WO2014191087A1

WO2014191087A1 - Lüfterradanordnung mit drehend angetriebener nabe

Info

Publication number: WO2014191087A1
Application number: PCT/EP2014/001340
Authority: WO
Inventors: Karl Hägele; Markus Lechler; Walter Lechler
Original assignee: Hägele GmbH
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2014-05-19
Publication date: 2014-12-04
Also published as: US20160290341A1; DE102013008902B3; EP2914855B1; EP2914855A1; US10371155B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lüfterradanordnung mit drehend antreibbarer Nabe (7) und zum Nabengehäuse (29) schwenkbaren Lüfterflügeln (10), bei der die Verstellung der Lüfterflügel (10) über einen Linearantrieb in Form eines Spindeltriebes (13) oder eines Kolbentriebes (52) erfolgt.

Description

Lüfterradanordnung mit drehend angetriebener Nabe

Die Erfindung betrifft ein Lüfterradanordnung mit drehend angetriebener Nabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine aus der US 1 650 776 A bekannte Lüfterradanordnung weist zur Nabe des Lüfterrades radiale und im Nabengehäuse drehbar gelagerte, um ihre Drehachsen auf axial entgegengesetzte

Förderrichtungen umstellbare Lüfterflügel auf. Der Antrieb der Nabe erfolgt über einen Riementrieb mit einem Riemenrad, das durch eine axiale Verlängerung des Nabengehäuses gebildet ist. Im Bereich dieser Verlängerung ist die Nabe auf einem in das Nabengehäuse eingreifenden Abschnitt eines zur

Brennkraftmaschine lagefesten Traghalses axial lagefest

gelagert. Ausgehend von einem brennkraftmaschinenseitigen

Antrieb ist der Traghals von einem als Linearantrieb

gestalteten Stellantrieb durchsetzt, über den die Lüfterflügel zur Einstellung der Förderrichtung und der Fördermenge in ihrem Anstellwinkel einstellbar sind. Dieser Stellantrieb weist einen im Traghals geführten Spindeltrieb auf, über den ein Stellglied in Form einer im Traghals geführten Stellstange axial

verstellbar ist. Auf der Stellstange ist ein zum Nabengehäuse drehfest abgestützter, axial verstellbarer Ringkörper gelagert, der in radialer Überdeckung zu den in ihrem Anstellwinkel einstellbaren Lüfterflügeln liegt und mit diesen über exzentrisch zu deren Drehachsen in Eingriff stehenden Stützelementen verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

Lüfterradanordnung der eingangs genannten Art im Hinblick auf einen möglichst kompakten Aufbau auszugestalten, der bevorzugt auch die Realisierung unterschiedlicher Ausgestaltungen der Lüfterradanordnung unter Beibehalt von deren Grundaufbau ermöglicht .

Erreicht wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1, zu denen die weiteren Ansprüche zweckmäßige, teils auch eigenständig zweckmäßige Ausgestaltungen angeben.

Durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 1 ergibt sich eine axial sehr gedrängte Bauform mit zentralem, im axialen

Überdeckungsbereich zum Ringkörper und den Lüfterflügeln liegendem und in diesem Bereich zum Traghals auch abgestütztem Stellglied. Dies bringt günstige Belastungsverhältnisse mit sich, macht damit auch eine schwächere Dimensionierung der Bauteile ungeachtet der zu beherrschenden, teilweise auch schlagartigen, Belastungen möglich. Insbesondere ist trotz der im Bereich der radialen Abstützebene des Ringkörpers zum

Stellglied liegenden Antriebsverbindung zwischen Stellglied und Stellelement als Teilen eines Lineartriebes diese

Antriebsverbindung von Stützkräften zumindest weitgehend entlastet, da das Stellglied seinerseits übergreifend zum

Traghals auf diesem abgestützt axial verschiebbar geführt ist. Begünstigt wird durch eine derartige Gestaltung auch eine radial sehr kompakte Bauweise, da aufgrund der Entlastung von Stützkräften das Stellelement in seinem Stellkraft

übertragenden Eingriffsbereich zum Stellglied im Durchmesser abgesetzt ausgeführt werden kann, mit entsprechend abgestufter Ausbildung des hülsenförmigen Traghalses zur Aufnahme der bevorzugt durch ein Kugellager gebildeten Lagerverbindung zum Stützkörper .

Die erfindungsgemäße Gestaltung der Lüfterradanordnung bietet insbesondere auch günstige Möglichkeiten zu einer

unterschiedlichen Ausbildung des für die Verstellung der

Lüfterflügel vorgesehenen, in der Lüfterradnabe aufgenommenen Lineartriebes. Eine diesbezügliche Möglichkeit ist die

Ausbildung als Spindeltrieb mit im Traghals axial lagefest abgestützt geführter Spindel und über die Spindel axial

verstellbarem Stellglied, wobei eine solche Ausgestaltung insbesondere mit einem elektromotorischen Antrieb für den

Lineartrieb sehr günstig zu gestalten ist. Das Stellglied ist bei einer derartigen Ausgestaltung insbesondere in Form eines hülsenförmigen, zum freien Ende des Traghalses axial

übergreifenden Stützkörpers gestaltet, der mit der Spindel im Bereich seines über den Traghals hinausragenden Endes

insbesondere durch einen einspringenden Bund gewindeverbunden ist .

Konstruktiv sind bei einer solchen Lösung einfache

Möglichkeiten gegeben, beispielsweise um über einen Ringbund der Spindel eine axiale Abstützung derselben gegenüber dem

Traghals wie auch eine axiale Anschlagfläche im Verschiebeweg des Stellgliedes zum Traghals zu realisieren.

Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung des Linearantriebes ist dessen Ausbildung als Kolbentrieb, wobei auch bei dieser Ausgestaltung ein sehr einfacher Grundaufbau, der dem bei einem^' Spindeltrieb weitgehend entspricht, gegeben ist. Bei einem solchen Kolbentrieb ist zweckmäßigerweise ein Kolben als

Stellelement in einem Zylinderraum des Traghalses axial

verschieblich aufgenommen. Der Kolben als Stellelement wird zweckmäßigerweise über eine im Traghals aufgenommene Kolbenstange zumindest axial lagefest mit dem Stellglied verbunden, wobei auch hier das Stellglied, analog zum

Spindeltrieb, über einen zum Traghals axial verschieblichen und drehfest abgestützten Hülsenkörper gebildet sein kann.

Eine derartig aufgebaute Lüfterradanordnung lässt sich aufgrund ihrer axial sehr kompakten Bauweise auch in vorgegebenen engen Bauräumen zwischen Brennkraftmaschine und Kühler unterbringen, wobei bevorzugt die Antriebsverbindung zwischen

Brennkraftmaschine und Lüfterrad der zum Traghals

gegenüberliegenden Seite des Lüfterrades zugeordnet ist, gegen die die Spindel mit ihrem Gewindeabschnitt ausläuft, von dem ausgehend der Traghals sich in Gegenrichtung zu einem

Getriebegehäuse erweitert.

Auf dieses kann beispielsweise bei einem Linearantrieb in Form eines Spindeltriebes eine Antriebsverbindung eines separaten Antriebsmotors auslaufen, der beabstandet zum Getriebegehäuse und gegebenenfalls unabhängig von diesem abgestützt angeordnet sowie über einen Wellentrieb mit starrer oder biegsamer Welle in Antriebsverbindung zur Spindel stehen kann. Bei einer solchen Anordnung erstreckt sich die Welle bevorzugt im

Wesentlichen parallel zur Ebene des Lüfterrades, so dass sich dessen axiale Länge nicht signifikant vergrößert.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, den Antriebsmotor am Getriebegehäuse anzuflanschen. Hierbei kann der Antriebsmotor zumindest teilweise auch im radialen Überdeckungsbereich zur Lagerung des Traghalses in einem auskragenden Deckelbereich der Nabe des Lüfterrades raumsparend platziert werden, so dass ebenfalls eine kompakte Gesamtanordnung erreicht wird.

Eine weitere Möglichkeit bezüglich der Anordnung eines

separaten Antriebsmotors für den Spindelantrieb besteht in der Ausbildung des Getriebegehäuses als kombiniertes Motor- Getriebegehäuse, in dem der Antriebsmotor ringförmig

umschließend zur zentralen Lagerung des Traghalses im

auskragenden Deckelbereich der Nabe des Lüfterrades angeordnet wird.

Insbesondere in Verbindung mit solchen Gestaltungen der

Antriebsverbindung des Antriebsmotors zur Spindel, aber auch generell im Hinblick auf eine statisch günstige Tragabstützung des Lüfterrades, erweist es sich als zweckmäßig, das Lüfterrad, bei zur Antriebsseite des Lüfterrades axial gegenüberliegendem Stellantrieb zur Einstellung des Anstellwinkels der

Lüfterflügel, axial beiderseits lagefest abzustützen, bevorzugt jeweils zur Brennkraftmaschine beispielsweise über eine

brückenartig untergreifende, an der Brennkraftmaschine

abgestützte Tragkonstruktion.

Mit einer Lüfterradanordnung der vorgeschilderten Art lassen sich unter Beibehalt des Grundaufbaus unterschiedliche

Ausgestaltungsformen in einfacher Weise realisieren. So

beispielsweise Lüfterräder, bei denen eine Luftförderung lediglich in einer Förderrichtung, zum Beispiel saugend durch den Kühler in Richtung auf die Brennkraftmaschine, vorgesehen ist und durch Veränderung des Anstellwinkels für die

Lüfterflügel unter Beibehalt der Förderrichtung lediglich die Fördermenge variiert wird, somit die Kühlleistung den

Bedürfnissen angepasst wird.

Eine solche Arbeitsweise ist in Berücksichtigung der

aerodynamischen Gegebenheiten sinnvollerweise auf Veränderungen der Größe des Anstellwinkels beschränkt, die bei etwa 30 - 50° liegen . Der hier geschilderte Grundaufbau des Lüfterrades macht es aber auch möglich, die Anstellung der Lüfterflügel weit über diesen Bereich hinaus zu verändern, so insbesondere auch die

Lüfterflügel unter Beibehalt der Vorschubrichtung für das

Stellglied über eine Umschlaglage hinaus zu verschwenken, in der sich die Lüfterflügel quer zur Umlaufrichtung des

Lüfterrades erstrecken und damit in einen Bereich, in dem sich eine Umkehrung der Förderrichtung ergibt. Diese Umkehrung der Förderrichtung bedeutet in Berücksichtigung der vorstehenden Darlegungen bezogen auf eine Anordnung des Lüfterrades zwischen Brennkraftmaschine und Kühler ein Fördern der Luft in Richtung auf den Kühler, also im Gegensatz zu dem vorstehend

angesprochenen Saugbetrieb einen Blasbetrieb.

Geht man in Berücksichtigung des vorgeschilderten konstruktiven Aufbaus davon aus, dass zur Ausgangslage für den Saugbetrieb und entsprechend geforderter kleiner Kühlleistung ein kleiner Anstellwinkel der Lüfterflügel korrespondiert, so wird zur Vergrößerung des Anstellwinkels das Stellglied über die Spindel aus der ursprünglich gegebenen axialen Endlage zu Spindel oder Traghals längs des Gewindeabschnittes der Spindel verfahren, bis die Umschlaglage erreicht ist und, falls eine Umkehrung der Förderrichtung beabsichtigt ist, darüber hinaus. Für die

Umkehrung der Förderrichtung wird im Regelfall nur ein

kleinerer Winkelbereich für den Anstellwinkel genutzt, da sich ausgehend von der Umschlaglage für die Förderung in Richtung Blasen, der Anstellwinkel gegen die Endlage verkleinert, die der maximalen Ausfahrlänge des Stellgliedes zum Traghals entspricht .

Es sind somit zunächst schon zwei Betriebsweisen möglich, nämlich ein lediglich saugender oder blasender Betrieb und ein von Saugen auf Blasen bzw. umgekehrt umstellbarer Betrieb. Für beide Betriebsweisen ist es im Rahmen der Erfindung

möglich, beispielsweise in Abhängigkeit von thermischen

Gegebenheiten, den Anstellwinkel für die Lüfterflügel durch die gegebene mechanische Kopplung zum Stellantrieb zu steuern, wobei das Stellglied zum Ringkörper bevorzugt über die

bestehende Lagerverbindung axial lagefest abgestützt ist.

Im Rahmen der Erfindung bestehen aber auch Möglichkeiten, den Anstellwinkel der Winkelflügel unabhängig von der grundsätzlich gegebenen Zwangskopplung zum Stellantrieb über gewisse

Stellbereiche zu beeinflussen, so insbesondere, bezogen auf Förderrichtung Saugen, durch axiales Spiel in Richtung auf die Ausgangslage. Mit einer solchen Entkopplung lassen sich

drehzahlabhängig Korrekturen des in Abhängigkeit von

thermischen Gegebenheiten eingesteuerten Anstellwinkels für die Lüfterflügel erreichen, oder auch im Umschaltbereich schnelle Veränderungen des Anstellwinkels, unabhängig von der über den Stellantrieb möglichen Stellgeschwindigkeit, womit

gegebenenfalls auch in ihrer Leistung reduzierte Stellantriebe in Einsatz kommen können.

In Bezug auf derartige Einflussmöglichkeiten kann

erfindungsgemäß unter Beibehalt des Grundaufbaus ein axialer Freigang in der Abstützung des Ringkörpers zum Stellglied bezogen auf auf die Lüfterflügel wirkende Stellkräfte,

insbesondere auch aerodynamische Stellkräfte, vorgesehen sein, durch den, unter dem Einfluss von eine Verstellung der

Lüfterflügel im Sinne einer Vergrößerung des Anstellwinkels bewirkenden Kräften, eine Verstellung der Lüfterflügel auf einen gegenüber dem durch die Versteilvorrichtung vorgegebenen Anstellwinkel größeren Anstellwinkel möglich ist.

So ist es möglich, den für die Ausgangslage durch die

Verstellvorrichtung vorgegebenen Anstellwinkel der Lüfterflügel auf einen größeren Anstellwinkel über eine - insbesondere elastische - Abstützung anzuheben, zum Beispiel in Abhängigkeit von ansteigend über der Drehzahl auf die Lüfterflügel wirkenden aerodynamischen Kräften und/oder von der Temperatur bei

Abstützung über ein Thermoelement, so dass bei Absinken dieser Abstützkräfte sich als Anstellwinkel der durch die

Stellvorrichtung vorgegebene Anstellwinkel einstellen kann, sich somit ein geringerer Leistungsbedarf für das Lüfterrad ergibt. Eine hierzu bevorzugte Lösung ist, dass die

Lüfterflügel, bezogen auf ihre Drehachsen, entgegen ihrer

Schwenkrichtung auf die in Förderrichtung Saugen gegebene

Endlage im Bereich der Ausgangslage über eine

temperaturabhängig lageveränderliche Anschlagbegrenzung, insbesondere ein Dehnstoffelement , abgestützt sind. -

Weiter erweist es sich als zweckmäßig, wenn die Lüfterflügel, bezogen auf ihre Drehachsen, entgegen ihrer Schwenkrichtung auf die in Förderrichtung Saugen gegebene Endlage im Bereich der Ausgangslage federnd abgestützt sind, "wobei die federnde

Abstützung der Lüfterflügel, bezogen auf ihre Drehachsen, dadurch zu erreichen ist, dass der Ringkörper in seiner der Ausgangslage Saugen der Lüfterflügel entsprechenden Lage-, insbesondere durch eine axial federnde Abstützung des

Ringkörpers gegen das Gehäuse, federnd beaufschlagt ist.

Der vorstehend angesprochene Grundaufbau für

Lüfterradanordnungen mit auf dem Traghals geführtem und über den Spindeltrieb axial verstellbarem Stellglied sowie über dieses im Anstellwinkel verstellbaren Lüfterschaufeln ist nicht nur im Hinblick auf die Anordnung des Antriebsmotors für die Spindel variabel, sondern ist bezogen auf Lüfterräder mit unter Beibehalt der Drehrichtung durch Verstellung der Lüfterflügel umkehrbarer Förderrichtung auch für Lüfterräder zu nutzen, bei denen die Lüfterflügel über eine in Umlaufrichtung des Lüfterrades liegende Neutrallage in ihrer Förderrichtung umstellbar sind. Damit lassen sich bei gleichem Grundaufbau der Lüfterradanordnung unterschiedliche Arbeitsweisen bei nur geringen konstruktiven Veränderungen realisieren, was im

Hinblick auf die rationale Fertigung von auf jeweilige

Bedürfnisse ausgerichteten Lüfterradanordnungen zu beachtlichen wirtschaftlichen Vorteilen führt.

Der rotatorische Antrieb der Spindel kann sowohl über einen elektrischen wie auch über einen fluidischen Antriebsmotor erfolgen .

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Zeichnungen sowie auch der weitgehend auf die Zeichnungen erläuternd zurückgreifenden nachfolgenden Beschreibung .

Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine stirnseitige Ansicht eines Lüfterrades gemäß der

Erfindung in Richtung des Pfeiles I in Fig. 2 und 3,

Fig. 2 und 3

Schnitte entsprechend der Schnittlinie II-II oder IIIIII in Fig. 1, wobei die Fig. 2 und 3 schematisiert veranschaulichen, dass die Verstellung der zur Nabe des Lüfterrades radialen Flügel um ihre Drehachsen in Fig. 2 in beiden Stellrichtungen spielfrei erfolgt, während in der Ausgestaltung gemäß Fig. 3 für die Verstellung der Lüfterflügel in einer der Stellrichtungen ein Spiel vorgesehen ist,

Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie IV-IV in Fig. 2 oder 3, Fig. 5 einen Schnitt gemäß Linie V-V in Fig. 2 oder 3,

Fig. 6 einen Schnitt gemäß Linie VI-VI in Fig. 5,

Fig. 7 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines

Lüfterrades mit durch Verdrehung der Lüfterflügel um ihre radialen Drehachsen umkehrbarer Förderrichtung bei Verschwenken der Lüfterflügel durch eine Querebene zur Umlaufebene des Lüfterrades und mit zum Getriebegehäuse des Lüfterrades angeflanschtem Stellmotor,

Fig. 8 eine radiale Ansicht des Lüfterrades gemäß Fig. 7 in

Richtung des Pfeiles VIII in Fig. 7,

Fig. 9 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines

Lüfterrades mit durch Verdrehung der Lüfterflügel um ihre radialen Drehachsen umkehrbarer Förderrichtung bei Verschwenken der Lüfterflügel durch die Umlaufebene des Lüfterrades und

Fig. 10 eine radiale Ansicht des Lüfterrades gemäß Fig. 9 in

Richtung des Pfeiles 10 in Fig. 9, und

Fig. 11 eine der Darstellung gemäß Fig. 2 entsprechende

Teilansicht eines Lüfterrades, wobei der Stellantrieb für die Verstellung der Lüfterflügel als fluidischer, insbesondere hydraulischer Linearantrieb mit einem im Traghals als Zylinder aufgenommenen Kolben gestaltet ist .

Die in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichte Lüfterradanordnung 1 weist ein Lüfterrad 2 auf. Bezüglich dieses Lüfterrades 2 ist in Fig. 2 und 3 schematisiert dessen zu einer

Brennkraftmaschine 3 axiale Anordnung veranschaulicht, wie sie beispielsweise - hier schematisch dargestellt - bei einer

Anordnung des Lüfterrades 2 zwischen der Brennkraftmaschine 3 und einem axial gegenüberliegenden Kühler 47 gegeben ist. Die Anordnung des Lüfterrades 2 erfolgt hierbei bevorzugt

abgestützt zur Brennkraftmaschine 3, beispielsweise über einen zur Brennkraftmaschine 3 über ein Lager 4 abgestützten Flansch 5 und, zu diesem axial gegenüberliegend, einer zur

Brennkraftmaschine 3 lagefesten Abstützung 6. Im Bereich der Abstützung 6 ist bei einer Ausgestaltung der Lüfterradanordnung gemäß Fig. 1 bis 3 der Anschluss einer zur Nabe 7 externen Antriebsquelle (Antriebsmotor 50) für einen Drehantrieb 9 (Fig. 8) vorgesehen, über den die Lüfterflügel 10 des Lüfterrades 2 um ihre zur Nabe 7 radialen Drehachsen 11 verdrehbar und damit in ihrem Anstellwinkel 45 (Fig. 8 und 10) einstellbar sind.

Dies erfolgt über einen vom Drehantrieb 9 beaufschlagten

Stellantrieb 12, hier ausgebildet als Spindeltrieb 13 mit zur Nabenachse 8 konzentrischer Spindel 14, über die ein zur

Spindel 14 konzentrisches Stellglied 15 axial verlagerbar ist.

Das Stellglied 15 als Stützkörper ist drehfest zu einem zur Spindel 14 koaxialen und seinerseits zur Abstützung 6

drehfesten, bevorzugt lagefesten Traghals 16 abgestützt, der in Richtung auf die Abstützung 6 in ein Getriebegehäuse 17

übergeht. Im Getriebegehäuse 17 ist als Antriebsverbindung vom Drehantrieb 9 zum Spindeltrieb 13 ein Schneckengetriebe 19 mit einem über eine Schnecke 20 angetriebenen Schneckenrad 21 vorgesehen, das zur Spindel 14 drehfest ist.

Die Spindel 14 weist einen Führungsabschnitt 22 auf, der zum Traghals 16 drehbar gelagert und axial lagefest abgestützt ist und der über einen zum Traghals 16 sich axial abstützenden Ringbund 23 in einen Gewindeabschnitt 24 kleineren Durchmessers übergeht . Mit diesem Gewindeabschnitt 24 steht das Stellglied 15 als hülsenförmiger Stützkörper über einen nach radial innen

einspringenden Gewindebund 25 in Eingriff, der den Ringbund 23 radial übergreift und axial an einen Halsabschnitt 26 des

Stellgliedes 15 anschließt, welcher, wie aus dem in Fig. 4 gezeigten Schnitt gemäß IV-IV ersichtlich, auf dem Traghals 16 axial verschieblich und insbesondere über eine Unrundverbindung drehfest geführt ist. Der Traghals 16 weist im Bereich der Unrundverbindung Rechteckquerschnitt mit verrundeten Kanten auf und wird von dem einen entsprechenden Innenquerschnitt

aufweisenden Halsabschnitt 26 übergriffen, wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich.

Auf dem Stellglied 15 ist in seinem zum Gewindebund 25 radial überlagernden Axialbereich über ein Lager 27 ein Ringkörper 28 angeordnet, der über das Lager 27 zum Stellglied 15 auch axial abgestützt ist und somit über das Stellglied 15, wie

nachstehend noch näher erläutert, entsprechend der Drehrichtung des Spindeltriebes 13 axial verstellbar ist.

Der Ringkörper 28 und die in dessen Verbindung zum Spindeltrieb 13 liegenden Elemente liegen im radialen Überdeckungsbereich zu den Lüfterflügeln 10, die im umfangsseitigen Teil des

Nabengehäuses 29 bei radialer Erstreckung um ihre Drehachsen 11 verdrehbar gelagert sind und die mit dem im Nabengehäuse 29 axial verschiebbaren und drehfest abgestützten Ringkörper 28 über Antriebselemente verbunden sind. Diese Antriebselemente sind bezogen auf einen jeweiligen Lüfterflügel 10, der über seinen radial nach innen ragenden Zapfen 36 und zugeordnete Lager 37 im umfangseitigen Bereich des Nabengehäuses 29 drehbar abgestützt ist, durch ein zur Drehachse 11 des Lüfterflügels 10 lagefestes Ritzel 30 sowie einen jeweils zum Ringkörper 28 lagefesten, umfangsseitigen Zahnstangenabschnitt 31 gebildet, der sich in Verschieberichtung des Ringkörpers 28 parallel zur Drehachse 8 der Nabe 7 erstreckt und bei zur Drehachse 11 des Lüfterflügels 10 radialem seitlichen Versatz mit dem jeweiligen Ritzel 30 in Eingriff steht.

Das axial in zwei Hälften 32, 33 geteilte Nabengehäuse 29 läuft, bezogen auf die Darstellungen gemäß Fig. 1 bis 3, axial gegenüberliegend zur Brennkraftmaschine 3 auf das

Getriebegehäuse 17 in einen Deckelteil 34 aus, das einen sich zum Getriebegehäuse 17 hin erstreckenden Hals 35 aufweist, in dessen Überdeckungsbereich zum Traghals 16 der Traghals 16 zum Hals 35 des Deckelteiles 34 über ein Lager 38 axial und radial abgestützt ist, womit eine tragende Abstützung des Lüfterrades 2 zwischen der Brennkraftmaschine 3 und der zu dieser axial gegenüberliegenden Abstützung 6 im Bereich des Getriebegehäuses 17 erreicht ist.

In den Fig. 7 und 8 ist das äußere Erscheinungsbild eines

Lüfterrades 2 veranschaulicht, dessen um radiale Drehachsen 11 schwenkbare Lüfterflügel 10 zur Umkehrung der Förderrichtung über eine zur Umlaufebene 39 des Lüfterrades 2 senkrechte

Querebene, also eine Querstellung verschwenkbar sind. In Fig. 7 und 8 sind die Lüfterflügel 10 in einer Ausgangslage

veranschaulicht, in der sie unter einem kleinen, sich in

Drehrichtung öffnenden Anstellwinkel - Anstellwinkel 45 in Fig. 8 - zur Umlaufebene 39 angestellt sind und in Richtung auf die in Fig. 2 angedeutete Brennkraftmaschine 3 durch den bezogen auf das Lüfterrad zur Brennkraftmaschine 3 gegenüberliegenden, hier nicht gezeigten Kühler Kühlluft ansaugen - Saugbetrieb des Lüfterrades 2. Mit Vergrößerung des Anstellwinkels wird die in Richtung Saugen geförderte Luftmenge zunächst größer, mit

Erreichen einer Querlage zur Umlaufebene 39 wird aber eine Totlage erreicht. Ausgehend von der Querlage (Querebene 48), unter weiterer Verstellung der Lüfterflügel 10 in

Schwenkrichtung des Pfeiles 41 um ihre Drehachsen 11, ergibt sich eine zur Förderrichtung Saugen entgegengesetzte Förderrichtung, bei der die geförderte Luft nun gegen den

Kühler gefördert wird, somit der Kühler von Anlagerungen freigeblasen wird - Blasbetrieb.

Ausgehend von der Umkehrlage (Schwenken durch die Querebene 48) erfolgt unter Beibehalt der Drehrichtung im Blasbetrieb eine Verstellung der Lüfterflügel 10 von einem zunächst großen

Anstellwinkel auf einen kleinen Anstellwinkel als Endlage.

Ist, wie in Fig. 7 und 8 erkennbar, für die Lüfterflügel 10 ein zu ihrer Drehachse 11 unsymmetrischer Aufbau gegeben, bei dem die Lüfterflügel 10 über die aerodynamischen Kräfte in

Schwenkrichtung gemäß Pfeil 41 beaufschlagt sind, so ergibt sich um die Umkehrlage ein die Lüfterflügel 10 im Sinne der Umkehr der Förderrichtung von Saugen auf Blasen - in

Schwenkrichtung gemäß Pfeil 41 - beaufschlagendes Drehmoment.

Eine im Drehsinn der Lüfterflügel um ihre jeweilige Drehachse unterschiedliche Beaufschlagung durch aerodynamische Kräfte lässt sich auch dadurch erreichen, dass die Lüfterflügel bezüglich ihrer Flügelebene radial zur jeweiligen

Flügeldrehachse versetzt angeordnet sind.

Dieses lässt sich erfindungsgemäß im Sinne eines „Umschlagens" der Lüfterflügel 10 über ihre Querlage als „Totlage" nutzen, wenn der Stellantrieb für die Lüfterflügel 10 einen

entsprechenden Freigang zulässt. Da ein umschlagendes,

schnelles Umsteuern der Förderrichtung von Saugen auf Blasen anzustreben ist, um die mit der Umkehr der Förderrichtung verbundene Beeinträchtigung der Kühlung der Brennkraftmaschine möglichst kurz zu halten, wird ein solcher Freigang

erfindungsgemäß vorgesehen. Konstruktiv ist dies bei einer Lösung gemäß Fig. 3 dadurch realisiert, dass der Ringkörper 28 zum Stellglied 15 in seiner der Umstellung der Lüfterflügel 10 von Saugen auf Blasen entsprechenden Stellrichtung mit Spiel zum Stellglied 15 abgestützt ist, somit das Stellglied 15 in seiner durch den Stellantrieb vorgegebenen Axiallage überholen kann, wobei der Überholweg wegbegrenzt ist, so dass im Anschluss an diesen Spielbereich wieder eine Kopplung zum Stellantrieb gegeben ist.

Fig. 2 veranschaulicht im Gegensatz hierzu eine Lösung, bei der eine axial lagefeste Verbindung des Stellgliedes 15 zum

Ringkörper 28 gegeben ist, damit eine Zwangskopplung zwischen Stellantrieb, Stellglied 15 und Ringkörper 28 realisiert ist.

Konstruktiv sind beide Möglichkeiten erfindungsgemäß unter Beibehalt des Grundaufbaus dadurch zu realisieren, dass das Lager 27 im Falle der Fig. 2 zum Ringkörper 28 lagefest

abgestützt ist, im Falle der Fig. 3 aber, wie vorbeschrieben, mit axialem Spiel. Beide Lösungen lassen sich mit geringem Aufwand jeweils über eine Sprengringabstützung realisieren, wobei ein Sprengring 42 bei der Lösung gemäß Fig. 2 das Lager 27 zum Ringkörper 28 spielfrei durch Eingriff in eine

rückseitig zum Lager 27 vorgesehene Nut 43 des Ringkörpers 28 festlegt. Eine entsprechende Eingriffsnut 44 ist bei der Lösung gemäß Fig. 3 mit axialem Abstand zum Lager 27 vorgesehen, womit sich der bei der Lösung gemäß Fig. 3 angestrebte axiale

Freigang wegbegrenzt ergibt. Die entsprechenden Nuten 43, 44 können ohne Beeinträchtigung der jeweiligen Lösung gemeinsam in einem Ringkörper 28 vorgesehen werden, so dass für beide

Lösungen gleiche Teile Verwendung finden können.

Damit ist es erfindungsgemäß auch möglich, bei bezüglich des Stellantriebes und dessen Antriebsverbindung zu den

Lüfterflügeln 10 über den Ringkörper 28 gleichem, oder zumindest im Wesentlichen gleichem Aufbau, Lüfterräder 10 gemäß Fig. 7 und 8 oder Lüfterräder 10 gemäß Fig. 9 und 10 zu

betreiben, die sich bezogen auf die Umkehrung der

Förderrichtung durch Umstellung der Lüfterflügel 10 dadurch unterscheiden, dass die Lüfterflügel 10 bei der Lösung gemäß Fig. 7 und 8 über eine Querstellung und bei der Lösung gemäß Fig. 9 und 10 über eine Neutralstellung umgestellt werden, in - der sich die Ebenen der Lüfterflügel 10 in der Umlaufebene 39 des Lüfterrades 2 erstrecken. Eine solche Lösung bedingt eine Zwangsführung der Lüfterflügel 10 in Bezug auf ihre Schwenklage um ihre jeweilige Drehachse 11, wie sie bei einer axial

lagefesten Abstützung des Stellgliedes 15 zum Ringkörper 18 bei der Lösung gemäß Fig. 2 veranschaulicht ist.

Zu den Fig. 2 und 3 sind als mit dem Ringkörper 28 zur

Umsetzung von dessen Axialbewegungen in entsprechende

Drehbewegungen der Lüfterflügel 10 zusammenwirkende

Antriebselemente Zahnstangenabschnitte 31 und Ritzel 30

angesprochen. Die Ritzel 30 sind zu den Zapfen 36 der

Lüfterflügel 10 drehfest, die Zahnstangenabschnitte 31

erstrecken sich tangential zu den Ritzeln 30 in

Verschieberichtung des Ringkörpers 28 und sind umfangsseitig zum Ringkörper 28 lagefest angeordnet_^. Fig. 8 und 10

veranschaulichen, dass je nach geforderter Schwenkrichtung (Pfeil 41 oder 49) der Lüfterflügel 10 bezogen auf die

Vorschubrichtung des Ringkörpers 28 die Zahnstangenabschnitte 31 zum Ritzel 30 seitenversetzt, also bezogen auf das Ritzel 30 auf einander gegenüberliegenden Seiten anzuordnen sind.

Hierdurch ist es möglich, für die Lüfterradvarianten gemäß Fig. 7 und 9 die Antriebsverbindung des Ringkörpers 28 zu den

Lüfterflügeln 10 mit Gleichteilen zu gestalten, wobei der

Ringkörper 28 im Hinblick auf die versetzte Anordnung und

Befestigung des Zahnstangenabschnittes 31 konstruktiv ausgebildet ist, so zum Beispiel durch entsprechende Steckaufnahmen für einen jeweiligen Zahnstangenabschnitt 31.

Bei einer Lösung gemäß Fig. 7 und 8 kann der gegebene axiale, wegbegrenzte Freigang zwischen dem Stellglied 15 und dem

Ringkörper 28 auch genutzt werden, um überlagert zum

Stellantrieb für die Lüfterflügel 10 den in der Ausgangslage gegebenen Anstellwinkel 45 über ein temperaturabhängig

arbeitendes Stellglied 46 bei Bedarf anzuheben, wenn

beispielsweise die zu kühlende Brennkraftmaschine 3 unter hoher Last bei geringer Drehzahl betrieben wird und dementsprechend ein mit entsprechend geringer Drehzahl betriebenes Lüfterrad 10 in seiner Kühlleistung gegenüber den Anforderungen der

Brennkraftmaschine 3 zurückbleiben würde. Als

temperaturabhängig arbeitendes Stellglied 46 kann

beispielsweise, wie in Fig. 8 angedeutet, ein Thermo- achselement vorgesehen sein, das umfangsseitig zum

Nabengehäuse 29 liegend und abgestützt einen jeweiligen

Lüfterflügel 10 rückseitig im Sinne einer Vergrößerung des Anstellwinkels 45 beaufschlagt.

In den Fig. 7 und 8 ist bezogen auf Lösungen gemäß der

Erfindung eine Antriebslösung zum Stellantrieb 12

veranschaulicht, bei der ein Antriebsmotor 50 in Form eines E- Motors - möglich ist auch ein Hydromotor - vorgesehen ist.

Dieser ist in unmittelbarer Zuordnung zum feststehenden, über die Abstützung 6 fixierten Getriebegehäuse 17 angeflanscht an dieses dargestellt, und zwar bei radialer Erstreckung zur

Drehachse 8 der Nabe 7, so dass sich für die Lüfterradanordnung 1 ein flacher Aufbau ergibt. Fig. 8 veranschaulicht zudem, dass um den Hals 35 des Deckelteiles 34 des Nabengehäuses 29 bei einer derartigen Lösung ein Ringraum als Freiraum 51 verbleibt, der sich für die Platzierung eines Antriebsmotors 50 eignen würde, so dass über die gezeigte Lösung hinausgehend auch weitere Antriebskonzepte bei insgesamt flacher Bauweise der Lüfterradanordnung möglich sind. Der Freiraum 51 ist_^

strichliert angedeutet.

Die Darstellung gemäß Fig. 11 entspricht weitgehendst jener gemäß Fig. 2, so dass bezüglich der voraufgegangenen

Beschreibung insbesondere auf die Darlegungen zu Fig. 2

verwiesen und Bezug genommen wird, wobei entsprechend dieser Bezugsnahme auch für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen

Verwendung finden.

Abweichend von der Darstellung gemäß Fig. 2 ist der —

Stellantrieb 12 zwar wiederum als Lineartrieb, nunmehr aber in Form eines Kolbentriebes 52 gestaltet und in Abstimmung hierauf auch der Traghals 53 zur Aufnahme des Kolbens 54 des

Kolbentriebes 52 mit einem Zylinderraum 55 versehen. Der Kolben 54 geht in eine Kolbenstange 56 über, die den Zylinderraum 55 durchsetzt und ausgehend vom Zylinderraum 55 durch eine

Führungsbohrung 57 des Traghalses 53 auf einen Endabschnitt 58 ausläuft, der axial in Überdeckung zu einem Bund 59 des

Stellgliedes 15 liegt und mit diesem zumindest axial, bevorzugt aber axial und radial lagefest verbunden ist, beispielsweise, was hier nicht gezeigt ist, durch eine entsprechende

Gewindeverbindung .

Durch entsprechende Druckbeaufschlagung des Kolbens 54 ist dieser, wie mit dem Pfeil 60 angedeutet, axial verstellbar und nimmt hierbei das Stellglied 15 jeweils entsprechend mit, so dass abgesehen von der unterschiedlichen Ausgestaltung des Stellantriebes 12 einmal als Kolben- und zum anderen als

Spindeltrieb gleiche Funktionsabläufe bezüglich der Verstellung der Lüfterflügel 10 gegeben sind. Zur Verstellung der Lüfterflügel 10 durch Axialverstellung des Kolbentriebes 52 ist in Fig. 11 eine hydraulische Ansteuerung schematisch veranschaulicht, und zwar ausgehend von einer

Druckquelle 61 in Form einer Pumpe oder Speicheranordnung, an deren Stelle auch ein Anschluss an bereits vorhandene

Druckquellen erfolgen kann. Über die Druckquelle 61 wird eine Ventilanordnung 62 beaufschlagt, von der aus über die

Versorgungsleitung 63 die Einspeisung des Arbeitsmediums auf den über den Kolben 54 abgegrenzten Zylinderraumanteil 64 erfolgt. Die Ventilanordnung 62 arbeitet im Hinblick auf eine möglichst feinstufig abgestimmte Druckbeaufschlagung des

Zylinderraumanteiles 64 in bekannter Weise bevorzugt getaktet, wobei die Ansteuerung der Ventilanordnung 62, und

gegebenenfalls auch die Ansteuerung der Druckquelle 61 über eine Steuerleitung 66 vom Steuergerät 65 erfolgt, das in

Abhängigkeit von der jeweils gegebenen Flügelwinkellage der Lüfterflügel 10 und in Berücksichtigung des jeweils gegebenen Kühlleistungsbedarfes, sowie gegebenenfalls weiterer Parameter, die Ventilanordnung 62 anspricht.^' '

Zur Erfassung des jeweiligen Flügelwinkels der Lüfterflügel 10 ist in Fig. 11 eine Sensoranordnung 67, beispielsweise in Form eines Hallsensors, angedeutet, der mit dem Steuergerät 65 über eine Steuerleitung 68 in Verbindung steht, wobei im Steuergerät 65 eine entsprechende Verarbeitung der genannten Parameter erfolgt, gegebenenfalls in Verbindung mit weiteren Paramtern, die über eine Steuerleitung 69 beispielsweise aus einem

Motorsteuergerät zur Verfügung gestellt werden.

Selbstverständlich kann anstelle des Steuergerätes 65 auch über ein hier nicht dargestelltes Motorsteuergerät eine unmittelbare Ansteuerung der Ventilanordnung 62 erfolgen.

Die getaktete Ansteuerung der Ventilanordnung 62 in

Berücksichtigung entsprechender Arbeitsparameter, so beispielsweise des Flügelwinkels ist beispielsweise durch die auf die Anmelderin zurückgehende deutsche Patentanmeldung 10 2011 101 494, sowie auch weitere Druckschriften bekannt. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, die hydraulische

Ansteuerung in Abhängigkeit von den jeweils zu

berücksichtigenden Parametern über eine proportional arbeitende Ventilanordnung 62, insbesondere ein Proportionalventil, zu realisieren .

In Fig. 11 ist eine lediglich einseitige Druckbeaufschlagung des Kolbens 54 dargestellt, in Verbindung mit einer schematisch angedeuteten Federabstützung in Gegenrichtung über eine Feder 70 gezeigt. Eine beidseitige Druckbeaufschlagung und damit die gegenläufige Verstellung des Kolbens 54, wie über den Pfeil 60 angedeutet, kann in entsprechender Weise realisiert werden.

Analog zur in Fig. 11 gezeigten Anordnung der Federabstützung über eine Feder 70, aber anstelle einer solchen, kann eine hier nicht gezeigte Federabstützung axial gegenüberliegend zwischen Stellglied 15 und Deckeitel 34, insbesondere zum Deckelteil 34 lagefesten Traghals 53 vorgesehen sein, über die die

Lüfterflügel 10 - durch Beaufschlagung des Ringkörpers 28 - entgegen ihrer Schwenkrichtung auf die in Förderrichtung Saugen gegebene Endlage im Bereich der Ausgangslage federnd abgestützt sind.

Claims

Patentansprüche

1. Lüfterradanordnung mit drehend antreibbarer Nabe (7), mit radialen, zum Nabengehäuse (29) schwenkbaren Lüfterflügeln (10), mit einem zentralen lagefesten Traghals (16, 53), auf dem das Nabengehäuse (29) axial lagefest und drehbar gelagert abgestützt ist und mit einem Stellantrieb (12) für die

Lüfterflügel (10), der einen Linearantrieb (Spindeltrieb 13; Kolbentrieb 52) mit im Traghals (16) geführtem Stellelement (Spindel 14; Kolben 54) und über das Stellelement (Spindel 14; Kolben 54) axial verstellbarem Stellglied (15) aufweist, wobei zum Stellglied (15) radial gelagert ein zum Nabengehäuse (29) drehfester Ringkörper (28) abgestützt ist, der mit den in ihrem Anstellwinkel (45) einstellbaren Lüfterflügeln (10) über exzentrisch zu deren Drehachsen (11) in Eingriff stehende

Antriebselemente verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Stellglied (15) durch einen auf dem Traghals (16, 53) axial verschieblich und drehfest geführten Stützkörper gebildet ist .

2. Lüfterradanordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Linearantrieb als Spindeltrieb (13) durch eine im Traghals (16) axial lagefest abgestützt geführte Spindel (14) als Stellelement und ein über die Spindel (14) axial verstellbares Stellglied (15) in Form des, insbesondere

hülsenförmigen, zum freien Ende des Traghalses (16)

übergreifenden Stützkörpers gebildet ist.

3. Lüfterradanordnung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass die axial lagefest abgestützte Spindel (14) einen zum Traghals (16) axial und radial abgestützten Führungsabschnitt (22) und einen zu diesem, insbesondere radial und axial,

abgesetzten Gewindeabschnitt (24) aufweist.

4. Lüfterradanordnung nach Anspruch 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Traghals (16) am zum Gewindeabschnitt (24)

gegenüberliegenden Ende zu einem Getriebegehäuse (17) erweitert ist .

5. Lüfterradanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,

dadurch gekennzeichnet,

dass, bezogen auf die Nabenachse (8), der Antrieb der Spindel (14) axial gegenüberliegend zum Antrieb für die Nabe (7) vorgesehen ist.

6. Lüfterradanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Lüfterrad (2) im Bereich der axial einander

gegenüberliegenden antriebsseitigen Anschlüsse zu Spindel (14) und zu Nabe (7) jeweils lagefest tragend abgestützt ist.

7. Lüfterradanordnung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Linearantrieb als Kolbentrieb (52) mit einem in einem Zylinderraum (55) des Traghalses (53) axial verschiebbar aufgenommenen Kolben (54) als Stellelement und einem zu einer im Traghals (53) aufgenommenen Kolbenstange (56) zumindest axial lagefest abgestützten Stellglied (15) in Form des, insbesondere hülsenförmigen , zum freien Ende des Traghalses (53) übergreifenden Stützkörpers ausgebildet ist..

8. Lüfterradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Stellglied (15) über einen Unrundquerschnitt auf dem Traghals (16, 53) drehfest abgestützt und axial geführt ist.

9. Lüfterradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass die in ihrem Anstellwinkel (45) verstellbaren Lüfterflügel (10) unter Umkehr der Förderrichtung von Saugen auf Blasen - und umgekehrt - über eine in Umlaufrichtung des Lüfterrades liegende Neutrallage umstellbar sind, ausgehend von einem großen Anstellwinkel (45) des Lüfterrades (10) in

Förderrichtung Saugen als Ausgangslage über die Neutrallage auf einen großen Anstellwinkel in Förderrichtung Blasen als

Endlage .

10. Lüfterradanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass der Ringkörper (28) zum Stellglied (15) axial lagefest abgestützt ist.

11. Lüfterradanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,

dass der Ringkörper (28) zum Stellglied (15) in einer

Stellrichtung axial lagefest und in Gegenrichtung wegbegrenzt mit axialem Freigang abgestützt ist.

12. Lüfterradanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

dass das Lüfterrad (2) mit Lüfterflügeln (10) versehen ist, die von einer Ausgangslage und kleinem Anstellwinkel (45) auf größere Anstellwinkel verstellbar sind und dass der Ringkörper (28) zum Stellglied (15) wegbegrenzt mit axialem Freigang entgegen der Stellrichtung abgestützt ist, die der Verstellung des Anstellwinkels (45) der Lüfterflügel (10) auf einen

größeren Anstellwinkel entspricht.

13. Lüfterradanordnung nach Anspruch 11 oder 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass bei zwischen einer Ausgangslage und einer Endlage axial verstellbarem Ringkörper (28) und von der Ausgangslage zur Endlage des Ringkörpers (28) größer werdendem Anstellwinkel (45) der Lüfterflügel (10) der Ringkörper (28) zum Stellglied (15) in Verstellrichtung auf die Endlage axial lagefest und in Verstellrichtung von der Endlage auf die Ausgangslage mit axialem Spiel abgestützt ist.

14. Lüfterradanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet,

dass die in ihrem Anstellwinkel (45) verstellbaren Lüfterflügel (10) unter Umkehr der Förderrichtung von Saugen auf Blasen über eine quer zur Umlaufebene (39) des Lüfterrades (10) liegende Umschlagebene (48) umstellbar sind, ausgehend von einem kleinen Anstellwinkel der Lüfterflügel (10) in Förderrichtung Saugen als Ausgangslage - über die Umschlagebene mit quer zur

Umlaufebene des Lüfterrades (2) liegenden Lüfterflügeln (10) - auf einen kleinen Anstellwinkel in Förderrichtung Blasen als Endlage - und umgekehrt - und dass die Lüfterflügel (10) bezüglich ihres Anstellwinkels (45) in Richtung der

Drehverstellung auf ihre in Förderrichtung Blasen gegebene Endlage zwangsgeführt sind und in Richtung der

entgegengesetzten Drehverstellung auf ihre in Förderrichtung Saugen gegebene Ausgangslage ein in der Größe vorgegebenes Drehwinkelspiel aufweisen.

15. Lüfterradanordnung nach einem oder mehreren der

vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Lüfterflügel (10) jeweils in Bezug auf ihre zur Nabe (7) radialen Drehachsen (11), bei insbesondere unsymmetrischer Ausbildung, aerodynamisch ungleich beaufschlagt sind und über die entgegen der Umlaufrichtung wirkenden aerodynamischen Kräfte in Richtung einer Verkleinerung ihres sich in

Umlaufrichtung des Lüfterrades (10) öffnenden Anstellwinkels (45) beaufschlagt sind.