichs 20 ab.

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Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform liegt die Rotationsachse 8 zwischen dem Bereich 20 und dem Austrittsrand des Profils von Flügel 3.

Das aus den einwirkenden aerodynamischen Kräften resultierende Moment wirkt auf den Flügel 3 folglich so, wie es durch den Pfeil A in Fig. 4 schematisch angedeutet ist, also mit der Tendenz, den Einfallwinkel und comit die Leistung zu erhöhen.

In der Ausführungsform nach Fig. 5, bei der die Rotationsachse 8 zwischen dem Bereich 20 und dem Eintrittsrand des Profils des Flügels 3 liegt, wirkt das resultierende Moment in entgegengesetzter Richtung, so wie es schematisch durch den Pfeil B angedeutet ist. In diesem Falle nimmt der Einfallwinkel und mit ihm die Leistung ab.

Die Auswahl sowohl des Profils der Flügel 3 als auch ihrer Schwenkstellung auf der Nabe 2 führt somit zu unterschiedlichen Gesetzmäßigkeiten der Ausrichtungsänderung der Flügel 3, die von der Drehgeschwindigkeit des LUfterrades 2a abhängt.

So ist ss bei einer mit der Fig. 2 im wesentlichen übereinstimmenden AusfUhrungsform möglich, bei Zunahme der Drehgeschwindigkeit des Lüfterrotors 1 sowohl eine Vergrößerung,als auch eine Verkleinerung des Winkels zwischen der Hauptfläche eines jeden Flügels 3 und der Rotationsebene zu erzielen.

Eine Steuerung des Maßes der Ausrichtungsänderung der Flügel 3 kann durch ein zwischen das Stellglied

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13 und die Rückwand des Schalenkörpers 5 eingefügtes elastisches System, etwa eine Spiralfeder 21 erfolgen. Dies hat die Aufgabe, der Achsverschiebung des Stellglieds 13 entgegenzuwirken, die aufgrund der automatischen Auerichtung der Flügel 3 entsteht«

Von Vorteil ist es, wenn das dem Stellglied 13 ΐ

abgewandte Ende der Feder 21 sich an einer Radscheibe 22 abstutzt, deren Achsstellung zur Nabe 2 über eine Schraube 23 reguliert werden kann, die den Boden des Schalenkörpers 5 durchsetzt«

Die Endstellung der Axialbewegung des Stellglieds 13 innerhalb der Nabe 2 ist dadurch gegeben, daß das Stellglied 13 und die Endscheibe 22 einander berühren.

Die Stellung der Endscheibe 22, die über die Schraube 23 eingestellt werden kann, bestimmt somit die Endstellung der automatischen Ausrichtungsbewegung der Flügel 3. Durch Veränderung der Position der Endscheibe 22 im Innern der Nabe 2 mittels der Schraube 23 ist es auch möglich, die von der Feder 21 ausgeübte Gegenkraft so zu verändern, daß bei gleichen geometrischen Verhältnissen und gleicher Verbindung der Flügel 3 zur Nabe unterschiedlich starke Ventilationsströme bei derselben Drehgeschwindigkeit des Lüfterrotors 1 erzielt werden. Die Feder 21 hat zudem noch i die Funktion, das Stellglied 13 und die damit verbundenen Flügel 3 mittels der Exzenterhebel 10 in '$. eine vorgegebene Ausgangslage zurückzustellen, wenn der Lüfterrotor 1 angehalten wird.

Bei der in Pig. 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind im wesentlichen die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Merkmale kombiniert. Das Stellglied 13 unterliegt dabei der Einwirkung sowohl des Motors 15, als auch der Rückholfeder 21.

Diese Anordnung ermöglicht eine noch weitere Verbesserung der Leistungen der Vorrichtung. Die Feder 21 ist nämlich in der Lage,sit dem Motor 15 zusammen zu wirken, falls eine Ausrichtung der Flügel in gegenüber den aerodynamischen Kräften entgegengesetzter- Drehrichtung gewünscht wird. Auf diese Weise wird die mechanische Belastung des Motors 15 verringert, wodurch es bei gleichbleibender Leistungsfähigkeit möglich 1st, in der Nabe 2 weniger ;starke und sperrige Motoren einzubauen* Der Anwendungsbereich der Erfindung beschränkt sich, wie aus der bisherigen Beschreibung hervorgeht, nicht allein auf die Kühlung von Verbrennungsmotoren. Die Erfindung kann ebenso nutzbringend für die Kühlung von Elektromotoren oder von leistungsstarken elektrischen Vorrichtungen wie Transformatoren, Umsetzern, usw. verwendet werden kann. Besonders vorteilhaft scheint darüberhinaus der Einbau in LUf tungs- und Klimaanlagen.

Claims (1)

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   Schutzansprüche:

   1. Ventilationsvorrichtung in verstellbarer Anordnung, mit einem mit Flügeln versehenen Lüfterrotor zur Erzeugung einer Druckströmung an Kühlluft, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (3) zur· Beeinflussung der Leistung des Lüfterrotors (1) verschwenkbar sind und daß Stellglieder (10, 13) vorgesehen sind, die die Flügel (3) in · eine je nach den Betriebsbedingungen der Ventilationsvorrichtung vorgesehene Schwenklage verschwenken.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfterrotor (1) mit einer Nebe (2) mit radial angeordneten öffnungen (7) versehen ist, und daß jeder Flügel (3) einen Ansatz (9) aufweist, der drehbar in einer der öffnungen (7) angeschlossen ist.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (13) bezüglich der Nabe (2) axial beweglich ist, und daß den Flügeln (3) Formteile (10) zugeordnet sind, die mit dem Stellglied (13) in Verbindung stehen.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein motorisches Antriebsteil (15) vorgesehen ist, das wahlweise zur Ausrichtung der Flügel (3) betätigbar ist.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (15) das Stellglied (13) betätigt.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Flügel (3) um eine Achse (8)

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   · schwenkbar ist, die exzentrisch zum Bereich (20)

   angeordnet ist, in dem die Resultierende des auf den Flügel (3) wirkenden strömungsdynamischen Drucks angreift, so daß die Flügel (3) bei laufendem Lüf-

   ,: terrotor (1) automatisch verschwenkt werden.

   ' 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Flügel (3) ein aerodynamisches, vorzugsweise flügelartiges Profil aufweisen.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekenn-' zeichnet, daß dem Stellglied (13) eine Feder (21)

   zugeordnet ist, die eine der automatischen Schwenkbewegung der Flügel (3) entgegen gerichtete Kraft ausübt und die Flügel (3) in eine vorgegebene Ausgangsstellung rückstellt.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbares Arretierungsteil (22) vorgesehen ist, das eine Begrenzung für den Schwenkbereich bei der Ausrichtungsbewegung der Flügel (3) bildet.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (21) zwischen dem Stellglied (13) und den einstellbaren Arretierungsteilen (22, 23) angeordnet ist, wobei die Größe der von dieser Feder (21) ausgeübten Gegenkraft durch die Stellung der Arretierungsteile (22, 23) vorgegeben ist.

   11« Vorrichtung nach Anspruch h und einem der Ansprüche

   bis 10, dadurch gekennzeichnet, Caß das Stellglied

   ί (13) sowohl durch das Antriebsteil.(13) als auch durch

   die Feder (21) betätigbar ist.