EP0945626A2

EP0945626A2 - Lüfterrad, insbesondere im Kühlsystem von Brennkraftmaschinen einsetzbares Lüfterrad

Info

Publication number: EP0945626A2
Application number: EP99105936A
Authority: EP
Inventors: Karl Hägele; Gebhard Munz
Original assignee: Hagele GmbH; Haegele GmbH
Current assignee: Hagele GmbH; Haegele GmbH
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 1999-09-29
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: DE59911215D1; EP0945626B1; EP0945626A3

Abstract

Durch die Erfindung wird ein Lüfterrad einfachen Aufbaus geschaffen, das insbesondere für den Einsatz in Kühlsystemen von Brennkraftmaschinen vorgesehen ist und dort durch Umkehrung der Förderrichtung auch als Reinigungsgebläse zum Freiblasen des Kühlers und/oder entsprechender Lufteintrittsöffnungen nutzbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Lüfterrad, insbesondere ein im Kühlsystem von Brennkraftmaschinen einsetzbares Lüfterrad, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einem bekannten Lüfterrad der vorgenannten Art (DE-OS 28 07 899) mit napfförmiger Nabe sind die Lüfterflügel in der Napfwand gelagert und axial versetzt hierzu bildet die Nabe die Aufnahme und dichtende Führung für einen mit Druckmedium beaufschlagbaren, in Gegenrichtung federnd abgestützten Stellkolben als Stellelement für die Lüfterflügel. Die den Lüfterflügeln zugeordneten Verstellexzenter sind durch in Umfangsrichtung sich erstreckende, mit den Lüfterflügeln innerhalb der Nabe drehfest verbundenen Schwenkhebeln gebildet, welche über sich axial erstreckende und gegen den Kolben sich abstützende Stellstangen beaufschlagt sind. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht zwar verhältnismäßig große Kolbendurchmesser, bedingt aber durch den axialen Versatz des Kolbens zu den Lüfterflügel eine verhältnismäßig große Bautiefe der Nabe, selbst bei verhältnismäßig kleinen Schwenkwinkeln für die Lüfterflügel, und zudem einen verhältnismäßig großen Bauaufwand.

Bei einer weiteren bekannten Konstruktion eines Axialventilators (DE 88 15 383 U1) ist die Stellvorrichtung durch eine in axialer Überdeckung zu den Lufterflügel liegende Stellscheibe gebildet, die eine umlaufende Nut aufweist, in die mit den Lüfterflügel drehfest verbundene, radial nach innen ragende Exzenterarme jeweils mit einem Gleitstein eingreifen, und es ist die Stellscheibe über eine Stellstange mit einem außerhalb der Laufradnabe angeordneten Stellmotor verbunden, so daß sich auch hier eine räumlich verhältnismäßig aufwendige Gesamtkonstruktion mit vielen Einzelelementen ergibt.

Bei einer weiteren bekannten Lüfterradkonstruktion (DE 84 06 829 U1) wird mit einer Exzenterverstellung für die in der Nabe gelagerten Lüfterflügel gearbeitet, die Beaufschlagung der mit den Lüfterflügeln verbundenen Exzenterarme erfolgt aber über einen Verstellteller, der bei drehfester Abstützung gegenüber dem Nabengehäuse im zu den Lüfterflügeln axial versetzten Bereich über Stellmittel axial verschiebbar ist, so daß eine axiale Verstellung des Tellers zu einer Verdrehung der Lüfterflügel führt. Die Abstützung der Exzenterarme gegen radiale Fläche des Verstelltellers bedingt Stellwinkel für die Lüfterflügel, die deutlich unterhalb von 90° liegen und zudem eine verhältnismäßig große axiale Baulänge der Nabe, so daß insgesamt ein verhältnismäßig großes Bauvolumen mit entsprechendem Bauaufwand gegeben ist.

Bei einer weiteren bekannten Lösung (DE 25 52 529 A1) sind die Lüfterflügel eines Axialgebläses in der Gebläsenabe gelagert, die in axialem Versatz zu den Flügeln auch den elektromotorischen Gebläseantrieb aufnimmt. In Gegenrichtung zu diesem versetzt ist der Stellantrieb für die Lüfterflügel vorgesehen, welcher als Stellmittel einen mit Druckmedium beaufschlagbaren Kolben umfaßt, der über ein Zugmittel an einer zur Drehachse der Lüfterflügel konzentrischen und mit den Lüfterflügein drehfest verbundenen Stellscheibe angreift. Mit einer derartigen Lösung sind zwar große Verstellwinkel für die Lüfterflügel bis hin zu Verstellwinkeln, bei denen sich bezogen auf gleichbleibende Drehrichtung eine umgekehrte Förderrichtung ergibt, möglich, der Aufbau ist insgesamt aber sehr aufwendig und raumintensiv.

In Kühlsystemen von Brennkraftmaschinen einsetzbare Lüfterräder sind ferner aus der DE 4438995 A1 bekannt. Ausgangspunkt ist bei der bekannten Lösung ein Motorkühlsystem für schwere Baumaschinen, die sowohl im Fahrbetrieb wie auch im Standbetrieb eingesetzt werden können und bei denen das Lüfterrad im Fahrbetrieb höher dreht als im Standbetrieb. Entsprechend sind die über das Lüfterrad erreichten Kühlleistungen im Fahrbetrieb größer als im Standbetrieb. Für den Standbetrieb können sich bei einer solchen Auslegung dann unzureichende Kühlleistungen ergeben, wenn die Brennkraftmaschine bei stationären Arbeiten hoch belastet wird.

Um dem zu begegnen, wird bei der bekannten Lösung unter Konstanthaltung der Drehzahl des Lüfterrades dessen Förderrichtung umgekehrt, um einmal in Richtung auf die Brennkraftmaschine und einmal hierzu entgegengesetzt zu fördern. Hierzu ist das Lüfterrad innerhalb seiner Nabe mit einer Stelleinrichtung versehen, durch die die Flügel des Lüfterrades soweit verdreht werden können, daß sich die Förderrichtung umkehrt, daß also eine Vorwärtsblasrichtung und eine Rückwärtsblasrichtung realisiert werden können, um bezogen auf die Kühlung der Brennkraftmaschine die Kühlleistung durch Umkehrung der Förderrichtung an den jeweiligen Kühlbedarf anpassen zu können.

Die Erfindung hat die Ausgestaltung eines Lüfterrades der eingangs genannten Art zur Aufgabe, mit der Zielsetzung, zu einer einfachen, klein und flach bauenden Grundkonstruktion für das Lüfterrad zu kommen, die es erlaubt, ein solches bezogen auf die Föderrichtung bei gleichbleibender Drehrichtung umkehrbares Lüfterrad anstelle herkömmlicher Gebläseräder in bestehenden Konstruktionen einzusetzen, was durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht wird.

Dadurch, daß ein axial verschiebbarer Stellkolben Verwendung findet, ist der Stellkolben in seiner Funktion unabhängig von der jeweiligen Drehzahl und kann insbesondere bezogen auf die jeweilige Größe der Nabe flächenmäßig so bemessen werden, daß sich schon bei kleinen Beaufschlagungsdrücken ausreichend hohe Stellkräfte ergeben. Ferner gibt diese Ausgestaltung auch die Möglichkeit, ausreichend Raum für eine einfach gestaltete, elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung zur Verfügung zu stellen, so daß insgesamt eine Stelleinrichtung geschaffen wird, die eine aktive Verstellung jeweils nur in eine Stellrichtung hat, und bei der die Rückstellung über die passiv wirkende elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung erfolgt, die gegen die Stellkraft des druckbeaufschlagten Stellkolbens arbeitet. Dadurch ist eine Stelleinrichtung realisierbar, bei der eine Druckbeaufschlagung nur in einer Richtung notwendig ist und die Umsteuerung durch die Zu- und Abschaltung der Druckbeaufschlagung möglich ist. Wird zur Druckbeaufschlagung eine Pumpe, ein Kompressor oder der gleichen vorgesehen, so bedarf es also keiner weiteren Steuereinrichtungen, sondern lediglich des Zu- bzw. Abschaltens der Pumpe oder des Kompressors. Im Hinblick auf eine möglichst gedrungene axiale Baulänge ist eine sich axial überdeckende Anordnung von Stellkolben und Lüfterflügel von besonderer, eigenständiger Bedeutung.

Insbesondere bei einer pneumatischen Betätigung führt dies zu einer sehr einfachen Lösung, wobei es ein solches Grundkonzept möglich macht, daß einer Regelarbeitsstellung des Lüfterrades als Vorwärtsblasrichtung die Endlage entspricht, die über die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung angefahren wird. Es ist somit in der Regelarbeitsstellung keinerlei Druckversorgung nötig, so daß die größtmögliche Arbeitssicherheit gegeben ist und zudem auch ein sehr energiesparender Betrieb ermöglicht wird, wenn mit Druckbeaufschlagung lediglich eine Kurzarbeitsstellung als Rückwärtsblasrichtung angefahren wird. Dies kann durch einfache Zuschaltung einer Pumpe oder eines Kompressors erfolgen, zumal die großflächige Dimensionierung ein Arbeiten mit sehr geringen Drücken ermöglicht.

Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch möglich, eine entsprechende Druckversorgung durch Abzweigung aus Druckspeichern oder einem sonstigen, vorhandenem Drucksystem zu realisieren.

Insbesondere in Verbindung mit einer pneumatischen Betätigung der Stelleinrichtung kann, bei lediglich kurzzeitiger Zuschaltung der Druckluftquelle zum Aufbau des erforderlichen Stelldruckes und danach erfolgender Abschaltung, zeitgesteuert die Umschaltung von der Rückwärtsblasrichtung als Kurzarbeitsstellung auf die Regelarbeitsstellung als Vorwärtsblasrichtung schon dadurch realisiert werden, daß der Druckabbau zeitverzögert bzw. zeitgesteuert erfolgt.

Dies ist in besonders einfacher Weise dadurch möglich, daß das über den Stellkolben abgeschlossene Volumen über eine Drosselöffnung beispielsweise mit der Atmosphäre verbunden wird, mit der Folge, das erst nach einer gewissen Zeit der Druck soweit abgebaut ist, daß über die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung eine Umstellung auf die Regelarbeitsstellung möglich ist.

Die Haltezeit des Druckes, und damit die Bestimmung einer Zeitdauer, in der die sogenannte Kurzarbeitsstellung aufrecht erhalten wird, bevor die Umschaltung durch Druckabbau eingeleitet wird, läßt sich in einfacher Weise dadurch steuern, und zwar sowohl bei pneumatischer wie auch bei hydraulischer Betätigung, daß im Zulauf vom Arbeitsraum auf die Drossel ein Sperrventil angeordnet wird, beispielsweise also ein 2/2 Wegeventil, das in der einen Schaltstellung den Ablauf sperrt und in der anderen Schaltstellung den Ablauf auf die Drossel freigibt.

Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung die Lüfterflügel in ihrer jeweiligen Endlage über eine von der Stelleinrichtung unabhängige, in Richtung auf die Endlage willkürliche Haltekraft, insbesondere die auf die Lüfterflügel wirkenden Luftwiderstandskraft beaufschlagt sind, ist es in Verbindung mit einem vorgeschilderten, zeitgesteuerten Druckabbau möglich, die Stelleinrichtung so auszulegen, daß sich eine quasi schlagartige Umstellung zwischen den beiden Endlagen nicht nur bei der Umstellung von der Regelarbeitsstellung in die Kurzarbeitsstellung, sondern auch bei Umstellung in umgekehrter Richtung ergibt. Bei einer solchen Auslegung kann nämlich die über die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung aufgebrachte Stellkraft im Verhältnis zur Selbsthaltekraft so bemessen werden, daß sie nur geringfügig größer als die Selbsthaltekraft ist, so daß ein nahezu vollständiger Druckabbau durchgeführt werden kann, bevor die Umstellung erfolgt, wobei die Umstellung dann schlagartig erfolgt, da nach Überwinden der Selbsthaltekraft aufgrund des erfolgten Druckabbaues keine wesentliche Gegenkraft über den Stellkolben ausgeübt wird. Die Nutzung der auf die Lüfterflügel wirkenden Luftwiderstandskraft als Haltekraft stellt eine besonders vorteilhafte Lösung dar.

Eine Umschaltung von der Regelarbeitsstellung in die Kurzarbeitsstellung ist bezogen auf die Umschaltzeit im wesentlichen nur von der Förderkapazität der Druckquelle bzw. einem entsprechenden Speichervolumen als Versorgungsquelle abhängig.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, die vorstehend charakterisierte Rückwärtsblasrichtung als Kurzarbeitsstellung über längere Zeit aufrecht zu erhalten, beispielsweise dadurch, daß die Drossel bezogen auf die zugespeiste Druckluftmenge so abgestimmt ist, daß sich bei einem etwas erhöhten Betätigungsdruck ein Gleichgewichtszustand einstellt, oder daß im Zulauf auf die Drossel ein Sperrventil angeordnet wird.

Die Ausgestaltung eines Lüfterrades mit verstellbaren Lüfterflügeln und mit in deren jeweiliger Endlage über eine von der Stelleinrichtung unabhängige, in Richtung auf die Endlage wirkenden Haltekraft als Selbsthaltekraft erweist sich auch im Hinblick auf eine Stabilisierung der Lüfterflügel in ihrer jeweiligen Endlage und damit für ein sicheres Betriebsverhalten aus wesentlich, da auf diese Weise ohne Zusatzaufwand eine stabile Endlage realisierbar ist, in der die Flügel nicht flattern und trotz Verstellbarkeit der Flügel diese zur Nabe eine quasi fixierte Stellung einnehmen. Zudem läßt sich dieser Effekt ohne Zusatzaufwand realisiert, wenn die Lüfterflügel erfindungsgemäß über die sie entgegen der Förderrichtung beaufschlagenden Luftwiderstandskraft in Richtung auf die jeweils gegebene Endlage belastet sind.

Die Ausbildung des Exzentergetriebes mit einem gemeinsamen Stellring, der durch den zylindrischen Wandteil des Stellkolbens gebildet ist, führt in Verbindung mit der radialen Erstreckung und Lagerung der Lüfterflügel im Nabengehäuse bei axialer Überdeckung zum Stellkolben zu einer besonders einfachen und flachen erfindungsgemäßen Bauweise.

Zu einem einfachen Aufbau trägt insbesondere auch bei, wenn, bezogen auf die axiale Förderrichtung des Lüfterrades, die den Lüfterflügeln zugeordneten Exzenterzapfen in ihren beiden, der Regelarbeitsstellung und der Kurzarbeitsstellung entsprechenden Endlagen etwa auf der gleichen, bevorzugt aber in der gleichen durch die Drehachse des Lüfterrades gelegten Radialebene liegen. Dadurch ergibt sich für die beiden Endlagen die gleiche Lage der Lüfterflügel, und damit auch eine gleich große Selbsthaltekraft in beiden Endlagen. Durch entsprechende Verlagerung der den Endlagen entsprechenden Lagen der Exzenterzapfen ist es aber auch möglich, die Flügelstellungen in den Endlagen so zu beeinflussen, daß diese für die beiden Arbeitsstellungen nicht symmetrisch zu einer zur Drehachse des Lüfterrades senkrechten Radialebene liegen, mit der Folge der Änderung auch der entsprechenden Selbsthaltekräfte und der Fördermengen.

Die Lüfterflügel sind - radial von außen gesehen - jeweils entgegengesetzt zur Förderrichtung gekrümmt, so daß sich im Schnitt für die Lüfterflügel eine entgegen der Förderrichtung gerichtete konvexe Wölbung ergibt, wobei das in Förderrichtung nach vorne ragende Ende der jeweiligen Schaufel eine vorwiegend axiale Erstreckung aufweist, und das bezogen auf die Förderrichtung rückwärtige Ende eine weitgehend radiale Erstreckung zeigt.

Für die Umstellung zwischen den Förderrichtungen erweist sich eine Drehung der Flügel um ihre jeweilige zentrale Achse als zweckmäßig, und zwar mit einem Winkel von bevorzugt mehr als 90°, insbesondere mit einem Winkel in der Größenordnung von etwa 110°, wobei sowohl durch die Form des Flügelprofils, und/oder den Anstellwinkel und/oder den axialen Abstand der in Förderrichtung vorne liegenden jeweiligen Flügelkante zur Drehachse des Lüfterflügels die Größe der Selbsthaltekraft beeinflußt werden kann.

Das erfindungsgemäße Grundkonzept eines Lufterrades mit verstellbaren Lüfterflügeln macht es darüber hinaus, gegebenenfalls als Zusatzfunktion erfindungsgemäß unter Beibehalt des Bauprinzipes, möglich, eine drehzahl- und/oder temperaturabhängige Anpassung der Kühlleistung vorzunehmen, um die bei einem vorgegebenen starren Drehzahlverhältnis der Kurbelwelle zum Lüfterrad prinzipiell mit der Drehzahl steigende Kühlleistung dann zu verringern, wenn ein entsprechender Kühlleistungsbedarf nicht besteht. Erreicht ist dies bei einem erfindungsgemäßen Lüfterrad dadurch, daß die federbelastete Ausgangslage des Stellkolbens entgegen der Federkraft anschlagbegrenzt ist und die Anschlagbegrenzung drehzahl- und/oder temperaturabhängig in ihrer Lage verändert wird.

Ausgangspunkt hierfür ist, daß für eine Vielzahl von Einsatzzwecken, insbesondere für Arbeitsmaschinen, wie landwirtschaftliche und stationäre Arbeitsmaschinen, sowie auch Nutzfahrzeuge, und hier insbesondere landwirtschaftliche Nutzfahrzeuge wie Schlepper die Brennkraftmaschine meist innerhalb eines verhältnismäßig engen Arbeitsbereiches betrieben wird, so daß für eine kontinuierliche Verstellung der Lüfterflügel keine Notwendigkeit besteht. Der angesprochene Arbeitsbereich ist meist ein unterhalb der Höchstdrehzahl liegender Bereich der Brennkraftmaschine, in dem bezogen auf das für diesen Bereich erreichbare maximale Drehmoment bzw. die für diesen Bereich erreichbare maximale Leistung ein hoher, insbesondere maximaler Kühlleistungsbedarf gegeben ist. Ausgehend von diesem Bereich wächst mit steigender Drehzahl die Luftfördermenge und die über diese erreichbare Kühlleistung im Regelfall stärker an als der jeweilige maximale Kühlleistungsbedarf. Dem kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung Rechnung getragen werden, in dem der Anstellwinkel der Lüfterflügel - im Sinne einer Verringerung der Kühlleistung - in Richtung kleinerer Luftfördermenge verstellt wird, wobei dies unmittelbar drehzahlabhängig geschehen kann.

Eine solche drehzahlabhängige Verstellung kann als eigenständig erfinderische Lösung über die Stellkraft erreicht werden, die aus der luftwiderstandsabhängig auf die Lüfterflügel wirkenden Kraft resultiert, die mit der Drehzahl anwächst, so daß, bezogen auf den angesprochenen Arbeitsbereich maximalen Kühlleistungsbedarfes, eine Einstellung vorgenommen werden kann, in der die luftwiderstandsabhängige Stellkraft zu einer elastisch nachgiebigen Abstützung im Gleichgewicht steht. Wird dieser Arbeitsbereich nach oben verlassen, also die Drehzahl weiter angehoben, so ergibt sich mit der erhöhten Drehzahl eine entsprechend höhere luftwiderstandsabhängige Stellkraft, und es werden die Lüfterflügel gegen die elastische Abstützung auf einen kleineren Anstellwinkel verschwenkt, wobei es zweckmäßig ist, den zulässigen Mindestanstellwinkel durch einen Festanschlag zu begrenzen.

Im Rahmen der Erfindung, aber auch als eigenständig erfinderische Lösung kann eine entsprechende Anpassung auch temperaturabhängig erreicht werden. Dies ist dadurch möglich, daß ein temperaturabhängig arbeitendes Anschlagelement so ausgelegt wird, daß eine maximale Auslenkung gegeben ist, wenn die Brennkraftmaschine, mit entsprechender Drehzahl, im angesprochenen Arbeitsbereich maximaler Belastung und maximalem Kühlleistungsbedarfes arbeitet. Bei darüber hinaus gehender Drehzahl bleibt der Anstieg des Kühlleistungsbedarfes gegenüber dem Anstieg der Drehzahl zurück, so daß als Folge der über der Drehzahl steigenden Luftfördermenge und Kühlleistung die Temperatur abfällt, was dazu führt, daß das temperaturabhängig arbeitende Anschlagelement in seiner Auslenkung zurückgeht und eine Verstellung der Lüfterflügel über die sie belastende, luftwiderstandsabhängige Stellkraft in Richtung auf einen kleineren Anstellwinkel und eine entsprechend geringere Luftfördermenge ermöglicht.

Damit ist erfindungsgemäß, drehzahl- und/oder temperaturabhängig arbeitend, eine Lösung geschaffen, durch die in den kritischen, oberen Drehzahlbereichen der Leistungsbedarf des Lüfterrades auf das Maß zurückgenommen wird, das für die Kühlung der Brennkraftmaschine erforderlich ist, so daß die Verlustleistung der Brennkraftmaschine reduziert wird, mit entsprechend positiven Auswirkungen auf die effektiv zur Verfügung stehende Leistung der Brennkraftmaschine und auf der Kraftstoffverbrauch.

Die erfindungsgemäße temperaturabhängige Verstellbarkeit, gegebenenfalls auch kombiniert als temperatur- und drehzahlabhängige Verstellbarkeit ausgeführt, gibt zudem die Sicherheit, daß im Falle eines höheren Kühlleistungsbedarfes im oberhalb des genannten Arbeitsbereiches liegenden Drehzahlbereich kein Kühlleistungsdefizit eintritt, da bei erhöhter Temperatur und entsprechender Rückwirkung auf das temperaturabhängig arbeitende Anschlagelement die Lüfterflügel auch im oberhalb, also jenseits des angesprochenen Arbeitsbereiches liegenden Drehzahlbereich in ihrem Anstellwinkel verstellt bzw. auf einen Anstellwinkel eingestellt werden können, der der maximalen Förderleistung entspricht, sofern das temperaturabhängig arbeitende Anschlagelement so ausgelegt ist, daß es auch drehzahlabhängig auftreten, höheren luftwiderstandsabhängigen Stellkräften standhält.

Als elastische Anschlagelemente können Federn, insbesondere Schraubenfedern, als temperaturabhängige Anschlagelemente insbesondere Dehnstoffelemente Verwendung finden.

Weitere Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung mit weiteren Details noch anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: für ein Lüfterrad gemäß der Erfindung eine Hälfte von dessen Nabe in einer schematisierten Schnittdarstellung, wobei die Schnittebene eine Radialebene durch die Lagerung eines Lüfterflügels ist, mit einer ersten Ausführungsform einer Stelleinrichtung zum Verdrehen des Lüfterflügels,
Fig. 2: eine der Figur 1 entsprechende Schnittdarstellung durch ein entsprechendes Lüfterrad bei Ausgestaltung der Stelleinrichtung in einer anderen Ausführungsform,
Fig. 3: eine schematisierte Darstellung des Lüfterrades gemäß der Erfindung in einer vereinfachten radialen Ansicht mit Darstellung des im Scheitelpunkt stehenden Lüfterflügels,
Fig. 4: eine der Figur 3 entsprechende Darstellung mit einer Stellung des Lüfterrades zur Förderung in entgegengesetzter Richtung,
Fig. 5: eine schematisierte Darstellung eines Lüfterflügels in einer der Figur 3 entsprechenden Stellung und Ausbildung,
Fig. 6: eine der Figur 2 im Grundaufbau entsprechende Darstellung, bei der die federbelastete Ausgangsstellung durch eine lageveränderliche Anschlagbegrenzung abgesichert ist, die durch elastische und/oder temperaturabhängige längenveränderliche Abstützelemente gesichert ist,
Fig. 7: eine stark schematisierte und vereinfachte Darstellung eines der Stellvorrichtung zugeordneten Stellkolbens, in der die Lage der auf den Kolben wirkenden, als elastisch nachgiebige Abstützungen eingesetzten Schraubenfeder und der in Gegenrichtung wirkenden Anschlagelemente veranschaulicht ist,
Fig. 8: eine schematisierte Darstellung des Lüfterrades ähnlich jener gemäß Figur 3 in Zuordnung zum Kühler bzw. zur Brennkraftmaschine, wobei die drehzahlabhängige überdrückte Stellung des Lüfterflügels - verringerte Kühlleistung - strichliert angedeutet ist, und
Fig. 9: eine stark schematisierte Darstellung des Frontbereiches eines Schleppers in Seitenansicht, wobei im wesentlichen auf die Anordnung der Brennkraftmaschine und des dieser zugehörigen Kühlsystems abgehoben ist.

In der Darstellung gemäß Figur 1 ist ein Teil eines Lüfterrades 1 gezeigt, von dessen Lüfterflügeln 2 lediglich einer mit seinem radial inneren, nabenseitigen Anschlußteil 3 gezeigt ist, wobei die diesen Anschlußteil 3 aufnehmende Nabe, die schematisiert im Schnitt dargestellt ist, insgesamt mit 4 bezeichnet ist. Die Nabe 4 umfaßt einen napfförmigen Nabenkörper 5, der einen Bodenteil 6 und die Napfwand 7 umfaßt, wobei die als Umfangswand des Nabenkörpers 5 dienende Napfwand 7 über einen Deckel 8 gegenüberliegend zum Bodenteil 6 abgedeckt ist, so daß die Nabe 4 einen über Bodenteil 6, Napfwand 7 und Deckel 8 begrenzten Innenraum 9 aufweist. Bei zur Drechachse 10 der Nabe 4, deren Anbindung an die sie tragende Welle hier nicht weiter dargestellt ist, konzentrischem Aufbau der Nabe 4 nimmt deren Innenraum 9 einen Stellkolben 11 auf, der eine zur Napfwand 7 benachbarte, zylindrische Kolbenwand 12 und einen Kolbenboden 13 umfaßt, wobei Kolbenwand 12 und Kolbenboden 13 den Kolbeninnenraum 14 umgrenzen, der gegen den Bodenteil 6 der Nabe 4 offen ist. Nach der gegenüberliegenden Seite grenzt der Kolbenboden 13 des Stellkolbens 11, der im Bereich des Kolbenbodens 13 über Ringdichtungen 15 gegen die Napfwand 7 abgedichtet ist, einen Arbeitsraum 16 ab, der über eine Versorgungsöffnung 17 an eine Druckquelle, die hier nicht weiter dargestellt ist, anzuschließen ist. Ferner ist im Deckel 8 eine Abströmöffnung 19 angeordnet, die im Rahmen der Erfindung als Drosselbohrung ausgebildet ist. In Richtung auf den Deckel 8 ist der Stellkolben 11 elastisch nachgiebig belastet, wobei diese Abstützung im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 über ein Schraubenfeder 20 als Abstützelement erfolgt, deren Durchmesser etwa dem Durchmesser des sie aufnehmenden Kolbeninnenraumes 14 entspricht.

Im zur Kolbenwand 12 axial, sowie auch radial in Überdeckung liegenden Teil der Napfwand 7 sind die Lüfterflügel 2 über ihr Fußteil als Anschlußteil 3 drehbar gelagert, wobei die diesbezüglichen Lager im Ausführungsbeispiel nur schematisch angedeutet und mit 21 bezeichnet sind. Mit dem Anschlußteil 3 ist, diesem im Bezug auf die Lager 21 gegenüberliegend, ein Deckelteil 22 drehfest und unter axialer Verspannung verbunden, das seinerseits zur Achse 23 der Lager 21 und des jeweiligen Lüfterflügels 2 exzentrisch liegend einen Stellzapfen 24 umfaßt, der in eine in der Kolbenwand 12 vorgesehene Ausnehmung 25 eingreift, die bevorzugt als Aufnahmebohrung, insbesondere als den Stellzapfen 24 führende Sacklochbohrung ausgebildet ist.

Wird der Arbeitsraum 16 mit Druck beaufschlagt, so wird der Kolben 11 gegen die Kraft der Feder 20 axial verschoben, und mit dieser Verschiebung ist eine Schwenkbewegung des Stellzapfens 24 um die Lagerachse 23 mit entsprechender Verdrehung des Lüfterflügels 2 um diese Achse verbunden, wobei der Schwenkbewegung für den Stellzapfen 24 eine Drehung des Kolbens 11 um die Drehachse 10 überlagert ist, die dadurch bedingt ist, daß mit der Verlagerung des Stellzapfens 24 bei der axialen Verschiebung des Kolbens 11 aufgrund der Exzentrizität des Stellzapfens 24 zur Achse 23 eine entsprechende Verdrehung des Kolbens einhergehen muß, wenn keine mechanische Blockade eintreten soll.

Nicht dargestellt ist im Ausführungsbeispiel die dem Anschlußteil 3 zur Abdeckung der Lager 21 zugehörige, umfangsseitige Abdeckung der Nabe 4.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 entspricht jenem gemäß Figur 1 sehr weitgehend. Dementsprechend finden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen Verwendung.

Dem in diesem Ausführungsbeispiel mit 31 bezeichneten Stellkolben sind als elastisch nachgiebige Abstützungen - Abstützelemente - aber mehrere Schraubenfedern 32 über den Umfang verteilt zugeordnet, die jeweils bei Abstützung gegen das Bodenteil 6 des napfförmigen Nabenkörpers in einer in der Rückseite des Stellkolbens 31 vorgesehenen Ausnehmung 33 geführt sind.

Die Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 3 und 4 zeigen in stark schematisierter Darstellung die Zuordnung des Lüfterrades 1 zum Kühler einer nur angedeuteten Brennkraftmaschine 18, wobei dieser Kühler mit 40 bezeichnet ist und wobei für das jeweilige Lüfterrad 1 jeweils nur ein Lüfterflügel 42 gezeigt ist. Es ist dies jener Lüfterflügel 42, der in der dargestellten Ansicht bezüglich seiner Verstell-Drehachse 23 in einer zur Zeichenebene senkrechten, die Drehachse 10 des Lüfterrades 1 enthaltenden Ebene liegt, so daß die in der Napfwand 7 vorgesehene Aufnahmebohrung 43 für die Lagerung des Anschlußteiles 3 des jeweiligen Lüfterflügels 42 symmetrisch zu dieser Ebene liegt.

Ausgehend von einer Baulage der Nabe 4 entsprechend jener gemäß Figuren 1 und 2 in der Konfiguration gemäß Figuren 3 und 4 ist der in Figur 4 nicht weiter dargestellte Stellkolben 11 gemäß Figur 1 bzw. 31 gemäß Figur 2 in Richtung des Pfeiles 44, also vom Kühler 40 weg druckbelastbar, und damit entgegen der elastisch nachgiebigen Rückstelleinrichtung, die durch die Feder 20 bzw. durch die Federn 32 - jeweils als Abstützelemente - gebildet ist, verschiebbar. Eine entsprechende Verschiebung bedingt die Umstellung des Lüfterflügels aus der Lage gemäß Figur 3 in eine Lage gemäß Figur 4. Der Lage gemäß Figur 3 entspricht einer Förderrichtung des Lüfterrades 1, wie sie durch den Pfeil 46 angegeben ist, so daß Luft durch den Kühler 40 angesaugt wird.

Wird der Stellkolben 11 bzw. 31 druckbeaufschlagt, so ergibt sich mit der axialen Verschiebung des Stellkolbens 11 bzw. 31 eine Verdrehung des Stellzapfens 24 um die jeweilige Lagerachse 23 des zugehörigen Lüfterflügels, und damit aufgrund der drehfesten Verbindung zwischen dem exzentrischen Stellzapfen 24 und dem jeweiligen Lüfterflügel eine Verdrehung des Lüfterflügels.

Entsprechend den axial möglichen Endlagen des Stellkolbens 11 bzw. 31 ergeben sich auch zwei Endlagen für die Lüfterflügel 2 des Lüfterrades 1, wobei diese Endlagen für den Lüfterflügel 42 in den Figuren 3 bzw. 4 dargestellt sind und wobei Figur 4 die Endstellung zeigt, die dem druckbeaufschlagten und gegen die elastisch nachgiebige Abstützung verschobenen Kolben entspricht. In der Endstellung gemäß Figur 4 ist der Lüfterflügel 42 entgegengesetzt zur Darstellung gemäß Figur 3 angestellt, mit der Folge, daß nunmehr in Richtung auf den Kühler 40 (Pfeil 47) gefördert wird.

Der axiale Verstellweg des Stellkolbens 11 bzw. 31 ist so bemessen, daß sich durch das Zusammenwirken mit dem exzentrischen Stellzapfen 24 eine Verdrehung des Lüfterflügels 42, im Ausführungsbeispiel eine Verdrehung (Pfeil 56) über 110°, ergibt, wobei der Lüfterflügel 42 in seinen beiden Endstellungen eine zu der Symmetrieebene durch die Drehachse 23 des Lüfterflügels 42, die senkrecht zur Drehachse 10 des Lüfterrades 1 steht, symmetrische Lage einnimmt. Dementsprechend ist beim Ausführungsbeispiel das Förderverhalten des Lüfterrades 1 in beiden Förderrichtungen, Pfeile 46 und 47 gleich.

Der Drehwinkel für die Lüfterflügel 42 kann, auch wenn ein Winkel von 110° besonders vorteilhaft ist, und ein Winkel von 110° sich insbesondere mit der beschriebenen Schaufelkonfiguration als besonders vorteilhaft erweist, insbesondere bei gewölbten Schaufelquerschnitten auch kleiner sein, wobei sich auch Winkel von weniger als 90°, etwa von 70-90° erfindungsgemäß insbesondere dann realisieren lassen, wenn in einer Förderrichtung eine kleinere Förderleistung als in der anderen Richtung in Kauf genommen wird, was teilweise auch angestrebt werden kann. So im Rahmen der Erfindung beispielsweise, wenn für die Kurzarbeitsstellung eine besonders hohe Förderleistung angestrebt wird, um z.B. bei Verunreinigung des Kühlers 40 ein schnelles Freiblasen zu erreichen, die für die Regelarbeitsstellung erforderliche Förderleistung aber vergleichsweise gering ist .

Bezogen auf das gezeigte Ausführungsbeispiel und die angesprochene Symmetrieebene sind die Lüfterflügel 42 jeweils entgegengesetzt zur jeweiligen Förderrichtung ausgewölbt, wobei der durch den Lüfterflügel 42 gebildete Kurvenbogen 49 und die die Enden der Lüfterflügel verbindende Sehne 48 ein Kreissegment beschreiben, dessen Sehne 48 unter einem Winkel 52 von etwa 50-60°, im Ausführungsbeispiel etwa 55° zu der zur Drehachse 10 parallelen Förderrichtung verläuft. Bezogen auf die Drehachse 23 des jeweiligen Lüfterflügels 42 und eine zur Sehne 48 parallele, durch die Drehachse 23 verlaufende Gerade liegen die Sehne 48 und der Kurvenbogen 49 des Lüfterflügels 42 auf verschiedenen Seiten der durch die Drehachse 23 verlaufenden Gerade 50, wobei die durch die Sehne 48 gegebene Breite des Lüfterflügels im wesentlichen dessen Krümmungsradius entspricht. Der Krümmungsmittelpunkt 53 für den Kurvenbogen 49 liegt dabei auf einer zur Sehne 48 senkrechten Gerade 51 durch die Achse 23, zu der der Kurvenbogen 49 symmetrisch liegt. Der Umfangswinkel 54 des Kurvenbogens 49 beträgt im Ausführungsbeispiel zwischen 55 und 75°, bevorzugt etwa 65°.

Die beschriebene Konfiguration des Lüfterflügels 42 ermöglicht für beide Endstellungen und bei unabhängig von der Stellung des Lüfterflügels 42 gleichbleibender Drehrichtung 55 des Lüfterrades 1 in einfacher Weise, d.h. ohne zusätzlichen mechanischen Aufwand die Realisierung eines Selbsthalteeffektes aufgrund des auf den Lüfterflügel 42 wirkenden Luftwiderstandes. In beiden Endstellungen ist der Lüfterflügel 42 durch den Luftwiderstand in Richtung auf die Endstellung beaufschlagt. Dementsprechend bedarf es im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung keiner anderweitigen besonderen Sicherung dieser Endstellung, z.B. um ein Flattern der Flügel zu vermeiden.

Damit läßt sich erfindungsgemäß ein Lüfterrad 1 realisieren, bei dem der Stellkolben 11, 31 der Stelleinrichtung in der Vorwärtsblasrichtung 46, die der Regelarbeitsstellung entspricht, lediglich über die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung belastet ist, die durch die Feder 20 bzw. den Federn 32 gebildet ist. Hohe Vorspannkräfte sind dabei nicht erforderlich, da die Flügel 2 bzw. 42 in die dieser Regelarbeitsstellung entsprechende Stellung gemäß Figur 3 auch über den sie beaufschlagenden Luftwiderstand gedrängt sind, so daß sich für die Lüfterflügel keine Flatterbewegungen ergeben.

Wird der Stellkolben 11 bzw. 31 mit Druck beaufschlagt, so ist bei der erfindungsgemäßen Lösung, bei der der Stellkolben 11 bzw. 31 axial druckbeaufschlagt wird und eine der Nabenfläche weitgehend entsprechende, und damit sehr große Beaufschlagungsfläche aufweist, lediglich ein geringer Stelldruck erforderlich und es kann das System deshalb mit Niederdruck betrieben werden. Mit der Druckbeaufschlagung wird der Kolben 11 bzw. 31 gegen die elastisch nachgiebige Abstützung (Federn 20, 32) verschoben und es erreichen damit die Lüfterflügel 42 eine Stellung gemäß Figur 4, bei der in Richtung auf den Kühler 40 geblasen wird (Rückwärtsblasrichtung 47 oder Kurzarbeitsstellung).

Geht man davon aus, daß diese Arbeitsstellung gegenüber der Regelarbeitsstellung nur kürzere Zeit aufrecht erhalten werden soll, so ist die Betriebszeit unter einer solchen Druckbeaufschlagung auch kürzer als die Regelarbeitsszeit, und der Energieverbrauch eines solchen Systemes geringer als bei Systemen, die für die Aufrechterhaltung zumindest einer ihrer Endlagen jeweils eine entsprechende aktive Beaufschlagung benötigen.

Wird die Druckbeaufschlagung, die, was hier nicht weiter dargestellt ist, über eine Pumpe oder einen Kompressor durch Zuschalten desselben erfolgen kann, aber auch durch Anschluß an ein Niederdruckspeichersystem, unterbrochen, so erfolgt der Druckabbau durch Abströmen der Luft über die Abströmöffnung 19, die in der Ausbildung als Drosselöffnung in Abhängigkeit vom Drosselquerschnitt eine Möglichkeit bietet, den Druckabbau zeitgesteuert vorzunehmen.

Sind die Lüfterflügel auch in Richtung auf ihre der Kurzarbeitsstellung entsprechende Endstellung über den Luftwiderstand beaufschlagt sind, kann bei der erfindungsgemäßen Lösung die entsprechende Endlage während der Zeit des Druckabbaues noch aufrecht erhalten werden, da der Selbsthalteeffekt der über die elastisch nachgiebige Abstützung wirkenden Rückstellkraft entgegenwirkt. Entsprechende Abstimmung dieser Rückstellkraft auf die Selbsthaltekraft vorausgesetzt kann somit ein sehr weitgehender Druckabbau erfolgen, bevor die Umstellbewegung erfolgt, so daß die Umstellung nahezu schlagartig erfolgen kann, wie dies auch bei der Umstellung in Gegenrichtung unter Druckbeaufschlagung möglich ist.

Abweichend von dem schematisiert dargestellten Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 1 und 2 kann die Drosselöffnung selbstverständlich auch an anderer Stelle in dem vom Arbeitsraum ausgehenden Ablaufweg angeordnet sein. Insbesondere erweist es sich dabei als zweckmäßig, der Drossel ein Sperrventil zuzuordnen, sei es vorgelagert, nachgelagert oder in die Drossel integriert, um über dieses Ventil die Haltedauer des Druckes in der Arbeitskammer festzulegen, und damit unabhängig von dem Anschluß der Arbeitskammer an die Druckquelle, sobald in der Arbeitskammer der für die Umstellung in die Kurzarbeitsstellung erforderliche Druck aufgebaut ist.

Insbesondere in Verbindung mit einer solchen Ausgestaltung ist eine hydraulische Betätigung des Stellkolbens zweckmäßig und vorteilhaft, zumal bei hydraulischer Betätigung in vielen Fällen, wie beispielsweise bei Schleppern auf bereits vorhandene hydraulische Anlagen und deren Druckversorgung zurückgegriffen werden kann.

Insbesondere in Verbindung mit einer hydraulischen Betätigung ist im Rahmen der Erfindung parallel geschaltet zum Arbeitsraum ein Druckspeicher, insbesondere ein Druckblasenspeicher vorgesehen, derart, daß nach Abschalten der Druckquelle der Druck im Arbeitsraum auch bei gewissen Leckagen aufrecht erhalten werden kann. Ferner ist es dadurch auch möglich, über eine im Ablauf liegende Drossel die eigentliche Umschaltdauer auch bei einem hydraulischen System zu bestimmen, da nach Freigabe des Ablaufes Druckmedium aus dem Druckspeicher in den Arbeitsraum nachgerückt wird und von dort über die Drossel abströmt, und zwar unter gleichzeitiger Verringerung des Druckes in dem durch Druckspeicher und Arbeitskammer gebildeten System, so daß die Umschaltung in die Regelarbeitsstellung auch hier nahezu schlagartig erfolgen kann, wenn dieser Systemdruck auf einen Wert abgesunken ist, bei dem die auf den Kolben wirkende Stellkraft kleiner ist als die über die Federn aufgebrachte Rückstellkraft.

Damit ist durch die Erfindung eine Stelleinrichtung für ein Lüfterrad geschaffen, die einen Einsatz eines solchen Lüfterrades im Kühlsystem von Brennkraftmaschinen besonders zweckmäßig macht, und zwar insbesondere dann, wenn die Kurzarbeitsstellung mit Umkehrung der Förderrichtung gegenüber der Regelarbeitsstellung dazu genutzt werden soll, den Kühler, bzw. den Zuflußweg zum Lüfterrad, bezogen auf die Luftströmungsrichtung in der Regelarbeitsstellung durch Umkehrung der Strömungsrichtung freizublasen. Siehe hierzu Figur 9.

Dadurch, daß die erfindungsgemäße Losung eine schlagartige Umstellung auch von Kurzarbeitsstellung zur Regelarbeitsstellung ermöglicht, ist der Regelarbeitsbetrieb des Lüfterrades und damit der normale Kühlbetrieb nur kurzzeitig unterbrochen, womit Überhitzungen der Maschine vorgebeugt wird.

Die Umstellung auf die Kurzarbeitsstellung zur Reinigungszwecken kann in Abhängigkeit von Luftwiderstand oder sonstigen geeigneten Parametern, wie beispielsweise Änderungen der Kühlwassertemperatur und dergleichen automatisch erfolgen, oder auch manuell, wobei jeweils lediglich eine kurzzeitige Zuschalung der Druckquelle erforderlich ist, um die Umsteuerung auf die Kurzarbeitsstellung vorzunehmen. Dementsprechend ist auch der Energiebedarf für den Betrieb des erfindungsgemäßen Lüfterrades außerordentlich gering, zumal, wie dargelegt, die Umsteuerung in Gegenrichtung ohne aktive Stelleinrichtungen vollzogen wird.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Figur 6 gezeigt, wobei Figur 6 eine im Grundaufbau der Figur 1 entsprechende Darstellung zeigt und auch gleiche Bezugszeichen Verwendung finden. Dies gilt auch für den Stellkolben 11, der auf Seiten des Arbeitsraumes 16 mit Druckmedium beaufschlagbar ist und der auf seine dargestellte Ausgangslage federbelastet ist, wie über die Schraubenfeder 32 angedeutet. Abweichend von der Darstellung gemäß Figur 1 ist der Stellkolben 11 ausgehend vom Arbeitsraum 16 mit Aufnahmeöffnungen 75, 76 versehen, die den Kolbenboden 13 durchsetzend geschlossen ausgeführt sind und in denen Anschlagelemente 77 bzw. 78 anzuordnen sind, die sich gegen den Deckel 8 abstützen. Als Anschlagelement 77 ist eine Stützfeder vorgesehen, als Anschlagelement 78 ein Dehnstoffelement, wie es gegebenenfalls handelsüblich zu erwerben ist. Um die in der Zuordnung zum Kühler 40 bzw. zur Brennkraftmaschine 18 gegebene Lage des Lüfterrades 1 zu symbolisieren, sind in Figur 6 der Kühler mit 40 und die Brennkraftmaschine mit 18 schematisch angedeutet.

Die Anschlagelemente 77, 78 bilden drehzahl- bzw. temperaturabhängig lageveränderliche Anschlagbegrenzungen, auf die der Kolben 11 in Gegenrichtung zur Schraubenfeder 32 als elastisch nachgiebigem Abstützelement abgestützt ist, wobei der Kolben 11 einen Rand 79 aufweist, der bei Anlage am Deckel 8 als Festanschlag wirkt.

Figur 7 zeigt in der schematisierten Darstellung des Stellkolbens 11 bei Ansicht desselben in Richtung des Pfeiles 80 in Figur 6 beispielsweise mögliche Anordnungen für die Anschlagelemente 77, 78 und die in Gegenrichtung wirkenden Schraubenfedern 32, wobei die in Figur 7 linksseitig gezeigte Ausgestaltung eine radial gestaffelte Anordnung für die Anschlagelemente 77 bzw. 78 andeutet, während die rechtsseitige Darstellung diese bei in Umfangsrichtung versetzter Anordnung zeigt. Entsprechend diesen Anordnungen erweist es sich als zweckmäßig, die von der Gegenseite wirkende federelastische Abstützung, die durch die Schraubenfeder 32 symbolisiert ist, auf Lücke zu setzen, so beispielsweise in der linksseitigen Darstellung nahe der Kolbenwand, und in der rechtsseitigen Darstellung zentrumsnah. Diese Weise läßt sich eine gleichmäßige Kolbenabstützung von beiden Kolbenseiten her erreichen, so daß der Kolben keinen Verkantungskräften ausgesetzt ist.

Figur 8 zeigt ausgehend von einer Lage der Nabe 4 gemäß Figur 6, und damit bezogen auf eine Anordnung des Lüfterrades 1 gemäß Figur 9, die Stellung für einen Lüfterflügel 42 bei in Richtung auf die Brennkraftmaschine 18 gegebener Förderrichtung 46, wobei die Umlaufrichtung des Lüfterrades 1 durch den Pfeil 81 symbolisiert ist, entsprechend einer Drehrichtung 55.

Mit 42 ist jener Lüfterflügel des Lüfterrades 1 bezeichnet, der in der dargestellten Ansicht gemäß Figur 6 bezüglich seiner Verstelldrehachse 23 in einer zur Zeichenebene senkrechten, die Drehachse 10 des Lüfterrades 1 enthaltenen Ebene liegt, so daß die in der Napfwand 7 vorgesehene Aufnahmebohrung 43 für die Lagerung 21 des Anschlußteiles 3 symmetrisch zu dieser Ebene liegt. Der Lüfterflügel 42 fördert in der Darstellung gemäß Figur 8 in Richtung des Pfeiles 46, also in Richtung auf die Brennkraftmaschine 18, und der in Vollinien dargestellten Stellung des Lüfterflügels 42 entspricht eine Stellung des Stellzapfens 24 gemäß Figur 6. Der Stellzapfen 24 ist in Figur 8 nur schematisch angedeutet. Die gezeigte, in Vollinien dargestellte Stellung des Lüfterflügels 42 in Figur 8 entspricht einer maximalen Förderstellung als Anschlagstellung, die für den Kolben 11 bezogen auf eine vorgegebene Drehzahl durch die in der Aufnahmeöffnung 76 angeordneten Federn 77 drehzahlabhängig gehalten wird, oder auch temperaturabhängig durch das in Aufnahmeöffnungen 75 angeordnete Dehnstoffelemente 78. Der über die Federn 77 und/oder über die Dehnstoffelemente 78 als Anschlagelemente auf den Kolben 11 ausgeübten Stützkraft wirkt eine luftwiderstandsabhängige Stellkraft entgegen, neben der Kraft der Feder 32, mit der Tendenz, den jeweiligen Lüfterflügel, wie für den Lüfterflügel 42 strichliert angedeutet, in eine Stellung mit einem flachen Anstellwinkel zu drücken. Analog zu dieser Stellung des Lüfterflügels 42 ist auch die Stellung des Stellzapfens 24 strichliert in Figur 8 eingezeichnet.

Geht man davon aus, daß die Brennkraftmaschine 18 einen Arbeitsbereich hat, der unterhalb der Höchstdrehzahl liegt und in dem bezogen auf das für diesen Bereich erreichbare maximale Drehmoment bzw. die für diesen Bereich erreichbare maximale Leistung ein hoher, insbesondere dem maximalen Kühlleistungsbedarf der Brennkraftmaschine 18 entsprechender Kühlleistungsbedarf gegeben ist, so entspricht dem die in Figur 8 für die Lüfterschaufel 42 angenommene, in Vollinien dargestellte Stellung mit einem entsprechenden Anstellwinkel, der bezogen auf das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 in der Größenordnung von etwa 50° liegt. Auf diese Anschlagstellung ist die Lüfterschaufel 42 über die Feder 77 abgestützt, wobei der Kraft der Feder 77 eine Stellkraft entgegenwirkt, die für den angesprochenen Arbeitsbereich und die in diesem gegebene Drehzahl luftwiderstandsabhängig über den Lüfterflügel 42 und die Exzenterverbindung zum Kolben 11 auf den Kolben 11 ausgeübt wird. Ist der Kolben 11 zusätzlich in Gegenrichtung zur Feder 77 durch die Feder 32 abgestützt, so ist diese zu berücksichtigen, derart, daß die Stellung der Lüfterschaufel 42 gemäß Figur 8 quasi einer Gleichgewichtsstellung bezogen auf die angesprochenen Kräfte entspricht.

Erhöht sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine über den genannten Bereich hinaus, so erhöht sich die luftwiderstandsabhängig auf die Lüfterschaufel 42 ausgeübte Stellkraft, mit dem Effekt, daß die als Anschlagelement wirksame Feder 77 komprimiert wird und der Lüfterflügel 42 in eine flachere Stellung schwenkt, wie für den Lüfterflügel 42 in Figur 8 strichliert angedeutet, wobei der für diese Stellung des Lüfterflügels 42 gegebene Anstellwinkel flacher ist, und diesem Anstellwinkel eine Lage des Stellzapfens 24 zugeordnet ist wie sie strichliert angedeutet ist Diese strichlierte Lage des Stellzapfens 24 entspricht einer nicht dargestellten Lage des Kolbens 11 gemäß Figur 6, in der der Kolben 11 gegen den Deckel 8 als Festanschlag über seinen Rand 79 ansteht.

Dem vorstehend angesprochenen Arbeitsbereich entspricht ein bestimmter Kühlleistungsbedarf, und damit auch ein gewisses Temperaturniveau, dem die Nabe 4 ausgesetzt ist. Unter Verwendung eines temperaturabhängig arbeitenden Dehnstoffelementes als Anschlagelement, in Figur 6 mit 78 angedeutet, läßt sich bezogen auf die angesprochene Temperatur eine Stellung des Kolbens 11 durch entsprechende Auslenkung des Dehnstoffelementes 78 erreichen, der im Sinne der vorstehenden Beschreibung eine Stellung des Lüfterflügels 42 entspricht, wie sie in Figur 8 in Vollinien dargestellt ist und die ihrerseits einem maximalen Kühlleistungsbedarf entspricht. Ergibt sich demgegenüber ein Abfall der Temperatur, so beispielsweise durch drehzahlbedingtes Ansteigen der Luftfördermenge bezogen auf unveränderte Anstellwinkel für die Lüfterschaufeln 42 ohne ansteigen des Kühlleistungsbedarfes der Brennkraftmaschine 18, so sinkt die Temperatur, und das Dehnstoffelement 78 geht in seiner Auslenkung zurück, derart, daß der Kolben 11, analog zur Kompression der Feder 77 bei steigender Drehzahl, sich in Richtung auf den Deckel 8 verschiebt und der Lüfterflügel 42 in eine Stellung mit flacherem Anschlagwinkel zurückschwenkt.

Sind als Anschlagelemente kombiniert federelastische Anschlagelemente (Feder 77) und temperaturabhängig arbeitende Anschlagelemente (Dehnstoffelement 78) eingesetzt, so ergänzen sich die entsprechenden Funktionen und es ist durch das temperaturabhängig arbeitende, insbesondere als Dehnstoffelement 78 ausgebildete Anschlagelement sichergestellt, daß bei entsprechendem Kühlleistungsbedarf unabhängig von der Drehzahl über das temperaturabhängig arbeitende Anschlagelement ein Anstellwinkel für die Lüfterschaufel 42 eingesteuert wird, der dem erhöhten Kühlleistungsbedarf Rechnung trägt, wobei verhältnismäßig kleine Stellwege für die jeweiliegen Stützelemente gegeben sind und benötigt werden.

Figur 9 zeigt für ein erfindungsgemäßes Lüfterrad 1 eine bevorzugte Einsatzmöglichkeit mit Verbindung mit einem Schlepper, wobei der Schlepper insgesamt mit 82 bezeichnet ist und einen Rahmenteil 83 aufweist, der frontseitig im Bereich der Vorderachse über Räder 84 abgestützt ist. Im Achsbereich der Vorderachse zwischen den Rädern 84 liegt die Brennkraftmaschine 18, der der Kühler 40 baulich vorgelagert ist, wobei zwischen dem Kühler 40 und der Brennkraftmaschine 18 das Lüfterrad 1 liegt, beispielsweise also ein gemäß der Erfindung ausgestattetes Lüfterrad 1, das über die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 18 in üblicher Weise angetrieben ist.

Am Vorderende des Rahmens 83 ist ein Anschlußrahmen 85 vorgesehen, an dem sich Geräte oder dergleichen beispielsweise über eine Dreipunkthebevorrichtung anbringen lassen.

Sind solche Geräte insbesondere frontseitig zum Schlepper 82 angeordnet, so können diese im Arbeitseinsatz je nach Arbeitsgebiet, beispielsweise als Bodenbearbeitungsgeräte, Erntemaschinen oder Heuwerbungsmaschinen zu einer erheblichen Belastung der Luft mit Staug- und/oder Pflanzenpartikeln führen, die als Kühlluft schlepperseitig genutzt wird und über den Kühler 40 vom Lüfterrad 1 in Richtung auf die Brennkraftmaschine 18 gefördert wird (Pfeil 46). Die Gegenrichtung ist durch den Pfeil 47 symbolisiert. Diese Verschmutzung der Luft kann zu erheblichen Kühlproblemen führen, ungeachtet dessen, daß aufgrund der unmittelbaren Antriebsverbindung des Lüfterrades 1 zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 18 das Lüfterrad stets die bei der jeweiligen Drehzahl mögliche, volle Kühlluftmenge fördert. Verstärkt werden diese Probleme bei möglichst schlanken Schleppersilhouetten, wie sie angestrebt werden, um einen möglichst guten Überblick über die Arbeitsgeräte zu erhalten, da unter diesen Gesichtspunkten die Kühlerflächen wie auch die Zuströmflächen auf den Kühler 40 möglichst klein gehalten werden und deshalb auch im Zuströmbereich auf den Kühler 40 bei Förderung der Kühlluft in Richtung 46 auf die Brennkraftmaschine 4 hohe Luftgeschwindigkeiten gegeben sind. Die in Verbindung mit solchen Ausgestaltungen durch Zuwachsen des Kühlers 40 auftretenden Probleme werden bei der erfindungsgemäßen Lösung dadurch beseitigt, daß die Kühlluftströmung kurzzeitig umgesteuert wird und, wie anhand der vorstehenden Schilderung näher erläutert, der Kühler 40 durch entgegengesetzte Durchströmung freigeblasen wird.

Claims

Lüfterrad, insbesondere im Kühlsystem von Brennkraftmaschinen einsetzbares Lüfterrad, mit einer Nabe und verstellbaren Lüfterflügeln, die drehbar in der Umfangswand der Nabe geführt und über einen in der napfförmigen Nabe liegenden Stellantrieb verstellbar sind, der ein auf eine Ausgangslage federbelastetes und durch ein Druckmedium in Gegenrichtung beaufschlagbares Stellelement und in dessen Übergang auf die Lüfterflügel liegende Verstellexzenter umfaßt, die über das Stellelement beaufschlagbar sind, wobei das Stellelement durch einen dichtend an die Napfwand anschließenden und über diese geführten, konzentrisch angeordneten Stellkolben gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolbenwand (12) des Stellkolbens (11) als Stellring für die Aufnahme von Stellzapfen (24) der Verstellexzenter in radialer Überdeckung zu den Lüfterflügeln (2) liegt und daß die Lüfterflügel (2, 42) durch die Beaufschlagung des Stellkolbens (11) mit Druckmedium in eine zur Förderrichtung (46) in der Ausgangslage entgegengesetzte Förderrichtung (47) umstellbar und in beiden der einander entgegengesetzten Förderrichtungen (46, 47) in Richtung auf die der jeweiligen Förderrichtung (46 bzw. 47) entsprechende Flügelstellung belastet sind.
Lüfterrad nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lüfterflügel (2, 42) in Richtung auf die der jeweiligen Förderrichtung (46 bzw. 47) entsprechende Flügelstellung über die Luftwiderstandskraft belastet sind.
Lüfterrad nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lüfterflügel (2, 42) in ihrer jeweiligen Endlage über die Luftwiderstandskraft als von der Stelleinrichtung unabhängige, in Richtung auf ihre jeweilige Endlage wirkende Selbsthaltekraft beaufschlagt sind, die kleiner ist als die Rückstellkraft, die durch die Federkraft entgegengesetzt zur Beaufschlagung durch das Druckmedium auf den Stellkolben (11) wirkt.
Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß, bezogen auf die axiale Förderrichtung des Lüfterrades (1) die Stellzapfen (24) in beiden, den entgegengesetzten Förderrichtungen (46 bzw. 47) entsprechenden Endlagen auf der gleichen Seite einer die Drehachse (10) des Lüfterrades (2, 42) enthaltenden Radialebene liegen.
Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lüfterflügel (2, 42) - in radialer Ansicht - in ihren beiden den entgegengesetzten Förderrichtungen (46 bzw. 47) entsprechenden Endlagen jeweils entgegengesetzt zur Förderrichtung (46 bzw. 47) ausgewölbt sind.
Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lüfterflügel (2, 42) zwischen ihren Endlagen bezogen auf ihre Drehachse (23) über mehr als 90°, insbesondere etwa 110° gegeneinander verdreht sind.
Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lüfterflügel (2, 42), in radialer Ansicht und bezogen auf die Drehrichtung (55) des Lüfterrades (1) jeweils entgegen der Drehrichtung (55) ausgewölbt sind.
Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lüfterflügel (2, 42) - in radialer Ansicht und bezogen auf die Drehrichtung (55) des Lüfterrades (1) - mit ihrem rückwärtigen Ende schräg zur jeweiligen Förderrichtung (46 bzw. 47) entgegen der Drehrichtung (55) des Lüfterrades (1) nach hinten und mit ihrem vorderen Ende im wesentlichen in Umfangsrichtung des Lüfterrades (1) verlaufen.
Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die durch die elastische Abstützung (Feder 20) entgegengesetzt zur Verstellrichtung durch Beaufschlagung mit Druckmedium anfahrbare Ausgangslage des Stellkolbens (11, 31) einer Regelarbeitsstellung (Förderrichtung 46) entspricht und die über die Beaufschlagung mit Druckmedium anfahrbare Endlage des Stellkolbens (11 bzw. 31) einer Kurzarbeitsstellung (Förderrichtung 47).
Lüfterrad nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellung der Lufterflügel (2, 42) von der Kurzarbeitsstellung (Förderrichtung 47) auf die Regelarbeitsstellung (Förderrichtung 46) durch insbesondere zeitgesteuerten Abbau des nach Abschalten der Druckquelle bestehenden Druckes umschaltbar ist.
Lüfterrad nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die federbelastete Ausgangslage des Stellkolbens (11, 31) entgegen der Federkraft anschlagbegrenzt ist und die Anschlagbegrenzung drehzahl- und/oder temperaturabhängig lageveränderlich ist.
Lüfterrad nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangsstellung einer Stellung der Lüfterflügel (42) des Lüfterrades (1) entspricht, in der eine hohe, insbesondere im Bereich des Maximums liegende Förderleistung gegeben ist und daß die Ausgangsstellung einem Arbeitsbereich der Brennkraftmaschine (18) zugeordnet ist, in dem eine unter der Höchstdrehzahl der Brennkraftmaschine (18) liegende Drehzahl und ein hoher, insbesondere im Bereich des Maximums liegender Kühlleistungsbedarf gegeben ist.
Lüfterrad nach einem der Ansprüche 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlagbegrenzung durch den Stellkolben (11, 31) elastisch nachgiebig in Richtung auf die Ausgangsstellung belastende Anschlagelemente (Dehnstoffelement 27, Feder 28) gebildet ist.
Lüfterrad nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die als Anschlagbegrenzung dienende Abstützung durch zumindest eine Feder (28), und/oder durch zumindest ein aus elastischen Material, insbesondere gummielastischem Material bestehendes Element und/oder durch zumindest ein temperaturabhängig längenveränderliches Abstützelement, insbesondere ein Dehnstoffelement gebildet ist.
Lüfterrad nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die als Anschlagbegrenzung dienenden Anschlagelemente (27, 28) aus ihrer der Ausgangslage der Lüfterflügel (1) entsprechenden Stellung über die Lüfterflügel beaufschlagende, luftwiderstandsabhängige Stellkraft verstellbar ist, derart, daß die Lüfterflügel (1) in Abhängigkeit von der luftwiderstandsabhängigen Stellkraft in eine Stellung mit verringerter Förderleistung verstellbar sind.