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Gebläse oder Pumpe mit von der Fördermitteltemper atur beeinflußter
Fördermengenregelung Es sind bereits verschiedene Gebläse- und Pumpenausführungen
bekannt, bei denen die Fördermenge in Abhängigkeit von der Temperatur oder dem Druck
des Fördermittels oder aber von einer anderen Betriebsgröße selbsttätig geregelt
wird. Bei temperaturabhängiger Fördermengenregelung werden als Impulsgeber in den
meisten Fällen flüssigkeitsgefüllte Temperaturfühler, so genannte Thermostate, verwendet,
die in den Förderstrom eingebaut sind und deren Ausdehnungsflüssigkeit über eine
Leitung bis zu einem Arbeitskolben geleitet wird, welcher dann unmittelbar oder
über eine Servoeinrichtung die Regelorgane beeinflußt. Die die Fördermenge beeinflussenden
Regelorgane können hierbei als verstellbare Klappen einer im Förderstrom angeordneten
Drosseleinrichtung oder aber als verdrebbare Laufrad- oder Leitradschaufeln ausgebildet
sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß der Thermostat etwa über ein Steuerventil
oder ein schwenkbares Schöpfrohr in bekannter Weise die Ölfüllung einer regelbaren,
den Antrieb vermittelnden Strömungskupplung und damit die Gebläse- bzw. Pumpendrehzahl
reguliert. In ähnlicher Weise kann bei der sogenannten Aussetzerregelung auch eine
den Antrieb unterbrechende Schaltkupplung gesteuert werden.
An Gebläsen,
.insbesondere für axiale Zuströmung, ist es bekannt, Glieder zur Mengenreglung,
insbesondere Leit- und Laufradschaufeln, durch einen bereits für andere Zwecke erforderlichen
und vom Fördermittel ausgeströmten Bauteil des Gebläses, vorzugsweise durch die
Leit- oder Laufradnabe, in Abhängigkeit vom Förderdruck zu verstellen. In ähnlicher
Weise soll diese Verstellung abhängig von der Fördertnitteltemperatur vorgenommen
werden. Hierbei bildet erfindungsgemäß ein für andere Zwecke bereits erforderlicher
und vom Fördermittel angeströmten Bauteil des Gebläses bzw. der Pumpe, vorzugsweise
die Leitrad-oder Laufradnabe, den mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium gefüllten
Temperaturfühler. Die von der Temperatur des Fördermittels abhängigen Volumenänderungen
des Mediums im Fühler betätigen dann die Verstellorgane.
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Ein besonderer, a:ls Temperaturfühler ausgebildeter und in die Strömung
ragender Bauteil ist nicht erforderlich, wodurch der Bauaufwand, Raumbedarf und
Strömungswiderstand gering bleiben. Der Erfindungsgedanke ist vorzugsweise bei Gebläsen
oder Pumpen mit axialer Zuströmung anwendbar; hierbei kann nämlich vorteilhaft der
Nabenkörper - etwa dessen Anströmhaube - den Temperaturfühler bilden, wodurch eine
außergewöhnlich einfache und geschlossene Bauweise erzielt wird. Diese weist insbesondere
bei derAnwendung für die Schaufelverstellung an Laufrädern gegenüber den üblichen
Konstruktionen unter anderem noch den großen Vorteil auf, daß der Temperaturfühler
ein Bestandteil des Gebläse- oder Pumpenläufers ist und daß somit keine Übertragung
der Verstellimpulse von feststehenden auf sich drehende Teile notwendig wird. Als
angeströmter und den Temperaturfühler bildender Bauteil könnten beispielsweise auch
ein Bauteil des Fördermittelkanals oder eine oder mehrere Leitschaufeln dienen.
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Es ist auch eine Pumpenbauart bekanntgeworden, bei der eine an der
Laufradnabe angeordnete und von der Förderflüssigkeit umströmte Bimetallspirale
die Laufradschaufeln*in Abhängigkeit von der Temperatur der Förderflüssigkeit verdreht.
Diese Spirale stellt aber einen zusätzlichen Bauaufwand, dar und erzeugt - da sie
zwangläufig in hydraulisch ungünstiger Form in die Strömung ragt - bedeutende Strömungsverluste.
Ferner sind auch die durch die Bimetallspirale erzielbaren Verstellkräfte so gering,
daß eine unmittelbare Schaufelverrstellung (also ohne Zwischenschaltung eines Servomotors)
nur bei ganz kleinen Drehzahlen und entsprechend kleinen Verstellkräften möglich
ist. Für die praktisch erforderlichen Drehzahlen muß also außer dem Bimetallfühler
stets ein besonderer Servomotor vorgesehen werden.
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Bei einem weiteren vorbekannten Regelgebläse dient ein im Innern der
Laufradnabe angeordneter flüssigkeitsgefüllter Wärmefühler zur Verstellung der Laufschaufeln.
Dieser Wärmefühler wird aber von ausschließlich hierfür vorgesehenen Bauteilen gebildet.
Außerdem wird er nicht von dem Förderluftstrom bespült, sondern es wird ihm mittels
einer zusätzlichen Pumpe und Leitungen das Kühlwasser einer Verbrennungskraftmaschine
als Impulsgeber zugeleitet. Diese Ausbildung weist demnach einen größeren Bauaufwand
und eine verwickeltere Konstruktion auf, ganz abgesehen davon, daß dabei keinesfalls
ein so großer Wärmefühler mit so ausgedehnter Wärmeübergangsfläche untergebracht
werden kann wie bei der erfindungsgemäßen Einrichtung.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Temperaturfühler lassen sich
verhältnismäßig große Verstellkräfte erzielen, so daß die Verstellbewegungen des
Fühlers vorteilhaft ohne Zwischenschaltung einer kraftverstärkenden Servoeinrichtung
auf die Fördermengenregelorgane übertragen werden können. Der Arbeitskolben od.
dgl. kann dann unmittelbar am Wärmefühler angeschlossen sein, so daß auch jegliche
Verbindungsleitungen wegfallen.
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Eine besonders günstige Ausführungsform besteht hierbei darin, daß
an dem Temperaturfühler ein in seiner Länge veränderbarer Balg aus Metall oder Kunststoff
angeschlossen ist, dessen verschlossenes freies Ende bei Ausdehnung und Zusammenziehung
des im Fühler eingeschlossenen Mediums eine hin- bzw. hergehende Bewegung ausführt
und über geeignete Übertragungsmittel die Regelorgane betätigt. Der Balg hat gegenüber
Kolben insbesondere den Vorteil der absoluten Dichtheit und Unempfindlichkeit und
bedarf keinerlei Wartung.
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Des weiteren ist es zweckmäßig, den Balg koaxial zur Gebläse- oder
Pumpenachse derart anzuordnen, daß das freie Balgende eine axiale Bewegung ausführt.
Diese zentrale Verstellbewegung kann dann durch an sich bekannte und im Zusammenhang
mit den abgebildeten Ausführungsbeispielen beschriebene Übertragungsmittel in besonders
zweckmäßiger Weise auf verdrehbare Laufrad- oder Leitradschaufeln übertragen werden.
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Die in der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung
stellen dar: Fig. r ein Axialgebläse mit Laufradschaufelverstellung und von der
Nabenhaube gebildetem Temperaturfühler mit Balg, Fig. a ein der vorgenannten Ausführung
gleichartiges Axialgebläse mit abgeänderter Balganordnung, Fig. 3 gleichfalls ein
Axialgebläse mit verstellbaren Laufradschaufeln, aber mit einer anderen Variante
der Übertragungsmittel für die Verstellbewegung,und Fig. 4 ein Radialgebläse mit
einer den Gebläseantrieb unterbrechenden, vom Temperaturfühler gesteuerten Schaltkupplung
(Aussetzerregelung).
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Bei dem Axialgebläse nach Fig. r sind die Laufradschaufeln r mit ihren
Zapfen a über Wälzlager 3 drehbar in einer beispielsweise zweiteilig aus den Teilen
4 und 5 bestehenden Laufradnabe gelagert. Die Teilfuge der zweiteiligen Nabe liegt
senkrecht zurLaufradachse in der durch dieAchsen der Schaufelzapfen gelegten Ebene.
An der Anströmseite des Gebläses ist zur Verminderung des
Strömungswiderstandes
eine als Halbkugel oder Ellipsoid ausgeführte Haube 6 aufgesetzt. Diese außen vom
Fördermittel angeströmte Nabenhaube ist an ihrer nicht angeströmten Stirnseite durch
eine Zwischenwand verschlossen und mit einer Flüssigkeit gefüllt (in der Zeichnung
durch Punkte angedeutet) und bildet erfindungsgemäß zugleich den Temperaturfühler.
An der Zwischenwand ist ein achsmittig angeordneter Balg 7 aus Metall oder einem
anderen geeigneten Werkstoff angeschlossen und' an der mit L bezeichneten Stelle
dicht aufgelötet. An seinem anderen Ende ist der Balg durch einen Boden abgeschlossen,
so daß die Flüssigkeit in der Nabenhaube völlig dicht eingeschlossen ist. Durch
eine zentral angeordnete Einfüllschraube 8 kann die Nabenhaube mit der Flüssigkeit
gefüllt werden.
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Auf den Metallbalg drückt in axialer Richtung eine Schraubenfeder
9. Diese Feder dient dazu, die Verstellbewegung bei Volumenverkleinerung der Temperaturfühlerflüssigkeit
zu unterstützen bzw. Kraftschluß zwischen dem Boden des Metallbalges und- dem die
Verstellbewegung weiterübertragenden Verstellbolzen io herbeizuführen. Bei Temperaturänderungen
des Fördermittels wird also infolge der temeperaturabhängigen Volumenänderungen
die Feder zusammengedrückt oder gedehnt und dabei der Verstellbolzen io in axialer
Richtung hin- oder herbewegt.
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Die Umwandlung der axialen Bewegung in eine Drehbewegung der einzelnen
Schaufelzapfen erfolgt vorteilhaft in der an sich bekannten Weise, daß konzentrisch
zu dem axialen Verstellbolzen io und mit diesem fest verbunden eine Verstellscheibe
i i angeordnet ist, in deren am Umfang befindlichen Ringnut Kurbelzapfen i2 gleiten.
Diese Kurbelzapfen sind jeweils exzentrisch zu den Schaufeldrehzapfen 2 angeordnet,
aber fest mit diesen verbunden. Wenn also der Verstellbolzen 1o in axialer Richtung
bewegt wird, müssen zwangläufig die Schaufeln eine Drehbewegung ausführen. Zur Verbesserung
der Gleitverhältnisse zwischen den Kurbelzapfen i2 und der Ringnut der Verstellscheibe
ii können auf den Kurbelzapfen kl°ine Wälzlager angeordnet sein.
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Ferner ist die Verstellscheibe i i mit dem zentralen Vers.tellbolzen
io über ein Gewinde 13 verbunden, so daß diese beiden Teile durch gegenseitiges
Verdrehen gegeneinander in axialer Richtung willkürlich verstellt werden können
und sich damit der Verstellbereich der Laufradschaufeln verändern läßt. Eine Gegenmutter
14 verhindert die gegenseitige Verstellung der Teile io und ii nach dem Einregulieren.
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Fig. 2 zeigt eine dem vorbeschriebenen Gebläse prinzipiell ähnliche
Ausführung, wobei gleiche oder gleichartige Teile mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet wurden. Bei dieser Bauart sind jedoch mit Rücksicht auf eine möglichst
kurze axiale Baulänge der Metallbalg und die Schraubenfeder konzentrisch ineinander
angeordnet, und der Metallbalg ragt in den Innenraum des Temperaturfühlers hinein.
In Fig. 3 ist eine Axialgebläsenabe dargestellt, bei der gegenüber den Ausführungen
der Fig. i und 2 der Übertragungsmechanismus, der die axiale Verstellbewegung des
Metallbalges in eine gemeinsame Drehung aller Schaufelzapfen umwandelt, in einer
anderen günstigen Weise ausgeführt ist. Die Teile i bis 9 entsprechen hierbei in
ihrer Anordnung und Funktion den entsprechenden Teilen von Fig. i und 2. Die Verstellung
der Schaufeln i erfolgt hierbei über Kegelritzel 15, diemittels konischer Stifte
16 an den Schaufelzapfen 2 befestigt sind. Diese Kegelritzel greifen in ein zentral
angeordnetes Kegelrad 17 -(Sonnenrad) ein. das an einer koaxialen und in Kugellagern
18 drehbar gelagerten Hülse i9 befestigt ist; in diese Hülse ist eine schraubenförmige
Nut 2o mit großer Steigung eingefräst. An dem mit dem Balg 7 in kraftschlüssiger
Verbindung stehenden Verstellbolzen 21 sitzt ein radialer Zapfen 22, der mit einem
Ende in eine axiale Nut 23 einer Hülse 4' des Nabengehäuses 4 ragt und daher nur
eine Verschiebung in Gebläseachsrichtung zuläßt. Mit seinem anderen Ende greift
der Zapfen 22 in die erwähnte schraubenförmige Nut 2o, so daß bei einer Ausdehnung
der im Temperaturfühler enthaltenen Flüssigkeit und der damit verbundenen axielen
Verschiebung des Zapfens 22 die drehbare Hülse i9 mit dem Sonnenrad 17 und hiermit
auch die Verstellschaufeln i verdreht werden. Um die Reibung niedrig zu halten,
gleitet der Zapfen 22 nicht unmittelbar in den Nuten 2o, 23, sondern rollt mit auf
Nadeln a4 gelagerten kegelstumpfförmigen Hülsen 25 in den Nuten. Die Mantellinien
dieser Hülsen gehören zu einem Kegel, dessen Spitze auf der Laufradachse liegt.
Jede dieser Hülsen gleitet in der zugehörigen Nut mit einem geringen Spiel, damit
sie je nach Verstellrichtung immer nur an einer Nutwand anliegt und nicht klemmt.
Die Nuten 2o und 23 könnten auch vertauscht angeordnet sein, so daß die schraubenförmige
Nut an der Nabe 4 und die achsparallele Nut an der drehbaren Hülse i9 angeordnet
ist.
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Wird das Sonnenrad 17 gegenüber der Hülse i9 willkürlich verdrehbar
angeordnet, so kann auch hier - ähnlich wie bei den Ausführungen nach Fig. i oder
2 - der Verstellbereich einreguliert werden.
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In den angeführten Ausführungsbeispielen der Fig. i bis 3 wurden axial
durchströmte Verstelllaufräder beschrieben. Grundsätzlich lassen. sich die gleichen
Konstruktionen auch für axial durchströmte Leiträder ausführen, unabhängig davon,
ob hinter einem solchen Leitrad ein axial oder radial durchströmtes Laufrad angeordnet
ist. Im wesentleichen gleiche Ausführungen sind auch für Drosseleinrichtungen möglich,
bei denen die Drehachsen der Verstellklappen radial gerichtet sind; hierbei ist
es gleichgültig, an welcher Stelle des Förderstromes das Laufrad selbst angeordnet
ist.
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Für die hier beschriebenen Regeleinrichtungen gibt es zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten.
Beispielsweise können sie vorteilhaft für Kühlgebläse im Fahrzeugbau verwendet werden
ohne Rücksicht
darauf, ob es sich um die Kühlung von wasser-oder
luftgekühlten Motoren handelt.
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Ein baulich sehr einfach ausgebildetes Radia.lgebläse mit Aussetzerregelung
ist in Fig. q. Oargestellt. Die Laufschaufeln 26 werden hierbei im wesentlichen
radial durchströmt und sind nicht verstellbar. Der Temperaturfühler ist von der
vom Fördermittel axial angeströmten Nabenhaube 27 gebildet. Die Volumenänderungen
der Flüssigkeit im Fühler betätigen über den Balg 28 und die Kupplungshebel 29 eine
Reibungskupplung 30, wodurch der Gebläseantrieb von der Antriebswelle 31 her eingeschaltet
wird, wie das in der unteren Zeichnungshälfte der Fig. q. dargestellt ist, und unterbrochen
wird, wie das. in der oberen Zeichi.ungs'iiälfte dieser Figur gezeigt ist. Bei einer
Temperaturzunahme des Fördermittels wird die mit dem einen Balgende verbundene Abschlußscheibe
32 unter der Wirkung der Volumenänderung der Ausdehnungsflüssigkeit des Temperaturfühlers
axial nach rechts verschoben (untere Scheibenhälfte 32). Dadurch werden die Kupplungshebel
29 um ihre Festpunkte 33 im Uhrzeigersinn verschwenkt und die Nocken 29" dieser
Kupplungshebel gegen die Beläge der Kupplung 33 gedrückt. Bei genügend starkem -
Rei.hungsschluß zwischen den Kupplungsbelägen beginnt dann der Lüfter anzulaufen.
Sinkt die Temperatur des Fördermittels, dann zieht sich die Flüssigkeit des Wärmefühlers
zusammen, der Druck der Kupplungsh:ebeI auf die Kupplungsbeläge läßt infolge achgebens
des Balges 28 nach, und die Kupplung kann sich unter der Wirkung der Druckfedern
34. wieder lösen. Um ein übermäßiges Schleifen der Kupplung zu vermeiden, kann das
Kupplungsgestänge nach Art eines Kipphebels ausgebildet sein, wie diese beispielsweise
bei elektrischen Kipphebelschaltern ganz allgemein bekannt sind.. Auf diese Art
wird die Kupplung stets entweder ganz eingeschaltet oder ausgeschaltet.
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Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß -die Ansprüche 2 bis
12 nur im Zusammenhang mit Anspruch i Schutz genießen sollen.