DE3237017C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vibrationsisolier- und Dichtvorrichtung für ein Gebläse, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekanntlich erzeugen elektrische Bauteile und elektronische Einrichtungen im Betrieb Wärme und sind gleichzeitig störungs- oder beschädigungsanfällig bei erhöhten Temperaturen. Häufig werden spezifisch ausgelegte Vorrichtungen mit Wärmesammlern, z. B. wärmeleitfähigen Rippen, vorgesehen, um die unerwünschte Wärme der Einrichtungen durch Abstrahlung, Ableitung und Konvektion an die Umgebung abzuführen.

Räumliche Beschränkungen und die Tendenz zur Miniaturisierung führen zu beengten Platzverhältnissen für die elektronischen Bauelemente, die beispielsweise für datenverarbeitende Ausrüstungen und Zubehörteile, insbesondere in Bedienungsflächen-Baueinheiten, vorgesehen werden. Die elektronischen Ausrüstungen sind dazu üblicherweise in einem Gehäuse oder einer Umhüllung zusammengefaßt, die die Komponenten schützt, aber häufig auch wenig Platz für eine Konvektionskühlung läßt. Um eine Luftzirkulation zu schaffen, sind die Gehäuse oder Umhüllungen mit Gebläsen ausgestattet, die unmittelbar an der Umhüllung oder dem Gehäuse befestigt sind. Dies ist eine sogenannte starre Befestigung. Die im allgemeinen verwendeten Gebläse werden "Ring-Gebläse" (Muffing-Fans) genannt und weisen einen in einem Rahmen drehbar gelagerten Propeller an einer Nabe auf, in welcher der Antrieb sitzt. In den vier Ecken des Rahmens sind Bohrungen vorgesehen, die Bolzen aufnehmen, mit denen das Gebläse an einer Platte des Gehäuses oder der Abdeckung befestigt wird.

Aus der starren Befestigung resultiert eine Schwingungsanregung für das Gehäuse in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Propeller-Durchgangsfrequenz sowie der sich daraus ergebenden Resonanzen, die durch den Betrieb des Gebläses bedingt sind, wozu noch die Frequenzen und Resonanzen des Antriebs kommen. Diese bauartbedingten Komponenten der Geräuscherzeugung können außerordentlich unerwünscht für bestimmte Anbringungsorte des Gebläses sein, insbesondere, wenn das Gehäuse oder die Abdeckung mit den elektronischen Einrichtungen in einem Büro aufgestellt sind, und auch, wenn an dieser Abdeckung oder dem Gehäuse mehrere arbeitende Gebläse angebracht sind.

Um die bauartbedingte Geräuschentwicklung zu reduzieren, wurden bereits unterschiedliche Befestigungsmethoden vorgeschlagen. Ein derartiger Vorschlag betrifft die Verwendung zylindrischer Isolatoren, von denen jeweils einer an jedem Befestigungsbolzen zwischen dem Gebläse und der Gehäuseoberfläche sitzt. Ungünstigerweise liegt dann ohne eine Modifikation des Gehäuses oder der Abdeckung ein Spalt zwischen dem Gebläse und der Oberfläche des Gehäuses oder der Abdeckung vor. Dieser Spalt schafft einen zweiten Weg für die durch das Gebläse angesaugte oder von ihm ausgestoßene Luft, wodurch die Wirkung des Gebläses im Hinblick auf die Wärmezufuhr aus der Abdeckung oder dem Gehäuse verschlechtert wird. Weiterhin wird bei solchen Anordnungen, bei denen das Gebläse die Luft, die häufig gefiltert wird, in die Abdeckung oder das Gehäuse einbläst, um einen Überdruck zu erzeugen, der Spalt den Aufbau des gewünschten Überdrucks verhindern.

Aus der US-PS 32 24 666 ist eine Vibrationsisolier- und Dichtvorrichtung zum Befestigen eines Gehäuses bekannt, bei dem in einem Gehäuse ein Propeller drehbar angebracht ist, mit einem ersten im wesentlichen steifen Rahmen sowie einem zweiten im wesentlichen steifen Rahmen und einem elastomeren Element zwischen diesen beiden Rahmen, wobei der zweite Rahmen eine Öffnung aufweist, die gleich oder größer ist als der Durchmesser des Gebläses und derart ausgebildet ist, daß sie dem Propeller des Gebläses die Luft zuführt, und das Gehäuse an einem der Rahmen festgelegt ist, während der andere Rahmen an einer Abstützoberfläche befestigt ist.

Bei dem Stand der Technik gemäß dieser Schrift ist jedoch nachteilig, daß beim Einbau des den Propeller tragenden Rahmens unter Druck stehende Gummiringe vorgesehen werden, die aufgrund des Eingepreßtseins nur eine geringe Vibrationsisolierung ermöglichen.

Aus der GB-PS 11 66 469 ist ein Gebläse bekannt, das einen Propeller aufweist, der zur Anbringung von Gasen od. dgl. in die Öffnung einer Fensterscheibe eingebracht ist. Dieses Gebläse weist zwei steife Rahmen und eine Gummidichtung zwischen diesen beiden Rahmen auf. Der innere Rahmen weist dabei eine Mittelöffnung auf, die gleich oder größer ist als der Durchmesser des Gebläses und ist dabei die Mittelöffnung derart ausgebildet, daß sie den Propeller des Gebläses die Luft zuführt. Das Gehäuse ist an einem Rahmen festgelegt, während der andere Rahmen an einer Abstützoberfläche befestigt ist.

Das Gebläse des genannten Standes der Technik ist insbesondere für den Einbau in Küchen, Badezimmern und anderen Wohnräumen im häuslichen Bereich vorgesehen. Der zwischen den beiden Rahmen fest eingepreßte Dichtungsgummi ist demnach kaum in der Lage, Vibrationen, insbesondere höherer Frequenzen, aufzunehmen, da er in der montierten Stellung nahezu nicht verformbar ist, da er sonst keinen Halt für die Rahmenteile in Bezug auf die Fensterscheibe bieten kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vibrationsisolier- und Dichtvorrichtung zum Befestigen eines Gebläses nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die eine wirksame Vibrationsisolierung ermöglicht und für den Einbau in zu belüftenden Gehäusen geeignet ist, die insbesondere empfindliche Bauteile enthalten.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des einzigen Anspruchs gelöst.

Vorteilhafterweise wird dadurch eine Vorrichtung mit verringerter Bauhöhe oder nur einem geringfügigen Überstand geschaffen. Darüber hinaus wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere die Übertragung von bauartbedingtem Lärm vermieden. Die Querschnittsgestalt der Membran ergibt eine stabile Abstützung des Gebläses mit geringer radialer Steifigkeit.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Rückansicht, eines Gebläses mit einem Gebläsegehäuse, in das eine vibrationsisolierende Dichtung gemäß der Erfindung baulich eingegliedert ist,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die vibrationsisolierende und dichtende Befestigungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Anordnung von Fig. 2,

Fig. 4 eine Ansicht der Anordnung von Fig. 2 von der anderen Blickrichtung,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung von der Ebene V-V von Fig. 2 und

Fig. 6 eine Schnittansicht in der Ebene VI-VI von Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 weist ein Gebläse 10 ein Gehäuse 12 auf, in dem mit Rippen 16 eine Nabe 14 festgelegt ist. Ferner ist ein Propeller 18 (dieser Ausdruck steht im weitesten Sinn für ein sich drehendes Antriebsglied) vorgesehen, der einen ringförmigen Abschnitt 20 und eine Vielzahl in Umfangsrichtung mit Abständen abstehender Flügel aufweist, die an dem ringförmigen Abschnitt 20 befestigt sind, der an der Nabe 14 drehbar gelagert ist. Bei der gezeigten Ausführungsform des Gebläses 10 enthält die Nabe 14 einen Antriebsmotor (nicht gezeigt), z. B. einen kleinen Elektromotor, der durch Kabel 24 mit Strom versorgt wird. Das Gebläsegehäuse 12 enthält ferner ein erstes Flanschelement 25 und ein zweites Flanschelement 28, welches parallel zum ersten und mit Abstand zu ihm liegt. Zwischen den Flanschelementen ist ein zylindrischer Körper vorgesehen. Die Flanschelemente 26 und 28 weisen mittige Öffnungen 27 und 29 auf. Der zylindrische Körper begrenzt eine mittlere Öffnung 32, die sich axial durch ihn erstreckt, in etwa den gleichen Durchmesser wie die Öffnungen 27 und 29 aufweist und auf diese axial ausgerichtet ist. Die Öffnung 32 ist ferner so konzipiert, daß sie in axialer Richtung eine größere Erstreckung hat, als die Schaufeln oder Blätter 22 und auch einen Innendurchmesser, der eine ungestörte Rotation des Propellers 18 zuläßt. Zweckmäßigerweise ist der Innendurchmesser der Öffnung 32 so auf den Außendurchmesser des Propellers 18 abgestimmt, daß nur ein schmaler Spalt bleibt. Auf diese Weise leitet die Öffnung 32 die vom Propeller angesaugte bzw. ausgestoßene Luft sehr wirkungsvoll. Der ringförmige Abschnitt 20 ist beispielsweise konzentrisch und mit der Nabe 14 fluchtend in deren axiale Erstreckung eingegliedert. Die Rippen 16 sind in Umfangsrichtung beabstandet und am verbleibenden Axialbereich der Nabe nahe deren flachem Ende 34 benachbart zum ersten Flanschelement 26 befestigt.

Zweckmäßigerweise sind die Flanschelemente 26 und 28 von quadratischer Form und erstrecken sich in ihren Ecken radial über den zylindrischen Körper hinaus. Jede Ecke 40 bzw. 42 ist mit einer axial verlaufenden Bohrung 44 und 46 ausgestattet, deren Größe so bemessen ist, daß Bolzen 45 eingesteckt werden können. Der äußere Durchmesser des zylindrischen Körpers ist gleich der Länge einer Seite der quadratisch geformten Flanschelemente. Auf diese Weise ist die Gesamtabmessung des Gehäuses 12 optimal klein gehalten.

In Fig. 1 ist ferner eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung 50 erkennbar, die als eine vibrationsisolierende Dichtung und gleichzeitig Einfassung und Befestigung dient. Das Gehäuse 12 ist an der Vorrichtung 50 durch die Bolzen 45 festgelegt. Statt dessen könnte auch eine Befestigung durch Kleben oder mit einer Knebel/Schlitz-Verbindung gewählt werden. Ferner ist es auch denkbar, das Gehäuse einstückig mit der Vorrichtung 50 auszubilden. Darauf wird jedoch später erneut eingegangen werden.

Aus den Fig. 2, 3, 4 und 5 ist die Vorrichtung 50 deutlicher erkennbar. Sie weist einen äußeren, im wesentlichen quadratischen Rahmen 52, einen inneren annähernd quadratischen Rahmen 54, der koaxial mit dem äußeren Rahmen und radial innerhalb dessen angeordnet ist, und eine im allgemeinen "S"-förmige flexible bzw. biegsame Membrane 56 auf, die zwischen den beiden Rahmen 54 und 52 angeordnet ist und diese miteinander verbindet. Die Membrane 56 ist beispielsweise zwischen den Rahmen eingeklebt. Die Form der Membrane 56 ist so ausgebildet, daß eine hohe Verbindungsfestigkeit zwischen den beiden Rahmen erreicht wird, in dem die Flächenbereiche, in denen die Membrane festgeklebt ist, besonders groß ausgelegt sind. Die Querschnittsgestalt der Membrane wird durch sich aus der Funktion des Gebläses ergebende Forderungen diktiert. Die Querschnittsgestalt führt zu annähernd gleicher Quer- und Axialsteife und einer geringeren Radialsteife, als sie durch ein flaches Element erreicht würde. Es ergibt sich daher eine stabile Abstützung des Gebläses (Fig. 1) mit geringer Steifigkeit. Beispielsweise besteht die Membrane 56 aus einem Elastomer, wogegen der innere und äußere Rahmen 52, 54 aus im wesentlichen steifem oder nicht dehnbarem Material, z. B. Metall, Polymer oder Kunststoff bestehen. Die Rahmen können auch aus einem elastomeren Material gefertigt sein, das jedoch einen höheren Scher- bzw. Young'schen Modul aufweist, als das Material der Membrane. Denkbar ist ferner ein Verbund aus einem polymeren Material mit einem Metall. Die Membrane 56 nimmt sowohl statische als auch dynamische Lasten auf und bildet eine Sperre für bauartbedingten Lärm und Vibrationen. Die Bezeichnung "Elastomer" ist hier im weitesten Sinne zu verstehen. Es werden darunter elastische Materialien verstanden, die aus Gummi bestehen oder gummiähnliche Eigenschaften haben. Es fallen auch solche Polymere darunter, die überkreuz vernetzt sind, um gummiähnlich zu werden, und die auch vulkanisiert sind. Ferner können auch Grundmaterialien aus thermoplastischen Copolymeren verwendet sein. Die flexible und biegsame Membrane weist beispielsweise einen statischen Schermodul im Bereich von 100 Pfund pro Quadratzoll (ca. 7,5 kp/cm²) auf und hat einen Young'schen Kompressionsmodul, der annähernd dem dreifachen Wert des Schermoduls entspricht. Das bedeutet, daß die Poisson'sche Zahl bei ungefähr 0,5 liegt.

Die Membrane 56 kann tatsächlich als viskoelastisch angesprochen werden, d. h., sie besitzt einen breiten Elastizitätsbereich in der Spannung/Dehnungskurve und ein "Gedächtnis", so daß sie in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt, wenn auf sie aufgebrachte Kräfte wieder abgebaut werden. Die viskose Natur der Membrane schafft inher ente Hystereseeigenschaften, aus denen ein dynamischer Energieverlust bzw. eine Schwingungsdämpfung resultiert. Der innere und der äußere Rahmen 52 und 54 sollen ausreichend steif sein und dabei aber noch genügend verformbar bleiben, damit ein Dichteffekt zwischen dem äußeren Rahmen 52 und der Auflageoberfläche (nicht gezeigt) und dem inneren Rahmen 54 und dem Gebläse 10 (Fig. 1) gewährleistet werden kann, auch wenn Oberflächen- Unebenheiten vorliegen sollten.

Der äußere Rahmen 52 (Fig. 2) besteht aus 4 länglichen Elementen 60, 61, 62, 63 gleicher Länge, die an ihren Enden miteinander verbunden sind und ein Quadrat bilden. Zweckmäßigerweise sind die Elemente 60 bis 63 integral gespritzt bzw. einstückig geformt. Die Ecken 64, 65, 66, 67 zwischen den aneinanderstoßenden Enden der Elemente 60 bis 63 sind mit ausgewölbten Vorsprüngen 68, 69, 70, 71 versehen, die sich radial nach außen erstrecken. Axial offene Bohrungen 72, 73, 74 und 75 erstrecken sich durch die Vorsprünge 68 bis 71 und sind so ausgelegt, daß sie Bolzen oder Schrauben (nicht gezeigt) aufnehmen können, mit denen die Vorrichtung 50 an einer Stützoberfläche befestigt wird. Diese Stützoberfläche kann beispielsweise eine Wand einer Umhüllung, eines Gehäuses oder einer Verkleidung einer elektronischen Ausrüstung sein. Ein verstärkender Rand 80 läuft außenseitig um den äußeren Rahmen 52 um. Der Querschnitt der Elemente 60 bis 63 ist aus Fig. 6 andeutungsweise erkennbar. Fig. 6 ist eine Schnittdarstellung in der Ebene VI-VI von Fig. 4. Das Element 62 wird im Querschnitt mit einer ebenen Fläche 82 gezeigt, von der sich zwei senkrechte Wände 90 und 91 wegerstrecken. Eine Oberfläche 92 des Elementes 62 ist uneben und erstreckt sich auch nicht axial zur Oberfläche 84, ausgenommen in einem kurzen Übergangsbereich 94, in dem das Element 62 mit dem verstärkenden Rand 80 verbunden ist, der sich senkrecht von dem Element 62 wegerstreckt. Die Fläche 92 ist gekurvt und zeigt eine annähernd "S"-förmige Silhouette, deren Zweck später erläutert wird.

Der innere Rahmen 54 (Fig. 2 und 4) besteht aus vier einstückig verbundenen länglichen Elementen 100, 101, 102, 103 gleicher Länge, die an ihren Enden miteinander verbunden sind, so daß sie ein Quadrat mit Ecken 105, 106, 107, 108 bilden. In den Ecken 105 bis 108 sind Bohrungen 110, 111, 112, 113 vorgesehen. Die Ecken werden zusätzlich von Rippen 115, 116, 117, 118 ausgefüllt, die ausgerundete Kanten bilden. Die Bohrungen 110 bis 113 sind so ausgelegt und so in gegenseitigen Abständen angeordnet, daß sie die Bolzen 45 aufnehmen, mit denen das Gebläse 10 an der Vorrichtung 50 befestigt ist. Beispielsweise können die Bohrungen 110 bis 113 mit Innengewinden ausgestattet sein, so daß die Bolzen dort eingeschraubt werden können. Die Fig. 5 zeigt anhand einer Ausführungsform in der Ecke 108, wie die Rippe 118 und die Bohrung 113 angeordnet sind. Die Querschnittsgestalt der Elemente 100 bis 103 läßt sich andeutungsweise aus Fig. 6 entnehmen. Das Element 101 zeigt im Querschnitt eine ebene Fläche 119, die annähernd in der gleichen Ebene liegt, wie die Fläche 82. Von der Fläche 119 hängen Seitenwände 120 und 122 herab, die zu einer weiteren Fläche 123 führen, die in etwa mit der Fläche 84 fluchtet. Die Querschnittsgestalt ist annähernd umgekehrt stiefelförmig, wobei das radiale Maß oder die Breite der Fläche 123 kleiner ist, als die der Fläche 119. Die Seitenwand 120 erstreckt sich senkrecht zu beiden Flächen 119 und 123. Die Seitenwand 122 weist hingegen einen Abschnitt 125 auf, der parallel zur Seitenwand 120 verläuft und an die Fläche 119 anschließt. Ferner besitzt die Seitenwand 122 einen bogenförmigen Abschnitt 127, der sich zwischen dem Abschnitt 125 und der Fläche 123 erstreckt.

Aus Fig. 4 ist erkennbar, daß die füllenden Rippen 115 bis 118 ebene Elemente sind, deren axiale Erstreckung kürzer ist, als die der Elemente 100 bis 103. Sie erstrecken sich aus den Ecken 105 bis 108 einen bestimmten Abstand nach innen, so daß eine in etwa kreisförmige Öffnung 120 begrenzt wird, die durch abgeflachte Seitenwände 121, 122, 123, 124 eingeschnürt wird, obwohl diese Formgebung nicht bindend ist. Der Durchmesser der Öffnung 120 ist annähernd gleich dem Innendurchmesser der Öffnung 32 im zylindrischen Körper 30 des Gebläsegehäuses 12 von Fig. 1. Auf diese Weise wirken die Öffnungen 120, 27, 29 und 32 (Fig. 1 und 4) als eine zylindrische Führung oder Umhüllung zum Führen des Luftstromes zu oder vom Propeller 18 (Fig. 1). Diese Ausbildung vermeidet sehr wirkungsvoll die Ausbildung eines turbulenten Luftstroms, der zu einer zusätzlichen Geräuschbelästigung führen könnte, und vermeidet auch eine durch Turbulenzen bedingte Leistungsminderung des Gebläses 10.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können bei einer Reihe handelsüblicher Gebläse ohne weiteres verwirklicht werden. Die axiale Dicke und Weite der Membrane 56 (Fig. 5), sowie der Scher- und der Young'sche Elastizitätsmodul, die den Elastomer der Membrane auszeichnen, lassen sich praktisch beliebig variieren, so daß die Membrane bei der Herstellung so geformt werden kann, daß die Vorrichtung 50 (Fig. 1) ohne weiteres das jeweils gewünschte Gewicht tragen kann und dabei die gewünschte Vibrationsisolation über das Band der auftretenden Frequenz erbringen kann.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines solchen Gebläses beschrieben. Ein Ringgebläse mit einem Durchmesser von annähernd 7,6 cm besitzt 7 Schaufeln und ein Gewicht von 0,86 Pfund (ca. 0,4 kg). Das Gebläse läuft mit einer Drehzahl von 3000 U/min (50 Hz). Die erfindungsgemäße Vorrichtung 50 ist so konstruiert, daß sie bei einer Seitenlänge von annähernd 11,7 cm und einer Dicke von ca. 7 mm (0,27 Zoll) eine Eigenfrequenz von 18 Hz aufweist. Sie zeigt ferner eine Spitzenübertragung von 6 bis 8 und eine Isolationswirkung (analytisch bestimmt) von annähernd 73% bei 50 Hz Störfrequenz annähernd 99% bei 350 Hz Störfrequenz.

Obwohl das Gehäuse 12 und die Vorrichtung 50 in Fig. 1 als getrennt hergestellte Elemente gezeigt sind, die durch die Bolzen 45 miteinander verbunden sind, lassen sich die beiden Elemente als einstückige Baueinheiten herstellen, wodurch die Bolzen 45 entfallen. Eine derartige Vibrationsisolation und auch Abdichtung ist hinsichtlich der Herstellung und dem Zusammenbau zweckmäßiger.

Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß die vorstehend erläuterte Erfindung auch für andere Zwecke nutzbar ist, als anhand der Ausführungsbeispiele nachgewiesen wurde. Beispielsweise kann die Vorrichtung 50 auch mit zwei oder mehreren Öffnungen 120 ausgestattet sein, so daß sie gleichzeitig als Vibrationsisolation und Dichteinrichtung für zwei oder mehrere Gebläse gleichzeitig verwendet werden kann. Weiterhin kann die Vorrichtung 50 so geformt sein, daß sie abweichend von der quadratischen Form eine kreisförmige oder dreieckige Form erhält, je nach dem Einsatzzweck bzw. den räumlichen Gegebenheiten, die vorliegen.

Claims (1)

1. Vibrationsisolier- und Dichtvorrichtung für ein Gebläse mit Gehäuse, und mit einem ersten sowie einem zweiten Rahmen und einem elastomeren, flexiblen Element zwischen diesen beiden Rahmen, wobei der zweite Rahmen eine Einlaßöffnung aufweist, die gleich dem oder größer ist als der Durchmesser des Gebläses ist, und das Gehäuse an einem der Rahmen festgelegt ist, während der andere Rahmen an einer Abstützoberfläche befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Element (56) eine Membran ist, die im wesentlichen "S"-Querschnittsform aufweist.