DE19813372A1 - Lüfterrad, insbesondere im Kühlsystem von Brennkraftmaschinen einsetzbares Lüfterrad - Google Patents

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.

Description

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

In Kühlsystemen von Brennkraftmaschinen einsetzbare Lüfter­ räder der vorgenannten Art sind aus der DE 44 38 995 A1 be­ kannt. Ausgangspunkt ist bei der bekannten Lösung ein Motor­ kühlsystem für eine schwere Baumaschine, die sowohl im Fahr­ betrieb wie auch im Standbetrieb eingesetzt werden kann und bei der das Lüfterrad im Fahrbetrieb höher dreht als im Standbetrieb. Entsprechend sind die über das Lüfterrad er­ reichten Kühlleistungen im Fahrbetrieb größer als im Standbe­ trieb. 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 Kon­ stanthaltung der Drehzahl des Lüfterrades dessen Förder­ richtung umgekehrt, um einmal in Richtung auf die Brennkraft­ maschine und einmal hierzu entgegengesetzt zu fördern. Hierzu ist das Lüfterrad innerhalb seiner Nabe mit einer Stellein­ richtung versehen, durch die die Flügel des Lüfterrades so­ weit verdreht werden können, daß sich die Förderrichtung um­ kehrt, daß also eine Vorwärtsbläsrichtung und eine Rückwärts­ blasrichtung realisiert werden können, um bezogen auf die Kühlung der Brennkraftmaschine die Kühlleistung durch Um­ kehrung der Förderrichtung an den jeweiligen Kühlbedarf an­ passen zu können.

Die Erfindung hat die Ausgestaltung eines derartigen Lüfter­ rades zur Aufgabe, mit der Zielsetzung, zu einer einfachen Grundkonstruktion des Lüfterrades bei gewährleisteter Funk­ tionssicherheit auch unter schweren Einsatzbedingungen zu kommen, 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 ge­ staltete elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung zur Ver­ fügung zu stellen, so daß insgesamt eine Stelleinrichtung ge­ schaffen wird, die eine aktive Verstellung jeweils nur in eine Stellrichtung hat, und bei der die Rückstellung über die passiv wirkende elastisch nachgiebige Stellvorrichtung er­ folgt, die gegen die Stellkraft des druckbeaufschlagten Stellkolbens arbeitet. Dadurch ist eine Stelleinrichtung rea­ lisierbar, bei der eine Druckbeaufschlagung nur in einer Richtung notwendig ist, so daß durch die Zu- und Abschaltung der Druckbeaufschlagung die Umsteuerung 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. Ab­ schaltens der Pumpe oder des Kompressors.

Insbesondere bei einer pneumatischen Betätigung führt dies zu einer sehr einfachen Lösung, wobei in Verbindung mit einem solchen Grundkonzept eine Ausgestaltung derart zweckmäßig ist, daß der Regelarbeitsstellung des Lüfterrades als Vor­ wärtsblasrichtung die Endlage entspricht, die über die elas­ tisch nachgiebige Rückstelleinrichtung angefahren wird. Es ist somit in der Regelarbeitsstellung keinerlei Druckver­ sorgung nötig, so daß die größtmögliche Arbeitssicherheit ge­ geben ist und zudem auch ein sehr energiesparender Betrieb ermöglicht wird, wenn mit Druckbeaufschlagung lediglich eine Kurzarbeitsstellung als Rückwärtsblasrichtung angefahren wird, wobei dies, wie bereits erwähnt, durch einfache Zu­ schaltung einer Pumpe oder eines Kompressors erfolgen kann, zumal die großflächige Dimensionierung ein Arbeiten mit sehr geringen Drücken ermöglicht.

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

Insbesondere in Verbindung mit einer pneumatischen Betätigung der Stelleinrichtung ist es in einfacher Weise auch möglich, 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 Re­ gelarbeitsstellung als Vorwärtsblasrichtung dadurch vorzu­ nehmen, 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 Regelarbeits­ stellung möglich ist.

Im Rahmen der Erfindung ist desweiteren auch eine hydrau­ lische Betätigung der Stelleinrichtung möglich, wobei sich auch bei dieser Betätigungsart, die insbesondere bei Ein­ bindung der Versorgung der Stelleinrichtung in eine an sich schon vorhandene Hydraulikanlage zweckmäßig ist, die angesprochenen Vorteile und Arbeitsweisen realisieren lassen.

Bei einer hydraulischen Betätigung des Stellkolbens erweist es sich als zweckmäßig, in Parallelschaltung zur Versorgung der Stelleinrichtung, also in Parallelschaltung zum Zulauf auf die Stelleinrichtung einen Druckspeicher anzuordnen, der­ art, daß bei Abschalten der zur Verschiebung des Stellkolbens zugeschalteten Druckquelle Druckspeicher und Arbeitsraum in offener Verbindung und damit unter praktisch dem gleichen Druck stehen.

Der Druckabbau erfolgt dann - unter Übertritt von Druckflüssigkeit aus dem Druckspeicher, beispielsweise einem Blasenspeicher in den Arbeitsraum - über die Drossel, und kann damit, wie schon geschildert für die Druckluftbetätigung des Stellkolbens, auch bei hydraulischer Betätigung in Abhängigkeit vom Querschnitt der Drossel zeitgesteuert erfolgen.

Die Haltezeit des Druckes, und damit die Bestimmung einer Zeitdauer, in der die sogenannte Kurzarbeitsstellung aufrecht erhalten wird, bevor die Umschaltung durch Druckabbau einge­ leitet 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.

Im Rahmen der Erfindung erweist es sich insbesondere auch als zweckmäßig, ein Lüfterrad der vorgenannten Art so auszuge­ stalten, daß die Lüfterflügel in ihrer jeweiligen Endlage über eine von der Stelleinrichtung unabhängige, in Richtung auf die Endlage willkürliche Haltekraft beaufschlagt sind. Ein dadurch erreichter Selbsthalteeffekt macht es insbeson­ dere in Verbindung mit einem vorgeschilderten, zeitge­ steuerten Druckabbau möglich, die Stelleinrichtung so aus zu­ legen, 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 nach­ giebige Rückstelleinrichtung aufgebrachte Stellkraft im Ver­ hältnis zur Selbsthaltekraft so bemessen werden, daß sie nur geringfügig größer als die Selbsthaltekraft ist, so daß ein nahezu vollständiger Druckabbau durchgeführt werden kann, be­ vor die Umstellung erfolgt, wobei die Umstellung dann, wie erwähnt, praktisch schlagartig erfolgt, da nach Überwinden der Selbsthaltekraft aufgrund des erfolgten Druckabbaues praktisch keine Gegenkraft über den Stellkolben ausgeübt wird.

Eine Umschaltung von der Regelarbeitsstellung in die Kurz­ arbeitsstellung ist bezogen auf die Umschaltzeit praktisch nur von der Förderkapazität der Druckquelle bzw. einem entsprechenden Speichervolumen als Versorgungsquelle ab­ hängig.

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

Die Ausgestaltung eines Lüfterrades mit verstellbaren Lüfter­ flügeln und mit in deren jeweiliger Endlage über eine von der Stelleinrichtung unabhängige, in Richtung auf die Endlage wirkenden Haltekraft als Selbsthaltekraft, erweist sich auch unabhängig von der Ausgestaltung der Stelleinrichtung als zweckmäßig, da eine Stabilisierung der Lüfterflügel in ihrer jeweiligen Endlage für ein sicheres Betriebsverhalten wesent­ lich ist, zumal auf diese Weise auch ohne Zusatzaufwand eine stabile Endlage realisierbar ist, in der trotz Verstellbar­ keit der Flügel diese zur Nabe eine quasi fixierte Stellung einnehmen.

In besonders zweckmäßiger erfindungsgemäßer Weise läßt sich die Selbstaltekraft dadurch erreichen, daß die Lüfterflügel über den sie entgegen der Förderrichtung beaufschlagenden Luftdruck in Richtung auf die jeweils gegebene Endlage be­ lastet sind, also quasi über den Luftdruck in die Endlage ge­ dreht werden.

Eine entsprechende Selbsthaltekraft kann aber auch durch eine Federabstützung realisiert werden, beispielsweise durch eine Federabstützung mit Übertotpunkteffekt.

Als Stelleinrichtung erweist sich im Rahmen der Erfindung ein Exzentergetriebe als zweckmäßig, wobei dieses Exzenterge­ triebe so ausgestaltet werden kann, daß zur Betätigung ein gemeinsamer Stellring vorgesehen ist, der zweckmäßigerweise und zur Vereinfachung des Gesamtaufbaus durch den zylindri­ schen Wandteil des Stellkolbens gebildet wird. In Verbindung mit einem solchen Stellring und bei etwa radialer Erstreckung und Lagerung der Lüfterflügel im Nabengehäuse sind er­ findungsgemäß vorgesehene exzentrische Verstelleinrichtungen in sehr einfacher Weise zu realisieren.

Zu einem einfachen Aufbau trägt insbesondere auch bei, wenn, bezogen auf die axiale Förderrichtung des Lüfterrades, die den Lüfterflügeln zugeordneten Exzenterzapfen in ihren bei­ den, 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 End­ lagen die gleiche Lage der Lüfterflügel, und damit auch eine gleich große Selbsthaltekraft in beiden Endlagen. Durch ent­ sprechende Verlagerung der den Endlagen entsprechenden Lagen der Exzenterzapfen ist es aber auch möglich, die Flügel­ stellungen 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 Selbsthalte­ kräfte.

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 Förder­ richtung nach vorne ragende Ende der jeweiligen Schaufel eine mehr axiale Erstreckung aufweist, und das bezogen auf die Förderrichtung rückwärtige Ende eine mehr 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 radialen Abstand der in Förderrichtung vorne liegenden jeweiligen Flügelkante zur Drehachse des Lüfterflügels die Größe der Selbsthaltekraft beeinflußt werden kann.

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 Schnittdar­ stellung, wobei die Schnittebene eine Radialebene durch die Lagerung eines Lüfterflügels ist, mit einer ersten Ausführungsform einer Stelleinrichtung zum Ver­ drehen des Lüfterflügels,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung durch ein entsprechendes Lüfterrad bei Ausgestaltung der Stell­ einrichtung 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 Lüfter­ flügels,

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung mit einer Stellung des Lüfterrades zur Förderung in entgegenge­ setzter Richtung, und

Fig. 5 eine schematisierte Darstellung eines Lüfterflügels in einer der Fig. 3 entsprechenden Stellung und Aus­ bildung.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist ein Teil eines Lüfter­ rades 1 gezeigt, von dessen Lüfterflügeln 2 lediglich einer mit seinem radialinneren, nabenseitigen Anschlußteil 3 ge­ führt 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 Naben­ körper 5, der einen Bodenteil 6 und die Napfwand 7 umfaßt, wobei die als Umfangswand des Nabenkörpers dienende Napfwand 7 über einen Deckel 8 gegenüberliegend zum Bodenteil 6 abge­ deckt 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 Auf­ bau der Nabe 4 nimmt deren Innenraum 9 einen Stellkolben 11 auf, der in eine zur Napfwand 7 benachbarte, zylindrische Kolbenwand 12 und einen Kolbenboden 13 umfaßt, wobei Kolben­ wand 12 und Kolbenboden 13 den Kolbeninnenraum 14 umgrenzen, der gegen den Bodenteil 6 der Nabe 4 offen ist. Nach der ge­ genüberliegenden Seite grenzt der Kolbenboden 13 des Stell­ kolbens 11, der im Bereich des Kolbenbodens 13 über Ring­ dichtungen 15 gegen die Napfwand 7 abgedichtet ist, einen Ar­ beitsraum 16 ab, der über eine Versorgungsöffnung 17 an eine Druckquelle, die hier nicht weiter dargestellt ist, anzu­ schließen 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 Stell­ kolben 11 elastisch nachgiebig abgestützt, wobei diese Ab­ stützung im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 über ein Schraubenfeder 20 erfolgt, deren Durchmesser etwa dem Durch­ messer des sie aufnehmenden Kolbeninnenraumes 14 entspricht.

Im zur Kolbenwand 12 zumindest teilweise 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 Bezug auf die Lager 21 gegenüberliegend, ein Deckelteil 22 drehfest und unter axialer Verspannung ver­ bunden, das seinerseits zur Achse 23 der Lager 21 und des je­ weiligen Lüfterflügels 2 exzentrisch liegend einen Stell­ zapfen 24 umfaßt, der in eine in der Kolbenwand 12 vorge­ sehene Ausnehmung 25 eingreift, die bevorzugt als Aufnahme­ bohrung, insbesondere als den Stellzapfen 24 führende Sacklochbohrung ausgebildet ist.

Wird der Arbeitsraum 16 mit Druck beaufschlagt, so wird der Kolben 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 Schwenk­ bewegung für den Stellzapfen 4 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 Ver­ schiebung 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 An­ schlußteil 3 zur Abdeckung der Lager 21 zugehörige, umfangs­ seitige Abdeckung der Nabe 4.

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

Dem in diesem Ausführungsbeispiel mit 31 bezeichneten Stell­ kolben sind als elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtungen hier aber mehrere Schraubenfedern 32 über den Umfang verteilt zugeordnet, die jeweils bei Abstützung gegen das Bodenteil 6 des napfförmigen Körpers in einer in der Rückseite des Stell­ kolbens 31 vorgesehenen Ausnehmung 33 geführt sind.

Die Ausführungsbeispiele gemäß Fig. 3 und 4 zeigen in stark schematisierter Darstellung die Zuordnung des Lüfter­ rades 1 zum Kühler einer nur angedeuteten Brennkraftmaschine 8, 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 ge­ mäß Fig. 1 und 2 in der Konfiguration gemäß Fig. 3 und 4 unterstellt ist der in Fig. 4 nicht weiter dargestellte Stellkolben 11 gemäß Fig. 1 bzw. 31 gemäß Fig. 2 in Rich­ tung des Pfeiles 44, also vom Kühler 45 weg druckbelastbar, und damit entgegen der elastisch nachgiebigen Rückstellein­ richtung, die durch die Feder 20 bzw. durch Federn 32 ge­ bildet ist, verschiebbar. Eine entsprechende Verschiebung be­ dingt die Umstellung des Lüfterflügels aus der Lage gemäß Fig. 3 in eine Lage gemäß Fig. 4. Der Lage gemäß Fig. 3 ent­ spricht 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 Lager­ achse 23 des zugehörigen Lüfterflügels, und damit aufgrund der drehfesten Verbindung zwischen dem exzentrischen Stellzapfen 24 und dem jeweiligen Lüfterflügel eine Ver­ drehung 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 Lüfter­ flügel 42 in den Fig. 3 bzw. 4 dargestellt sind und wobei Fig. 4 die Endstellung zeigt, die dem druckbeaufschlagten und gegen die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung ver­ schobenen Kolben entspricht. In der Endstellung gemäß Fig. 4 ist die Lüfterschaufel 42 entgegengesetzt zur Darstellung ge­ mäß Fig. 3 angestellt, mit der Folge, daß nunmehr in Rich­ tung auf den Kühler (Pfeil 47) gefördert wird.

Der axiale Verstellweg des Stellkolbens 11 bzw. 31 ist so be­ messen, daß sich durch das Zusammenwirken mit dem exzentri­ schen Stellzapfen 24 eine Verdrehung des Lüfterflügels 42 im Ausführungsbeispiel eine Verdrehung (Pfeil 56) über 110°, er­ gibt, wobei der Lüfterflügel 42 in seinen beiden End­ stellungen eine zu der Symmetrieebene durch die Drehachse 23 des Lüfterflügels 42, die senkrecht zur Drehachse 10 des Lüfterrades steht, symmetrische Lage einnimmt. Dement­ sprechend 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 Schaufelkonfi­ guration 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 ein schnelles Freiblasen zu erreichen, die für die Regelarbeitsstellung erforderliche Förderleistung aber vergleichsweise gering ist.

Bezogen auf das gezeigte Ausführungsbeispiel und die ange­ sprochene Symmetrieebene sind die Lüfterflügel jeweils entge­ gengesetzt 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 Lüfter­ flügels auf verschiedenen Seiten der durch die Drehachse 23 verlaufenden Gerade 50, wobei die durch die Sehne 48 gegebene Breite des Lüfterflügels im wesentlichen dessen Krümmungs­ radius entspricht. Der Krümmungsmittelpunkt 53 für den Kurvenbogen 49 liegt dabei auf einem zur Sehne 48 senkrechten Gerade 51 durch die Achse 23, zu der der Kurvenbogen 49 sym­ metrisch liegt. Der Umfangswinkel 54 des Kurvenbogens 49 be­ trägt im Ausführungsbeispiel zwischen 55 und 75°, bevorzugt etwa 65°.

Die beschriebene Konfiguration der Lüfterschaufel 42 ermög­ licht für beide Endstellungen und bei unabhängig von der Stellung der Lüfterschaufel gleichbleibender Drehrichtung 55 des Lüfterrades 1 in einfacher Weise die Realisierung eines Selbsthalteeffektes aufgrund des auf die Lüfterschaufel 42 wirkenden Luftdruckes. In beiden Endstellungen ist die Lüfterschaufel 42 durch den Luftdruck in Richtung auf die Endstellung beaufschlagt. Dementsprechend bedarf es im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung keiner besonderen Sicherung dieser Endstellung.

Damit läßt sich erfindungsgemäß ein Lüfterrad 1 realisieren, bei dem der Stellkolben 11, 31 der Stelleinrichtung in der Vorwärtsblasrichtung 46, die der Regelarbeitsstellung ent­ spricht, lediglich über die elastisch nachgiebige Rück­ stelleinrichtung belastet ist, die durch die Feder 20 bzw. den Federn 32 gebildet ist. Hohe Vorspannkräfte sind dabei nicht erforderlich, da die Flügel in die dieser Regelarbeits­ stellung entsprechende Stellung gemäß Fig. 3 auch über den sie beaufschlagenden Luftdruck 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 axial druckbeaufschlagt wird und eine der Nabenfläche weitge­ hend entsprechende, und damit sehr große Beaufschlagungs­ fläche aufweist, lediglich ein geringerer Stelldruck er­ forderlich und es kann das System deshalb mit Niederdruck be­ trieben werden. Mit der Druckbeaufschlagung wird der Kolben gegen die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung (Federn 20, 32) verschoben und es erreichen damit die Lüfterschaufeln 42 eine Stellung gemäß Fig. 4, bei der in Richtung auf den Kühler geblasen wird (Rückwärtsblasrichtung 47 oder Kurz­ arbeitsstellung).

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

Wird die Druckbeaufschlagung, die, was hier nicht weiter dar­ gestellt ist, über eine Pumpe oder einen Kompressor durch Zu­ schalten 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 Druckab­ bau zeitgesteuert vorzunehmen.

Da die Lüfterschaufeln auch in Richtung auf ihre der Kurz­ arbeitsstellung entsprechende Endstellung über den Luftdruck 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 Rückstelleinrichtung 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 schlag­ artig erfolgen kann, wie dies auch bei der Umstellung in Ge­ genrichtung unter Druckbeaufschlagung möglich ist.

Abweichend von dem schematisiert dargestellten Ausführungs­ beispielen gemäß Fig. 1 und 2 kann die Drosselöffnung selbstverständlich auch an anderer Stelle in dem vom Arbeits­ raum ausgehenden Ablaufweg angeordnet sein. Insbesondere er­ weist es sich dabei als zweckmäßig, der Drossel ein Sperr­ ventil zuzuordnen, sei es vorgelagert, nachgelagert oder in die Drossel integriert, um über dieses Ventil die Haltedauer des Druckes in der Arbeitskammer festzulegen, und damit unab­ hängig 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 vor­ handene hydraulische Anlagen und deren Druckversorgung zu­ rückgegriffen werden kann.

Insbesondere in Verbindung mit einer hydraulischen Betätigung ist im Rahmen der Erfindung parallel geschaltet zum Arbeits­ raum ein Druckspeicher, insbesondere ein Druckblasenspeicher vorgesehen, derart, daß nach Abschalten der Druckquelle der Druck im Arbeitsraum auch bei gewissen Leckagen aufrecht er­ halten 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 Lüfter­ rades im Kühlsystem von Brennkraftmaschinen besonders zweck­ mäßig macht, und zwar insbesondere dann, wenn die Kurz­ arbeitsstellung 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 Um­ kehrung der Strömungsrichtung freizublasen.

Insbesondere bei Landmaschinen kommt diesem Problem größere Bedeutung zu, da in Verbindung mit zunehmend gedrängter Bau­ weise immer kleinere Lufteintrittsquerschnitte auf das Kühl­ system zur Verfügung stehen und diese Lüfteintrittsquer­ schnitte häufig auch in Bereichen der Landfahrzeuge, so ins­ besondere der Schlepper liegen, die durch dem Schlepper zuge­ ordnete Arbeitsgeräte, so insbesondere vom Schlepper ge­ tragene Frontarbeitsgeräte besonderer Verschmutzung ausge­ setzt sind.

Entsprechende Schmutzablagerungen können bei der erfindungs­ gemäßen Lösung abgeblasen werden, wobei die entsprechende Um­ kehrung der Blasrichtung nur kurzzeitig (Kurzarbeitsstellung) aufrecht erhalten werden muß.

Dadurch, daß die erfindungsgemäße Lösung eine quasi schlag­ artige Umstellung auch von Kurzarbeitsstellung zur Regel­ arbeitsstellung 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 Reinigungs­ zwecken kann in Abhängigkeit von Luftwiderstand oder son­ stigen geeigneten Parametern, wie beispielsweise Änderungen der Kühlwassertemperatur und dergleichen automatisch er­ folgen, oder auch manuell, wobei jeweils lediglich eine kurz­ zeitige Zuschalung der Druckquelle erforderlich ist, um die Umsteuerung auf die Kurzarbeitsstellung vorzunehmen. Dement­ sprechend ist auch der Energiebedarf für den Betrieb des er­ findungsgemäßen Lüfterrades außerordentlich gering, zumal, wie dargelegt, die Umsteuerung in Gegenrichtung ohne aktive Stelleinrichtungen vollzogen wird.

Claims (30)

1. Lüfterrad, insbesondere im Kühlsystem von Brennkraft­ maschinen einsetzbares Lüfterrad, mit Lüfterflügeln, die über eine der Nabe des Lüfterrades zugeordnete Stelleinrichtung verstellbar und zwischen einer Vorwärtsblasrichtung und einer Rückwärtsblasrichtung umstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung einen in der Nabe (4) liegenden, axial verschiebbaren Stellkolben (11, 31) aufweist, der in Richtung auf seine eine Endlage über eine elastisch nach­ giebige Rückstelleinrichtung (Feder 20 bzw. 32) belastet und entgegengesetzt hierzu in Richtung auf seine andere Endlage durch Druckbeaufschlagung verstellbar ist.

2. Lüfterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (11, 31) pneumatisch druckbeaufschlagbar ist.

3. Lüfterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (11, 31) hydraulisch druckbeaufschlagbar ist.

4. Lüfterrad nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ablaufweg des vom Stellkolben (11, 31) begrenzten, volumenveränderlichen Arbeitsraumes (16) eine Drosselöffnung (19) vorgesehen ist.

5. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Ablauf des vom Stellkolben begrenzten, volumenver­ änderlichen Arbeitsraumes ein Sperrventil angeordnet ist.

6. Lüfterrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil der Drossel zugeordnet ist.

7. Lüfterrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrventil im Zulauf auf die Drossel liegt.

8. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die über die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung (Feder 20 bzw. 32) anfahrbare Endlage des Stellkolbens (11, 31) einer Regelarbeitsstellung (Vorwärtsblasrichtung 46) ent­ spricht.

9. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die über Druckbeaufschlagung anfahrbare Endlage des Stellkolbens (11 bzw. 31) einer Kurzarbeitsstellung (Rückwärtsblasrichtung 47) entspricht.

10. Lüfterrad nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Lüfterflügel (2) von der Regelarbeits­ stellung (Vorwärtsblasrichtung 46) auf die Kurzarbeits­ stellung (Rückwärtsblasrichtung 47) durch Zuschalten einer Druckluftquelle umstellbar ist.

11. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Lüfterflügel (2, 42) von der Kurz­ arbeitsstellung (Rückwärtsblasrichtung 47) auf die Regel­ arbeitsstellung (Vorwärtsblasrichtung 46) durch insbesondere zeitgesteuerten Abbau des nach Abschalten der Druckquelle be­ stehenden Druckes umstellbar ist.

12. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung durch zu­ mindest eine Rückstellfeder (20) gebildet ist.

13. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung durch mehrere Einzelfedern (32) gebildet ist.

14. Lüfterrad, insbesondere nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterflügel (2, 42) in ihrer jeweiligen Endlage über eine von der Stelleinrichtung unabhängige, in Richtung auf die Endlage wirkende Haltekraft, insbesondere eine Selbst­ haltekraft beaufschlagbar sind.

15. Lüfterrad nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekraft durch den entgegen der Luftförderrichtung auf die Lüfterschaufeln (2, 42) wirkenden Luftdruck bestimm­ bar ist.

16. Lüfterrad nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekraft über eine Federabstützung mit Übertot­ punkteffekt bestimmbar ist.

17. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekraft kleiner ist als die über die elastisch nachgiebige Rückstelleinrichtung (Feder 20 bzw. 32) aufge­ brachte Rückstellkraft.

18. Lüfterrad nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung ein im Übergang vom Stellkolben (11, 31) auf die Lüfterflügel (2, 42) liegendes Exzentergetriebe umfaßt.

19. Lüfterrad nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Exzentergetriebe einen den Stellkolben zugeordneten Stellring umfaßt.

20. Lüfterrad nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellring durch den zylindrischen Wandteil (Kolbenumfangswand 12) des Stellkolbens (11) gebildet ist.

21. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterflügel (2, 42) bei etwa radialer Erstreckung ihrer jeweiligen Drehachse (23) in der Nabe (4) gelagert sind.

22. Lüfterrad nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellring (Kolbenumfangswand 12) umfangsseitig Aus­ nehmungen (Führungsbohrungen 25) für zur Drehachse (23) der Lüfterflügel (2, 42) versetzt liegende, flügelseitige Exzenterzapfen (24) aufweist.

23. Lüfterrad nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß, bezogen auf die axiale Förderrichtung des Lüfterrades (1) der Exzenterzapfen (24) in beiden, der Vorwärtsarbeits­ richtung (46) und der Rückwärtsarbeitsrichtung (47) ent­ sprechenden Endlagen auf der gleichen Seite einer die Dreh­ achse (10) des Lüfterrades (2, 42) enthaltenden Radialebene liegt.

24. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterflügel (2, 42) - in radialer Ansicht - in ihren beiden, der Vorwärtsblasrichtung (46) und der Rückwärtsblas­ richtung (47) entsprechenden Endlagen jeweils entgegengesetzt zur Förderrichtung ausgewölbt sind.

25. 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° gegeneinander ver­ dreht sind.

26. Lüfterrad nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterflügel (2, 42) zwischen ihren Endlagen bezogen auf ihre Drehachse (23) um etwa 110° gegeneinander verdreht sind.

27. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterflügel (2, 42), in radialer Ansicht und bezogen auf die Drehrichtung (55) des Lüfterrades jeweils entgegen der Drehrichtung ausgewölbt sind.

28. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterflügel (2, 42) - in radialer Ansicht und be­ zogen auf die Drehrichtung (55) des Lüfterrades (2, 42) - mit ihrem rückwärtigen Ende schräg zur Förderrichtung (Vorwärtsblasrichtung 46, Rückwartsblasrichtung 47) entgegen der Drehrichtung (55) des Lüfterrades nach hinten geneigt sind.

29. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterflügel (2, 42) - in radialer Ansicht und be­ zogen auf die Drehrichtung (55) des Lüfterrades (2) - mit ihrem vorderen Ende im wesentlichen in Umfangsrichtung des Lüfterrades (2, 42) verlaufen.

30. Lüfterrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad, im Kühlsystem einer Brennkraftmaschine eingesetzt, in seiner Kurzarbeitsstellung (Rückwärtsblas­ richtung (47) in Richtung auf den Kühler (40) bläst und als Reinigungsgebläse wirkt.