EP1442223B1

EP1442223B1 - Lüfterbefestigung mit dynamischem unwuchtausgleich

Info

Publication number: EP1442223B1
Application number: EP02762237A
Authority: EP
Inventors: Ludger Adrian
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP2005509109A; US6908284B2; ATE421639T1; KR20040047985A; KR100944648B1; US20040013517A1; DE10153412A1; DE50213244D1; WO2003040570A1; EP1442223A1

Description

Technisches Gebiet

Die Anmeldung betrifft einen Axiallüfter wie im Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Axiallüfter ist z.B. aus der DE-A-4143383 bekannt.
Mit Rücksicht auf die Umwelt werden große Anstrengungen unternommen, Geräuschquellen an Kraftfahrzeugen weitestgehend auszuschalten. Neben den Schallquellen, wie Reifen und Verbrennungskraftmaschinen bestehen weitere Schallquellen in Anbaukomponenten der Verbrennungskraftmaschine wie zum Beispiel in Motorkühlungsgebläsen. Generell ist bei solchen Schallquellen zwischen Luftschallschwingungen und dem Auftreten von Körperschall zu unterscheiden. Das Auftreten von Körperschall kann sich zum Beispiel in massenkrafterregten Vertikalvibrationen am Lenkrad eines Kraftfahrzeuges bemerkbar machen.

Stand der Technik

Bei heute üblichen Motorkühlungsgebläsen erfolgt in der Regel ein Ausgleich der statischen Unwucht, um die zulässigen Grenzwerte einhalten zu können. Ein Ausgleich der dynamischen Unwucht (Momentenunwucht) ist bei den oft sehr flachbauenden Lüftern nicht oder nur mit großem Aufwand möglich, da schon die Messung wiegen des geringen ebenen Abstandes Probleme bereitet und die zu Kompensation der Momentenunwucht erforderlichen Ausgleichsmassen an den labilen Lüfterschaufeln nicht sicher zu befestigen wären. Infolge dessen wird akzeptiert, dass Motorkühlungsgebläse mit nicht definierter dynamischer Unwucht ausgeliefert werden. Abhängig von der jeweiligen Einbausituation im Fahrzeug, kann der durch die dynamische Unwucht erzeugte Körperschall zu Beanstandungen infolge von im Fahrgastraum wahrnehmbaren Vibrationen führen. Die verbleibenden Eingriffsmöglichkeiten, wie zum Beispiel das Anbringen von Dämpfungselementen im Übertragungsweg, oder die Nachbearbeitung von Kunststofflüftern, um deren Eingangsunwuchten zu reduzieren, sind einerseits aufwendig und vermögen andererseits keine zufriedenstellende Reduzierung der-Vibrationen zu bewirken.
Die Massenkräfte - statische und dynamische Unwuchten - werden durch inhomogene Massenverteilungen der rotierenden Baugruppen Rotor/Anker sowie Lüfter sowie durch Form- und Lagetoleranzen zur Rotationsachse des Antriebes hervorgerufen. Form- und Lagetoleranzen bewirken, dass Rotations- und Hauptträgheitsachse nicht mehr zusammenfallen. Eine Parallelverschiebung zwischen Rotationsachse und Hauptträgheitsachse zum Beispiel eines Kühlungsgebläses mit an der Anker- bzw. Rotorwelle aufgenommenem.
Lüfterrad, führt zu einer statischen Unwucht, während eine zur Rotationsachse gekippte Hauptträgheitsachse ein Zentrifugalmoment erzeugen kann, welches in seinen Auswirkungen einer Momentenunwucht oder dynamischen Unwucht gleichkommt.
Biegeweiche Verbindungen zwischen Axiallüfterrädern und Antriebswellen sind aus jedes einzelnen der Druchschriften GB-A-1376710 oder US-A-2702087 oder US-A-4917573 oder DE-A-10058935 oder DE-A-19958261 kannt.

Vorteile der Erfindung

Die Vorteile der erfingdungsgemäß vorgeschlagenen Lösung sind vor allem darin zu erblikken, dass durch eine weiche Anbindung des Axiallüfters an den Anker oder Rotor eines elektrischen Antriebes sich der Axiallüfter mit steigender Drehzahl in Richtung der Rotationsachse ausrichtet. Damit wird die Störgröße, d. h. das Unwuchtmoment selbständig durch die Rotation des Axiallüfters bei steigender Drehzahl reduziert. Der Einfluß von Formtoleranzen des Axiallüfterrades tritt hinsichtlich des dynamischen Zentrifugalmomentes erheblich zurück, da eine Selbstausrichtung des Axiallüfterrades hinsichtlich der Rotationsachse erfolgt. Form- und Lagetoleranzen des Axiallüftemades sind dadurch automatisch hinsichtlich der dynamischen Unwucht mitkompensiert.
Da die dynamische Unwucht eines Axialgebläses deutlich von der dynamischen Unwucht des Axiallüfterrades dominiert wird, kann auf einen Zwei-Ebenen-Unwuchtausgleich beim Anker bzw. Rotor des elektrischen Antriebes verzichtet werden. Dies wiederum birgt ein erhebliches Einsparpotential, da die zum Zwei-Ebenen-Unwuchtausgleich gehörenden Bearbeitungsschritte nunmehr vollständig entfallen können. Eventuell kann auf das Ankerwuchten vollständig verzichtet werden, indem man den Unwuchtausgleich auf ein rein statisches Wuchten eines Axialgebläses am Axiallüfterrad beschränkt.
Durch die weiche Ausgestaltung der Nabe des Axiallüfterrades, bzw. der Verbindungsstelle des Axiallüfterrades mit dem Anker bzw. der Rotorwelle, kann auf den Einbau von knappen Bauraum beanspruchenden zusätzlichen Dämpfungssystemen verzichtet werden. Die Modifikationen der Nabe des Axiallüfterrades hinsichtlich einer größeren Biegeweichheit kann auch im Rahmen einer Nachrüstung bereits ausgelieferter Motorkühlungsgebläse auf einfachem Wege und sehr kostengünstig erfolgen.

Zeichnung

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt:

Figur 1: ein Axiallüfterrad, dessen Hauptträgheitsachse zur Rotationsachse verkippt ist,
Figur 2: die Schiefstellung des Axiallüfterrades an einem Ersatzmodell des Axiallüfterrades,
Figur 3: die Schiefstellung δ des Axiallüfters bei Drehzahl ω = 0,
Figur 4: die am Ersatzmodell des Axiallüfters angreifenden Kräfte und Momente und
Figur 5: die Seitenansicht eines Axiallüfters mit elektrischem Antrieb und
Figur 6: die Draufsicht auf die Nabe des Axiallüfterrades gemäß der Darstellung in Fig. 5,
Figur 7: eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsvariante einer biegeweichen Aufnahme eines Axiallüfterrades an einem Antrieb,
Figur 8: eine dritte Ausführungsvariante einer biegeweichen Ankopplung eines Axiallüfterrades an einem Antrieb,
Figur 9: eine vierte Ausführungsvariante einer biegeweichen Ankopplung eines Axiallüfterrades am Antrieb mit Auslenkungsbereich und
Figur 9.1: die Ankopplungsstelle von Axiallüfterrad und Antrieb gemäß der Darstellung in Fig. 9 als in vergrößertem Maßstab wiedergegebene Einzelheit.

Ausfuhrungsvarianten

Fig. 1 zeigt ein Axiallüfterrad, dessen Hauptträgheitsachse zur Rotationsachse verkippt ist.
Ein Axiallüfterrad 1 umfasst im wesentlichen an seinem äußeren Umfangsbereich angeordnete Lüfterflügel 2 bzw. 3, die am Umfang eines Nabenbereiches 4 befestigt sind. Vorzugsweise wird ein Axiallüfterrad 1 gemäß der Darstellung in Fig. 1 als Kunststoffspritzgießbauteil gefertigt. Ein solches Axiallüfterrad wird auf einer Anker- bzw. Rotorwelle eines in Fig. 1 nicht dargestellten elektrischen Antriebes gelagert und über den elektrischen Antrieb in Rotation versetzt. Das Axiallüfterrad 1 besitzt eine Hauptträgheitsachse, die in der Darstellung gemäß Fig. 1 mit x - x bezeichnet ist. Senkrecht zu dieser verläuft eine weitere Trägheitsachse, welche mit y - y bezeichnet ist.
Verschoben zu den erwähnten Trägheitsachsen x -x und y - y ist ein Rotationsachsenkoordinatensystem 8, welches durch die Rotationsachse ξ-ξ und die dazu senkrecht verlaufende Achse η- η) gekennzeichnet ist. Im Vergleich zu dem durch die Trägheitsachsen aufgespannten Koordinatensystem ist das Rotationskoordinatensystem 8 leicht verkippt. Die Rotationsachse ξ-ξ ist in Lagern drehbar gelagert, von denen ein Lager als Festlager 5 ausgebildet ist, welches sowohl Axial- als auch Radialkräfte aufnimmt, während das weitere Lager 6 als Loslagerung ausgestaltet ist, welche lediglich Radialkräfte aufzunehmen vermag und eine axiale Verschiebung der Rotationsachse ξ-ξ des Axiallüfterrades 1 zuläßt.
Mit Bezugszeichen 7 ist der Schwerpunkt bezeichnet, in welchem sich die Trägheitsachsen x - x und y - y des Axiallüfterrades 1 schneiden. ω bezeichnet die Winkelgeschwindigkeit, mit welcher das über hier nicht dargestellten elektrische Antrieb angetriebene Axiallüfterrad um die Rotationsachse ξ-ξ rotiert.
Fig. 2 zeigt die Schiefstellung eines Axiallüfterrades anhand eines Ersatzmodells eines Axiallüfterrades.
Gemäß der in Fig. 2 modellhaft wiedergegebenen Darstellung ist der Axiallüfter 1 als starre Scheibe idealisiert, während sein Anbindungsbereich an die Rotationsachse ξ - ξ als eine axialwirkende Federanordnung 9 bzw. 10 modelliert ist.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist das Unwuchtmoment J_ξη · ω² so gerichtet, dass die Lüfterhauptträgheitsachse x - x mit der Rotationsachse ξ- ξ zur Deckung gebracht wird, so dass das vom hier nicht dargestellten elektrischen Antrieb gelieferte Drehmoment durch die Ausbildung der Anbindung des als starre Scheibe modellierten Lüfters an dessen Nabenbereich zur Reduktion der durch das Zentrifugalmoment Jξη · ω² gegebenen dynamischen Unwucht ausgenutzt werden kann. Bei der modellierten Darstellung gemäß Fig. 2 ist die Rotationsachse ξ-ξ in einem Festlager 5 sowie in einem Loslager 6 gelagert.
Am Festlager 5 greift in axialer Richtung die Axialkraft F_Ax (11) und radialer Richtung die Radialkraft F_Ay (12) an. Demgegenüber nimmt das Loslager 6 lediglich Kräfte in radialer Richtung gekennzeichnet durch F_By (13) auf. Mit δ ist der Winkel zwischen der Hauptträgheitsachse x - x des Axiallüfterrades 1 und dessen Rotationsachse ξ - ξ bezeichnet.
Der Darstellung gemäß Fig. 3 ist die Schrägstellung δ des Axiallüfterrades bei der Drehzahl ω = 0 zu entnehmen.
Bei einem Axiallüfterrad, erzeugen Zentrifugalmomente abhängig von der Drehzahl erhebliche Kräfte und Momente. Bei einem maximalen Zentrifugalmoment von zum Beispiel 45000 gmm² wirkt auf das Axiallüfterrad 1 bei einer Drehzahl von 2500 U/min ein Unwuchtmoment von $M = J_{ξη} \cdot ω^{2} = 45000 {gmm}^{2} \cdot {(\frac{2500 \cdot 2 π}{60})}^{2} s^{- 2} = 3, 08 Nm$
Gemäß der Darstellung in Fig. 3 greift das Moment in Richtung des Pfeils an einer senkrecht sich zur Zeichenebene erstreckenden Achse des als starre Scheibe modellierten Axiallüfterrades an. Durch dieses Moment wird das Axiallüfterrad 1 um den Winkel α in die mit δ - α bezeichnete Position, auch mit Bezugszeichen 1' bezeichnet, verschoben. Dadurch nähert sich die Hauptträgheitsachse x -x des Axiallüfterrades 1 der Position der Rotationsachse ξ-ξ an, um den das Axiallüfterrad 1 mit der Winkelgeschwindigkeit ω rotiert. Aus der oben abgeleiteten Berechnung wird deutlich, dass die Rückstellung der Hauptträgheitsachse x - x in bezug auf die Lage der Rotationsachse ξ - ξ mit steigender Drehzahl zunimmt, da diese quadratisch in die Momentenberechnung eingeht. Dies bedeutet, dass mit zunehmender Drehzahl der Winkel α ansteigt und demzufolge die Schiefstellung δ bei ω = 0 mit zunehmender Drehzahl immer weiter reduziert wird bis im Idealfall der Winkel δ - α den Wert 0 annimmt. In diesem Fall fällt die Hauptträgheitsachse x - x des Axiallüfterrades 1 mit dessen Rotationsachse ξ - ξ zusammen.
Am Nabenbereich 4 des als starre Scheibe modellierten Axiallüfterrades 1 greifen die mit F_c bezeichneten Kräfte 15 an, welche in bezug auf die Rotationsachse ξ- ξ des Axiallüfterrades 1 um den Hebelarm a, auch mit Bezugszeichen 14 gekennzeichnet, angreifen und dem durch das Zentrifugalmoment J_ξη · ω² gegebenen Moment entgegenwirken. Mit steigender Drehzahl wird das Axiallüfterrad 1 infolge des Zentrifugalmomentes J_ξη· ω² in Richtung der Rotationsachse ξ-ξ gedrückt. Daraus folgt, dass bei möglichst biegeweicher Auslegung des Nabenbereiches, d. h. biegeweicher Verbindung des Nabenbereiches 4,27 des Axiallüfterrades 1 mit seiner Rotationsachse ξ- ξ das sich einstellende und mit der Drehzahl zurückgebende Unwuchtmoment zur Rückstellung der Hauptträgheitsachse x - x des Axiallüfterrades 1 in seiner Rotationsachse ξ - ξ bei Verkippung bei ω = 0 ausgenutzt werden kann.
Fig. 4 zeigt die am Ersatzmodell des Axiallüfters angreifenden Kräfte und Momente.
Mit δ minus α ist die sich bei einer gegebenen Drehzahl ω≠0 einstellende Schiefstellung des als starre Scheibe 1 modellierten Axiallüfterrades 1 gekennzeichnet. Zur Rückstellung, d.h. zur Zusammenführung der Hauptträgheitsachse x - x mit der Rotationsachse ξ - ξ wird mit steigender Drehzahl durch die weiche Anbindung des Nabenbereiches 5 an der Rotationsachse ξ - ξ das Zentrifugalmoment J_ξη · ω² ausgenutzt. Um eine Rückstellung des in der Darstellung gemäß Fig. 4 als starre Scheibe modellierten Axiallüfterrades 1 in eine Winkelstellung, in der die Winkeldifferenz δ - α den Wert 0 annimmt, zu erreichen, ist eine möglichst biegeweiche, eine Selbstausrichtung des Axiallüfterrades 1 ermöglichende Anbindung des Nabenbereiches 4 an der Rotationsachse ξ - ξ anzustreben.
Die sich in bezug auf das Axiallüfterrad 1 einstellende Momentenbeziehung für das Axiallüfterrad 1 lautet: $ΣM = 0, d . h . J_{ξη} \cdot ω^{2} = F_{c} \cdot a .$
Ist diese Beziehung erfüllt, richtet sich das Axiallüfterrad 1 bei seiner Rotation um die Rotationsachse ξ - ξ so aus, dass die Rotationsachse ξ - ξ und die Hauptträgheitsachse x -x des Axiallüfterrades 1 zusammenfallen. Die sich an den Lagern 5 bzw. 6 der Rotationsachse ξ - ξ durch Axiallüfterrades 1 einstellenden Axial- bzw. Radialkräfte sind in der Darstellung gemäß Fig. 4 mit dem Bezugszeichen 11,12 und 13 gekennzeichnet.
Der Darstellung gemäß Fig. 5 ist die Seitenansicht eines Axiallüfters mit elektrischem Antrieb zu entnehmen.
Gemäß der Seitenansicht in Fig. 5 umfasst das Axiallüfterrad 1 in seinem äußeren Umfangsbereich eine Anzahl von Lüfterflügel 2 bzw. 3, die am Umfang eines Nabenbereiches 4 angeformt sind. Im Zentrum des Nabenbereiches 4 wird das Axiallüfterrad 1 mit einer Abtriebswelle 20 eines elektrischen Antriebes 21 verbunden. Der elektrische Antrieb 21 ist in einem Gehäuse 22 aufgenommen, welches teilweise in den topfförmig ausgebildeten Nabenbereich 4 des Axiallüfterrades 1 hineinragt, um die axiale Baulänge der Lüfteranordnung gemäß der Darstellung in Fig. 5 zu verkürzen. An der Abtriebswelle 20 des elektrischen Antriebes 21 ist eine Scheibe 23 aus biegeweichem, elastischen Material aufgenommen, welche mit einem tellerförmig oder napfförmig nach innen gestülpten Bereich 27 des Nabenbereiches 4 des Axiallüfterrades 1 verbunden wird. Zur Verbindung der an der Abtriebswelle 20 des elektrischen Antriebes 21 aufgenommenen elastischen Scheibe 23 mit dem napfförmig ausgebildeten Nabenteller 27 des Nabenbereiches 4 dienen Befestigungsschrauben 24. Die Befestigungsschrauben 24 sind zur Erhöhung der Biegeweichheit der Verbindung zwischen elastischer Scheibe 23 und Nabenteller 27 im Nabenbereich 4 des Axiallüfterrades 1 mit Federelementen 30 ausgestattet. Die Federelemente 30 können an den Befestigungsschrauben 24 entweder im Bereich des napfförmig vertieften Nabentellers 27 oder zwischen den Befestigungsschrauben 24 und der elastischen Scheibe 23 vorgesehen sein.
Mit Bezugszeichen 25 sind Halter bezeichnet, mit welchen das Gehäuse 22 des elektrischen Antriebes 21 an einer Kühlerbaugruppe im Motorraum eines Kraftfahrzeuges befestigt werden kann.
Mit 26 ist ein Wuchtgewicht bezeichnet, welches zum statischen Wuchten des Axiallüfterlaufrades 1 an einem Lüfterflügel 3 am Umfang des Nabenbereiches 4 des Axiallüfterrades 1 gemäß der Darstellung in Fig. 5 aufgenommen ist.
An der Verbindung des napfförmig vertieft ausgebildeten Nabentellers 27 im Nabenbereich 4 des Axiallüfterrades 1 und der elastischen Scheibe 23 sind in diesen beiden Komponenten Naben- bzw. Scheibenbohrungen 28 ausgebildet, welche von den Befestigungsschrauben 24 mit optional daran aufgenommenen Federelementen 30 durchsetzt werden. Die Nabenbohrungen 28 sind auf einem Nabenbohrungsteilkreis 29 angeordnet, der in Fig. 6 näher dargestellt ist.
Die Darstellung gemäß Fig. 6 zeigt die Draufsicht auf die Nabe des Axiallüfterrades gemäß Fig. 5.
Der topfförmig ausgebildete Nabenbereich 4 des Axiallüfterrades gemäß der Darstellung in Fig. 5 umfasst hier um 120° am Umfang des Nabenbereichs zueinander versetzt sich in die radiale Richtung erstreckende Schlitze 31. Die Schlitze 31 sind in einer Länge 32 ausgeführt, welche die jeweilige Schlitzbreite 33 um ein Vielfaches übersteigt. Neben den hier im Winkel von 120° versetzt zueinander angeordneten Radialschlitzen 31 ist die Ausbildung des Nabenbereiches 4 eines Axiallüfterrades 1 auch mit 4, 5, 6 oder einer noch höheren Anzahl von Radialschlitzen 31 möglich. Durch die Ausbildung von Radialschlitzen 31 in der Wandung des Nabenbereiches 4, die in der Zeichenebene der Darstellung gemäß Fig. 6 liegt, wird erreicht, dass eine Selbstausrichtung des Axiallüfterrades 1 durch das Zentrifugalmoment J_ξη · ω² derart erreicht wird, dass die Hauptträgheitsachse x -x des Axiallüfterrades 1 mit seiner Rotationsachse ξ- ξ zusammenfällt. Neben einer Ausbildung von Radialschlitzen 31 im Nabenbereich 4 des Axiallüfterrades 1, können die in Zusammenhang mit der Fig. 5 bereits erwähnten Nabenbohrungen 28 im Nabenbereich 4 auf einem Verschraubungsteilkreisdurchmesser 29 ausgebildet werden, dessen Durchmesser weniger als die Hälfte des Durchmessers des Nabenbereiches 4 des Axiallüfterrades 1 beträgt. Je weiter die Nabenbohrungen 28, von denen in der Darstellung gemäß Fig. 6 lediglich drei auf dem Verschraubungsteilkreisdurchmesser 29 angeordnet sind, in Richtung der Bohrung 34, welche von der Abtriebswelle 20 des elektrischen Antriebes 21 durchsetzt wird, angeordnet sind, eine desto höhere Biegeweichheit stellt sich im Nabenbereich 4 des Axiallüfterrades 1 ein und fördert bei Rotation des Axiallüfterrades 1 in Winkelgeschwindigkeit ω um die Rotationsachse ξ - ξ die Selbstausrichtung sowie die Kompensation von Form- und Lagetoleranzen des mittels eines Kunststoffspritzgießverfahren gefertigten Axiallüfterrades 1.
Ein zusätzlicle Möglichkeit, eine biegeweiche Anbindung des Nabenbereiches 4 mit der Abtriebswelle 20 eines elektrischen Antriebes 21 zu erreichen, besteht in der Reduktion der Materialstärke im Nabenbereich 4 im Bereich des napfartig eingestülpten Nabentellers 27. Ferner kann eine biegeweichere Anbindung des Nabenbereiches 4 an der Abtriebswelle 20 des elektrischen Antriebes 21 dadurch erreicht werden, dass an den Federelementen 24, welche die elastische Scheibe 23 und den topfförmig eingestülpten Nabenteller 27 des Nabenbereiches 4 miteinander verbinden, Federelemente ausgebildet werden, welche je nach Auslenkung Federmomente F_c · a erzeugen, welche dem mit steigender Drehzahl zunehmenden Zentrifugalmoment J_ξη entgegenwirken. Stehen die beiden erwähnten Momente im Gleichgewicht, ist das Axiallüfterrad 1 derart ausgerichtet, dass seine Hauptträgheitsachse x - x mit der Rotationsachse ξ - ξ zusammenfällt und keine Vibrationen durch Körperschall an andere Baukomponenten im Motorraum eines Kraftfahrzeuges oder an den Innenraum eines Kraftfahrzeuges übertragen werden können.
Fig. 7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsvariante einer biegeweichen Aufnahme eines Axiallüfterrades an einem Antrieb.
Gemäß der Darstellung in Fig. 7 sind an der Ankerwelle 20 eines hier nicht dargestellten elektrischen Antriebes ein elastischer Mitnehmer 23 sowie ein mit dem elastischen Mitnehmer 23 verbundene Nabenteller 27 des Axiallüfterrades 1 aufgenommen ist. In der Ausgestaltungsvariante gemäß Fig. 7 ist der elastische Mitnehmer 23 mit eines S-förmig konfigurierten Profilierung 50 versehen, welche sich am elastischen Mitnehmer 23 in dessen radialer Richtung erstreckt. Der Nabenteller 27 des Axiallüfterrades 1 ist im Bereich des Verschraubungsteilkreises 29 über Befestigungsschrauben 24 mit an Einschraubgewinden des elastischen Mitnehmers 23 verschraubt. Zwischen den Schraubenköpfen der Befestigungsschrauben 24 und der planverlaufenden Stirnfläche des Mitnehmers 23 aus elastischem Material ist eine Distanzbuchse 37 aufgenommen. Diese liegt mit einer Anlagefläche 39 auf der planen Stirnseite des Mitnehmers 23 aus elastischem Material an. Im Bereich der Distanzbuchse 37 ist am Nabenteller 27 eine umlaufende Ausnehmung 35 aufgenommen, in welches ein elastisches Element eingelassen ist. Das elastische Element 36 kann zum Beispiel wie in Fig. 7 dargestellt als ein O-Ring aufgenommen sein, der die Distanzbuchse 37 umgibt. In seinem unverformten, d.h. seinem unbelasteten Zustand ermöglicht der in die umlaufende Ausnehmung 35 eingelassene O-Ring eine Auslenkung s, die in der Darstellung gemäß Fig. 7 mit Bezugszeichen 38 identifiziert ist. Dies bedeutet, dass sich der Nabenteller 27 des Axiallüfterrades um den in Fig. 7 eingezeichneten Kippwinkel δ bewegen kann, dadurch dass in die Ausnehmung 35 eingelassenen Einlegeelement 36 eine biegeweiche Verbindung zwischen dem elastischen Mitnehmer 23 und dem Nabenteller 27 des Axiallüfterrades 1 geschaffen ist.
Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsvariante einer biegeweichen Ankopplung eines Axiallüfterrades an einem Antrieb.
Der Darstellung gemäß Fig. 8 sind ebenfalls ein mit einer S-förmigen Profilierung 50 versehener Mitnehmer 23 aus elastischem Material sowie eine über Befestigungsschrauben 24 mit diesem verbundenen Nabenteller 27 zu entnehmen. In Abwandlung der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsvariante ist gemäß der in Fig. 8 dargestellten dritten Ausführungsvariante in der umlaufenden Ausnehmung 35 am Nabenteller 27 des Axiallüfterrades eine gewellte Scheibe 40 aus metallischem Werkstoff eingelassen. Die in die umlaufende Ausnehmung 35 eingelassene aus metallischem Material bestehende Wellscheibe 40 ermöglicht ebenfalls eine biegeweiche Ankopplung des Nabentellers 27 des Axiallüfterrades 1 an den Mitnehmer 23 aus elastischem Material. Der Darstellung gemäß Fig. 8 ist zu entnehmen, dass durch die im Ruhezustand dargestellte Wellscheibe 40 zwischen den Planflächen des Nabentellers 27 und des elastischen Mitnehmers 23 ein Auslenkweg s eingestellt ist, der in der Darstellung gemäß Fig. 8 analog zur Darstellung gemäß Fig. 7 mit Bezugszeichen 38 bezeichnet ist. Durch die Auslenkung s ist sichergestellt, dass sich der Nabenteller 27 mit daran ausgebildetem Axiallüfterrad 1 um den Winkel δ bewegen kann, so dass eine Relativbewegung des Nabentellers 27 zum an der Ankerwelle 20 aufgenommenen elastischen Mitnehmer 23 gewährleistet ist. Die Befestigungsschrauben 24, mit welchen der Nabenteller 27 des Axiallüfterrades 1 mit der planverlaufenden Stirnseite des elastischen Mitnehmers 23 verbunden sind, sind im Verschraubungsteilkreis 29 angeordnet.
Fig. 9 zeigt eine vierte Ausführungsvariante einer biegeweichen Ankopplung eines Axiallüfterrades am Antrieb mit einem Auslenkungsbereich.
Das Axiallüfterrad 1 gemäß der Darstellung in Fig. 9 ist an der Ankerwelle 20 eines elektrischen Antriebes 21 unter Zwischenschaltung eines Buchsenelementes 42 aufgenommen. Der elektrische Antrieb 21 wird über hier schematisch dargestellte Halter 25 an einem Strukturelement eines Fahrzeugs eingebaut. Das Axiallüfterrad 1 umfasst Lüfterflügel 2, in welchen Wuchtgewichte 26 angeordnet sein können. Am Gehäuse 22 des elektrischen Antriebes 21 sind die Halter 25 beispielsweise in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet. Der Nabenteller 27 des Axiallüfterrades 1 umschließt den elektrischen Antrieb 21 teilweise. Der in Fig. 9 mit dem Buchstaben Y bezeichnete Bereich ist in der Darstellung gemäß Fig. 9.1 als im Maßstab vergrößerte Einzelheit wiedergegeben.
Aus der Darstellung gemäß Fig. 9.1 geht hervor, dass im Bereich einer Sitzfläche 46 der Ankerwelle 20 des elektrischen Antriebes 21 ein Buchsenelement 42 aufgenommen ist. Das Buchsenelement 42 wird mittels eines sich ebenfalls an der Ankerwelle 20 im Bereich einer Ringnut 45 abstützendes Spannelement 43 gegen einen Anlagering 47 gedrückt. Der Anlagering 47 umschließt die Ankerwelle 20 des elektrischen Antriebes 21 vollständig. Das Spannelement 43, welches zum Beispiel als Spannscheibe ausgestaltet sein kann, stützt sich mit einem Schenkel an einer Flanke einer in die Ankerwelle 20 eingebrachten Ringnut 45 ab, während sich der weiter nach außen erstreckende Schenkel des Spannelementes 43 an der durch das Buchsenelement 42 und den Nabenteller 27 des Axiallüfterrades 1 gebildeten Stirnseite abstützt. Der Nabenteller 27 und das Buchsenelement 42 sind über Befestigungsschrauben 24 miteinander verbunden. Durch das Spannelement 43 wird das ein Auflager 44 aufweisende Buchsenelement 42 in axiale Richtung gegen eine Anlagefläche 49 am Anlagering 47 gestellt. Dadurch ist das Buchsenelement 42 in axiale Richtung festgelegt.
Die Ankerwelle 20 des elektrischen Antriebes 21 weist eine Sitzfläche 46 auf, auf welcher das Auflager 44 des Buchsenelementes 42 aufliegt. Das Auflager 44 stellt einen Kipppunkt der in axiale Richtung an der Ankerwelle 20 gesicherten, des in radiale Richtung verkippbaren Buchsenelementes 42 dar. Durch eine Relativbewegung des Buchsenelementes 42 zur Sitzfläche 46 der Ankerwelle 20 kann im Bereich des zugelassenen Kippspieles 41 eine Schrägstellung der des an dem verkippbar gelagerten Buchsenelement 42 aufgenommenen Nabentellers 27 und damit das Axiallüfterrades 1 erfolgen. Sich einstellende dynamische Unwuchten werden durch diese Lagerung des Buchsenelementes 42, beaufschlagt durch ein Spannelement 43 bei der Rotation der Ankerwelle 20 des elektrischen Antriebes 21 selbsttätig ausgeglichen.
Der erforderliche Kippwinkel kann aus der zu erwartenden dynamischen Unwucht des Gebläses errechnet werden. Anhand einer Beispielrechnung sei dies kurz erläutert. Bei einem Gebläse mit 25000 gmm² erwarteter dynamischer Unwucht lässt sich der erforderliche weiche Kippwinkel anhand der Beziehung $U_{dyn} = \frac{J_{x} - J_{y}}{2} \cdot 2 sinδ$

errechnen. Daraus ergibt sich $δ = \frac{1}{2} \cdot \arcsin (\frac{2 \cdot U_{dyn}}{Jx - Jy}),$

mit einem Lüfterdurchmesser 390 mm und 463 g Lüftergewicht: $Jx - Jy = m \frac{r^{2}}{4} = 463 g \frac{195^{2} {mm}^{2}}{4} = 4401. 10^{3} g {mm}^{2}$

woraus sich ergibt $δ = \frac{1}{2} \cdot \arcsin (\frac{2 \cdot U_{dyn}}{Jx - Jy}) = \frac{1}{2} \cdot \arcsin (\frac{2 \cdot 25000 {gmm}^{2}}{4401 \cdot 10^{3} {gmm}^{2}}) = 0, 32 ° .$
Der errechnete Winkel von 0,32° entspricht einer weichen Auslenkung von s = 50 · sin 0,32° = 0,28 mm, unter Zugrundelegung eines Verschraubungsteilkreises 29 von 50 mm.
Der mit Bezugszeichen 38 gekennzeichnete Auslegungsweg s beträgt anhand dieser Beispielrechnung für das gegebene Beispiel unter Zugrundelegung der gegebenen Daten etwa 3/10 mm.

Bezugszeichenliste

1: Axiallüfterrad
1': Axiallüfterrad in Rotation
2: Lüfterflügel
3: Lüfterflügel
4: Nabenbereich
5: Festlager
6: Loslager
7: Schwerpunkt
8: Rotationskoordinatensystem
9: Federelement
10: Federelement

x -x: Lüfterachse (Hauptträgheitsachse)
y - y: Lüfterhochachse
ξ - ξ: Rotationsachse Axiallüfterrad
η - η: Verkippung
J_ξη·ω²:: Zentrifugalmoment
ω: Winkelgeschwindigkeit
δ: Schiefstellung bei ω = 0
α: Auslenkung bei ω ≠ 0
δ- α: Auslenkungsdifferenz

11: Axialkraftkomponente Festlager 5
12: Radialkrafkomponente Festlager 5
13: Radialkraftkomponente Loslager 6
14: Hebelarm a
15: Federkraft F_c

20: Ankerwelle
21: elektrischer Antrieb
22: Gehäuse
23: elastische Scheibe
24: Befestigungsschraube
25: Halter
26: Wuchtgewicht
27: Nabenteller
28: Nabenbohrung
29: Verschraubungsteilkreis
30: Federelement
31: Radialschlitz
32: Schlitzlänge
33: Schlitzbreite
34: Bohrung
35: umlaufende Ausnehmung
36: Einlegeelement
37: Distanzbuchse
38: Auslenkung s
39: Anlagefläche
40: Wellscheibe
41: Kippspiel
42: Buchsenelement
43: Spannelement
44: Auflager
45: Ringnut
46: Sitzfläche
47: Anlagering
48: Ringraum
49: Anlagefläche Buchsenelement
50: s-förmige Mitnehmerprofilierung

Claims

Axiallüfter mit einem Nabenbereich. (4, 27) zur Verbindung eines Axiallüfterrades (I) des Axiallüfters mit einer Abtriebswelle (20) eines elektrischen Antriebes (21), wobei der Axiallüfter mittels eines Wuchtgewichtes (26) statisch gewuchtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Axiallüfterrad (1) und der Abtriebswelle (20) des elektrischen Antriebes (21) im Nabenbereich. (4, 27) eine biegeweiche Verbindung ausgebildet ist, die innerhalb eines weichen Kippwinkel die Auslenkung des Axiallüfterrades (1) in Richtung seiner Hauptträgheitsachse ermöglicht und die biegeweiche Verbindung im Nabenbercich (4, 27) sich in radiale Richtung erstreckende ÖfFnungen (31) umfasst, mit denen der Nabenbereich (4, 27) mittels Befestigungsschrauben (24) mit einem an der Abtriebswelle (20) des elektrischen Antriebs (21) aufgenommene Mitnehmer (23) aus elastischem Material verbunden ist und den Befestigungsschrauben (24) des Nabenbereichs (4, 27) am elastischen Mitnehmer (23) Federelemente (30) oder elastische Einlegeelemente (36,40) zugeordnet sind.
Axiallüfter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (32) der Öffnungen (31) in radialer Richtung deren Breite (33) übersteigt.
Axiallüfter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Nabenbereich (4, 27) die Materialstärke des Axiallüfterrades reduziert ist.
Axiallüfter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Nabenbereich (4) eine tellerförmige Nabenvertiefung (27) ausgebildet ist.
Axiallüfter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser gemäß des 2-Komponenten-Spritzgießverfahrens hergestellt ist, wobei im Nabenbereich (4, 27) die Komponente mit biegeweichen Eigenschaften, verglichen zu der im Flügelbereich (2, 3) angespritzten Konnponente vorgesehen ist.
Axiallüfter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verschraubungsteilkreis (29) im Nabenbereich (4, 27) in seinem Durchmesser ausgebildet ist, der unterhalb des halben Durchmessers des Nabenbereiches (4, 27) des Axiallüfters liegt.
Axiallüfter gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Nabenbohrungen (28) auf dem Verschraubungsteilkreis (29) maximal 3 beträgt.
Axiallüfter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (30) zwischen den Befestigungsschrauben (24) und dem Nabenbereich (4. 27) angeordnet sind.
Axiallüfter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (30) zwischen dem elastischen Mitnehmer (23) und den Befestigungsschrauben (24) vorgesehen sind.
Axiallüfter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (23) aus elastischem Material in einer S-förmig verlaufenden Profilierung (50) ausgebildet ist.
Axiallüfter gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die S-förmig verlaufende Profilierung (50) in radiale Richtung am Mitnehmer (23) erstreckt.
Axiallüfter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen elastischem Mitnehmer (23) und dem Nabentcller (27) des Axiallüfters (1) Distanzbuchsen (37) aufgenommen sind.
Axiallüfter gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzbuchsen (37) in Anlage (39) an den elastischen Mitnehmer (23) gehalten und im Bereich des Verschraubungsteilkreises (29) angeordnet sind.
Axiallüfter gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass den Distanzbuchsen (37) von Ausnehmungen (35) des Nabentellers (27) umschlossene elastische Einlegeelemente (36, 40) zugeordnet sind.
Axiallüfter gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegeelemente (36) als O-Ringe ausgebildet sind.
Axiallüfter- gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlegeelemente (40) als gewellte, federnde Scheiben beschaffen sind.
Axiallüfter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenteller (7) des Axiallüfters (1) an einem auf der Ankerwelle (20) verkippbar gelagerten Buchsenelement (42) befestigt ist.
Axiallüfter gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Buchsenelement (42) mittels eines Spannelementes (43) auf der Sitzfläche (46) der Ankerwelle (20) gegen einen Anlagering (47) gespannt ist.
Axiallüfter gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Buchsenelement (42) ein ein Kippspiel (41) ermöglichendes Auflager (44) aufweist.
Axiallüfter gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Buchsenelement (42) axialspannende Spannelement (43) sich in einer Ringnut (45) der Ankerwelle abstützt.