ITMI20131206A1 - EQUIPMENT FOR ROTATION CONTROL IN THE TWO SENSES OF FANS FOR COOLING THE VEHICLE REFRIGERANT FLUID - Google Patents
EQUIPMENT FOR ROTATION CONTROL IN THE TWO SENSES OF FANS FOR COOLING THE VEHICLE REFRIGERANT FLUIDInfo
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Description
DESCRIZIONE del Brevetto per Invenzione Industriale DESCRIPTION of the Patent for Industrial Invention
Forma oggetto del presente trovato un'apparecchiatura per il controllo della rotazione di ventole di raffreddamento del fluido refrigerante contenuto nel radiatore di veicoli, particolarmente trattori agricoli e fuoristrada. É noto, nel settore tecnico dei veicoli genericamente utilizzati in condizioni di elevata quantità di sporco volatile, come nel caso dei trattori agricoli o di veicoli destinati all'uso fuoristrada, che tale sporco volatile tende a depositarsi sulle superfici alveolari del radiatore di contenimento del fluido refrigerante del veicolo, causando l'intasamento delle stesse e quindi un ridotto e/o mancato raffreddamento del fluido, con conseguente surriscaldamento del motore . The present invention relates to an apparatus for controlling the rotation of cooling fans of the coolant fluid contained in the radiator of vehicles, particularly agricultural and off-road tractors. It is known, in the technical sector of vehicles generally used in conditions of high quantity of volatile dirt, as in the case of agricultural tractors or vehicles intended for off-road use, that this volatile dirt tends to deposit on the alveolar surfaces of the fluid containment radiator vehicle coolant, causing clogging of the same and therefore a reduced and / or non-cooling of the fluid, with consequent overheating of the engine.
E' anche noto che la principale causa di detto accumulo di sporco sul radiatore è costituita dal flusso d'aria forzato dalla ventola, disposta posteriormente al radiatore stesso nel senso di marcia del veicolo e collegata all'albero motore dello stesso, ventola che, posta in rotazione, forza aria sul radiatore, determinando il passaggio del calore dal fluido all'ambiente esterno. It is also known that the main cause of said accumulation of dirt on the radiator is constituted by the flow of air forced by the fan, located behind the radiator itself in the direction of travel of the vehicle and connected to the motor shaft of the same, fan which, in rotation, it forces air on the radiator, causing the passage of heat from the fluid to the external environment.
É anche noto che detta ventola deve essere posta in rotazione solamente al raggiungimento di una certa prefissata temperatura del fluido refrigerante, rilevata tramite un termostato che aziona una frizione elettromagnetica la cui chiusura provoca l'avvio in rotazione della ventola. It is also known that said fan must be set in rotation only when a certain predetermined temperature of the refrigerant fluid is reached, detected by means of a thermostat which activates an electromagnetic clutch whose closure causes the fan to start in rotation.
Più in dettaglio si richiede che una ventola per autoveicolo possa ruotare: More in detail, a motor vehicle fan is required to rotate:
- a velocità ridotta rispetto a quella dell'albero motore per raffreddamenti in condizioni di bassa temperatura esterna, - at reduced speed compared to that of the crankshaft for cooling in conditions of low external temperature,
- a velocità pari o addirittura maggiori di quella dell'albero motore corrispondentemente a temperature esterne più elevate o all'uso in condizioni gravose che determinano il surriscaldamento del motore, - at speeds equal to or even greater than that of the crankshaft correspondingly to higher external temperatures or use in severe conditions which cause the engine to overheat,
a velocità nulla, ovvero con ventola che non ruota affatto e si mantiene in condizioni di folle rispetto all'albero motore, per temperature particolarmente basse alle quali l'ulteriore raffreddamento è inutile o addirittura dannoso. at zero speed, that is with the fan that does not rotate at all and remains in neutral conditions with respect to the crankshaft, for particularly low temperatures at which further cooling is useless or even harmful.
Al fine di determinare tali funzionamenti sono note nella tecnica apparecchiature di comando della ventola comprendenti una frizione ad attrito a comando elettromagnetico interposta tra la ventola e mezzi di generazione del moto di rotazione collegati all'albero motore, nonché dispositivi elettrici atti a comandare la rotazione della ventola indipendentemente dall'albero motore e con un numero di giri programmabile. In order to determine these operations, fan control devices are known in the art comprising an electromagnetically controlled friction clutch interposed between the fan and means for generating the rotation motion connected to the drive shaft, as well as electrical devices suitable for controlling the rotation of the fan independently of the motor shaft and with a programmable number of revolutions.
Sebbene funzionali a determinare il raffreddamento del liquido refrigerante del veicolo, tali apparecchiature non sono tuttavia in grado di risolvere il problema dell'intasamento degli alveoli del radiatore, intasamento di cui sono invece, come detto, la principale causa. Although functional to determine the cooling of the vehicle coolant, these devices are not however able to solve the problem of the clogging of the radiator cells, clogging of which they are instead, as mentioned, the main cause.
Si pone pertanto il problema tecnico di realizzare un'apparecchiatura di comando della rotazione di ventole di raffreddamento del fluido refrigerante di veicoli, particolarmente veicoli quali trattori agricoli e fuoristrada, la quale risulti contemporaneamente atta a determinare la pulizia degli alveoli del radiatore senza gli obbligati tempi morti di utilizzo del veicolo provocati dalla necessità di arresto e raffreddamento di quest'ultimo, e dalle complicate manovre manuali di pulizia dello stesso oggi obbligatorie. Therefore, the technical problem arises of providing an apparatus for controlling the rotation of cooling fans of the coolant fluid of vehicles, particularly vehicles such as agricultural tractors and off-road vehicles, which is simultaneously capable of determining the cleaning of the radiator cells without the required time. deaths of use of the vehicle caused by the need to stop and cool the latter, and by the complicated manual cleaning maneuvers of the same now mandatory.
Nell'ambito di tale problema si richiede inoltre che tale apparecchiatura sia di contenuti ingombri, di facile ed economica produzione ed assemblaggio e facilmente installabile presso qualunque utente tramite normali mezzi di connessione standardizzati . Within the scope of this problem, it is also required that this apparatus be small in size, easy and inexpensive to produce and assemble, and can be easily installed by any user by means of normal standardized connection means.
Tali risultati sono ottenuti secondo il presente trovato da un'apparecchiatura per il controllo della rotazione di ventole di raffreddamento del fluido refrigerante contenuto nel radiatore di veicoli, particolarmente trattori agricoli e fuoristrada, secondo le caratteristiche di rivendicazione 1. These results are obtained according to the present invention by an apparatus for controlling the rotation of cooling fans of the coolant fluid contained in the radiator of vehicles, particularly agricultural and off-road tractors, according to the characteristics of claim 1.
Maggiori dettagli potranno essere rilevati dalla seguente descrizione di un esempio non limitativo di attuazione dell'oggetto del presente trovato effettuata con riferimento ai disegni allegati, in cui si mostra: More details can be found from the following description of a non-limiting example of embodiment of the object of the present invention made with reference to the attached drawings, which show:
in figura 1: una sezione verticale assiale di un esempio di attuazione dell'apparecchiatura secondo il presente trovato in condizioni di azionamento della ventola tramite frizione elettromagnetica per il raffreddamento; in figure 1: an axial vertical section of an example of embodiment of the apparatus according to the present invention in conditions of activation of the fan by means of an electromagnetic clutch for cooling;
in figura 2: una sezione analoga a quella di fig.l dell'apparecchiatura secondo il presente trovato in condizioni di azionamento della ventola tramite motore elettrico per il raffreddamento; in Figure 2: a section similar to that of Figure 1 of the apparatus according to the present invention in conditions where the fan is activated by means of an electric motor for cooling;
in figura 3: una sezione analoga a quella di fig.2 dell'apparecchiatura secondo il presente trovato in condizioni di azionamento della ventola tramite motore elettrico per la pulizia del radiatore. in Figure 3: a section similar to that of Figure 2 of the apparatus according to the present invention in conditions where the fan is activated by means of an electric motor for cleaning the radiator.
Come illustrato in fig.l e assunto per sola comodità di descrizione e senza significato limitativo un'asse longitudinale X-X corrispondente all'asse di rotazione di una ventola 1, l'apparecchiatura di controllo della rotazione della ventola secondo il trovato prevede che As illustrated in Fig. 1, a longitudinal axis X-X corresponding to the rotation axis of a fan 1 is assumed for convenience of description only and without limiting meaning, the apparatus for controlling the rotation of the fan according to the invention provides that
+ la ventola 1 sia solidale ad una campana la montata sulla ralla esterna 2a di un cuscinetto 2 la cui ralla interna 2b è calettata su un cannotto 3 esteso parallelamente all'asse longitudinale X-X e preferibilmente coassialmente allo stesso come nell'esempio illustrato; + the fan 1 is integral with a bell 1a mounted on the outer washer 2a of a bearing 2 whose inner washer 2b is keyed onto a sleeve 3 extending parallel to the longitudinal axis X-X and preferably coaxially to it as in the illustrated example;
+ il cannotto 3 sia internamente cavo per il passaggio dei collegamenti elettrici e una sua estremità presenti una flangia 3a di supporto, di pezzo con il cannotto e vincolabile al basamento 5 del motore tramite mezzi a vite 5a; + the sleeve 3 is internally hollow for the passage of the electrical connections and one of its ends has a support flange 3a, integral with the sleeve and connectable to the engine base 5 by means of screw means 5a;
+ la ventola sia disposta posteriormente rispetto alla direzione di marcia normale schematizzata con lettera A, ad un radiatore 6 di contenimento del fluido refrigerante da raffreddare. + the fan is positioned behind the normal running direction schematized with letter A, to a radiator 6 for containing the coolant fluid to be cooled.
Da parte opposta a quella di collegamento alla ventola 1 la campana la di supporto della ventola 1 è vincolata all'ancora 13 di una frizione elettromagnetica 10 che comprende: On the opposite side to that of connection to the fan 1, the bell 1a supporting the fan 1 is constrained to the anchor 13 of an electromagnetic clutch 10 which comprises:
+) un elettromagnete 12, fisso, alloggiato in una relativa sede 12a della flangia 3a del cannotto 3 ed elettricamente collegato tramite cavi lld ad un termostato (non illustrato) di misura della temperatura del fluido refrigerante del radiatore 6; +) an electromagnet 12, fixed, housed in a relative seat 12a of the flange 3a of the sleeve 3 and electrically connected by means of cables lld to a thermostat (not shown) for measuring the temperature of the cooling fluid of the radiator 6;
+) un rotore 11 disposto frontalmente all'elettromagnete 12 e montato su un cuscinetto Ila calettato sul cannotto 3; più un dettaglio il rotore 11 presenta una parte anulare llb costituente un piatto di circolazione del flusso magnetico indotto dall'elettromagnete e una estensione assiale Ile di estremità configurata secondo una dentatura radialmente esterna atta all'accoppiamento con una cinghia dentata 4 collegata all'albero motore, direttamente o tramite rinvìi, e quindi atta a mantenere in rotazione il rotore 11; +) a rotor 11 arranged in front of the electromagnet 12 and mounted on a bearing 11a keyed on the sleeve 3; in more detail, the rotor 11 has an annular part 11b constituting a circulation plate for the magnetic flux induced by the electromagnet and an axial end extension 11e configured according to a radially external toothing suitable for coupling with a toothed belt 4 connected to the motor shaft , directly or by means of transmissions, and therefore able to keep the rotor 11 in rotation;
+) l'ancora 13 è disposta da parte opposta al rotore 11 rispetto all'elettromagnete 12 e collegata tramite una membrana elastica 13a alla campana la della ventola 1; con tale collegamento l'ancora 13 è in grado di compiere movimenti in senso assiale verso/da il rotore 11, rimanendo tuttavia bloccata alla rotazione relativa rispetto alla campana la. +) the anchor 13 is arranged on the opposite side to the rotor 11 with respect to the electromagnet 12 and connected by means of an elastic membrane 13a to the bell 1a of the fan 1; with this connection, the anchor 13 is able to perform axial movements towards / from the rotor 11, remaining however locked to relative rotation with respect to the bell la.
Come illustrato, la campana la è anche collegata ad una flangia 23 solidale al rotore 22 di un motore elettrico 20 il cui statore 21 è coassialmente montato sul cannotto di supporto 3; in tal modo la ventola 1 è collegata tramite la campana la sia alla frizione elettromagnetica 10 sia al motore elettrico 20, controllato in corrente tramite una relativa unità di controllo 30 a sua volta collegata allo statore tramite cavi 24 passanti attraverso il cannotto cavo 3a. As illustrated, the bell la is also connected to a flange 23 integral with the rotor 22 of an electric motor 20 whose stator 21 is coaxially mounted on the support sleeve 3; in this way the fan 1 is connected by means of the bell la to both the electromagnetic clutch 10 and to the electric motor 20, controlled in current by means of a relative control unit 30 in turn connected to the stator by means of cables 24 passing through the hollow sleeve 3a.
Con tale configurazione il funzionamento della ventola è il seguente: With this configuration, the operation of the fan is as follows:
in condizioni di elettromagnete 12 diseccitato e motore 20 non alimentato, la campana la è staccata da tutte le sorgenti di moto e la ventola 1 è ferma in folle; in conditions of electromagnet 12 de-energized and motor 20 not powered, the bell 1a is disconnected from all sources of motion and the fan 1 is stopped in neutral;
in condizioni di elettromagnete 12 eccitato e motore 20 non alimentato, l'ancora 13 è richiamata contro il rotore 11 e la ventola 1 è posta in rotazione con un numero di giri pari o proporzionale a quello dell'albero motore cui è collegata tramite la cinghia 4; in conditions of electromagnet 12 energized and motor 20 not powered, the anchor 13 is drawn against the rotor 11 and the fan 1 is set in rotation with a number of revolutions equal to or proportional to that of the motor shaft to which it is connected by means of the belt 4;
in condizioni di elettromagnete 12 diseccitato e motore 20 alimentato, l'ancora 13 è posta in rotazione dal rotore del motore 20 con un numero di giri determinato dal controllo 30 secondo l'effettiva necessità di raffreddamento. in conditions with the electromagnet 12 de-energized and the motor 20 powered, the anchor 13 is set in rotation by the rotor of the motor 20 with a number of revolutions determined by the control 30 according to the actual need for cooling.
In tutti e due i casi la ventola ruota nel senso -antiorario nell'esempio di figura - di aspirare aria dall'esterno verso la superficie del radiatore 6 disposto anteriormente alla ventola rispetto alla direzione di avanzamento del veicolo schematizzata con la freccia A; secondo il trovato si prevede tuttavia che il motore elettrico 20 possa essere alimentato con correnti di verso opposto per determinare una rotazione del rotore 22 del motore elettrico e quindi della ventola 1 nel senso orario nell'esempio - di una spinta dell'aria nella direzione A di avanzamento del veicolo, in modo che attraversando il radiatore dall'interno verso l'esterno si determini una espulsione dello sporco S accumulatosi sulla superficie del radiatore durante i cicli di raffreddamento, ripristinando la piena funzionalità del radiatore ridotta a causa dello sporco S. In both cases the fan rotates counterclockwise in the example of the figure - to suck air from the outside towards the surface of the radiator 6 arranged in front of the fan with respect to the forward direction of the vehicle shown schematically with the arrow A; according to the invention, however, it is envisaged that the electric motor 20 can be supplied with currents in the opposite direction to cause a rotation of the rotor 22 of the electric motor and therefore of the fan 1 in the clockwise direction in the example - of a thrust of the air in the direction A forward movement of the vehicle, so that passing through the radiator from the inside towards the outside causes an expulsion of the dirt S accumulated on the surface of the radiator during the cooling cycles, restoring the full functionality of the radiator reduced due to the dirt S.
Risulta pertanto come l'apparecchiatura secondo il trovato sia atta a determinare un azionamento della ventola sia in funzione del raffreddamento del fluido refrigerante contenuto nel radiatore sia in funzione di una pulizia della superficie del radiatore stesso, pulizia che può avvenire anche durante la normale marcia del veicolo e quindi senza i tempi morti di fermo veicolo determinati dalla necessità di far raffreddare il radiatore per poter accedere manualmente allo stesso per la sua pulizia . It is therefore apparent that the apparatus according to the invention is capable of causing the fan to be activated both as a function of the cooling of the refrigerant fluid contained in the radiator and as a function of cleaning the surface of the radiator itself, a cleaning which can also take place during normal operation of the radiator. vehicle and therefore without the dead times of vehicle downtime caused by the need to cool the radiator in order to be able to manually access it for cleaning.
Si prevede inoltre che il motore possa essere sovralimentato per brevi intervalli di tempo per aumentarne sia la coppia sia la velocità al fine di migliorare l'efficacia della rimozione dello sporco dalla superficie del radiatore e/o di gestire situazioni limite di raffreddamento senza dover ricorrere all'innesto della frizione. It is also envisaged that the engine can be supercharged for short intervals of time to increase both torque and speed in order to improve the effectiveness of removing dirt from the surface of the radiator and / or to manage cooling limit situations without having to resort to clutch engagement.
Benché descritta nel contesto di alcune forme di realizzazione e di alcuni esempi preferiti di attuazione dell'invenzione si intende che l'ambito di protezione del presente brevetto sia determinato solo dalle rivendicazioni che seguono. Although described in the context of some embodiments and some preferred examples of embodiment of the invention, it is intended that the scope of protection of the present patent is determined only by the following claims.
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