CH662623A5

CH662623A5 - Einbaurahmen fuer einen ventilator.

Info

Publication number: CH662623A5
Application number: CH5771/82A
Authority: CH
Inventors: Dale W Schubert; Richard S Gureghian
Original assignee: Wright Barry Corp
Priority date: 1981-10-08
Filing date: 1982-09-30
Publication date: 1987-10-15
Also published as: BR8205891A; JPS635600B2; DE3237017C2; GB2107787A; CA1216561A; JPS5872700A; IT8249213A0; IT1150389B; FR2514431A1; DE3237017A1; FR2514431B1; NL8203897A; GB2107787B; IL66917A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einbaurahmen für einen Ventilator nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere einen vibrationsdämpfenden Abschlussrahmen für den Wandeinbau von Ventilatoren bei Metallschränken von elektronischen Einrichtungen sowie auf eine Ventilatoranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5, bei welcher Anordnung ein Einbaurahmen nach dem Patentanspruch 1 verwendet wird.

Wie allgemein bekannt, erzeugen elektrische Komponenten und Einrichtung betriebsmässig Wärme und sind bei erhöhten Temperaturen einem erhöhten Beschädigungsrisiko ausgesetzt. Häufig sind gewisse Einrichtungen mit Wärmeableitungselementen wie wärmeableitenden Rippen versehen, um unerwünschte Wärme durch Abstrahlung, Ableitung und Konvektion an die Umgebung weiterzugeben.

Räumliche Begrenzungen und die Tendenz zur Miniaturisierung führen zu vermindertem Raumangebot für beispielsweise in Datenverarbeitungsanlagen und Peripherieeinheiten, insbesondere Tischgeräten, verwendeten elektronischen Komponenten. Die elektronische Ausrüstung wird dabei vorzugsweise in einem Kasten untergebracht, welcher zwar die Bauteile schützt, aber wenig Raum für eine Konvektionsküh-lung übriglässt. Um eine Luftzirkulation sicherzustellen, werden die Kasten mit Ventilatoren versehen, welche nur zu oft direkt am Kasten angebaut sind, eine Anordnungsweise, die unter der Bezeichnung «harte Montage» bekannt ist. Die Ventilatoren sind meistens flach gebaut und besitzen einen Propeller, der in einem Rahmen gelagert ist, der auch den Antriebsmotor enthält. In den vier Rahmenecken sind Bohrungen für die Aufnahme von Bolzen vorhanden, mittels welchen der Ventilator an einer der Kastenwände montiert ist.

Die harte Montage kann den Kasten mit drehzahlabhängigen und netzfrequenten Schwingungen und deren Harmonischen zum Vibrieren bringen. Diese strukturbedingten Geräuschkomponenten können an gewissen Orten höchst unerwünscht sein, insbesondere wenn das Gerät in einem Büroraum oder sogar mehrere davon im selben Büro betrieben werden.

Zur Senkung der strukturbedingten Geräusche sind verschiedene Montageanordnungen vorgeschlagen worden. Eine dieser Anordnungen verwendet zylindrische Isolatoren, die axial auf die Bolzen zwischen dem Ventilator und der Kastenwand aufgesetzt sind. Wenn bei einer solchen Anordnung der Schrank nicht entsprechend angepasst wird, resultiert ein Spalt zwischen dem Ventilator und der Kastenwand. Der Spalt bildet einen Sekundärweg für die durch den Ventilator eingeblasene oder abgesogene Luft, wodurch die Wirksamkeit des Ventilators bezüglich Wärmeabführung aus dem Kasten verschlechtert wird. In Fällen, wo der Ventilator Luft in den Kasten einpresst, vielfach gefilterte, kann ein solcher Spalt den Druckaufbau verhindern.

Zum Ausfüllen des Spaltes wurde schon ein Schaumstoffring vorgeschlagen, der den Luftdurchtritt verhindern soll. Eine solche Lösung kann sowohl bei der Herstellung, der Montage als auch im Betrieb unbefriedigend und teuer sein.

Ein anderer Nachteil des eben beschriebenen Lösungsvorschlages ist sein Raumprofil. Weil die Ventilatoren innerhalb des Kastens montiert werden, ist ein geringer Platzbedarf erwünscht. Das Profil oder die Abstandshöhe (gemessen von der Kastenwand, an welcher der Ventilator montiert ist, bis zur gegenüberliegenden Ventilatoroberfläche) sollte so niedrig als möglich sein. Mit den auf jedem Bolzen sitzenden Isolatoren besitzt der Ventilator in den meisten Fällen ein sehr ungünstiges Profil.

Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines vibrationsgedämpften Ventilator-Einbaurah-mens. Ein weiteres Ziel ist, den Einbaurahmen mit einer zwischen diesem und der Montagewand wirksamen Dichtung zu versehen. Die Vibrationsdämpfung und die Dichtung sollen die Übertragung von strukturbedingtem Geräusch zwischen dem Ventilator und der Kastenwand verhindern. Schliesslich soll die Aufbauhöhe aus der Vibrationsdämpfung und der Dichtung möglichst niedrig, und die Bauteile einfach gestal5

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tet, billig herstellbar und wirtschaftlich montierbar sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient der im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Einbaurahmen. Ausführungsformen davon gehen aus den abhängigen Ansprüchen 1-4 hervor. Eine Ventilatoranordnung unter Verwendung des im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Einbaurahmens ist durch den Patentanspruch 5 definiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Ventilators mit einem erfindungsgemäss gestalteten Einbaurahmen,

Figur 2 eine Grundrissdarstellung eines vibrationsdämp-fenden und dichtenden Bauteils des Ventilator-Einbaurah-mens,

Figur 3 das vibrationsdämpfende und dichtende Bauteil des Einbaurahmens nach Figur 2 in Seitenansicht,

Figur 4 das vibrationsdämpfende und dichtende Bauteil des Einbaurahmens nach Figur 2 von unten gesehen,

Figur 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Figur 2, und Figur 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Figur 4. Der in Figur 1 gezeigte Ventilator 10 weist ein Gehäuse 12, eine mit dem Gehäuse 12 über Streben 16 fest verbundene Stütznabe 14 und einen Propeller 18 auf. Mit dem allgemeinen Begriff Propeller sollen auch Flügelräder aller Art verstanden werden, welche einen ringförmigen Abschnitt 20 und eine Anzahl auf dessen Peripherie in Abständen voneinander angeordnete und radial auswärts gerichtete Flügel 22 enthalten. Der ringförmige Abschnitt 20 ist in der Stütznabe 14 drehbar gelagert. Beim gezeigten Ventilator 10 befindet sich im Innern der Stütznabe 14 ein (nicht gezeigter) Antriebsmotor, z.B. ein über Leiter 24 angespeister kleiner Elektromotor. Das Ventilatorgehäuse 12 besteht aus einem ersten Flanschelement 26, einem im Abstand vom ersten angeordneten zweiten Flanschelement 28 und einem zwischen beiden Elementen eingesetzten zylindrischen Körper 30. Die Flanschelemente 26 und 28 besitzen bezügliche zentrale Öffnungen 27 und 29. Der zylindrische Körper 30 besitzt eine diesen axial durchsetzende zentrale kreisrunde Öffnung 32, die axial auf die Öffnungen 27 und 29 ausgerichtet ist und deren Durchmesser etwa dem Durchmesser der Öffnungen 27 und 29 entspricht. Die Öffnung 32 ist ferner so dimensioniert, dass deren axiale Abmessung grösser ist als die entsprechende Abmessung der Flügel 22 und deren Durchmesser ein ungehindertes Rotieren des Propellers 18 erlaubt. Der Durchmesser der Öffnung 32 ist vorzugsweise so bemessen, dass für den Propeller 18 gerade noch ein Drehspalt besteht. Damit wirkt die Öffnung 32 als Durchflusskanal für die durch den Propeller 18 geförderte Luft. Der ringförmige Abschnitt 20 erstreckt sich zweckmässig über einen Teil seiner Länge koaxial über die Stütznabe 14. Die auf der Stütznabenoberfläche verteilt angeordneten radialen Streben 16 befinden sich nächst dem planen Ende 34 der Nabe 14 im jeweils kürzesten Abstand zum ersten Flanschelement 26.

Die Flanschelemente 26 und 28 besitzen vorzugsweise quadratischen Grundriss und erstrecken sich an seinen mit 40 und 42 bezeichneten Eckbereichen radial über den Körper 30. Jeder der Eckbereiche 40,42 ist mit einer axial orientierten Bohrung 44,46 versehen, deren Durchmesser auf den Durchmesser von Schraubenbolzen 45 abgestimmt ist. Der Aussen-durchmesser des Körpers 30 entspricht etwa der Seitenlänge der Flanschelemente 26,28. Daraus ergeben sich kleinstmög-liche Aussenabmessungen für das Gehäuse 12.

Figur 1 zeigt auch einen erfindungsgemäss gestalteten Tragabschnitt 50, welcher als vibrationsdämpfende Dichtung, Verstärkungsflansch und Montageelement wirkt. Wie dort gezeigt, ist das Gehäuse 12 mittels den Bolzen 45 am Einbaurahmen 50 befestigt. Anstelle der Bolzen 45 können auch andere Befestigungsmittel wie Klebstoffe oder Schlitz-Zungen-Schränkverbinder verwendet werden. Wahlweise kann das Gehäuse 12 einstückig mit den tragenden Teilen des Tragabschnitts 50 geformt werden.

Der Tragabschnitt 50 als solcher wird nachstehend anhand der Figuren 2, 3, 4 und 5 im Detail beschrieben. Seine Hauptbestandteile sind ein äusseres Rahmenglied 52 mit einer quadratischen Umfangskontur, ein im äusseren Rahmenglied 52 gleichachsig zentriertes inneres Rahmenglied 54 und ein etwa S-förmiges flexibles elastomeres Element in der Form einer Membrane 56, welche, zwischen dem äussern und dem innern Rahmenglied eingelegt, die beiden Elemente miteinander verbindet. Die Form der Membrane 56 bewirkt eine vorzügliche Haftfestigkeit zwischen dem äusseren und dem inneren Rahmenglied 52, 54 dank einer vergrösserten Berührungsfläche. Die Form der Membrane ergibt sich aus den Betriebsbedingungen. So besitzt z.B. die gezeigte Form angenähert gleiche translatorische und axiale Steifigkeit und eine geringere Radialsteifigkeit als eine Flachmembran. Daraus resultiert eine stabile Auflage von geringer Steifigkeit für den Ventilator 10 (Fig. 1). Die Membrane 56 ist beispielsweise aus einem Elastomer geformt, und die beiden Rahmenglieder bestehen zweckmässig aus einem steifen oder nichtdehnbaren Material, z.B. aus Metall, einem Polymer, einem steiferen Elastomer als die Membrane (höheres Gleit- und E-Modul) oder einem Polymer-Metallaufbau. Die Membran 56 nimmt sowohl die statische als auch die dynamische Last auf und bildet einen Unterbruch für die Übertragung strukturbedingter Geräusche und Vibrationen. Unter Elastomer wird hier gummielastisches Material im weitesten Sinne verstanden. Dazu gehören beispielsweise sowohl vernetzte Polymere, die gummiartige Eigenschaften besitzen und wärmevulkanisier-bar sind, als auch thermoplastische Copolymer-Compounde. Das Material der Membrane besitzt einen Gleitmodul in der Grössenordnung von 7 kg/cm2 (100 pounds per square inch) und ein E-Modul (Druck) in der Grössenordnung von 3mal dem Gleitmodul. Damit beträgt die Grösse des Posions-Ver-hältnisses 0,5. In der Tat kann die Membrane 56 als «visko-elastisch» bezeichnet werden, d.h. sie ist in weitem Masse nachgiebig und besitzt ein gutes Rückformvermögen, so dass sie sich nach Wegfall der Belastung in ihre Ausgangsform zurückfindet. Ihre viskosen Eigenschaften begünstigen ihre inherenten Hysterese-Eigenschaften, welche sich im Aufbrauchen dynamischer Energie oder durch Dämpfung von Schwingungen äussert. Das äussere und das innere Rahmenglied 52, 54 wird zweckmässig steif, aber ausreichend deformierbar gestaltet, um einen Dichtungseffekt zwischen dem äusseren Rahmenglied 52, einer (nicht gezeigten) Auflagefläche, dem inneren Rahmenglied 54 und dem Ventilator 10 (Fig. 1) trotz Oberflächenungenauigkeiten zu erzielen.

Das in Figur 2 gezeigte äussere Rahmenglied 52 besteht aus vier länglichen Elementen 60, 61, 62 und 63 von etwa gleicher Länge, die an ihren Enden rechtwinklig am jeweils benachbarten Element anstossen, um die Grundrissform eines «quadratischen» Rahmens zu erzielen. Die Elemente 60 bis 63 sind vorzugsweise als einstückiger Körper gegossen. Die Ecken 64, 65, 66 und 67, gebildet durch die aneinander-stossenden Enden der Elemente 60 bis 63, sind mit radial zuäusserst liegenden Augen 68, 69, 70 und 71 versehen. Die Augen 68 bis 71 enthalten axial orientierte Bohrungen 72, 73, 74 und 75, deren Abstände und Durchmesser für die Aufnahme (nicht gezeigter) Bolzen oder Schrauben festgelegt sind, mittels welchen der Einbaurahmen 50 an einer Montagefläche, z.B. an der Gehäusewand eines (nicht gezeigten) elektronischen Gerätes, befestigt ist. Die Peripherie des äusseren Rahmengliedes ist mit einer Randverstärkung 80 versehen. Die Querschnittsfläche der Rahmenelemente 60 bis 63 ist aus Figur 6 ersichtlich, in welcher ein dafür repräsentatives Beispiel längs der Schnittlinie VI-Vl in Figur 4 dargestellt ist.

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Das mit 62 bezeichnete Rahmenelement besitzt eine plane Unterseite 82 mit zwei rechtwinklig dazu stehenden Seitenwänden 90 und 91. Ein nicht ebener Oberflächenabschnitt 92 des Elementes 62 ist gegenüber der Elementenoberfläche 84 axial einwärts versetzt mit Ausnahme eines kurzen Übergangsstückes 94, über welches die Randverstärkung 80 an das Rahmenelement 62 angeschlossen ist. Der Oberflächenabschnitt 92 besitzt aus nachstehend beschriebenen Gründen eine im wesentlichen S-förmig gewellte Querschnittskontur.

Das innere Rahmenglied 54 gemäss den Figuren 2 und 4 besteht aus vier länglichen, zu einem einstückigen Körper miteinander vergossenen Elementen 100, 101, 102 und 103 von gleicher Länge, deren Enden rechtwinklig aneinander-stossen, um ein im Grundriss quadratisches Gebilde zu erzielen. Die dabei gebildeten Eckbereiche 105,106,107 und 108 sind mit je einer Durchtrittsöffnung 110,111, 112 und 113 und Eckaussteifungen 115,116,117 und 118 versehen. Die Abstände und Durchmesser der Durchtrittsöffnungen 110 bis 113 sind so gewählt, dass sie zur Aufnahme der Bolzen 45 zum Befestigen des Ventilators 10 am Einbaurahmen 50 passen. Beispielsweise können die Durchtrittsöffnungen 110 bis 113 mit Gewinde versehen sein, in welches die Bolzen 45 eingeschraubt sind. Ein praktisches Ausführungsbeispiel für die Eckaussteifung 118, den Eckbereich 108 und die Durchtrittsöffnung 113 ist in Figur 5 gezeigt:

Die Querschnittsform der Rahmenelemente 100 bis 103 geht aus Figur 6 hervor. Das im Querschnitt gezeigte Element 101 besitzt eine plane Oberfläche 119, die im wesentlichen in der gleichen Ebene liegt wie die plane Unterseite 82 des äussern Rahmengliedes, sowie zwei daran anschliessende Seitenwände 120,122 und eine Fläche 123, die im wesentlichen in der gleichen Ebene liegt wie die plane Elementoberfläche 84 am äusseren Rahmenglied 52. Die allgemeine Querschnittsform ist L-förmig, wobei die radiale Abmessung der Fläche 123 kleiner ist als diejenige der Oberfläche 119. Die Seitenwand 120 steht senkrecht zu den beiden Seitenflächen 123 und 119. Die Öffnung 122 enthält einen. Abschnitt 125, der sich nächst der Oberfläche 119 parallel zur Seitenwand 120 erstreckt, und ferner einen zwischen dem Abschnitt 125 und 5 der Seitenfläche 123 befindlichen gebogenen Abschnitt 127.

Die aus Figur 4 ersichtlichen Eckaussteifungen 115 bis 118 sind ebene Elemente, deren axiale Dicke geringer ist als diejenige der Rahmenelemente 100 bis 103. Sie erstrecken sich von den Ecken 105 bis 108 soweit radial einwärts, dass io sie eine im wesentlichen kreisrunde, beispielsweise durch Flächensegmente 121, 122,123 und 124 verkleinerte Öffnung 130 begrenzen. Der Durchmesser der kreisrunden Öffnung 130 entspricht etwa dem Durchmesser der Öffnung im zylindrischen Körper 30 des Ventilatorgehäuses 12 (Fig. 1). Somit 15 wirken die Öffnungen 130, 27,29 und 32 (Fig. 1 und 4) als zylindrische Führungseinrichtungen für den Luftstrom zum oder vom Propeller 18 (Fig. 1). Dies bewirkt eine spürbare Verringerung von Luftwirbeln und der damit verbundenen Geräusche. Gleichzeitig ergibt sich eine Verbesserung des 20 Ventilatorwirkungsgrades.

Die Erfindung lässt sich an einer Vielzahl auf dem Markt erhältlicher Ventilatoren oder Lüfter anwenden. Die Axialabmessung und die Breite der Membran 56 (Fig. 5) sowie der Gleit- und der E-Modul des zu ihrer Herstellung verwendeten 25 Elastomers kann so gewählt werden, dass der Einbaurahmen 50 (Fig. 1) das vorgegebene Ventilatorgewicht aufzunehmen und gleichzeitig die gewünschte Vibrationsdämpfung im Bereich des bezüglichen Frequenzbandes zu liefern vermag. Ein Flachventilator von 75-80 mm Durchmesser mit sieben 30 Flügeln und einem Gewicht von etwa 390 g dreht mit etwa 3000 U/min (50 Hz). Ein nach der Erfindung hergestellter Einbaurahmen 50 weist bei etwa 117 mm Seitenlänge, etwa 7 mm Bauhöhe eine Eigenfrequenz von 18 Hz auf. Die erzielbare Dämpfung liegt (analytisch bestimmt) bei 73 Prozent bei 35 50 Hz Erregung und etwa 99 Prozent bei 350 Hz Erregung.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Einbaurahmen für einen Ventilator (10) mit einem in einem Gehäuse (12) drehbar eingebauten Propeller (18), gekennzeichnet durch ein erstes, im wesentlichen steifes Rahmenglied (52), ein zweites, im wesentlichen steifes Rahmenglied (54), ein zwischen das erste und das zweite Rahmenglied (52, 54) eingebautes und mit den beiden Rahmengliedern verbundenes flexibles elastomeres Element (56), wobei das zweite Rahmenglied (54) eine zentrale Öffnung aufweist, die dazu bestimmt ist, den Propeller des Ventilators aufzunehmen, um die von diesem geförderte Luft durchzulassen, und dass das Gehäuse (12) mit dem zweiten Rahmenglied (54), und das erste Rahmenglied (52) mit einer Montagefläche verbindbar ist.

2. Einbaurahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilatorgehäuse (12) mit dem zweiten Rahmenglied (54) verbunden ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Einbaurahmen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilatorgehäuse einstückig mit dem zweiten Rahmenglied geformt ist.

4. Einbaurahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Rahmenglied (52, 54) im wesentlichen quadratische Form besitzen.

5. Ventilatoranordnung mit einem Einbaurahmen nach Anspruch 1, einem Gehäuse und einem Luftführungsabschnitt (27,30,32) sowie einem axial auf den Luftführungsabschnitt ausgerichteten und mit diesem verbundenen Tragabschnitt (50), wobei der Propeller (18) des Ventilators eine Anzahl radial davon abstehende Flügel (22) aufweist und der Propeller in einer Stütznabe (14) drehbar gelagert ist, welche mit dem Luftführungsabschnitt (27, 30,32) fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Rahmenglied (52) mit vier praktisch gleich langen Rahmenelementen (60-63) versehen ist, deren Enden rechtwinklig miteinander verbunden sind, und welche Elemente zusammen einen im Grundriss im wesentlichen quadratischen Rahmen bilden; dass das zweite Rahmenglied (54) mit vier praktisch gleichlangen Rahmenelementen (100-103) versehen ist, deren Enden rechtwinklig miteinander verbunden sind, und welche Elemente zusammen einen im Grundriss im wesentlichen quadratischen Rahmen bilden und die zentrale Öffnung begrenzen, welche den Propeller (18) des Ventilators (10) aufnimmt; dass ein flexibles elastomeres Element (56) mit einer im wesentlichen quadratischen Umfangskontur vorhanden ist, welches das erste (52) mit dem zweiten Rahmenglied (54) so verbindet, dass das erste Rahmenglied gegenüber dem zweiten vibrationsisoliert ist; dass erste Mittel (40,44,45) zur festen Verbindung des Luftführungsabschnittes (27,30,32) mit dem zweiten Rahmenglied (54) und zweite Mittel (68-71,72-75) für die feste Verbindung des ersten Rahmengliedes (52) mit der Montage-fläche vorhanden sind, wobei die ersten (40,44,45) und zweiten Verbindungsmittel (68-71,72-75) so gestaltet sind, dass sie einen Luftdurchtritt zwischen dem Luftführungsabschnitt und dem ersten Rahmenglied (52) sowie zwischen dem zweiten Rahmenglied (54) und der Montagefläche beim Betrieb des Ventilators praktisch verhindern.

6. Ventilatoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftführungsabschnitt (27, 30,32) einstückig mit dem Tragabschnitt (50) gestaltet ist.