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Die vorliegende Erfindung betrifft
im Allgemeinen Generatoren, und im Besonderen einen verbesserten
Generatorenventilator.
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In Generatoren oder Lichtmaschinen
für Automobile
kommt üblicherweise
ein Rotor zum Einsatz, der ein wechselndes (alternierendes) Magnetfeld
in der Maschine erzeugt. Dieses wechselnde Magnetfeld wird dadurch
erzeugt, dass der Rotoraufbau innerhalb eines Statorkerns gedreht
wird. Ein herkömmlicher
Klauenpolrotor hat einen Nordpol, einen Südpol, eine gewundene Feldwicklung,
eine Welle, Schleifringe, sowie einen Front- und einen Heckventilator.
Diese Ventilatoren sind am jeweiligen Ende des Rotoraufbaus befestigt
und sorgen durch einen Luftstrom für die notwendige Kühlung der
Maschine.
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Es ist bekannt, dass die Variierung
der Geometrie der Ventilatorschaufeln, ihrer Anzahl, sowie ihrer
Abstände
zueinander einen großen
Einfluss auf die Stärke
des Luftstroms haben kann. Ein bekannter Ventilatorentyp für Generatoren
weist ein gestanztes Bauteil mit ausgeschnittenen Ventilatorenschaufeln dar.
Einige Bereiche der Ventilatorenschaufeln sind im Wesentlichen durch
hochgebogene Abschnitte des Bauteils gebildet. Mit anderen Worten
weist der Ventilator einen Mittelteil auf, von dem die Ventilator schaufeln
abstehen. Ein Nachteil dieses Generatorenventilators besteht darin,
dass die Ventilatorschaufeln vibrieren und letztendlich abbrechen
können.
Daher kann es sein, dass sie unter den zunehmend anspruchsvollen
Beschleunigungen, die in neueren Generatoren auftreten, nicht gut
funktionieren.
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Ein bekanntes Konstruktionsmittel,
durch das sich die Steifigkeit von Ventilatorschaufeln der geschilderten
Bauart steigern lässt,
besteht in der Verwendung von Verstärkungen und anderen Stabilisierungselementen.
Dieses Konstruktionsmittel hat allerdings einen gegenläufigen Effekt.
Die Nachteile, die mit der Veränderung
der Schaufelgeometrie einhergehen, bewirken eine Schwächung der
Gesamtstruktur des Ventilators sowie Turbulenzen, die zu einem höheren Geräuschpegel
bzw. Breitband-Geräuschpegel
im Innern des Fahrzeugs führen.
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Aus den obigen Ausführungen
ist ersichtlich, dass der Bedarf nach einem verbesserten Kühlungsventilator
für einen
Generator besteht. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, solch
einen verbesserten Generatorenventilator anzubieten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Ventilator gelöst,
der aus einem im Wesentlichen scheibenförmigen Grundkörper mit
gegenüberliegenden
ersten und zweiten Oberflächen
besteht und eine Rotationsachse aufweist, die mittig durch diese
Oberflächen
verläuft,
und der des Weiteren eine Vielzahl Rippen aufweist, die erhabene
Grate auf der ersten Oberfläche
und spaltartige Vertiefungen auf der zweiten Oberfläche bilden.
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Der Generatorenventilator der vorliegenden Erfindung
hat (gegenüber
herkömmlichen
Generatorenventilatoren) zahlreiche Vorteile. Ein Vorteil besteht
darin, dass er besser dazu geeignet ist, dauerhaft bei hohen Geschwindigkeiten
zu arbeiten. Ein zweiter Vorteil besteht in der Möglichkeit,
die Anzahl der Ventilatorschaufeln zu erhöhen, da die vorliegende Erfindung
keine Ausschnitte zur Herstellung der Schaufeln benötigt. Ein
dritter Vorteil ist ein geringeres Maß an Turbulenzen, da die Möglichkeit
besteht, einen Scheitel zur Erhöhung
des Luftstromes und zur Herstellung sanfterer Schaufelübergänge in den Grundkörper zu
integrieren. Die Verringerung der Turbulenzen hat eine Reduzierung
des in den Innenraum des Fahrzeugs eingetragenen übertragenen Geräuschpegels
zur Folge, der während
des Betriebs des Generators entsteht. Ein vierter Vorteil liegt in
der größeren Oberfläche, die
kontinuierliche Verbindungsmethoden und eine bessere Hitzeabführung ermöglicht.
Ein fünfter
Vorteil findet sich in dem Umstand, dass das gesamte Bauteil aus
einem einzigen Stück
Metall gestanzt bzw. gefertigt wird, was eine geringere als die üblicherweise
für Generatorenventilatoren
verwendete Blechstärke
zulässt.
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Diese und andere Aspekte und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf der folgenden detaillierten
Beschreibung der Erfindung sowie der anliegenden Zeichungen deutlich
werden. Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
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1 zeigt
eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines Rotor- und Statoraufbaus eines
Generators, der die wichtigsten Eigenschaften der vorliegenden Erfindung
aufweist;
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2 zeigt
eine Draufsicht eines Generatorenventilators gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt
eine Seitenansicht des in 2 dargestellten
Ventilators;
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4A zeigt
einen Querschnitt, der im Wesentlichen entlang der in 2 gezeigten Linie A-A vorgenommen
wurde;
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4B zeigt
einen Querschnitt, der im Wesentlichen entlang der in 2 gezeigten Linie B-B vorgenommen
wurde;
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4C zeigt
einen Querschnitt, der im Wesentlichen entlang der in 2 gezeigten Linie C-C vorgenommen
wurde;
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5 zeigt
eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung; und
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6 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Generatorenventilators gemäß der vorliegenden Erfindung,
der auf einem Dauermagnetrotor angebracht ist.
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1 zeigt
einen Generatorenventilator-Statoraufbau 22 für Automobile,
der gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist und zwei Generatorenventilatoren 20A beziehungsweise 20B aufweist.
In dem dargestellten Generatorenventilator-Statoraufbau 22 kommt
ein Rotoraufbau 24 in Klauenpol-Bauart zum Einsatz, der
ein wechselndes (alternierendes) Magnetfeld erzeugt. Letzteres wird dadurch
erreicht, dass der Rotoraufbau 24 im Innern eines Statorkerns
gedreht wird. Obwohl in 1 ein Klauenpolrotor
abgebildet ist, sei darauf hingewiesen, dass der Generatorenventilator
der vorliegenden Erfindung nicht auf den Einsatz mit diesem Rotortyp
beschränkt
ist. Im Gegenteil kann er in jeder Art Rotoraufbau Anwendung finden,
beispielsweise in einem Dauermagnet-Rotor 23, wie er in 6 abgebildet ist.
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Der Rotoraufbau 24 in Klauenpolbauart
weist einen Frontpol 26, einen Heckpol 28, eine
(gewickelte) Feldwicklung 30, eine Welle 32, Schleifringe
(nicht abgebildet), und die beiden Generatorenventilatoren 20A und 20B auf.
Da der hintere Generatorventilator 20B in 1 nur teilweise zu sehen ist, sei darauf hingewiesen,
dass es sich bei den beiden Generatorenventilatoren
20A und 20B um ähnliche
Konstruktionen handelt. Der erste Generatorenventilator 20A ist
an einer ersten Außenseite
des Rotoraufbaus 24 befestigt, der zweite Generatorenventilator 20B an einer
zweiten Außenseite
(des Rotoraufbaus 24). Präziser ausgedrückt ist
der erste Generatorenventilator 20A am Frontpol 26 befestigt,
und der zweite Generatorenventilator 20B am Heckpol 28.
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Üblicherweise
wird der Rotoraufbau 24 so zusammengesetzt, dass (zunächst) die
Feldwicklung 30 auf eine Nabe gesteckt wird, die sich entweder
am Frontpol 26 oder am Heckpol 28 befindet. Der
jeweils andere Pol wird daraufhin an dem Aufbau aus Feldwicklung
und Frontpol 26 beziehungsweise Heckpol 28 montiert.
Die Welle 32 wird formschlüssig durch Bohrungen gesteckt,
die in der Mitte des Frontpols 26 und des Heckpols 28 angebracht
sind, und stellt so eine Verriegelung des Rotoraufbaus 24 her.
Die Schleifringe (nicht abgebildet) werden auf das hintere Ende
der Welle 32 unmittelbar am zweiten Generatorenventilator 20B aufgepresst.
Ein Rotorstopper 34 wird am vorderen Ende der Welle 32 unmittelbar
am ersten Generatorenventilator 20A montiert. Die Drahtführungen
(engl.: wire leads) der Feldwicklung 30 sind über die
Rückseiten
des Frontpols 26 und des Heckpols 28 sowie in
Rillen 38 geführt,
die sich in der Welle 38 befinden. Die nicht abgebildeten Drahtführungen
sind elektrisch mit den kupfernen Außenseiten der Schleifringe
verbunden. Die Generatorenventilatoren 20A beziehungsweise 20B sind an
dem Frontpol 26 beziehungsweise dem Heckpol 28 angebracht
und fest mit diesen verbunden.
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Wie in den 1 und 2 zu
sehen ist, bestehen die Generatorenventilatoren 20A beziehungsweise 20B,
im folgenden nur als Ventilatoren 20 bezeichnet, aus einem
im wesentlichen scheibenförmigen
Grundkörper 21,
der eine erste Oberfläche 40 hat,
die einer zweiten Oberfläche 42 gegenüberliegt. Der
Grundkörper 21 hat
einen Außenumfang 45 und eine
zentral angeordnete Öffnung 47,
durch deren Mitte eine Rotationsachse 44 verläuft. In
einer Ausführungsform,
die in 2 dargestellt
ist, ist die Öffnung 47,
hier als Öffnung 47A gekennzeichnet,
im Wesentlichen kreisförmig.
In einer weiteren Ausführungsform,
die 5 zeigt, ist die Öffnung 47,
diesmal als Öffnung 478 gekennzeichnet,
im Wesentlichen oval. Die genaue Form der Öffnung 47 hängt (von
Fall zu Fall) vom Mechanismus ab, mittels dessen der Rotoraufbau 24 zusammengehalten
bzw. verriegelt wird.
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Auf dem Grundkörper 21 des Ventilators 20 befindet
sich eine Vielzahl Rippen 46. Die Rippen 46 sind
derart geformt, dass sie auf der ersten Oberfläche 40, der Außenseite,
erhabene Grate 48, und auf der zweiten Oberfläche 42,
der Innenseite, spaltartige Vertiefungen 50 bilden. Mit
anderen Worten handelt es sich bei den Rippen 46 um Elemente
mit einem im Wesentlichen U-förmigen
Querschnitt, wie man in den 4A, 4B, und 4C sehen kann. Obwohl in 1 sieben und in 2 acht Rippen 46 abgebildet
sind, wird die Anzahl der Rippen 46 pro scheibenförmigem Grundkörper 21 auf
der Grundlage der der jeweiligen Rotorkonstruktion inhärenten Frequenzen bestimmt.
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Jede einzelne der Rippen 46 ist
im Wesentlichen radial angeordnet. Präziser ausgedrückt ist
jede Rippe 46 in radialer Richtung gekrümmt. Es sei dennoch darauf
hingewiesen, dass die Rippen 46 nicht notwendigerweise
gekrümmt
sein müssen.
Des weiteren weist jede Rippe 46 ein inneres Ende 52 auf, nämlich den
Bereich der Rippe 46, der der zentralen Öffnung 47 des
scheibenförmigen
Grundkörpers 21 am
nächsten
liegt, und ein äußeres Ende 54,
welches den Bereich der Rippe 46 darstellt, der dem Außenumfang 45 des
scheibenförmigen
Grundkörpers 21 am
nächsten
ist.
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Jede einzelne der Rippen 46 weist
außerdem
eine Innenwandung 56 und eine Außenwandung 58 auf.
Als Innenwandung 56 ist die Wandung definiert, die sich
zwischen dem inneren Ende 52 und dem äußeren Ende 54 erstreckt
und im Wesentlichen der Öffnung 47 des
scheibenförmigen
Grundkörpers
21 zugewandt
ist. Umgekehrt ist als Außenwandung 58 ist
die Wandung definiert, die sich zwischen dem inneren Ende 52 und
dem äußeren Ende 54 erstreckt und
im wesentlichen dem Außenumfang 45 des scheibenförmigen Grundkörpers 21 zugewandt
ist.
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Zwischen dem inneren Ende 52 und
dem äußeren Ende 54 kann
jede Rippe 46 außerdem
einen Mittelabschnitt 60 aufweisen. Das innere Ende 52 hat eine
erste Neigung relativ zur ersten Oberfläche 40. Das äußere Ende 54 hat
eine zweite Neigung relativ zur ersten Oberfläche 40. Der Mittelabschnitt 60 hat eine
dritte Neigung relativ zur ersten Oberfläche 40. Vorzugsweise
ist die erste Neigung des ersten Endes 52 die steilste
der drei Neigungen. Der Mittelabschnitt wird sollte die flachste
der drei Neigungen aufweisen. Tatsächlich kann der Mittelabschnitt
parallel zur ersten Oberfläche 40 des
Grundkörpers 21 des
Ventilators 20 verlaufen. Die Steilheit der Neigung des äußeren Endes 54 liegt
zwischen der des inneren Endes 52 und der des Mittelabschnitts 60.
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Der Ventilator 20 der vorliegenden
Erfindung kann auch einen integrierten Einlass-Scheitel 62 aufweisen.
Bezogen auf die erste Oberfläche 40 des Ventilators 20 stellt
der Einlass-Scheitel 62 einen vorstehenden, im Wesentlichen
kreisförmigen
Abschnitt des scheibenförmigen
Grundkörpers 21 dar.
Der Einlass-Scheitel 62 ist konzentrisch zum scheibenförmigen Grundkörper 21 und
der Rotationsachse 44 angeordnet. In einer Ausführungsform
kann der Einlass-Scheitel 62 unmittelbar an die zentrale Öffnung 47 stoßen. In
einer weiteren Ausführungsform,
die in 5 dargestellt
ist, kann der Einlass-Scheitel 62 in radialer Richtung
von der zentralen Öffnung 47 abgerückt sein,
wobei er sich jedoch immer noch zwischen der zentralen Öffnung 47 und
den inneren Enden 52 der Rippen 46 befindet. Der
Einlass-Scheitel 62 unterstützt die Leitung des Luftstroms,
der axial in das Zentrum des Ventilators einströmt und in radialer Richtung
entweicht.
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Ein zentraler Abschnitt der zweiten
Oberfläche 42 des
scheibenförmigen
Grundkörpers 21 dient als
Oberfläche
zum kontinuierlichen flächigen
Montieren des Ventilators 20. Dementsprechend wird die zweite
Oberfläche 42 zur
Befestigung des Ventilators 20 am Rotoraufbau 24 genutzt.
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Während
des Betriebes des Generatorenventilator-Statoraufbaus 22 und
des Rotoraufbaus 24, wie er in 1 zu sehen ist, wird Luft durch das hier
nicht abgebildete Generatorgehäuse
parallel zur Rotationsachse 44 zu den Generatorenventilatoren 20A beziehungsweise 20B gezogen.
Die Luft trifft zunächst
auf den Einlass-Scheitel 62 und wird in radialer Richtung über die
erste Oberfläche 42 des
scheibenförmigen
Grundkörpers 21 zu
der Vielzahl Rippen 46 gelenkt. An den Rippen 46 kommt
die Luft zuerst mit dem inneren Ende 52 jeder Rippe 46 in
Kontakt, von wo aus ein Teil der Luft entlang der Außenwandung 58,
und ein anderer Teil entlang der Innenwandung 56 abgelenkt
wird. Ein wichtiger Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, der
zu einem effektiven Luftstrom beiträgt, ist die Glätte jeder
Rippe 46. Die Effizienz des Luftstroms wird des Weiteren
durch die zusammenhängende
Beschaffenheit Anordnung und Bauweise des inneren Endes 52,
des Mittelabschnitts 60, sowie des äußeren Endes 54 gesteigert.
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Der scheibenförmige Grundkörper 21 der vorliegenden
Erfindung kann aus verschiedenen Materialien in verschiedenen Verfahren
hergestellt werden. In einer Ausführungsform kann der Ventilator 20 bzw.
der Grundkörper 21 aus
dünnwandigem
Blech, unter anderem aus Stahl, gestanzt werden. In einer anderen
Ausführungsform
kann der Ventilator 20 bzw. der Grundkörper 21 aus einem
formbaren Material gepresst und profiliert werden, unter anderem
aus Kunststoff.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden
Erfindung besteht in der Möglichkeit,
die Rippen 46 in einer untypischen Weise anzuordnen. Die
Rippen können
in einer untypischen Weise angeordnet werden, um die Interaktionszeiträume zwischen
rotierenden und stillstehenden Teilen zu reduzieren. Mit anderen Worten:
Je geringer die Anzahl der Interaktionen zwischen rotierenden und
stillstehenden Bauteilen zu einem beliebigen Zeitpunkt ist, desto
niedriger ist der Geräuschpegel,
der durch Vibrationen hervorgerufen wird.
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Wie ein Fachmann auf dem Gebiet der
Generatoren anhand der vorangegangenen detaillierten Beschreibung
sowie der Zeichnungen und Ansprüche
erkennen kann, können
Modifikationen und Veränderungen
an den bevorzugten Ausführungsformen der
Erfindung vorgenommen werden, ohne dass vom Geltungsbereich dieser
Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen festgehalten wird, abgewichen würde.