DE19907910C2 - Lüfterrad - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Lüfterrad, und insbesondere ein Lüfterrad mit perfektionierter Ausgestaltung von Lüfterrad-Stegen, welches beispielhaft Anwendung finden kann in einem Gebläse für ein Fahrzeug.

Lüfterräder werden generell über Elektromotoren angetrieben und weisen üblicherweise zur Wechselwirkung mit der Motorabtriebswelle einen Nabenabschnitt auf. Um die Funktion eines Lüfterrades zu erfüllen, sind üblicherweise an einem peripheren Abschnitt Luftschaufeln vor­ gesehen. Abhängig von der Ausrichtung der Luftschaufeln spricht man von sog. Radiallüfter­ rädern und Axiallüfterrädern. Um Gewichtseinsparungen und ggf. eine Motorkühlung zu er­ zielen, werden bei heutigen Lüfterräder üblicherweise der Nabenabschnitt und der periphere Abschnitt über Stege miteinander verbunden.

Aus der DE-195 31 160 A1 ist ein Lüfterrad bekannt, welches einen Nabenabschnitt und einen peripheren Abschnitt aufweist, an dem Luftschaufeln vorgesehen sind, wobei der Nabenab­ schnitt über Stege mit dem peripheren Abschnitt verbunden ist. Bei diesem bekannten Lüfter­ rad sollen die Speichen federnd wirken, wobei sich die Stege gradlinig radial zwischen der Nabe und dem peripheren Abschnitt erstrecken.

Bedingt durch den elektromotorischen Antrieb und die Geometrie des Lüfterrades können ver­ schiedenste Vibrationen und Laufunruhen entstehen, teilweise bedingt durch Resonanzphäno­ mene und teilweise bedingt durch elektromotorisch veranlaßte Schwingungen, beruhend auf in dem Elektromotor ausgebildeten Spalten.

Generell können radiale, axiale und tangentiale Vibrationen, Schwingungen und/oder Laufun­ ruhen auftreten.

Um der elektromotorisch bedingten Resonanzschwingung entgegenzuwirken, sind bei dem bekannten Lüfterrad die Stege federnd ausgebildet, wobei die Stege im wesentilchen aus­ schließlich axialen und radialen Schwingungen entgegenwirken können. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Schwingungsdämpfung in radialer Richtung nicht zufriedenstellend ist.

In der EP-0 182 145 A1 wird deswegen ein weiteres Lüfterrad vorgeschlagen, bei dem im Na­ benabschnitt weitere, radial verlaufende Federstege ausgebildet sind. Mittels dieser zusätzli­ chen Federstege soll eine verbesserte Dämpfung erzielt werden.

Aus der DE 31 49 091 A1 ist ein Lüfterrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt. Das beschriebene Radiallüfterrad soll unabhängig von der Ansaugrichtung wahlweise für ein- oder zweiflutige Gebläse auch bei Rechts- oder Linkslauf einsetzbar sein, wobei eine selbsttätige Anpassung an unterschiedliche Belastungsverhältnisse und auftretende Kräfte gegeben sein soll. Anders ausgedrückt, soll durch einfach gekrümmte Stege eine elastische Deformierbarkeit bereitgestellt werden, welche ggf. auch einer herstellungstechnisch be­ dingten Unwucht entgegenwirken soll. Dieser Druckschrift kann jedoch weder ein Hinweis über die möglichen Schwingungs- oder Vibrationsmoden eines Lüfterrades entnommen werden, noch daß diese unterschiedlich bei unterschiedlichen radialen Positionen vorliegen können.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 83 17 312 U1 ist ferner ein Lüfterrad bekannt, bei dem Stege in einer Ebene senkrecht zur Rotationsebene S-förmig ausgebildet sind. In einer Ebene parallel zur Rotationsebene sind die Stege gradlinig und nicht federnd ausgebildet, um Torsionsschwingungen des Kranzes aus Lüfterschaufeln zu vermeiden, die angeblich zu einer unangenehmen Geräuschbildung und auch zu einer Zerstörung des Lüfterrades führen können. Insofern befaßt sich auch diese Schrift nicht mit dem Phänomen von unterschiedli­ chen Vibrations- und Schwingungsmodi bei unterschiedlichen radialen Positionen, wobei sogar davon abgeraten wird, die gekrümmte Konfiguration in einer Ebene senkrecht zur Rotationsebene in eine Projektionsebene parallel zur Rotationsebene zu übertragen.

Insgesamt läßt sich jedoch feststellen, daß keines der bisher bekannten Lüfterräder in zufrie­ denstellender Weise Vibrationen und/oder Schwingungen vermeiden kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Lüfterrad in solch ei­ ner Weise weiterzubilden, daß praktisch alle möglicherweise auftretenden Schwingungen, Vibrationen und Laufunruhen stärker reduziert und im Betriebsbereich des Gebläses praktisch eliminiert werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine günstige geometrische Ausgestaltung der Lüfterradspeichen erzielt, wobei die Stege zumindest teilweise in der Projektionsebene parallel zu einer Rotationsebene des Lüfterrades mehrfach gekrümmt sind. Anders ausgedrückt, sind die Speichen z. B. in saugseitiger Aufsicht gebogen und nicht, wie beim Stand der Technik, in radialer Richtung gradlinig ausgebildet. Indem die Stege in der beschriebenen Weise ge­ krümmt sind, kann das Lüfterrad in der Rotationsebene sowohl gedämpfte Radialschwingun­ gen als auch gedämpfte Axial- und Tangentialschwingungen ausführen, so daß ein Lüfterrad angegeben ist, welches eine deutlich reduzierte Geräuschentwicklung im Vergleich mit Lüfter­ rädern gemäß dem Stand der Technik bereitstellt.

Durch die mehrfache, insbesondere zweifache Krümmung, in der zuvor genannten Pro­ jektionsebene bilden die Stege zumindest teilweise einen Schlangenlinien- oder Zickzack- Pfad, wodurch die Federwirkung verbessert ist. Wenn die Stege zumindest teilweise zweifach gekrümmt sind, können sie z. B. die Form eines "S" oder auch eines Fragezeichens annehmen, wobei diese Konfiguration der Stege konstruktiv besonders einfach herzustellen ist. Es sollte erwähnt werden, daß gekrümmt selbstverständlich auch eine abgewinkelte Ausgestaltung um­ fassen soll, so daß die Stege zumindest teilweise einem Zickzack-Pfad in Radialrichtung fol­ gen.

Um das Schwingungsverhalten des Lüfterrades sowohl in radialer Richtung als auch in axialer Richtung zu verbessern, können die Stege vorteilhafterweise zumindest teilweise in einer Ebe­ ne senkrecht zur Rotationsebene gekrümmt sein. Bei dieser Ausgestaltung bilden die Stege somit zumindest teilweise ein dreidimensionales, nichtlineares Konstrukt, welches somit in allen drei Dimensionen ein gedämpftes Schwingungsverhalten bereitstellen kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stege zumindest teilweise mehrfach, insbe­ sondere zweifach, in der Ebene senkrecht zur Rotationsebene gekrümmt, um ein noch verbes­ sertes, schwingungsdämpfendes Verhalten bereitzustellen.

Vorteilhafterweise weisen die Stege benachbart dem Nabenabschnitt zumindest teilweise Ver­ steifungen auf, um die elastischen Eigenschaften der Stege auf die Gegebenheiten anzupassen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform verfügen die Stege benachbart zum Nabenabschnitt zumindest teilweise über Luftleitelemente, bzw. bilden diese selbst aus. Durch das Bereitstel­ len von Luftleitelementen an den Stegen bzw. durch die Stege kann eine insgesamt optimierte Luftströmung bezüglich der gesamten Lüfterradanordnung erzielt werden.

Um bei der Ausgestaltung des Lüfterrades weitere Anpassungen bei der Konzeption vorneh­ men zu können, können sich die Stege zumindest teilweise verjüngen, wobei die Dicke eines Steges vorteilhafterweise abhängig von der radialen Position sein sollte. Demzufolge können die Stege derart konzipiert werden, daß sie an unterschiedlichen radialen Positionen unter­ schiedliche Steifigkeits- und/oder Dämpfungseigenschaften aufweisen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Krümmung der Stege benachbart dem periphe­ ren Abschnitt der Laufrichtung des Lüfterrades entgegengesetzt. Durch diese Ausgestaltung wird insbesondere beim Anlaufen des Lüfterrades eine ausreichende Stabilität der Stege ge­ währleistet.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt die Krümmung der Stege benachbart dem peripheren Abschnitt in der Richtung vor, wie die Luftschaufeln gekrümmt sind, wobei in einer insbesondere bevorzugten Ausführungsform die Krümmungsradien sich im wesentlichen entsprechen. Diese Ausgestaltung ist insbesondere herstellungstechnisch vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Lüfterrad z. B. mittels Spritzgußtechnik hergestellt wird.

Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Lüfterrades sind die Stege zumindest teilwei­ se verdrillt ausgebildet, so daß eine noch verbesserte Handhabung von Schwingungen, Vibra­ tionen und Laufunruhen gewährleistet werden kann.

Schließlich ist es bevorzugt, daß die Stege an ihren Enden mit dem Nabenabschnitt bzw. dem peripheren Abschnitt einander im wesentlichen entsprechende Winkel bilden. Durch diese Ausgestaltung kann eine im wesentlichen gleichmäßige Kraftbeaufschlagung der Stege ge­ währleistet werden.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer derzeit bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen gilt:

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Lüfterrad gemäß einer bevorzugten Ausführungs­ form der Erfindung.

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform in Schnittansicht.

Fig. 3 zeigt die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsform in Aufsicht.

In Fig. 1 ist ein Lüfterrad für ein Radialgebläse in perspektivischer Ansicht als eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Lüfterrad umfaßt in üblicher Weise einen Nabenabschnitt 2 und einen peripheren Abschnitt 4, an dem Luftschaufeln 6 vorgesehen sind. Der Nabenabschnitt 2 ist über Stege 10 mit dem peripheren Abschnitt 4 verbunden. Wie es sich aus der Ansicht von Fig. 1 ergibt, sind die Stege sowohl in der Rotationsebene zweifach gekrümmt, als auch in einer Ebene senkrecht zur Rotationsebene. Anders ausgedrückt, bildet jeder Steg 10 ein dreidimensionales Konstrukt, welches als aufgebaut aus helixförmigen Spi­ ralabschnitten verstanden werden kann. Ferner ergibt sich aus der Ansicht von Fig. 1, daß die Stege 10 im Nabenbereich Versteifungen 12 aufweisen, die neben der Versteifungsfunktion auch eine Luftleitfunktion erfüllen.

In Fig. 2 ist die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform in Schnittansicht dargestellt. Aus dieser Ansicht ist noch deutlicher zu erkennen, daß die Stege 10 in einer Ebene senkrecht zur Rotati­ onsebene zweifach gekrümmt sind und somit im wesentlichen die Form eines "S" bzw. eines Fragezeichens annehmen. Ferner ergibt sich aus der Schnittansicht von Fig. 2 noch deutlicher die Luftleitfunktion der Versteifungen 12.

In Fig. 3 ist schließlich die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Ausführungsform in saugseitiger Auf­ sicht dargestellt, wobei ähnliche Bestandteile mit entsprechenden Bezugszeichen versehen sind. Wie sich aus der Aufsicht von Fig. 3 noch deutlicher ergibt, sind die Stege 10 jeweils in der Aufsichtsebene zweifach gekrümmt und bilden dementsprechend eine fragezeichenförmi­ ge bzw. S-förmige Konfiguration. Der Fachmann entnimmt Fig. 3 schließlich auch, daß sich die Stege 10 nach außen hin verjüngen, um an jeweils unterschiedlichen radialen Positionen unterschiedliche Schwingungs- und Dämpfungseingeschaften bereitzustellen. Ferner wird der Fachmann erkennen, daß die Stege mit dem Nabenabschnitt 2 und dem peripheren Abschnitt 4 im wesentlichen entsprechende Winkel bilden. Schließlich wird der Fachmann erkennen, daß durch die gekrümmte Konfiguration der Stege 10 die daran vorgesehenen Versteifungen 12 auch eine optimierte Luftleitfunktion erfüllen können.

Obwohl die vorliegende Erfindung im Vorangegangenen vollständig unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, daß verschiedene Modifikationen im Rahmen der Ansprüche möglich sind. Insbesondere wird der Fachmann erkennen, daß "gekrümmt", wie in der Beschreibung und in den Ansprüchen ver­ wendet, selbstverständlich auch einen abgewinkelten Verlauf umfaßt. Ferner sollte der Fach­ mann erkennen, daß, obwohl in der bevorzugten Ausführungsform lediglich eine zweifache Krümmung in jeweiligen Ebenen beschrieben ist, eine entsprechend auf eins reduzierte Anzahl an Krümmungen vorliegen kann, wie auch eine Krümmung mit mehr als zwei unterschiedli­ chen Krümmungsabschnitten. Schließlich wird der Fachmann erkennen, daß die Stege 10 bei entsprechender Auslegung in einander entsprechenden Positionen den Nabenabschnitt 2 mit dem peripheren Abschnitt 4 verbinden können, wie auch unter leichtem Versatz, wie es bei der dargestellten Ausführungsform angedeutet ist.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit dem erfindungsgemäßen Lüfterrad alle mögli­ chen Schwingungsverhalten des Lüfterrades positiv beeinflußt werden können, wobei insbe­ sondere die Beeinflussung von Tangentialschwingungen zu erwähnen ist, die beim Stand der Technik bisher nicht berücksichtigt wurde.

Claims (10)

1. Lüfterrad mit einem Nabenabschnitt (2) und einem peripheren Abschnitt (4), an dem Luftschaufeln (6) vorgesehen sind, wobei der Nabenabschnitt (2) über gekrümmte Stege (10) mit dem peripheren Abschnitt (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (10) zumindest teilweise in einer Projektionsebene, parallel zu einer Rotationsebene des Lüfterrades, zumindest teilweise mehrfach, insbesondere zweifach, gekrümmt sind.

2. Lüfterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (10) zumindest teilweise in einer Ebene senkrecht zur Rotationsebene gekrümmt sind.

3. Lüfterrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (10) zumindest teilweise mehrfach, insbesondere zweifach, in der Ebene senk­ recht zur Rotationsebene gekrümmt sind.

4. Lüfterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (10) benachbart dem Nabenabschnitt (2) zumindest teilweise Versteifungen (12) aufweisen.

5. Lüfterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (10) benachbart zum Nabenabschnitt (2) zumindest teilweise Luftleitelemente aufweisen bzw. ausbilden.

6. Lüfterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stege (10) zumindest teilweise verjüngen, insbesondere abhängig von der ra­ dialen Position.

7. Lüfterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Stege (10), benachbart dem peripheren Abschnitt (4), der Laufrich­ tung des Lüfterrades entgegengesetzt ist.

8. Lüfterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Stege (10), benachbart dem peripheren Abschnitt (4), in der Rich­ tung vorliegt, wie die Luftschaufeln (6) gekrümmt sind, insbesondere bei im wesentlichen entsprechendem Krümmungsradius.

9. Lüfterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (10) zumindest teilweise verdrillt ausgebildet sind.

10. Lüfterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (10) an ihren Enden mit dem Nabenabschnitt (2) bzw. dem peripheren Ab­ schnitt (4) einander im wesentlichen entsprechende Winkel bilden.