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