DE10249190A1 - Belüftungseinrichtung für elektrische und/oder mechanische Komponeten auf einer Welle - Google Patents

Belüftungseinrichtung für elektrische und/oder mechanische Komponeten auf einer Welle Download PDF

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    • F04D29/36Blade mountings adjustable
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Belüftungseinrichtung, die auf einer in zwei Drehrichtungen betriebenen Welle angebrachte elektrische und/oder mechanische Komponenten unabhängig von der Drehrichtung der Welle kühlen kann, da sich bei Drehrichtungswechsel der Welle durch ein Umklappen der Flügelblätter (F) von einer Vorzugsposition (VP1) in eine zweite Vorzugsposition (VP2) auch die Drehrichtung des erfindungsgemäßen Flügelrads (FR) umkehrt. Dadurch bleibt die Kühlleistung der Belüftungseinrichtung unabhängig von der Drehrichtung der Welle automatisch erhalten und trägt somit zur Erhöhung der Lebensdauer der zu kühlenden mechanischen und/oder elektrischen Komponenten bei.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Belüftungseinrichtung für elektrische und/oder mechanische Komponenten auf einer Welle, insbesondere selbstbelüftete Zweirichtungs-Motoren.
  • Bei elektrischen und/oder mechanischen Komponenten, die sich auf einer Welle befinden, insbesondere selbstbelüftete Motoren, insbesondere Elektromotoren, die in zwei Drehrichtungen verwendet werden, wie z.B. Servomotoren, Antriebsmotoren, etc., und die durch beispielsweise einen Lüfter gekühlt werden, tritt das Problem auf, dass sich bei Drehrichtungsumkehr der Welle, insbesondere der Antriebswelle, auch die Strömungsrichtung des Kühlungsluftstroms umkehrt, da sich zugleich mit der Welle die Drehrichtung des auf der Welle befestigten Lüfters umkehrt. Dies hat eine ungleichmäßige Kühlleistung zur Folge, die bei den zu kühlenden Komponenten, insbesondere bei der Konstruktion eines Motors entsprechend berücksichtigt werden muss. Die Konstruktion beispielsweise eines solchen Motors wird dadurch aufwändiger und der Motor insbesondere schwerer. Ferner treten durch die wechselnde Strömungsrichtung thermische Spannungen auf, welche die Lebensdauer der jeweiligen Komponenten, insbesondere des Motors herabsetzen.
  • Alternativ dazu ist es möglich, die jeweiligen Komponenten, insbesondere den Motor fremd zu belüften. Nachteilig daran ist, dass ein zusätzlicher Elektromotor zur Zwangsbelüftung bereitgestellt werden muss.
  • Nach einer weiteren Alternative können zwei hintereinander geschaltete Lüfterräder oder Flügelräder verwendet werden, die beide über je einen, in entgegengesetzter Richtung arbeitenden Leerlauf verfügen. Gravierender Nachteil daran ist, dass die Bauform des Motors zunimmt, da zwei Flügelräder für eine gleichmäßige Kühlung unabhängig von der Drehrichtung der Welle notwendig sind, für jede der Drehrichtungen aber lediglich nur jeweils ein Lüfter aktiv ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass aufwändige Lager und ein aufwändig gestalteter Freilaufmechanismus je Lüfterrad bei hohen Anschaffungskosten und bei beschränkter Lebensdauer verwendet werden müssen.
  • Aus der US 3,213,304 ist eine Kühleinrichtung für einen bidirektionalen Elektromotor bekannt, bei dem Flügelblätter der Kühleinrichtung in einem Winkel von ca. 50° frei drehbar auf, der Nabe eines Lüfterrads befestigt sind. Der Winkel von ca. 50° wird dabei entweder durch Begrenzungen auf der Nabe bzw. durch entsprechende Ausschnitte der Nabe des Lüfterrads, in dem die Flügelblätter geführt werden, realisiert.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Belüftungseinrichtung für elektrische und/oder mechanische Komponenten auf einer Welle anzugeben, welche eine gleichmäßige Kühlung der entsprechenden Komponenten ohne Verwendung einer Zwangsbelüftung unabhängig von der Drehrichtung der Welle ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Belüftungseinrichtung, welche wenigstens ein Flügelrad, bestehend aus einer Nabe, an welcher Flügelblätter mittels Lager befestigt sind, aufweist, zur Erzeugung eines Kühlluftstroms für elektrische und/oder mechanische Komponenten auf einer Welle, die in zwei Drehrichtungen betrieben wird, dadurch gelöst, dass die Belüftungseinrichtung wenigstens eine erste Vorzugsposition und eine zweite Vorzugsposition für die Lage mindestens eines Flügelblatts aufweist, wobei die erste Vorzugsposition von dem Flügelblatt bei Drehung der Welle in der einen Drehrichtung eingenommen wird und/oder die zweite Vorzugsposition von dem Flügelblatt bei Drehung der Welle in der anderen Drehrichtung eingenommen wird.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Flügelblätter jeweils schwenkbar und/oder drehbar gelagert. Darüber hinaus weisen die Flügelblätter jeweils eine Drehachse auf, welche in Längsrichtung der Flügelblätter angeordnet ist, wobei sich die Drehachse außerhalb der geometrischen Mitte der Flügelblätter befindet. Weiterhin befindet sich der Schwerpunkt eines Flügelblatts außerhalb der Drehachse des Flügelblatts. Dadurch ist ein Umklappen der Flügelblätter bewirkt durch Trägheits- und/oder Drehmomente, die bei einem Drehrichtungswechsel möglich. Desweiteren sorgen diese Eigenschaften dafür, dass die Flügelblätter u.a. durch die entstehenden Luftströmungen je nach der Drehrichtung in der jeweiligen Vorzugsposition gehalten werden.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Flügelblätter für eine gemeinsame Schwenk- oder Kippbewegung mechanisch untereinander verbunden, wobei sich die Flügelblätter gleichzeitig entweder alle in der ersten Vorzugsposition oder alle in der zweiten Vorzugsposition befinden. Da alle Flügelblätter beispielsweise mechanisch miteinander verbunden sind ist insbesondere gewährleistet, dass alle Flügelblätter gemeinsam sich entweder in der ersten oder in der zweiten Vorzugsposition als Anfangsposition befinden, bevor sich die Welle dreht. Damit ist insbesondere ein Umklappen in die jeweils andere Vorzugsposition nur für alle Flügelblätter gemeinsam möglich. Besonders vorteilhaft ist es, dass die Flügelblätter durch die erfindungsgemäße Konstruktion nicht in einer Position zwischen den beiden Vorzugspositionen stabil verharren können, da je nach der Drehrichtung der Welle entweder in der ersten oder der zweiten Vorzugsposition der Welle die maximale bzw. benötigte Kühlleistung der entsprechenden Komponenten auf der Welle erreicht wird.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schwenken die Flügelblätter bei einem Drehrichtungswechsel der Welle automatisch von der ersten Vorzugsposition in die zweite Vorzugsposition und/oder bei einem weiteren Drehrichtungswechsel der Welle von der zweiten Vorzugsposition in die erste Vorzugsposition, wobei die Schwenkbewegung durch ein, bedingt durch den Drehrichtungswechsel entstehendes Drehmoment ausgelöst wird. Dadurch wird eine kostengünstige Fertigung der Belüftungseinrichtung erleichtert und möglich.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jede Vorzugsposition durch jeweils einen Anschlag festgelegt, wobei die Anschläge jeweils einen Anstellwinkel der Flügelblätter festlegen. Darüber hinaus sind die Anschläge verstellbar. Weiterhin sind die Anschläge beispielsweise mit einem Stellelement, welches einen temperaturabhängigen Stellweg bewirkt, gekoppelt, wobei sich die Position der Anschläge in Abhängigkeit des Stellwegs des Stellelements derart verändert, dass der Anstellwinkel der Flügelblätter bei Temperaturerhöhung zunimmt und/oder bei Temperaturerniedrigung abnimmt. Ein solches Stellelement, welches den temperaturabhängigen Stellweg bewirkt, ist beispielsweise eine Bimetallringfeder. Bei höherer Temperatur verändert sich damit die Position der Anschläge derart, dass sich ein größerer Anstellwinkel der Flügelblätter einstellt, wodurch der erzeugte Kühlluftstrom entsprechend vergrößert wird. Bei niedriger Temperatur verändert sich die Position der Anschläge so, dass sich der Anstellwinkel der Flügelblätter und dadurch der erzeugte Kühlluftstrom entsprechend verringert. Dadurch wird die Erzeugung der jeweils benötigten Kühlluftmenge in Abhängigkeit der Temperatur automatisch ohne Zusatzkonstruktion selbstständig geregelt. Damit ist eine geregelte Kühlleistung unabhängig von der Drehrichtung der Welle in Abhängigkeit der jeweiligen Temperatur kostengünstig gewährleistet.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jede Vorzugsposition durch jeweils eine Aussparung in der Nabe festgelegt. Darüber hinaus weist die Nabe Buchsen als Lager zur Befestigung der Flügelblätter auf. Die Flügelblätter weisen weiterhin Stecker zur Befestigung auf, wobei die Stecker in die Buchsen der Nabe gesteckt werden und eine drehbare Steckverbindung bilden. Die Stecker der Flügelblätter sind dabei so ausgebildet, dass sie einschnappbar und/oder einrastbar in die Buchsen der Nabe gesteckt werden und eine drehbare Steckverbindung bilden. Durch eine solche einfache mechanische Steckverbindung ist ebenfalls eine kostengünstige Fertigung möglich.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Stecker der Flügelblätter Ringfedern auf, wobei die Ringfedern nach dem Einstecken der Flügelblätter in die Buchsen der Nabe eine Rückhaltekraft auf die Flügelblätter bewirken. Durch die Rückhaltekraft der Ringfedern auf die Flügelblätter wird vermieden, dass die Flügelblätter bei Drehzahlen der Welle insbesondere zwischen 0 und 10 Umdrehungen pro Minute lose Drehbewegungen durchführen. Damit wird eine eventuell mögliche Flatterbewegung der Flügelblätter bei niedrigen Drehzahlen der Welle entsprechend verhindert, da die Rückhaltekraft der Rückstellfedern die Flügelblätter abhängig von der jeweiligen Drehrichtung der Welle in der zugehörigen Vorzugsposition halten und den benötigten Kühlluftstrom erzeugen.
  • Nach einer weiteren überaus vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Motor mit einer Belüftungseinrichtung mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgestattet. Vorteil ist, dass ein solcher Motor wesentlich kleiner gebaut werden kann, als ein Motor mit vergleichbarer Leistung aber ohne die erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung, da der Motor mit der erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung unabhängig von der Drehrichtung der Welle immer ausreichend gekühlt ist.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Herstellung einer Belüftungseinrichtung aus einem Flügelrad mit einer Nabe und Flügelblättern die mittels Lagern an der Nabe befestigt sind zur Erzeugung eines Kühlluftstroms für elektrische und/oder mechanische Komponenten auf einer Welle, die in zwei Drehrichtungen betrieben wird, ein Verfahren angewendet, wobei die Nabe mit Anschlägen versehen wird, wobei jeweils ein Anschlag jeweils wenigstens eine Vorzugsposition für die Lage der Flügelblätter festlegt, wobei die erste Vorzugsposition von dem Flügelblatt bei Drehung der Welle in der einen Drehrichtung eingenommen wird und/oder die zweite Vorzugsposition von dem Flügelblatt bei Drehung der Welle in der anderen Drehrichtung eingenommen wird. Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei der Anwendung des Verfahrens die Nabe anstelle der Anschläge mit Aussparungen versehen wird, wobei jede Vorzugsposition eines Flügelblatts durch jeweils eine Aussparung festgelegt ist. Bevorzugterweise wird als Herstellungsverfahren ein Kunststoff-spritzgussverfahren verwendet. Besonders vorteilhaft ist die separate Herstellung der Nabe und wenigstens eines Flügelblatts separat voneinander als Kunststoff-Spritzgussteile. Vorteil ist die überaus kostengünstige Herstellung solcher Belüftungseinrichtungen durch ein solches Verfahren. Selbstverständlich können auch alle Flügelblätter separat voneinander in einem Kunststoff-spritzgussverfahren hergestellt werden.
  • Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 die Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung,
  • 2 das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung,
  • 3 eine Detailskizze zur Erläuterung des temperaturabhängigen Stellwegs,
  • 4 einen Querschnitt eines beispielhaften Flügelblatts mit außenliegendem Schwerpunkt und
  • 5 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Belüftungseinrichtung mit vorteilhaften Aussparungen.
  • 1 zeigt die Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung. Dargestellt ist ein Flügelrad FR, welches auch als Lüfterrad bezeichnet werden kann, bestehend aus einer Nabe N, an der sich drehbar angebrachte Flügelblätter F, die beispielhaft die Form von Scharnieren aufweisen, befinden. Jedes der Flügelblätter F ist dabei beispielhaft jeweils in einer Buchse BU gelagert. Das gezeigte Flügelrad FR ist in der 1 beispielhaft mit acht Flügelblättern F versehen, kann jedoch auch mit einer beliebigen anderen Anzahl von Flügelblättern F ausgestattet sein. Auch die Flügelblätter F können prinzipiell beliebige Formen aufweisen bzw. annehmen.
  • 2 zeigt das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung. In der 2 ist ein Teilausschnitt der Seitenansicht der Nabe N des Flügelrads FR dargestellt, wobei beispielhaft zwei Flügelblätter F an der Nabe N angebracht sind. Die beiden Flügelblätter F sind drehbar in jeweils einer Buchse BU in der Nabe N des Flügelrads FR gelagert. Die Flügelblätter F weisen dabei die Form eines Scharniers auf. Sie sind radial zur Nabe N des Flügelrads FR angeordnet und um ihre Längsachse LA drehbar bzw. schwenkbar beispielsweise in der jeweiligen Buchse BU gelagert. Die dargestellten Flügelblätter F sind dabei aus einem Scharnierblatt SB und einer stabförmigen Verdickung SV, an der das Scharnierblatt SB angebracht ist, aufgebaut, wobei die stabförmige Verdickung SV die Längs- bzw. Drehachse LA des jeweiligen Flügelblatts F darstellt und diese in der jeweiligen zugehörigen Buchse BU gelagert ist. Des Weiteren ist zwischen zwei nebeneinander liegenden Flügelblättern F erfindungsgemäß jeweils ein Anschlag A an der Nabe N des Flügelrads FR derart angebracht, dass die Flügelblätter F um ihre Längs- bzw. Drehachse LA nur in einem begrenzten Schwenkwinkel D drehbar bzw. schwenkbar sind. Ein solches erfindungsgemäßes Flügelrad FR ist zur Befestigung auf einer Welle, die der Übersichtlichkeit wegen hier nicht dargestellt ist, vorgesehen und dient zur Kühlung von ebenfalls auf der Welle befindlichen elektrischen und/oder mechanischen Komponenten. Eine solche Welle ist beispielsweise eine Antriebswelle, insbesondere eine Motorwelle eines Elektromotors. Eine solche Welle kann insbesondere in beiden Drehrichtungen betrieben werden.
  • In dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich die Flügelblätter F alle gemeinsam in der Vorzugsposition VP1. Das Flügelrad FR ist dabei beispielhaft zur Drehung gegen den Uhrzeigersinn vorgesehen, wodurch sich ein Kühlluftstrom KLS in der gezeigten Richtung einstellt. Bei einem Drehrichtungswechsel der nicht gezeigten Welle erfahren die Flügelblätter F, insbesondere im Moment der Drehrichtungsumkehr, einen derartigen Drehimpuls, der die Flügelblätter F veranlasst, die Vorzugsposition VPl zu verlassen und in die Vorzugsposition VP2 umzuklappen bzw. zu schwenken. Die gestrichelte Darstellung der Flügelblätter F deutet die Lage der Flügelblätter F in der Vorzugsposition VP2 an. Mit zunehmender Drehzahl der Welle, nun in der entgegengesetzten Drehrichtung, wobei die Flügelblätter F nun alle gemeinsam die Vorzugsposition VP2 einnehmen, stellt sich wiederum ein selbst erzeugter Kühlluftstrom KLS ein, welcher sich in der gleichen Strömungsrichtung wie vorher ausbildet. Durch den entsprechenden Luftwiderstand des selbst erzeugten Kühlluftstroms KLS werden die Flügelblätter F mit zunehmender Drehzahl verstärkt in der Vorzugsposition VP2 gehalten. Um zu erreichen, dass alle Flügelblätter F jeweils gemeinsam in der einen Vorzugsposition VP1 oder in der anderen Vorzugsposition VP2 und nicht dazwischen zum Liegen kommen, ist lediglich eine einfache mechanische Vorrichtung, beispielsweise eine Feder oder ein Kniehebel, notwendig. Damit kann insbesondere erreicht werden, dass die Flügelblätter F nur eine der beiden Vorzugspositionen VP1 oder VP2 überhaupt einnehmen können. Darüber hinaus sind auch mechanische Konstruktionen denkbar und möglich, bei der die Flügelblätter F derart mechanisch untereinander verbunden sind, dass alle Flügelblätter F nur gleichzeitig in eine Vorzugsposition, von VP1 nach VP2 oder umgekehrt; schwenken bzw. umklappen können. Das Umklappen der Flügelblätter F bei Drehrichtungsumkehr der nicht gezeigten Welle wird dabei aufgrund der Trägheitsmomente und/oder der, bei der durch die Kühlluftströmung KLS entstehenden Kräfte bzw. Drehmomente ausgelöst. Vorteil dieser Anordnung ist insbesondere der, dass unabhängig von der Drehrichtung der Welle, auf der das erfindungsgemäße Flügelrad FR angebracht ist, immer die gleiche Strömungsrichtung des Kühlluftstroms KLS zur Kühlung beispielsweise eines Motors erzeugt wird. Dieser wird dadurch thermisch weniger belastet. Dadurch ist aber auch die Konstruktion und Fertigung von einfacheren, kompakteren und gewichtsmäßig leichteren Motoren möglich. Die Flügelblätter F und die Nabe N des Flügelrads FR können dabei aufgrund ihres einfachen mechanischen Aufbaus vorteilhaft z.B. auch in einem Kunststoffspritzgussverfahren insbesondere auch separat als Kunststoffspritzgussteile gefertigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in analoger Weise auch bei Radial- und Tangentiallüfter verwendet werden. Allgemein kann das erfindungsgemäßes Flügelrad FR an eine Welle, insbesondere eine Antriebswelle mit wechselnder Drehrichtung, angekoppelt werden, wobei sich auf der Welle befindliche elektrische und/oder mechanische Komponenten, u.a. beispielsweise auch Bremsscheiben, gekühlt werden können.
  • Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ebenfalls in der 2 dargestellt, bei der die gezeigten Anschläge A verstellbar ausgeführt sind. Werden die Anschläge A beispielsweise mit einem, in der Nabe N des Flügelrads FR befindlichen thermischen Stellelements, beispielsweise einer Bimetallringfeder, in geeigneter Weise verbunden, so können die Anschläge A, da sie verstellbar ausgeführt sind, einen temperaturabhängigen Stellweg S aufweisen (s. 3). Die Anschläge A können sich dann beispielsweise entsprechend der 2 in Richtung bzw. entgegen dem dargestellten Kühlluft strom KLS bewegen. Bei Zunahme der Temperatur T+ bewegen sich die Anschläge A beispielsweise in Richtung des Kühlluftstroms KLS, wodurch der Anstellwinkel (s. 3) der Flügelblätter F erhöht wird, was eine zunehmende Kühlluftmenge und damit eine größere Kühlung zur Folge hat. Bei abnehmender Temperatur Tbewegen sich die Anschläge A entsprechend dem Stellweg S entgegen dem Kühlluftstrom KLS und verringern so den Anstellwinkel (s. 3) der Flügelblätter F, wodurch die geförderte Kühlluftmenge ebenfalls erniedrigt wird. Dadurch wird die Erzeugung der jeweils benötigten Kühlluftmenge in Abhängigkeit der Temperatur automatisch ohne Zusatzkonstruktion selbstständig geregelt. Dadurch kann vorteilhafterweise der Wirkungsgrad beispielsweise eines Motors gesteigert werden. Außerdem wird der Motor deutlich weniger thermisch belastet, wodurch sich insbesondere die Lebensdauer beispielsweise des Motors erhöht.
  • 3 zeigt zur Verdeutlichung eine Detailskizze zur Erläuterung des temperaturabhängigen Stellwegs S. Dabei ist in der gezeigten seitlichen Draufsicht ein Teil der Nabe N beispielhaft mit einem Flügelblatt F, bestehend aus der stabförmigen Verdickung SV und dem Scharnierblatt SB, zu sehen. Das Scharnierblatt SB des Flügelblatts F befindet sich beispielhaft in der Vorzugsposition VP2 am Anschlag A und nimmt somit einen Anstellwinkel α2 ein. Der Anschlag A ist dabei erfindungsgemäß verstellbar ausgeführt und beispielsweise mit einem, in der Nabe N des Flügelrads FR befindlichen, hier nicht dargestellten, thermischen Stellelement, beispielsweise einer Bimetallringfeder, in geeigneter Weise verbunden, so dass der Anschlag A einen temperaturabhängigen Stellweg S aufweist. Der Anschlag A bewegt sich dann beispielsweise bei Zunahme der Temperatur T+ entsprechend der 3 entlang des dargestellten Stellwegs S, wodurch sich der Anstellwinkel α2 des Flügelblatts F vergrößert,. was eine zunehmende Kühlluftmenge und damit eine größere Kühlung zur Folge hat. Bei abnehmender Temperatur T- bewegt sich der Anschlag A entsprechend der 3 entlang des dargestellten Stellwegs S beispielsweise bis zur gestrichelt dargestellten Position des Anschlags A, wodurch sich ein kleinerer Anstellwinkel α1 des Flügelblatts F einstellt, was eine geringere Kühlluftmenge und damit eine geringere Kühlung zur Folge hat. Selbstverständlich sind die beiden dargestellten Positionen des Anschlags A und die damit verbundenen Anstellwinkel α1 bzw. α2 der Flügelblätter F nur beispielhaft zu sehen. Der Anschlag A kann selbstverständlich abhängig von der Temperatur kontinuierlich jede beliebige Position entlang des Stellwegs S bis zu einer hier nicht dargestellten oberen bzw. unteren Grenzposition einnehmen, wodurch entsprechend auch der mögliche Bereich innerhalb dessen sich der Anstellwinkel der Flügelblätter F kontinuierlich verändern kann, festgelegt wird. Die obere bzw. untere Grenzposition kann dabei je nach Anwendung bei der Herstellung entsprechend festgelegt werden. Dadurch wird die Erzeugung der jeweils benötigten Kühlluftmenge in Abhängigkeit der Temperatur automatisch ohne Zusatzkonstruktion und auch unabhängig von der Drehrichtung der Welle selbstständig geregelt. Dadurch kann vorteilhafterweise der Wirkungsgrad beispielsweise eines Motors gesteigert werden. Außerdem wird der Motor deutlich weniger thermisch belastet, wodurch sich insbesondere die Lebensdauer beispielsweise des Motors erhöht.
  • 4 zeigt einen Querschnitt durch ein beispielhaftes Flügelblatt F mit außenliegendem Schwerpunkt SP. Dabei nimmt das gezeigte beispielhafte Flügelblatt F zunächst die Vorzugsposition VP1 ein. Darüber hinaus ist die Bewegungsrichtung BR des Flügelblatts F bei der Rotation der Nabe N des Flügelrads FR am Flügelblatt F unmittelbar nach der Drehrichtungsumkehr der aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Welle angedeutet, die ein entsprechendes Umklappdrehmoment UD erzeugt, welches das Flügelblatt F veranlasst, in die Vorzugsposition VP2 umzuklappen. Um ein ausreichend großes Umklappdrehmoment UD im Moment der Drehrichtungsumkehr der Welle zu erhalten, befindet sich der Schwerpunkt SP des Flügelblatts F außerhalb der Längs- bzw. Drehachse LA des Flügelblatts F. Zudem liegt die Längs- bzw. Drehachse LA des Flü gelblatts F ebenfalls außerhalb der geometrischen Mitte des Flügelblatts F, so dass die, durch die Kühlluftströmung am Flügelblatt F unterschiedlich angreifenden Kräfte, obere Angriffskraft OAK und untere Angriffskraft UAK den Verbleib der Flügelblätter F in der jeweiligen Vorzugsposition VP1 bzw. VP2 nach dem Umklappen gewährleisten.
  • 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Belüftungseinrichtung mit vorteilhaften Aussparungen AS in der Nabe N des Flügelrads FR, die, vergleichbar mit den Anschlägen A aus der 2 einen Schwenkwinkel D der Flügelblätter F entsprechend begrenzen. Auch hier sind zwei Vorzugspositionen VP1 bzw. VP2 für die Flügelblätter F vorgesehen. Dabei weist die Nabe N des Flügelrads FR die vorteilhafterweise entsprechend den Formen der Flügelblätter F angepassten Aussparungen AS auf.
  • Des Weiteren sind die Flügelblätter F so ausgeführt, dass sie am Ende der jeweiligen stabförmigen Verdickung SV des Flügelblatts F einen Stecker ST aufweisen, der derartig ausgebildet ist, dass dieser in eine entsprechende Buchse BU der Nabe N des Flügelrads FR eingesteckt werden kann. Der Stecker ST ist dabei derartig mit der Nabe N verbunden, dass sich das Flügelblatt F entsprechend drehen bzw. schwenken lässt. Der Stecker ST kann dabei vorteilhafterweise in der Buchse BU zur vereinfachten Fertigungsmontage eingeschnappt werden. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist dies in der Figur nicht dargestellt. Weiterhin kann auf den Stecker ST eine, ebenfalls aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht weiter dargestellte Ringfeder aufgesteckt werden, welche vorteilhafterweise nach dem Aufschnappen eine hemmende Kraft auf das jeweilige Flügelblatt F ausübt, so dass sich die jeweiligen Flügelblätter F für geringe Drehzahlen der Welle nicht lose drehen können, was dazu führt, dass insbesondere kurz nach einem Drehrichtungswechsel insbesondere bei Drehzahlen zwischen 0 und 10 Umdrehungen pro Minute, die Flügelblätter F in der jeweiligen neu eingenommenen Vorzugsposition VP1 bzw. VP2 gehalten wer den und ein Flattern der Flügelblätter F vermieden wird. Diese Lage wird mit zunehmenden Drehzahlen automatisch stabilisiert. Dadurch ist auch im niedrigen Drehzahlbereich der Welle die Erzeugung eines benötigten Kühlluftstroms gewährleistet.
  • Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung eine Belüftungseinrichtung, die auf einer, in zwei Drehrichtungen betriebenen Welle angebrachte, elektrische und/oder mechanische Komponenten unabhängig von der Drehrichtung der Welle kühlen kann, da sich bei Drehrichtungswechsel der Welle durch ein Umklappen der Flügelblätter F von einer Vorzugsposition VP1 in eine zweite Vorzugsposition VP2 auch die Drehrichtung des erfindungsgemäßen Flügelrads FR umkehrt. Dadurch bleibt die Kühlleistung der Belüftungseinrichtung unabhängig von der Drehrichtung der Welle automatisch erhalten und trägt somit zur Erhöhung der Lebensdauer der zu kühlenden mechanischen und/oder elektrischen Komponenten bei.

Claims (22)

  1. Belüftungseinrichtung, welche wenigstens ein Flügelrad (FR), bestehend aus einer Nabe (N), an welcher Flügelblätter (F) mittels Lager (BU) befestigt sind, aufweist, zur Erzeugung eines Kühlluftstroms (KLS) für elektrische und/oder mechanische Komponenten auf einer Welle, die in zwei Drehrichtungen betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Belüftungseinrichtung wenigstens eine erste Vorzugsposition (VP1) und eine zweite Vorzugsposition (VP2) für die Lage mindestens eines Flügelblatts (F) aufweist, wobei die erste Vorzugsposition (VP1) von dem Flügelblatt (F) bei Drehung der Welle in der einen Drehrichtung eingenommen wird und/oder die zweite Vorzugsposition (VP2) von dem Flügelblatt (F) bei Drehung der Welle in der anderen Drehrichtung eingenommen wird.
  2. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelblätter (F) jeweils schwenkbar und/oder drehbar gelagert sind.
  3. Belüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelblätter (F) jeweils eine Drehachse (LA) aufweisen, welche in Längsrichtung der Flügelblätter (F) angeordnet ist, wobei sich die Drehachse (LA) außerhalb der geometrischen Mitte der Flügelblätter (F) befindet.
  4. Belüftungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schwerpunkt (SP) eines Flügelblatts (F) außerhalb der Drehachse (LA) des Flügelblatts (F) befindet.
  5. Belüftungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelblätter (F) für eine gemeinsame Schwenk- oder Kippbewegung mechanisch untereinander verbunden sind, wobei sich die Flügelblätter (F) gleichzeitig entweder alle in der ersten Vorzugsposition (VP1) oder alle in der zweiten Vorzugsposition (VP2) befinden.
  6. Belüftungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelblätter (F) bei einem Drehrichtungswechsel der Welle automatisch von der ersten Vorzugsposition (VP1) in die zweite Vorzugsposition (VP2) schwenken, und/oder bei einem weiteren Drehrichtungswechsel der Welle von der zweiten Vorzugsposition (VP2) in die erste Vorzugsposition (VP1) schwenken, wobei die Schwenkbewegung durch ein, bedingt durch den Drehrichtungswechsel entstehendes Drehmoment ausgelöst wird.
  7. Belüftungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Vorzugsposition (VPl, VP2) durch jeweils einen Anschlag (A) festgelegt ist, wobei die Anschläge (A) jeweils einen Anstellwinkel (α1, α2) der Flügelblätter (F) festlegen.
  8. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (A) verstellbar sind.
  9. Belüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (A) mit einem Stellelement, welches einen temperaturabhängigen Stellweg (S) bewirkt, gekoppelt sind, wobei sich die Position der Anschläge (A) in Abhängigkeit des Stellwegs (S) des Stellelements verändert.
  10. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement, welches den temperaturabhängigen Stellweg (S) bewirkt, eine Bimetall-Ringfeder ist.
  11. Belüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Anschläge (A) in Abhängigkeit des temperaturabhängigen Stellwegs (S) des Stellelements so verändert wird, dass der Anstellwinkel (α1, α2) der Flügelblätter (F) bei Temperaturerh©hung (T+) zunimmt und/oder bei Temperaturerniedrigung (T-) abnimmt.
  12. Belüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Vorzugsposition (VP1, VP2) durch jeweils eine Aussparung (AS) in der Nabe (N) festgelegt ist.
  13. Belüftungseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (N) Buchsen (BU) als Lager zur Befestigung der Flügelblätter (F) aufweist.
  14. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelblätter (F) Stecker (ST) zur Befestigung aufweisen, wobei die Stecker (ST) in die Buchsen (BU) der Nabe (N) gesteckt werden und eine drehbare Steckverbindung bilden.
  15. Belüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stecker (ST) der Flügelblätter (F) so ausgebildet sind, dass sie einschnappbar und/oder einrastbar in die Buchsen (BU) der Nabe (N) gesteckt werden und eine drehbare Steckverbindung bilden.
  16. Belüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Stecker (ST) der Flügelblätter (F) Ringfedern aufweisen, wobei die Ringfedern nach dem Einstecken der Flügel blätter (F) in die Buchsen (BU) der Nabe (N) eine Rückhaltekraft auf die Flügelblätter (F) bewirken.
  17. Belüftungseinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelblätter (F) durch die Rückhaltekraft der Ringfedern auf die Flügelblätter (F) bei Drehzahlen der Welle zwischen 0 und 10 Umdrehungen pro Minute keine losen Drehbewegungen durchführen.
  18. Motor, insbesondere selbstbelüfteter Zwei-Richtungs-Elektromotor, mit einer Belüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
  19. Verfahren zur Herstellung einer Belüftungseinrichtung, welche wenigstens ein Flügelrad (FR), bestehend aus einer Nabe (N), an welcher Flügelblätter (F) mittels Lager (BU) befestigt sind, aufweist, zur Erzeugung eines Kühlluftstroms (KLS) für elektrische und/oder mechanische Komponenten auf einer Welle, die in zwei Drehrichtungen betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (N) mit Anschlägen (A) versehen wird, wobei jeweils ein Anschlag (A) jeweils wenigstens eine Vorzugsposition (VP1, VP2) für die Lage der Flügelblätter (F) festlegt, wobei die erste Vorzugsposition (VPl) von dem Flügelblatt (F) bei Drehung der Welle in der einen Drehrichtung eingenommen wird und/oder die zweite Vorzugsposition (VP2) von dem Flügelblatt (F) bei Drehung der Welle in der anderen Drehrichtung eingenommen wird.
  20. Herstellungsverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (N) mit Aussparungen (AS) versehen wird, wobei jede Vorzugsposition (VP1, VP2) eines Flügelblatts (F) durch jeweils eine Aussparung (AS) festgelegt ist.
  21. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren ein Kunststoff-Spritzgussverfahren ist.
  22. Herstellungsverfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe N und/oder wenigstens ein Flügelblatt F separat als Kunststoff-Spritzgussteile hergestellt werden.
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