DE102009041616A1

DE102009041616A1 - Lüfter für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009041616A1
Application number: DE200910041616
Authority: DE
Inventors: Dieter BÄCHNER; Ulrich Vollert
Original assignee: Behr GmbH and Co KG
Current assignee: Mahle Behr GmbH and Co KG
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2011-03-24
Also published as: WO2011032867A1; EP2478226A1; EP2478226B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lüfter (1) für eine Brennkraftmaschine, welcher mittels einer Flüssigkeitsreibungskupplung (3) von einer Brennkraftmaschine über eine Antriebswelle oder einen Riementrieb antreibbar ist, wobei der Lüfter (1) ein Lüftergehäuse (12) mit einer daran ausgebildeten Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2') aufweist, wobei der Lüfter (1) derartig ausgebildet ist, dass er zumindest über einen Teilbereich unterschiedliche Eigenfrequenzen aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lüfter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für die Kühlung von Nutzkraftfahrzeugen (NKW's) werden im Stand der Technik meist Lüfter eingesetzt, die über eine sogenannte Viscokupplung von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden. Der Antrieb erfolgt wahlweise direkt über die Kurbelwelle oder über einen Riementrieb bzw. einen zahnradgetriebenen Nebenabtrieb des Motors. Dadurch wirken die Schwingbewegungen des Motors bzw. der Kurbelwelle stets auf den Lüfter. Dieser wiederum verursacht Reaktionskräfte auf diese Erregung, die über die Viscokupplung und deren Anbindung aufgenommen werden müssen. Entsprechend sind diese Bauteile so auszulegen, dass sie dieser starken Beanspruchung dauerhaft standhalten.
Insbesondere bedingt durch neue Abgasnormen ist die Schwingungserregung der Motoren angestiegen, so dass die Anforderungen an die einzelnen Komponenten und damit auch deren Kosten ansteigen.
Im Stand der Technik sind Lüfter bekannt, die mit identischen Lüfterblättern und identischen Lüfterblattanbindungsgeometrien für alle Lüfterblätter, d. h. eine sich über dem Umfang eines Lüftergehäuses regelmäßig wiederholende Geometrie, konfiguriert sind.
In DE 199 29 978 B4 ist ein Lüfter für eine Brennkraftmaschine mit Axialschaufeln beschrieben. Dabei sind auf einer Lüfternabe acht Axialschaufeln befestigt, und im inneren Bereich des Lüfters ist eine Flüssigkeitsreibungskupplung angeordnet, die auf ihrer Frontseite radial verlaufende Kühlrippen aufweist. Sowohl die acht Axialschaufeln als auch die Kühlrippen sind jeweils identisch zueinander aufgebaut und gleichmäßig bzw. regelmäßig beabstandet an dem Lüftergehäuse angeordnet.
Nachteilig bei einem derartigen Aufbau ist jedoch, dass durch die Symmetrie der Lüfterblätter und ihrer identischen Geometrie die Eigenfrequenzen der einzelnen Lüfterblätter identisch sind. Somit treten die Resonanzen mit den damit verbundenen Reaktionskräften auch gleichzeitig auf und summieren sich entsprechend an den Anbauteilen, wie z. B. an der Viscokupplung, dem Lagerbock und der Anbindung. Dies verursacht hohe Kosten, das die Herstellung der Komponenten bzw. die zu verwendenden Materialien teuer sind.
Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lüfter vorzusehen, bei dem sich die Eigenfrequenzen der einzelnen Lüfterblätter nicht an den Anbauteilen summieren, so dass die Material- und Herstellungskosten für diese Anbauteile reduziert werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch einen Lüfter mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Erfindungsgemäß wird ein Lüfter für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, welcher mittels einer Flüssigkeitsreibungskupplung von einer Brennkraftmaschine über eine Antriebswelle oder einen Riementrieb antreibbar ist, wobei der Lüfter ein Lüftergehäuse mit einer daran ausgebildeten Vielzahl von Lüfterblättern aufweist, und wobei der Lüfter derartig ausgebildet ist, dass er zumindest über einen Teilbereich unterschiedliche Eigenfrequenzen aufweist. Durch das durch eine entsprechende Gestaltung des Lüfters bewirkte Verstimmen zumindest von Bereichen des Lüfters bzw. das Verteilen der Eigenfrequenzen wird bewirkt, dass sich auch die Reaktionskräfte auf ein breites Frequenzspektrum verteilen. Dies bewirkt wiederum, dass die maximalen Bauteilbelastungen reduziert werden, so dass sich die Bauteilkosten reduzieren lassen. Besonders vorteilhaft ist hierbei, dass günstigere Lager eingesetzt werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zumindest zwei der Vielzahl von Lüfterblättern derartig ausgebildet, dass sie unterschiedliche Eigenfrequenzen aufweisen. Durch Verstimmen der Lüfterblätter werden vorteilhafterweise die Reaktionskräfte minimiert, so dass auf konstruktiv einfache Art und Weise die Kosten, insbesondere die Kosten der Lager, reduziert werden können.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform ist jedes von der Vielzahl von Lüfterblättern ausgebildet, um eine von den anderen Lüfterblättern unterschiedliche Eigenfrequenz aufzuweisen.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind an jedem von der Vielzahl von Lüfterblättern Rippen vorgesehen, wobei die Rippen bei zumindest zweien von der Vielzahl von Lüfterblättern, insbesondere bei jedem von der Vielzahl von Lüfterblättern, unterschiedlich ausgebildet sind. Insbesondere kann eine unterschiedliche Anzahl von Rippen unterhalb eines jeden Lüfterblatts vorgesehen sein. Auch können die Rippen bezüglich ihrer Position und Ausrichtung unterschiedlich angeordnet sein. Vorzugsweise sind die Rippen Kühlrippen.
Vorzugsweise sind die Rippen darüber hinaus im Bereich einer Nabe des Lüfters angeordnet.
Noch bevorzugter ist es, wenn zumindest zwei von der Vielzahl von Lüfterblättern, insbesondere jedes von der Vielzahl von Lüfterblättern, mit einem unterschiedlichen Profil ausgebildet ist.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, wenn zumindest zwei von der Vielzahl von Lüfterblättern, insbesondere jedes von der Vielzahl von Lüfterblättern, eine unterschiedliche Profildickenverteilung aufweist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eines von der Vielzahl von Lüfterblättern als Kreisbogenprofil ausgebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die maximale Blattdicke von zumindest einem von der Vielzahl von Lüfterblättern bezüglich der Profilmitte verschoben.
Vorzugsweise weist zumindest eines von der Vielzahl von Lüfterblättern eine lokale Massenanhäufung auf.
Es ist besonders bevorzugt, wenn die lokale Massenanhäufung in einem Blattspitzenbereich des zumindest einen von der Vielzahl von Lüfterblätter vorgesehen ist. Auch kann eine Verstimmung der Lüfterblätter durch Materialeinspritzungen auf einfache und somit kostengünstige Art und Weise erzielt werden.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform weisen zumindest zwei von der Vielzahl von Lüfterblättern eine unterschiedliche Steifigkeit auf.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Lüfter einen Flanschring auf, welcher asymmetrisch ausgestaltet ist.
Vorzugsweise ist der Flanschring ein Einlegeflansch, welcher eine lokale Schwächung aufweist.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Vorderansicht eines Lüfters gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Schnittansicht eines Profils eines Lüfterblatts gemäß dem Stand der Technik.
3 eine Vorderansicht eines Abschnitts eines Lüfters gemäß einer Ausführungsform.
1 zeigt eine Vorderansicht eines Lüfters 1 in Luftströmungsrichtung gesehen gemäß dem Stand der Technik, welcher der Förderung von Kühlluft durch den Kühler eines Kraftfahrzeugs dient. Der Lüfter 1 ist als Axiallüfter ausgebildet und weist acht Axialschaufeln bzw. Lüfterblätter 2 auf, die auf einer Nabe 4 angeordnet sind. Im radial inneren Bereich des Lüfters 1 ist eine Flüssigkeitskupplung 3 vorgesehen, die auf ihrer Frontseite radial verlaufende Rippen 5, die als Kühlrippen dienen, aufweist. Der Lüfter 1 ist in hier nicht dargestellter Weise mit der Abtriebsseite der Flüssigkeitskupplung verbunden. Die Flüssigkeitskupplung 3 wird darüber hinaus über eine zentrale Antriebswelle 7 angetrieben. Die Flüssigkeitskupplung 3 sorgt in bekannter Weise dafür, dass sich ein die Lüfterblätter 2 aufweisendes Lüfterrad 8 abhängig von der Kühllufttemperatur mehr oder weniger schnellt.
Im Bereich der Wurzeln der Lüfterblätter 2 sind hier zusätzlich schaufelförmige Luftleitelemente 6 angeordnet, die der Beeinflussung der Luftströmung dienen. Zusätzlich ist in der Figur die Drehrichtung des Lüfters durch den durch A gekennzeichneten Pfeil angegeben. Die Lüfterblätter 2 sind um den Umfang der Nabe 4 gleichmäßig beabstandet angeordnet und weisen jeweils die gleiche Form und Größe auf, d. h. alle acht Lüfterblätter 2 sind identisch ausgebildet. Auch die Kühlrippen 5 sind gleichmäßig bzw. um die Drehachse der Antriebswelle 7 herum rotationssymmetrisch angeordnet.
2 ist eine Schnittansicht eines Profils eines einzelnen Lüfterblatts 2 gemäß dem Stand der Technik. Dieses bekannte Profil eines Viscolüfters gemäß dem Stand der Technik ist als Kreisbogenprofil ausgebildet, welches an einer Vorderkante 9 des Lüfterblatts 2 eine Dicke D₉ aufweist, welche identisch mit einer Dicke D₁₀ an einer Hinterkante 10 des Lüfterblatts 2 ist. Bei diesem aus dem Stand der Technik bekannten Lüfterblatt 2 liegt darüber hinaus der Bereich von maximaler Dicke D_max des Lüfterblatts 2 in der Mitte M des Profils.
Durch eine Verschiebung der Position der maximalen Blattdicke D_max aus der mittleren Position M heraus, z. B. nach rechts oder nach links, kann die Eigenfrequenz des Lüfterblatts 2 auf einfache Weise verändert werden. Auch kann eine Änderung der Eigenfrequenz des Lüfterblatts 2 durch Veränderung der Dickenverteilung des Profils hervorgerufen werden. Beispielsweise ist es möglich, die Vorderkante 9 mit einer anderen Dicke D₉ als die Dicke D₁₀ der Hinterkante 10 des Lüfterblatts 2 auszubilden, um die Änderung der Eigenfrequenz des Lüfterblatts 2 zu bewirken.
3 zeigt eine Vorderansicht eines Abschnitts in Luftströmungsrichtung eines Lüfters 1 gemäß einer Ausführungsform. Der Lüfter 1 ist mit einer Vielzahl von Lüfterblättern 2 versehen, von welchen hier nur ein Teil dargestellt ist, welche auf einer Nabe 4 bzw. einem Lüftergehäuse 12, in welchem auch die Flüssigkeitskupplung 3 aufgenommen ist, angeordnet sind. Die einzelnen Lüfterblätter 2 unterscheiden sich in der Ausführungsform dadurch, dass sie voneinander unterschiedliche Massenverteilungen aufweisen. Zum Beispiel weist das Lüfterblatt 2' eine Massenanhäufung in einem Blattspitzenbereich 11 auf. Alternativ können die einzelnen Lüfterblätter 2, 2' auch eine unterschiedliche Steifigkeit oder Materialeinspritzungen unterschiedlicher Art aufweisen. Jede der bereits aufgezählten Veränderungen der Lüfterblätter 2, 2' ist geeignet, um eine Änderung ihrer Eigenfrequenz zu verursachen. Es ist dabei auch möglich, einzelne Lüfterblätter 2 unterschiedlich auszugestalten, oder aber auch die Lüfterblätter 2 gruppenweise unterschiedlich auszugestalten, z. B. in Gruppen von jeweils 2, 3 oder 4 Lüfterblättern 2. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Rippen 5, 5' welche im Bereich der Nabe 4 angeordnet sind, unterschiedlich zu gestalten. Her kann eine Variation der Eigenfrequenz des Lüfters 1 erzielt werden, wenn beispielsweise einzelne Rippen 5 im Bereich der Nabe 4 weggelassen werden, oder es werden Rippen 5' zusätzlich vorgesehen. Eine weitere Möglichkeit, um eine Änderung der Eigenfrequenz des Lüfters 1 zumindest in einem Bereich zu verursachen, ist durch die gestrichelte und durch das Bezugszeichen 13 gekennzeichnete Linie angedeutet. Hierbei wird ein Flanschring 14, der hier als Einlegeflansch ausgebildet ist, lokal geschwächt durch Entfernen des Materials in einem Bereich bzw. in der Zeichnung links von der gestrichelten Linie 13.
Insgesamt betrachtet kann mit dem so ausgestalteten Lüfter 1 eine erhebliche Kostenersparnis erzielt werden, insbesondere im Hinblick auf die Komponenten der Flüssigkeitsreibungskupplung 3 und eines Lagerbocks.
Bezugszeichenliste

1: Lüfter
2: Lüfterblätter
3: Flüssigkeitskupplung
4: Nabe
5: Rippen
6: Luftleitelemente
7: Antriebswelle
8: Lüfterrad
9: Vorderkante
10: Hinterkante
11: Blattspitzenbereich
12: Lüftergehäuse
13: gestrichelte Linie
14: Flanschring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19929978 B4 [0005]

Claims

Lüfter (1) für eine Brennkraftmaschine, welcher mittels einer Flüssigkeitsreibungskupplung (3) von einer Brennkraftmaschine über eine Antriebswelle oder einen Riementrieb antreibbar ist, wobei der Lüfter (1) ein Lüftergehäuse (12) mit einer daran ausgebildeten Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (1) derartig ausgebildet ist, dass er zumindest über einen Teilbereich unterschiedliche Eigenfrequenzen aufweist.
Lüfter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei von der Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2') derartig ausgebildet sind, dass sie unterschiedliche Eigenfrequenzen aufweisen.
Lüfter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes von der Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2') ausgebildet ist, um eine von den anderen Lüfterblättern (2, 2') unterschiedliche Eigenfrequenz aufzuweisen.
Lüfter (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem von der Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2') Rippen (5) vorgesehen sind, wobei die Rippen (5, 5') bei zumindest zweien von der Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2'), insbesondere bei jedem von der Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2'), unterschiedlich, insbesondere in unterschiedlicher Anzahl, vorgesehen sind.
Lüfter (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rippen (5, 5') im Bereich einer Nabe (4) des Lüfters (1) angeordnet sind.
Lüfter (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei von der Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2'), insbesondere jedes von der Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2'), mit einem unterschiedlichen Profil ausgebildet ist.
Lüfter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei von der Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2'), insbesondere jedes von der Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2'), eine unterschiedliche Profildickenverteilung aufweist.
Lüfter (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines von der Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2') als Kreisbogenprofil ausgebildet ist.
Lüfter (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Blattdicke D_max von zumindest einem von der Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2') bezüglich der Profilmitte (M) verschoben ist.
Lüfter (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines von der Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2') eine lokale Massenanhäufung aufweist.
Lüfter (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale Massenanhäufung in einem Blattspitzenbereich (11) des zumindest einen von der Vielzahl von Lüfterblätter (2, 2') vorgesehen ist.
Lüfter (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei von der Vielzahl von Lüfterblättern (2, 2') eine unterschiedliche Steifigkeit aufweisen.
Lüfter (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter einen Flanschring (14) aufweist, welcher asymmetrisch ausgestaltet ist.
Lüfter (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Flanschring (14) ein Einlegeflansch ist, welcher eine lokale Schwächung aufweist.