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Die
Erfindung betrifft Ventilatoren, und im Besonderen die Aufhängung eines
motorbetriebenen Ventilators.
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Der
Hauptzweck einer Aufhängung
von motorbetriebenen Ventilatoren ist naturgemäß das zuverlässige Halten
des Ventilators ohne Behinderung des Ventilator- oder Motorbetriebs.
Idealerweise nimmt die Aufhängung
dabei die wirkenden Kräfte derart
auf, dass Vibrationen nur in möglichst
geringem Umfang auftreten – Vibrationen
beeinträchtigen unter
Umständen
nicht nur die Laufruhe des Ventilators und die Lebensdauer der Aufhängung samt
Motor und Ventilator, sondern führen
teilweise auch zu ungewollter Geräuschentwicklung.
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Konventionelle
Anordnungen hängen
beispielsweise Ventilatoren zentriert mittels mehrerer, manchmal
paarweise angeordneter Streben in einem Ventilatorgehäuse auf.
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Die
DE 90 17 417 U1 etwa
schlägt
als geräuscharme
Aufhängung
eines Lüfteraggregats
für einen
Kühler
eines Kraftfahrzeugmotors den Einsatz von mehreren Einzelstreben
vor, welche in Bezug auf den Ventilatorradius sowohl in Drehrichtung
als auch entgegen der Drehrichtung des Lüfters geneigt ausgebildet sind.
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Die
DE 2 407 786 betrifft eine
Tragkonstruktion für
einen Dachentlüfter
aus vier identischen, umgekehrt V-förmigen Stützelementen, die gemäß den vier
Seiten eines Quadrats angeordnet sind.
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Die
DE 1 865 253 U offenbart
eine Motoraufhängung
in einem Ventilatorschacht durch ein Band aus Kunststoff oder Gummi,
welches an drei regelmäßig über den
Ventilatorumfang verteilten Stellen zwischen der Motorwand und dem
Ventilatorschacht gespannt wird.
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Die
DE 729 484 zeigt eine Befestigung
eines Antriebsmotors eines Lüfters
in einem Lüftergehäuse, bei
welcher Befestigungsarme an ihrem Fuß am Lüftergehäuse befestigt sind und als
einzeln oder paarweise angeordnete Streben das Motorgehäuse lediglich
durch Druck zwischen sich festhalten.
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Die
EP 1457 684 A1 beschreibt
eine Befestigung eines Kraftfahrzeuglüfters in einem Ventilatorschacht
mittels einer radial um den Motor gelegte Schelle. Vom Ventilatorschacht
erstrecken sich einzelne Streben in verschiedenen Winkeln zur Schelle.
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Die
WO 99/04172 A1 schlägt
eine Befestigung einer Motor-Ventilator-Einheit
eines Wärmetauschers
mit einer inneren und einer äußeren Trägerkomponente
sowie drei Strebenpaaren, welche die beiden Trägerkomponenten miteinander
verbinden und jeweils zwei durch Querriegel miteinander verbundene,
umgekehrt V-förmige Streben
umfassen.
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Schließlich offenbart
die
US 4,253,634 eine Befestigungsklammern
umfassende Aufhängung beispielsweise
für einen
Antriebsmotor eines Lüftersystems.
Die Klammern sind getrennt vom Motor aus einem relativ steifen,
elastisch geformten Draht herstellbar. Beim fertigen Lüftersystem
verbinden sie den Motor mit einer Trägerstruktur. Meist umfasst eine
Klammer zwei Beine, die von einem gemeinsamen Befestigungspunkt
an der Trägerstruktur
jeweils zu einem axialen Ende des Motors verlaufen.
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Vor
diesem Hintergrund befasst sich die Erfindung mit dem Problem, eine
möglichst
steife Aufhängung
bei geringem Eigengewicht für
einen motorbetriebenen Ventilator bereitzustellen.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche betreffen
vorteilhafte Ausführungsformen der
Erfindung.
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Eine
erfindungsgemäße Aufhängung dient zur
Befestigung eines motorbetriebenen Ventilators. Ein solcher Ventilator
kann für
alle möglichen
Zwecke geeignet sein; beispielsweise handelt es sich um einen Ventilator
eines Lüftungs-
oder Kühlungssystems.
Je nach vorgesehenem Einsatz weist der Ventilator eine bestimmte
Größe oder
Form und Anzahl von Ventilatorblättern
auf. Sein Antrieb erfolgt über einen
Außenläufer-Elektromotor.
In einer Ausführungsform
der Erfindung ist der Motor direkt in der Ven tilatornabe angeordnet;
in anderen Ausführungsformen
befindet sich der Motor an einem anderen Ort als der Ventilator.
Dann ist die Motorwelle zum Antrieb des Ventilators mit der Ventilatornabe
wirkend verbunden.
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Das
Ventilatorsystem umfasst notwendigerweise eine Trägerstruktur,
welche die Aufhängung hält oder
trägt.
Häufig
wird diese Trägerstruktur
als Ventilatorgehäuse
oder Ventilatorschacht ausgebildet sein.
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Im
Zusammenhang mit der Erfindung beziehen sich die Begriffe "innen" und "außen" auf den radialen
Abstand vom Mittelpunkt des aufgehängten Ventilators: "innen" befindet sich die
Ventilatornabe, "außen" zum Beispiel ein
Ventilatorgehäuse.
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Zur
Aufhängung
eines solchen motorbetriebenen Ventilators stellen acht Streben
eine stabile Verbindung des Ventilators mit der Trägerstruktur
her und halten den Ventilator dadurch zuverlässig in seiner Position.
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Die
Verbindung der einzelnen Streben mit der Trägerstruktur bzw. dem Ventilator
kann, um nur einige Beispiele zu nennen, über eine Verschraubung oder
Verschweißung
erfolgen.
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Häufig, wenn
zum Beispiel eine Verbindung der ortsfesten Streben mit einem drehbaren
Ventilatorteil vorgesehen oder eine direkte Verbindung aus anderen
Gründen
schwierig ist, kommen ventilator- und/oder trägerstrukturseitig auch Kopplungselemente
zum Einsatz. So stellen etwa Befestigungsflansche in vielen Fällen geeignete
Kopplungen bereit, mit denen die Streben verschraubt, verschweißt oder
anderweitig verbunden werden. Teilweise erweist sich eine einstückige Herstellung
des Ventilators oder des Motor mit einem Befestigungsflansch als
günstig.
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Ebenfalls
als Kopplungselement fungieren kann der Antriebsmotor, wenn die
Streben mit dem Motor verbunden sind und der Motor beispielsweise direkt
auf die Ventilatornabe aufgesetzt ist.
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Unabhängig davon,
ob Streben und Trägerstruktur
direkt oder mittels eines Kopplungselements verbunden sind, erfolgt
eine Befestigung zur Montageerleichterung oftmals radial an der
Trägerstruktur. Wenn
am Ende des Ventilatorschachtes als Trägerstruktur ein Flansch umgebördelt oder
angeschweißt ist,
kann die Befestigung auch axial erfolgen.
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Die
acht Streben sind in vier Strebenpaare aufgeteilt, wobei ein "Strebenpaar" zwei Streben bezeichnet,
die trägerstrukturseitig
einen geringeren Abstand zueinander aufweisen als zu anderen Streben.
Häufig
werden sich die Streben eines Strebenpaars auch einen Befestigungspunkt
an der Trägerstruktur
teilen. Um eine gleichmäßige Verteilung
der Belastung zu erreichen, bietet sich meist eine symmetrische
Anordnung der Strebenpaare über
den Aufhängungsumfang
an.
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Erfindungsgemäß weist
jede Strebe an ihrem trägerstrukturseitigem
Ende einen kleineren Abstand von der anderen Strebe ihres jeweiligen
Strebenpaars auf als ihrem anderen, ventilatorseitigen Ende. Weiterhin
weist jede Strebe an ihrem ventilatorseitigen Ende einen größeren Abstand
von der Strebe ihres jeweiligen Strebenpaares auf als zu einer benachbarten,
zu einem anderen Strebenpaar gehörigen
Strebe.
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Wie
oben schon erwähnt,
teilen sich die Streben eines Strebenpaars in den meisten Ausführungsformen
der Erfindung einen gemeinsamen trägerstrukturseitigen Befestigungspunkt.
Beispielsweise sind die beiden Streben dann mit einem gemeinsamen
Kopplungselement verschraubt, welches wiederum mit der Trägerstruktur
verschraubt ist; oder die beiden Streben werden an ihrem trägerstrukturseitigen
Ende miteinander und mit der Trägerstruktur
verschweißt.
Auch benachbarte Streben unterschiedlicher Strebenpaare können sich
auf dieselbe Weise einen ventilatorseitigen Befestigungspunkt teilen. Dann
besteht überhaupt
kein Abstand zwischen den Strebenenden.
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Aufgrund
obiger Anordnung bildet jedes Strebenpaar annäherungsweise eine V-Form aus, wobei
die Schenkel des "V" in verschiedenen
Ausführungen
der Erfindung weiter oder weniger weit ge öffnet sind. Ebenso zeigen zwei
benachbarte Streben unterschiedlicher Strebenpaare annäherungsweise eine
umgekehrte V-Form.
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Im
Vergleich zu einer parallelen Anordnung der beiden Streben eines
Strebenpaars beansprucht das Drehmoment, welches der Motor dem Ventilator im
Betrieb vermittelt, die Streben bei der V-förmigen Anordnung weniger auf
Biegung und mehr auf Zug und Druck. Dies erzielt eine hohe Torsionssteifigkeit, was
wiederum Vibrationen vermindert. Zudem ermöglicht der geringe Abstand
der Streben unterschiedlicher Strebenpaare eine Kraftübertragung
von einem Strebenpaar auf das andere. Besitzen die Streben unterschiedlicher
Strebenpaare etwa an ihrem ventilatorseitigen Ende einen gemeinsamen
Befestigungspunkt, erfolgt eine annähernd direkte Kraftübertragung
zwischen den beiden zugehörigen
Strebenpaaren. Dadurch gleichen sich die Belastungen der Strebenpaare
aneinander an; besonders starke Belastungen einzelner Strebenpaare
bleiben aus. Auch dies trägt
zu einer Verminderung von Vibrationen bei.
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Ein
weiterer günstiger
Effekt, welcher sich durch die V-Form der Streben ergibt, betrifft
die Geräuschbildung
im Ventilatorbetrieb: weil die Ventilatorflügel die Streben aufgrund der
V-Form in einem Winkel
passieren, werden mögliche
Schlaggeräusche
reduziert. Dieser Effekt tritt vor allem bei Ventilatorflügeln mit
gerader Anströmkante
auf.
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Je
weiter die Schenkel des "V" geöffnet sind, desto
stärker
wirken die angesprochenen Effekte.
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Als
Streben eignen sich entweder runde oder seitlich abgeflachte, längliche
Elemente, welche beispielsweise aus Flachstahl, rundem oder flachem Draht
oder einem anderen geeigneten Material mit ausreichender Steifigkeit
geformt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verlaufen die
Streben – von
der Seite gesehen – nicht
gerade von innen nach außen,
sondern steigen in Richtung der Ventilatorachse zunächst bis
zu einem erhöhten Punkt
an und fallen danach wieder ab. Beispiels weise liegt dabei eine
relativ steile Steigung im inneren Drittel der Strebe vor, ein erhöhter Scheitelpunkt
ungefähr
nach dem inneren Drittel, und in den äußeren zwei Dritteln folgt ein
relativ sachter Abfall. Derart gebogene Streben werden bevorzugt
an einer Stirnseite des Ventilators bzw. des Kopplungselements befestigt,
anstatt radial am Ventilator o.ä..
Die beschriebene Strebenkonstruktion verleiht der Aufhängung eine
höhere
mechanische Festigkeit und verringert deswegen unter Umständen ebenfalls
die Übertragung
von Schwingungen.
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Aus
Sicherheitsgründen
verfügen
die meisten Ventilatorsysteme über
einen Berührschutz,
der zum Beispiel Berührschutzringe
und/oder Maschendraht etc. umfasst. Eine Ausführungsform der Erfindung sieht
die Befestigung des Berührschutzes
an der Aufhängung
vor. Beispielsweise werden die einzelnen Ringe/Drähte usw.
des Berührschutzes
an den (für
diesen Zweck vorzugsweise arrondierten) Streben punktweise angeschweißt oder
anderweitig befestigt. Zwischenstege, zum Beispiel aus Draht, welche
alle oder einige der Berührschutzelemente
in verschiedenen Winkeln zusätzlich
miteinander verbinden, sorgen in manchen Fällen für eine zusätzliche Stabilität des Berührschutzes.
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In
Kombination mit einem Berührschutz
erweist sich die oben beschriebene Biegung der Streben in Axialrichtung
im Vergleich zu gerade von innen nach außen verlaufenden Streben als
besonders günstig.
Um verschiedenen Normen zu entsprechen, muss der Berührschutz
nämlich
einen bestimmten Abstand zu den Ventilatorflügeln aufweisen. Dieser Abstand
lässt sich
bei gebogenen Streben einfach und platzsparend realisieren.
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Die
Gesamtgröße und die
Maße der
Aufhängung
sowie ihrer Einzelbestandteile sind abhängig von der Anwendung und
Größe des aufzuhängenden Ventilators.
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1 ist
eine Vorderansicht eines Ausschnitts einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt
einen Querschnitt einer Strebe, wie sie in einer Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird, in radialer Richtung.
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3 zeigt
von außen
in radialer Richtung einen Befestigungsflansch, wie ihn eine Ausführungsform
der Erfindung verwendet.
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4 zeigt
die Vorderansicht eines Ausschnitts einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung.
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1 zeigt
einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Aufhängung 1 für einen
Ventilator, dessen Ventilatornabe 17 der Rotor eines Außenläufermotors 18 ist.
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Die
dargestellte Aufhängung 1 umfasst
acht Streben 3, die jeweils einen inneren Befestigungsflansch 8 mit
einem äußeren Befestigungsflansch 6 verbinden.
In Anpassung an ein röhrenförmiger,
in dieser Figur nicht gezeigter Ventilatorschacht, in dem sich der
Ventilator befindet, sind der innere und der äußere Befestigungsflansch 6 und 8 als
Metallringe mit der Ventilatorachse x als gemeinsamem Mittelpunkt
ausgeformt. Das Verhältnis
der Befestigungsflanschradien beträgt hier 1:5; für andere
Ausführungsformen
sind jedoch andere Verhältnisse
denkbar.
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Als
Befestigung des äußeren Befestigungsflanschs 6 an
der Trägerstruktur
dient hier eine nicht gezeigte Verschraubung. Der innere Befestigungsflansch 8 ist
auf einen nicht drehbaren Teil des Ventilators aufgepresst. Für die Befestigung
der Streben 3 an den beiden Befestigungsflanschen dient
eine ebenfalls nicht gezeigte Verschraubung.
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Je
zwei Streben, die trägerstrukturseitig
den kleinsten Abstand zueinander aufweisen, sind einem Strebenpaar 4 zugeordnet.
Um eine möglichst
gleichmäßige Belastung
der einzelnen Streben 3 zu erreichen, sind die Strebenpaare 4 in
gleichen Abständen von
annähernd
90° über dem
von der Trägerstruktur definierten
Auf hängungsumfang
verteilt. In anderen Ausführungsformen
sind andere Anordnungen der vier Strebenpaare 4 sinnvoll.
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Wie
zu sehen ist, weisen die beiden Streben 3 eines Strebenpaares 4 am äußeren Befestigungsflansch 6 einen
kleineren Abstand voneinander auf als am inneren Befestigungsflansch 8.
Zusätzlich
ist dieser Abstand von Streben 3 desselben Strebenpaares 4 ventilatorseitig
am inneren Befestigungsflansch 8 größer als der Abstand einer Strebe 3 von der
benachbarten Strebe 3 eines unterschiedlichen Strebenpaares 4,
so dass diese Streben nahe nebeneinander liegen.
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Durch
diese Anordnung bilden die beiden Streben 3 der einzelnen
Strebenpaare 4 näherungsweise
ein "V", das zum Ventilatormittelpunkt
hin geöffnet
ist. Diese Anordnung versteift die Aufhängung des Ventilators und führt damit
zu einer Frequenzverschiebung. Im Idealfall werden die Resonanzfrequenzen über die
Erregerfrequenz des Motors verschoben, was zu einer Verminderung
der Schwingungen im Betrieb des Ventilators führt.
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2 stellt
einen Querschnitt einer Strebe 3 aus einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Aufhängung 1 dar.
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In
dieser Figur ist zusätzlich
ein Ventilatorschacht 11 als Trägerstruktur zu sehen, mit welcher die
Strebe 3 über
den äußeren Befestigungsflansch 6 verbunden
ist. Bei dem äußeren Befestigungsflansch 6 handelt
es sich hier lediglich um eine flache Eisenplatte, auf der die Strebe 3 angeschweißt ist.
An der Trägerstruktur 11 ist
der Befestigungsflansch 6 durch eine (in Bezug auf die
Ventilatorachse x) radial verlaufende Schraube 12 befestigt,
die in eine an der Innenwand der Trägerstruktur 11 angebrachten
Befestigungsmutter geschraubt wird. Durch ihren radialen Verlauf
ist die Verschraubung von außerhalb
der Trägerstruktur 11 zugänglich,
was eine einfache Montage und Wartung gewährleistet.
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Am
inneren Befestigungsflansch 8 stellt eine weitere Schraube 9 eine
zuverlässige
Befestigung her. Um die mechanische Stabilität der Strebe 3 zu erhöhen, erfolgt
diese ventilatorseitige Befestigung axial in Bezug auf die Ventilatorachse
x.
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Wie
zu sehen ist, weist die Strebe 3 entlang ihres radialen
Querschnitts eine variable Steigung auf. Mit zunehmenden radialem
Abstand vom Ventilatormittelpunkt steigt die Strebe 3 zunächst linear
relativ stark an bis zu einem erhöhten Scheitelpunkt 15 nach
ungefähr
einem Drittel der Strebe 3. Von dort aus fällt die
Strebe 3 langsamer wieder ab. Der hier dargestellte Verlauf
zeigt jedoch nur eine Ausführungsform
einer Strebe 3, die erfindungsgemäß verwendet werden kann; steilere,
flachere, verschobene, flache etc. Verläufe sind ebenfalls denkbar.
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An
der den (nicht gezeigten) Ventilatorflügeln zugewandten Seite der
Strebe 3 sind Berührschutzringe 16 angeschweißt, die
unten in Bezug auf 4 beschrieben sind. Im Vergleich
zu einer direkt radial verlaufenden Strebe ergibt sich bei Verwendung
der in 2 gezeigten Strebe 3 ein größerer Abstand
der Berührschutzringe 16 von
den Ventilatorflügeln 2.
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3 zeigt,
von außen
in radialer Richtung betrachtet, einen äußeren Befestigungsflansch 6,
wie ihn eine Ausführungsform
der Erfindung verwendet. Der Flansch 6 ist hier als in
Anpassung an den Ventilatorschacht 11 gebogene, flache
Metallplatte ausgebildet. Für
die Befestigung an die Trägerstruktur 11 sind
zwei Bohrlöcher 20 vorgesehen.
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In
der dargestellten Ausführungsform
sind die beiden Streben 3 eines Strebenpaars 4 am
Befestigungsflansch angeschweißt.
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In
Bezug auf 4 ist ein Ausschnitt einer weiteren
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt.
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In
dieser Ausführungsform
sind die Flügel 2 des
vom Außenläufermotor 18 angetriebenen
Ventilators zu sehen, die in regelmäßigen Abständen um die Ventilatornabe 17 angeordnet
sind.
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Gegenüber der
in 1 dargestellten Ausführungsform unterscheidet sich
dieses Beispiel außerdem
durch die Verwendung eines Berührschutzes.
Aus Sicherheitsgründen
decken dafür
(nur schematisch gezeigte) Berührschutzringe 16 die
rotierenden Ventilatorflügel
ab und halten so unvorsichtige Bediener fern. Gehalten werden die
Berührschutzringe 16 von
den Streben 3, mit denen sie verschweißt sind. Die Anordnung des
Berührschutzes
in Richtung der Ventilatorachse x folgt daher dem axialen Verlauf der
Strebe 3.
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Andere
Ausführungsformen
der Erfindung verwenden eine Vielzahl von konzentrischen Ringen oder
Maschendraht als Berührschutz.
Vorteilhaft zum Beispiel für
die Stabilität
des Berührschutzes
können auch
Zwischenstreben sein.
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Ein
weiterer Unterschied dieser Ausführungsform
betrifft die Anordnung der Streben 3: und zwar teilen sich
ventilatorseitig am inneren Befestigungsflansch 8 zwei
nicht zum selben Strebenpaar 4 gehörige, benachbarte Streben 3 jeweils
einen gemeinsamen Befestigungspunkt 13, sowie trägerstrukturseitig
am äußeren Befestigungsflansch 6 die beiden
Streben 3 jedes Strebenpaares 4 einen gemeinsamen
Befestigungspunkt 14. Dies vereinfacht nicht nur die Befestigung,
sondern erlaubt auch eine maximale Öffnung des "V",
welches jedes Strebenpaar 4 bildet. Zusammen betrachtet
stellen die vier Strebenpaare 4 eine symmetrische Sternform
her.