DE2635896B2

DE2635896B2 -

Info

Publication number: DE2635896B2
Application number: DE2635896A
Authority: DE
Inventors: Anton Bozen Ryba (Italien)
Original assignee: AUVE PATENTVERWERTUNGSGESELLSCHAFT MBH 8000 MUENCHEN
Current assignee: AUVE PATENTVERWERTUNGSGESELLSCHAFT MBH 8000 MUENCHEN
Priority date: 1975-10-22
Filing date: 1976-08-10
Publication date: 1980-12-04
Also published as: ATA803875A; DE2635896C3; FR2328866A1; SE427294B; JPS57186015A; NL7611765A; JPS5925860B2; AT369510B; US4081066A; FR2328866B1; GB1549423A; JPS5925859B2; SE7611277L; BE847484A; IT1195355B; DE2635896A1; JPS5253157A

Description

Die Erfindung betrifft einen selbsttätig schaltbaren Ventilator, insbesondere für Kühlsysteme von Verbrennungsmotoren, mit einem von der Kühlluft überstrichenen ringförmigen Thermostaten, der als gasdichter Behälter mit einer festen metallischen und einer axial nachgiebigen Wandung ausgebildet ist und eine Flüssigkeit enthält, die bei einer vorgegebenen Temperaturerhöhung auf die nachgiebige Wandung im Sinne einer Ankupplung des Ventilators an eine Antriebswelle des Verbrennungsmotors einwirkt.

Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren müssen im Kühlsystem Ventilatoren angeordnet werden, um in allen Fahrzuständen die notwendige Wärmeabfuhr /u erreichen. Allerdings ist jedoch nur in etwa 15 bis 20% des Betriebsbereiches eine zwangsweise Luftbewegung durch einen Ventilator erforderlich.

Ist aber der Ventilator mit dem Motor starr verbunden und berücksichtigt man. daß der Leistungsaufwand für den Ventilator etwa der dritten Potenz der Drehzahl proportional ist, so ergeben sich hierdurch Leistungsverluste, die in der Größenordnung von ca. 8% der Motorleistung liegen. Ferner ist es bei starr mit dem

Motor verbundenen Ventilatoren nachteilig, daß sie bei

hohen Drehzahlen eine zu große Luftmenge liefern, da dies zu einer Unterkühlung des Motors führt Außerdem werden dabei unnötig sehr störende Geräusche erzeugt

Um die genannten Nachteile zu vermeiden, ist schon

ίο seit langem bekannt, eine Verbindung von Ventilator und Motor über schaltbare Reibungskupplungen oder Flüssigkeits-Schlupfkupplungen herzustellen. Auch der Antrieb des Ventilators mittels eines eigenen Elektromotors und ferner Ventilatoren mit verstellbaren

Ii Flügeln wurden bereits eingeführt Alle diese Vorschläge und Ausführungen befriedigen jedoch nur zum Teil ober überhaupt nicht weil sie technische, betriebliche oder preisliche Nachteile haben.

Elektromagnetisch betätigte Ventilatorkuppjungen

sind grundsätzlich teuer, schalten hart und belasten erheblich die Antriebselemente. Auch die Stromzuführung über Schleifringe ist problematisch, ohne Schleifringe aber nur in Sonderfällen preislich tragbar. Ventilatoren mit eigenem Elektromotor können mit Rücksicht auf die relativ schwache Elektroanlage eines Fahrzeuges nur sehr kleine Leistungen haben, was zu einer aufwendigen Kühlerbauart führt und dazu noch eigene Schaltgeraie und Thermostaten erfordert Flüssigkeits-Schlupfkupplungen sind in thermostatisch

!0 geregelter und ungeregelter Ausführung bekannt geworden. Die thermostatisch geregelte Ausführung ist aber für eine allgemeine Anwendung zu teuer und die ungeregelte Ausführung entspricht den praktischen Erfordernissen nur schlecht oder gar nicht Sehr

« nachteilig für beide Ausführungen ist aber, daß infolge des ständigen Schlupfes Wärmemengen abzuführen sind, die relativ hohe Arbeitstemperaturen ergeben, so daß die Verwendung von Ventilatoren aus normalen thermoplastischen Kunststoffen, ohne zusätzliche aufwendige konstruktive Maßnahmt,:^ nicht möglich ist Mechanische Reibungskupplungen sind infolge des für den beabsichtigten Zweck zu empfindlichen Aufbaues und ihrer schwierigen Steuerbarkeit im betrieblichen Verhalten unzuverlässig und unbefriedigend, so daß sich

■ti deren praktische Anwendung nicht durchsetzen konnte. Aus der DE-AP 15 76 697 ist ein mit einem ausdehnbaren Arbeitsmedium gefüllter thermostatischer Fühler bekannt, dessen Schaltkraft ausschließlich durch Volumenänderung des Arbeitsmediums verur-

V) sacht wird. Das Ansprechverhalten eines solchen Fühlers ist sehr träge, da es sich bei dieser Wälzlager

verwendenden Konstruktion ebenfalls nicht um eine schlupfarme Kupplungseinrichtung handelt.

Aus der DE-AS 15 76 731 ist eine thermostatgesteu-

v> erte Reibkupplung zum Antrieb eines Kohlgebläses für Brennkraftmaschinen bekanntgeworden. Hier handelt es sich um einen Wachsthermostaten mit einem beweglichen Stempel, welcher dazu beiträgt verschiedene Klemmvorrichtungsteile relativ zueinander zu

fco verdrehen, um den Ein- oder Auskupplungsvorgang in die Wege zu leiten. Allerdings verläuft anschließend der Kupplungsvorgang selbsttätig und ist unabhängig von der weiteren Bewegung des Stempels und damit auch unabhängig von dem Verhalten des Wachses.

M Nach dem in der US-PS 12 33 518 beschriebenen automatisch betätigbaren Ventilator enthält die .Steuervorrichtung einen Balg mit einer Flüssigkeit, der mit steigender Temperatur infolge der Ausdehnung der

Flüssigkeit Kupplungselemente in Eingriff und damit den Ventilator zur Drehung bringt. Zur Regelung der Drehgeschwindigkeit wird auch hier der mehr oder weniger große Schlupf zwischen den sich berührenden Kupplungsgliedern ausgenützt Diese bekannte Vorrichtung weist ebenfalls die bereits vorstehend behandelten Nachteile auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines selbsttätig schaltbaren Ventilators, der rasche schlupfarme Schdltvorgänge ermöglicht und die geschilderten Nachteile der bekannten Ventilatoren nicht aufweist

Dies wird bei einem Ventilator der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Siedetemperatur der Flüssigkeit ungefähr in dem Temperaturbereich liegt, bei dem der Ventilator eingeschaltet wird, so daß ein Teil dieser Flüssigkeit verdampft und der Dampfdruck im Inneren des Thermostaten über dessen nachgiebige Wandung die Ankupplung des Ventilators an die Antriebswelle bewirkt und der restliche Flüssigkeitsanteil infolge der entstehenden Fliehkraft durch einen zusätzlichen Axiaidruck die Kupplungskopft erhöht

Vorteilhaft ist hierbei, daß durch den entstehenden Dampfdruck der Flüssigkeit bereits bei geringer Wärmezufuhr eine Schaltkraft erzeugt wird, die eine Mitnahme des Ventilatorrades und damit den Aufbau eines hydrostatischen Fliehkraftdruckes der Restflüssigkeit bewirkt Infolge des Zusammenwirkens von Gasdruck und Riehkraft wird ein rascher Schaltvorgang erreicht

Vorzugsweise ist eine Feder vorgesehen, die auf die äußere Oberfläche der nachgiebigen Wandung einwirkt, um den Siedepunkt der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der gewünschten Einschalttemperatur des Ventilators zu ändern.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Flüssigkeit oder Mischung von Flüssigkeiten in solcher Menge im Thermostat enthalten ist, daß ein Teil davon auch bei der höchsten auftretenden Kühlluftemperatur noch flüssig verbleibt und mit dem Thermostaten in Umdrehung versetzt werden kann. Damit wird diese Flüssigkeit durch die Fliehkraft an den Außenumfang des Behälters gefördert und übt einen zusätzlichen axial wirkenden Druck auf die nachgiebige Wandung aus.

Vorzugsweise wird als Füllflüssigktit Trtchlortrifluoräthan gewählt und der Thermostat damit ganz oder teilweise gefüllt.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Hierin zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Ventilators, der auf der Wasserpumpenwelle eines Fahrzeugmotors montiert ist,

Fig.2 eine stirnseitige Ansicht des von der Kühlluft bestrichenen Ventilatorteiles und des Thermostates im Sinne des Pfeiles A in F i g. 1 und

Fig.3 und 4 Membranen mit zwei verschiedenen Profilen.

Das Gehäuse 1 einer Wasserpumpe ist in bekannter Weise mit dem Motor verbunden. Die Wasserpumpenwelle 2 ist mittels Kugellager 3 im Gehäuse 1 gelagert Auf die Wasscrpumpenwelle 2 ist auch das Pumpenlaufrad 4 aufgepreßt. Die Wellendichtung 5 trennt den Wasserraum vom Lagerteil. Auf der Wasserpumpenwelle 2 ist auch eine Nabe 6 aufgepreßt, auf welcher eine aus zwei Teilen 7, 8 best; hende Keilriemenscheibe und

eine zur Kupplung gehörige Scheibe 9 mittels Nieten 10 befestigt ist Auf dem angesetzten Teil Ii der Pumpenwe'le 2 ist ein Ventilator frei drehbar gelagert Gemäß Fig. 1 ist ein Nadellager 12 mit beiderseitig angeordneter selbstschmierenden Gleiilagerteilen 13 und 14 gewählt Eine Scheibe 15 und ein Sprengring 16 sichern den Ventilator gegen axiale Verschiebung. Der Ventilator besteht aus einem inneren Nabentei! 17, welcher unmittelbar auf dem Teil 11 der Pumpenwelle 2 gelagert ist und einem ringförmigen äußeren Teil 18, welcher die Flügel 30 bis 33 trägt Diese Teile sind vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt und mit einem Thermostaten 19,20 verbunden. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel ist der äußere Ventilatorteil 18 an den Thermostaten angespritzt und der innere Ventilatorieil 17, welcher aus beliebigem Material bestehen kann, mit dem Thermostaten durch Verschraubung verbunden.

Der Thermostat besteht aus einer stirnseitig angeordneten und dein Kühlluftstrom ausgesetzten Metallscheibe 19, einer gummielastischen Merp-Van 20 und einer vorzugsweise metallischen Zwischenscbeibe 2i. Die Metallscheibe 19 ist so profiliert, daß zwischen ihr und der Membran 20 ein Hohlraum 22 besteht Sie besitzt über den Umfang verteilte Ausbuchtungen 23, die zur Versteifung der Scheibe 19 und auch dazu dienen, die im Hohlraum des Thermostaten enthaltene Flüssigkeit rascher in die Drehung mitzunehmen. Diese dem Kühlluftstrom ausgesetzte Metallscheibe 19 kann aus Metallblech gepreßt oder auch im Metailguß-Verfahren hergestellt werden, wobei die Ausnehmungen 23, sowohl außen als auch innen, durch eine beliebige Anzahl von radialen Rippen ersetzt werden können.

Der Hohlraum 22 des Thermostaten 19, 20 ist gegen außen gasdicht ausgeführt Die Zwischenscheibe 21 ist nicht unbedingt erforderlich; sie ist jedoch vorteilhaft weil sie den Wärmeaustausch zum Füllmedium wesentlich verbessert und die Membran 20 vor zu großer Verformung schützt Die Zwischenscheibe 21 hat am äußeren Umfang mindestens eine öffnung 24, damit das Füllmedium in den Räumen vor und hinter der Zwi.chenscheibe kommunizieren kann. Die Membran 20 kann aus gummielastischem Material mit oder ohne Gewebeeinlagen oder aus Kunststoff geeigneter Eiastizität und bei relativ großen Durchmessern und sehr kleinen Hüben, auch aus Metal! ausgeführt sein. F i g. 3 zeigt eine ringförmige Membran mit einem gewellten Profil und F i g. 4 eine solche mit einer Falttasche. Die Anzahl der Wellen bzw. Falttaschen ist natürlich beliebig wählbar.

Zwischen der Membran 20 und der Scheibe 9 ist noch eine Reibscheibe 25 angeordnet die frei verschiebbar auf der Nabe 17 sitzt und aus einem für Reibungskupplungen geeigneten Material besteht Die Reibtasche 25 besitzt am Umfang mehrere Vorsprünge 26, die in passende axial verlaufende Nuten 27 a.n äußeren Ventilatorteil 18 eingreifen. Eine vorgespannte Schraubenfeder 28 drückt an einem Ende auf die Reibscheibe 25 und stützt sich am anderen Ende auf den Sprengring 29, der auf dem Nabenteil 17 sitzt Die Feder 28 kann auch als Tellerfeder ausgeführt sein.

In Fig. 2 sind die am Ventilatorteil 18 sitzenden Flügel 30, 31, 32 und 33 zum Teil abgebrochen dargestellt.

Im Hohlraum 22 der Thermostaten 19, 20 befindet sich eine Flüssigkeit, deren Siedepunkt ungefähr im Temperaturbereich von 50° bis 60⁰C liegt. Wenn der Sicdeounkt tiefer lieet. kann dies eeeebenenfalk durch

die Vorspannung der Feder 28 kompensiert werden. Die Füllmenge wird so f;ewähit. daß über den ganzen Arbeitsbereich, also auch bei hohen Temperaluren, immex eine bestimmte Menge der Flüssigkeit unverdampft im Thermosnat verbleibt, und somit vom Ventilator in die Drehung mitgenommen wird. Diese verbleibende Flüssigkeitsmenge soll so bemessen sein, daß der durch ihre Fliehkraft erzeugte und auf den Kupplungsteil axial wirkende Anteil der Anpreökraft allein nicht ausreicht, um das Kupplungs-Drehmoment ohne temperaturbedingten Gasdruckanteil zu übertragen.

Als Füllmedium kann beispielsweise Trichlortrifluoräthan (CjCIjF)) verwendet werden.

Die Wirkungsweise ist folgende:
Wenn der beschriebene Ventilator hinter einem Fahrzeugkühler angeordnet und über die Keilriemenscheibe 7, 8 vom Motor aus angetrieben wird, ist bei Beginn des Betriebes das Ventilatorlaufrad 17, 18 -·———-—* -.1—1·* .·.!» >J.»v

<Ultr.il mim nut uv-i

still. Allmählich wird die durch die Kühler strömende, angewärmte Luft auf den Thermostaten des Ventilators einwirken; eine solche Luftströmung entsteht schon bei geringer Fahrgeschwindigkeit, ja schon durch die Schleppdrehzahl des Ventilators. Bei steigender Temperatur der Kühlluftströmung wird auch der Thermostat auf höhere Temperatur gebracht und bei Erreichung der zugehörigen Temperatur beginnt das Füllmedium im Thermostaten zu sieden, wobei sich bei weiterer stetiger Wärmezufuhr im Thermostaten ein Gasdruck aufbaut, der die elastische Membran 20 nach links (in Fig. I) drückt, wodurch unter Überwindung der Kraft der Feder 28 die Reibscheibe 25 an die vom Motor angetriebene Gegenscheibe 9 gedrückt wird. Infolge des einsetzenden Kraftschlusses wird über die Vorsprünge 26 auch der Ventilator und der mit diesem fest verbundene Thermostat 20 bis 24 in entsprechende Drehung versetzt. Die im Thermostaten befindliche Flüssigkeit wird ebenfalls in Drehung versetzt, die

-, Fliehkraft drückt die Flüssigkeit zum Umfang und übt auf die axial nachgiebige Membran einen zusätzlichen Druck aus. der sich ebenfalls auf die Reibscheibe 25 überträgt und den vom Gasdruck herrührenden AnprelJdruck verstärkt, was eine wesentliche Erhöhung

in des übertragbaren Drehmomentes bewirkl. Durch das Zusammenwirken von Gas- und Flüssigkeitsdruck, erfolgt das rimchalten der Kupplung so weich, daß die Antriebselemente des Ventilators keine stoßarligen Belastungen aufzunehmen brauchen.

ι, Solange die Kühllufttemperatur über dem Normalwert liegt, wird dieser Zustand erhalten bleiben und es tritt eine intensive Kühlung durch den Venlilator ein. Sinkt nun die Kühlluftemperatur auf einen Wert ab. der in der Nähe der Siedetemperatur des Füllmediums liegt,

";; so vcrsi'hvvjride! äiich d?r ϊγπ Th^i>rm^f*?l^at^f*n wirUpriiip Gasdruck und es bleibt nur der von der Fliehkraft erzeugte Druckanteil übrig, der aber allein nicht ausreicht, das Ventilator- Drehmoment in allen Betriebsbereit hen /u übertragen. Reißt in irgendeinem Betriebs-

>-> zustand die Kupplung nur einen Moment ab, so sinkt sofort die Ventilatordrehzahl und der von der Fliehkraft erzeugte Druckanteil bricht, da er dem Quadrat der Umdrehungsgeschwindigkeit proportional ist. rasch zusamr ΐΐ. Hierzu kommt noch, daß im Moment, wenn

jn die Kupplung zu schlüpfen beginn! an der Reibscheibe 25 der dynamische Reibwert maßgeblich ist. welcher aber wesentlich kleiner ist als a*.r statische Reibwert (Haftreibung). Damit ist ein rasches, praktisch schlupfloses Abschalten der Reibungskupplung gewährleistet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbsttätig schaltbarer Ventilator, insbesondere für Kollisysteme von Verbrennungsmotoren, mit einem von der Kühlluft überstrichenen, ringförmigen Thermostaten, der als gasdichter Behälter mit einer festen metallischen und einer axial nachgiebigen Wandung ausgebildet ist und eine Flüssigkeit enthält, die bei einer vorgegebenen Temperaturerhöhung auf die nachgiebige Wandung im Sinne einer Ankupplung des Ventilators an eine Antriebswelle des Verbrennungsmotors einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Siedetemperatur der Flüssigkeit ungefähr in dem Temperaturbereich liegt, bei dem der Ventilator (17, 18, 30 bis 33) eingeschaltet wird, so daß ein Teil dieser Flüssigkeit verdampft und der Dampfdruck im Inneren des Thermostaten (19, 20) über dessen nachgiebige Wandung (20) die Ankupplung des Ventilators an die Antriebswelle (2) bewirkt und der restliche Flüssigkeitsantefl infolge der entstehenden Fliehkraft durch einen zusätzlichen Axiaidruck die Kuppiungskraft erhöht

2. Ventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (28) vorgesehen ist, die auf die äußere Oberfläche der nachgiebigen Wandung (20) einwirkt, um den Siedepunkt der Flüssigkeit in Abhängigkeit von der gewünschten Einschalttemperatur des Ventilators zu ändern.

3. Ventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auch bei der höchsten auftretenden Kül;'!uftemperatur noch ein Teil der im Thermostaten enthaltenen Flüssigkeit im flüssigen Aggregatzusiand vorliegt

4. Ventilator nach einen de·- Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axial nachgiebige Wandung (20) mit konzentrisch ringförmigen Wellungen (F i g. 3) versehen ist.

5. Ventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axial nachgiebige Wandung (20) mit einer ringförmigen Falttasche (F i g. 4) versehen ist.

6. Ventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermostat mit flüssigem Trichlortrifluoräthan (CIF) ganz oder teilweise gefüllt ist.