EP1442223B1 - Fan attachment with dynamic out-of-balance equalization - Google Patents

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EP1442223B1
EP1442223B1 EP02762237A EP02762237A EP1442223B1 EP 1442223 B1 EP1442223 B1 EP 1442223B1 EP 02762237 A EP02762237 A EP 02762237A EP 02762237 A EP02762237 A EP 02762237A EP 1442223 B1 EP1442223 B1 EP 1442223B1
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EP
European Patent Office
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axial fan
fan according
hub
axial
region
Prior art date
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Application number
EP02762237A
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German (de)
French (fr)
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EP1442223A1 (en
Inventor
Ludger Adrian
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1442223A1 publication Critical patent/EP1442223A1/en
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Publication of EP1442223B1 publication Critical patent/EP1442223B1/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/662Balancing of rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/263Rotors specially for elastic fluids mounting fan or blower rotors on shafts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/325Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans
    • F04D29/329Details of the hub

Definitions

  • the application relates to an axial fan as in the preamble of claim 1.
  • Such an axial fan is eg from the DE-A-4143383 known.
  • noise sources on motor vehicles As much as possible.
  • sound sources such as tires and internal combustion engines
  • other sound sources in components of the internal combustion engine such as in engine cooling fans.
  • sound sources distinguish between airborne sound vibrations and the occurrence of structure-borne noise.
  • the occurrence of structure-borne noise can be manifested, for example, in mass-excited vertical vibrations on the steering wheel of a motor vehicle.
  • the mass forces - static and dynamic unbalances - are caused by inhomogeneous mass distributions of the rotating assemblies rotor / armature and fan as well as by form and position tolerances to the axis of rotation of the drive.
  • Form and position tolerances cause rotational and Hauptenträgheitsachse no longer coincide.
  • Fan leads to a static imbalance, while a tilted axis of rotation to the main axis of inertia can produce a centrifugal moment, which equals in its effects of a momentum imbalance or dynamic imbalance.
  • Fig. 1 shows an axial fan whose main axis of inertia is tilted to the axis of rotation.
  • An axial fan wheel 1 comprises fan blades 2 and 3, which are arranged essentially on its outer circumferential region and are fastened on the circumference of a hub region 4.
  • an axial fan 1 as shown in FIG Fig. 1 manufactured as Kunststoffspritzg tellbauteil.
  • Such Axiallstageerrad is on an anchor or rotor shaft of an in Fig. 1 Not shown electric drive stored and the electrical Drive rotated.
  • the Axialllibraryerrad 1 has a Hauptenträgheitsachse, which in the illustration according to Fig. 1 with x - x is designated. Perpendicular to this extends another axis of inertia, which is denoted by y - y.
  • Rotationsachsenkoordinatensystem 8 which is characterized by the axis of rotation ⁇ - ⁇ and perpendicular to the axis ⁇ - ⁇ ).
  • the rotation coordinate system 8 is slightly tilted.
  • the axis of rotation ⁇ - ⁇ is rotatably mounted in bearings, of which a bearing is designed as a fixed bearing 5, which receives both axial and radial forces, while the other bearing 6 is designed as a floating bearing, which is only able to absorb radial forces and axial displacement of the Rotation axis ⁇ - ⁇ of Axiallshareerrades 1 permits.
  • Reference numeral 7 designates the center of gravity in which the axes of inertia x - x and y - y of the axial fan wheel 1 intersect.
  • denotes the angular velocity with which the axial fan wheel, which is driven via the electric drive not shown here, rotates about the axis of rotation ⁇ - ⁇ .
  • Fig. 2 shows the misalignment of a Axialllibraryerrades using a replacement model of Axialllibraryerrades.
  • axial fan 1 is idealized as a rigid disk, while its connection region to the rotation axis ⁇ - ⁇ is modeled as an axially acting spring arrangement 9 and 10 respectively.
  • Fig. 2 is the unbalance moment J ⁇ ⁇ ⁇ 2 directed so that the Lerneerhauptträgheitsachse x - x with the rotation axis ⁇ - ⁇ is brought to coincide, so that the torque supplied by the electric drive, not shown here by forming the connection of the modeled as a rigid disk fan can be exploited at the hub region to reduce the given by the centrifugal J ⁇ ⁇ ⁇ 2 dynamic imbalance.
  • the axis of rotation ⁇ - ⁇ is mounted in a fixed bearing 5 and in a floating bearing 6.
  • centrifugal moments generate considerable forces and moments depending on the speed.
  • Fig. 4 shows the forces and moments acting on the replacement model of the axial fan.
  • the axial fan 1 aligns during its rotation about the axis of rotation ⁇ - ⁇ so that the axis of rotation ⁇ - ⁇ and the main axis of inertia x - x of the axial fan 1 coincide.
  • the axial or radial forces acting on the bearings 5 and 6 of the axis of rotation ⁇ - einstell by means of axial fan wheels 1 are shown in the illustration Fig. 4 denoted by reference numerals 11, 12 and 13.
  • FIG. 5 shows the side view of an axial fan with electric drive.
  • the axial fan 1 in its outer peripheral region comprises a number of fan blades 2 and 3, respectively, which are integrally formed on the circumference of a hub region 4.
  • the axial fan 1 is connected to an output shaft 20 of an electric drive 21.
  • the electric drive 21 is accommodated in a housing 22, which protrudes partially into the cup-shaped hub region 4 of the axial fan wheel 1, to the axial length of the fan assembly as shown in FIG Fig. 5 To shorten.
  • a disc 23 is accommodated from bendable, elastic material, which is connected to a plate-shaped or cup-shaped inverted inwardly portion 27 of the hub portion 4 of the Axiallshareerrades 1.
  • the mounting screws 24 are to increase the bending softness of the connection between the elastic disc 23 and hub plate 27 in the hub region 4 of the Axialltypicalerrades 1 equipped with spring elements 30.
  • the spring elements 30 may be provided on the fastening screws 24 either in the region of the cup-shaped recessed hub plate 27 or between the fastening screws 24 and the elastic disc 23.
  • Reference numeral 25 denotes holders with which the housing 22 of the electric drive 21 can be attached to a radiator assembly in the engine compartment of a motor vehicle.
  • Denoted at 26 is a balancing weight which is used for static balancing of the axial fan impeller 1 on a fan blade 3 on the circumference of the hub region 4 of the axial fan wheel 1 as shown in FIG Fig. 5 is included.
  • hub or disc holes 28 are formed in these two components, which are penetrated by the mounting screws 24 with optional spring elements 30 received thereon.
  • the hub bores 28 are arranged on a Hubbohrungsteilnik 29, which in Fig. 6 is shown in more detail.
  • FIG. 6 shows the top view of the hub of the Axialltypicalerrades according to Fig. 5 .
  • the cup-shaped hub region 4 of the axial fan wheel as shown in FIG Fig. 5 here comprises 120 ° at the periphery of the hub portion offset from one another in the radial direction extending slots 31.
  • the slots 31 are designed in a length 32 which exceeds the respective slot width 33 by a multiple.
  • the formation of the hub region 4 of an axial fan wheel 1 is also possible with 4, 5, 6 or an even higher number of radial slots 31. Due to the formation of radial slots 31 in the wall of the hub region 4, which in the plane of the representation according to Fig.
  • An additional possibility of achieving a flexurally soft connection of the hub region 4 with the output shaft 20 of an electric drive 21 is to reduce the material thickness in the hub region 4 in the region of the cup-shaped hub plate 27. Furthermore, a more flexible connection of the hub region 4 to the output shaft 20 can be achieved of the electric drive 21 can be achieved in that on the spring elements 24, which connect the elastic disc 23 and the cup-shaped inverted hub plate 27 of the hub portion 4 together, spring elements are formed which generate depending on the deflection spring moments F c ⁇ a, which with the rising Speed counteract increasing centrifugal J ⁇ .
  • the axial fan 1 is aligned such that its principal axis of inertia x - x coincides with the axis of rotation ⁇ - und and no vibrations by structure-borne noise can be transmitted to other structural components in the engine compartment of a motor vehicle or to the interior of a motor vehicle.
  • Fig. 7 shows a further embodiment variant according to the invention a flexurally soft receiving a Axialllibraryerrades on a drive.
  • an elastic driver 23 and connected to the elastic carrier 23 hub plate 27 of the Axialltypicalerrades 1 is added.
  • the elastic driver 23 is provided with an S-shaped configured profiling 50 which extends on the elastic carrier 23 in its radial direction.
  • the hub plate 27 of the Axiallfrequenterrades 1 is screwed in the region of the Verschraubungsteilnikes 29 via fastening screws 24 with screw threads of the elastic driver 23.
  • a spacer bushing 37 is received.
  • a peripheral recess 35 is received on the hub plate 27, in which an elastic element is embedded.
  • the elastic member 36 may be, for example, as shown in FIG Fig. 7 shown as an O-ring that surrounds the spacer 37. In its undeformed, ie its unloaded state allows the recessed into the circumferential recess 35 O-ring deflection s, which in the illustration according to Fig. 7 identified by reference numeral 38.
  • Fig. 8 shows a third embodiment of a flexible coupling of Axialllibraryerrades on a drive.
  • the representation according to Fig. 8 are also provided with an S-shaped profiling 50 driver 23 made of elastic material and a fastening screws 24 connected thereto hub plate 27 can be seen.
  • a corrugated disc 40 made of metallic material.
  • the recessed into the circumferential recess 35 made of metallic material corrugated plate 40 also allows a flexible coupling of the hub plate 27 of the Axialltypicalerrades 1 to the driver 23 made of elastic material.
  • a deflection path s is set by the wave plate 40 shown in the rest state between the flat surfaces of the hub plate 27 and the elastic driver 23, which in the illustration according to Fig. 8 analogous to the representation according to Fig. 7 designated by reference numeral 38.
  • the deflection s ensures that the hub plate 27 can move with the axial fan impeller 1 formed thereon by the angle ⁇ , so that a relative movement of the hub plate 27 to the elastic carrier 23 accommodated on the armature shaft 20 is ensured.
  • the fastening screws 24, with which the hub plate 27 of the Axialltypicalerrades 1 are connected to the planver Hughesden end side of the elastic driver 23 are arranged in Verschraubungsteilnik 29.
  • Fig. 9 shows a fourth embodiment of a flexible coupling of Axialllibraryerrades on the drive with a deflection range.
  • the Axialllibraryerrad 1 as shown in FIG Fig. 9 is received on the armature shaft 20 of an electric drive 21 with the interposition of a female member 42.
  • the electric drive 21 is installed on here schematically illustrated holder 25 on a structural element of a vehicle.
  • the axial fan 1 includes fan blades 2, in which balancing weights 26 may be arranged.
  • the holder 25 are arranged, for example, at an angle of 120 ° to each other.
  • the hub plate 27 of the axial fan wheel 1 encloses the electric drive 21 partially.
  • the in Fig. 9 The area designated by the letter Y is shown in FIG Fig. 9.1 as reproduced in scale enlarged detail.
  • Fig. 9.1 shows that in the area of a seat surface 46 of the armature shaft 20 of the electric drive 21, a female member 42 is received.
  • the bushing element 42 is pressed against an abutment ring 47 by means of a clamping element 43 which is likewise supported on the armature shaft 20 in the region of an annular groove 45.
  • the abutment ring 47 completely encloses the armature shaft 20 of the electric drive 21.
  • the clamping element 43 which may be configured for example as a clamping disc, is supported with a leg on an edge of an introduced into the armature shaft 20 annular groove 45, while the farther outwardly extending leg of the clamping element 43 at the through the sleeve member 42 and the Hub plate 27 of the Axialltypicalerrades 1 formed end face supported.
  • the hub plate 27 and the socket member 42 are connected to each other via fastening screws 24.
  • the armature shaft 20 of the electric drive 21 has a seat surface 46, on which the support 44 of the socket element 42 rests.
  • the support 44 represents a tipping point of secured in the axial direction of the armature shaft 20, the tiltable in the radial direction bushing element 42.
  • the design path s denoted by reference numeral 38 is about 3/10 mm based on this example calculation for the given example on the basis of the given data.

Abstract

The invention is based on an axial fan with a hub region ( 4, 27 ) for connecting the axial fan with a driven shaft ( 20 ) of an electrical drive ( 21 ), whereby the axial fan is statically balanced by means of a balancing weight ( 26 ). A flexurally soft connection is formed in the hub region ( 4, 27 ) between the axial fan ( 1 ) and the driven shaft ( 20 ) of an electrical drive ( 21 ).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Anmeldung betrifft einen Axiallüfter wie im Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Axiallüfter ist z.B. aus der DE-A-4143383 bekannt.The application relates to an axial fan as in the preamble of claim 1. Such an axial fan is eg from the DE-A-4143383 known.

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.With a view to the environment, great efforts are made to eliminate noise sources on motor vehicles as much as possible. In addition to the sound sources, such as tires and internal combustion engines, there are other sound sources in components of the internal combustion engine, such as in engine cooling fans. In general, such sound sources distinguish between airborne sound vibrations and the occurrence of structure-borne noise. The occurrence of structure-borne noise can be manifested, for example, in mass-excited vertical vibrations on the steering wheel of a motor vehicle.

Stand der TechnikState of the art

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.In today's conventional engine cooling fans is usually a balance of static imbalance in order to comply with the allowable limits can. A compensation of the dynamic imbalance (moment unbalance) is not possible or only with great effort in the often very flat design fans, since even the measurement weighs the small flat distance causes problems and not secure to compensate for the moment unbalance balancing masses on the unstable fan blades would. As a result, it is accepted that engine cooling fans are delivered with undefined dynamic imbalance. Depending on the respective installation situation in the vehicle, the structure-borne noise generated by the dynamic imbalance can lead to complaints as a result of perceptible vibrations in the passenger compartment. The remaining possibilities of intervention, such as the attachment of damping elements in the transmission path, or the post-processing of plastic fans to reduce their Eingangsunwuchten, on the one hand consuming and on the other hand, no satisfactory reduction of vibration to cause.

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.The mass forces - static and dynamic unbalances - are caused by inhomogeneous mass distributions of the rotating assemblies rotor / armature and fan as well as by form and position tolerances to the axis of rotation of the drive. Form and position tolerances cause rotational and Hauptenträgheitsachse no longer coincide. A parallel shift between the axis of rotation and the main axis of inertia, for example, a cooling fan with recorded on the armature or rotor shaft.

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.Fan, leads to a static imbalance, while a tilted axis of rotation to the main axis of inertia can produce a centrifugal moment, which equals in its effects of a momentum imbalance or dynamic imbalance.

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.Flexible connections between axial fan and drive shafts are from each of the Druchschriften GB-A-1376710 or US-A-2702087 or US-A-4917573 or DE-A-10058935 or DE-A-19958261 known.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

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.The advantages of the solution proposed according to the invention are, above all, to be seen in the fact that by means of a soft connection of the axial fan to the armature or rotor of an electric drive, the axial fan aligns with increasing speed in the direction of the axis of rotation. Thus, the disturbance, d. H. the unbalance torque is automatically reduced by the rotation of the axial fan with increasing speed. The influence of shape tolerances of the Axiallüfterrades occurs with respect to the dynamic centrifugal torque considerably, since a self-alignment of the Axiallüfterrades takes place with respect to the axis of rotation. Form and position tolerances of the Axiallüftemades are thereby mitkompensiert automatically with respect to the dynamic imbalance.

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.Since the dynamic imbalance of an axial fan is clearly dominated by the dynamic imbalance of the axial fan, a two-level imbalance compensation at the armature or rotor of the electric drive can be dispensed with. This in turn holds a considerable potential for savings, since the processing steps belonging to the two-level imbalance compensation can now be completely eliminated. Possibly can be completely dispensed with the anchor balancing by limiting the unbalance compensation to a purely static balancing an axial fan on Axiallüfterrad.

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.Due to the soft configuration of the hub of Axiallüfterrades, or the junction of Axiallüfterrades with the armature or the rotor shaft, can be dispensed with the installation of scarce space consuming additional damping systems. The modifications of the hub of the Axiallüfterrades in terms of greater bending softness can also be done in the context of retrofitting already delivered engine cooling fan in a simple way and very inexpensive.

Zeichnungdrawing

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.With reference to the drawings, the invention will be explained in more detail below.

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.
It shows:
FIG. 1
an axial fan whose main axis of inertia is tilted to the axis of rotation,
FIG. 2
the misalignment of the axial fan on a replacement model of the axial fan,
FIG. 3
the misalignment δ of the axial fan at rotational speed ω = 0,
FIG. 4
the forces and moments acting on the replacement model of the axial fan and
FIG. 5
the side view of an axial fan with electric drive and
FIG. 6
the top view of the hub of the Axiallüfterrades as shown in FIG Fig. 5 .
FIG. 7
a further variant of the invention a flexurally soft receiving a Axiallüfterrades on a drive,
FIG. 8
a third embodiment of a flexible coupling of a Axiallüfterrades on a drive,
FIG. 9
a fourth embodiment of a flexible coupling of a Axiallüfterrades on the drive with deflection and
Figure 9.1
the coupling point of Axiallüfterrad and drive as shown in FIG Fig. 9 as a detail reproduced on an enlarged scale.

Ausfuhrungsvariantendesign variants

Fig. 1 zeigt ein Axiallüfterrad, dessen Hauptträgheitsachse zur Rotationsachse verkippt ist. Fig. 1 shows an axial fan whose main axis of inertia is tilted to the axis of rotation.

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.An axial fan wheel 1 comprises fan blades 2 and 3, which are arranged essentially on its outer circumferential region and are fastened on the circumference of a hub region 4. Preferably, an axial fan 1 as shown in FIG Fig. 1 manufactured as Kunststoffspritzgießbauteil. Such Axiallüfterrad is on an anchor or rotor shaft of an in Fig. 1 Not shown electric drive stored and the electrical Drive rotated. The Axiallüfterrad 1 has a Hauptenträgheitsachse, which in the illustration according to Fig. 1 with x - x is designated. Perpendicular to this extends another axis of inertia, which is denoted by y - y.

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.Moved to the mentioned axes of inertia x -x and y-y is a Rotationsachsenkoordinatensystem 8, which is characterized by the axis of rotation ξ-ξ and perpendicular to the axis η- η). Compared to the coordinate system spanned by the inertial axes, the rotation coordinate system 8 is slightly tilted. The axis of rotation ξ-ξ is rotatably mounted in bearings, of which a bearing is designed as a fixed bearing 5, which receives both axial and radial forces, while the other bearing 6 is designed as a floating bearing, which is only able to absorb radial forces and axial displacement of the Rotation axis ξ-ξ of Axiallüfterrades 1 permits.

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.Reference numeral 7 designates the center of gravity in which the axes of inertia x - x and y - y of the axial fan wheel 1 intersect. ω denotes the angular velocity with which the axial fan wheel, which is driven via the electric drive not shown here, rotates about the axis of rotation ξ-ξ.

Fig. 2 zeigt die Schiefstellung eines Axiallüfterrades anhand eines Ersatzmodells eines Axiallüfterrades. Fig. 2 shows the misalignment of a Axiallüfterrades using a replacement model of 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.According to the in Fig. 2 model representation is the axial fan 1 is idealized as a rigid disk, while its connection region to the rotation axis ξ - ξ is modeled as an axially acting spring arrangement 9 and 10 respectively.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 ist das Unwuchtmoment Jξη · 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.As shown in Fig. 2 is the unbalance moment J ξη · ω 2 directed so that the Lüfterhauptträgheitsachse x - x with the rotation axis ξ- ξ is brought to coincide, so that the torque supplied by the electric drive, not shown here by forming the connection of the modeled as a rigid disk fan can be exploited at the hub region to reduce the given by the centrifugal Jξη · ω 2 dynamic imbalance. In the modeled representation according to Fig. 2 the axis of rotation ξ-ξ is mounted in a fixed bearing 5 and in a floating bearing 6.

Am Festlager 5 greift in axialer Richtung die Axialkraft FAx (11) und radialer Richtung die Radialkraft FAy (12) an. Demgegenüber nimmt das Loslager 6 lediglich Kräfte in radialer Richtung gekennzeichnet durch FBy (13) auf. Mit δ ist der Winkel zwischen der Hauptträgheitsachse x - x des Axiallüfterrades 1 und dessen Rotationsachse ξ - ξ bezeichnet.At the fixed bearing 5, the axial force F Ax (11) and the radial direction engage the radial force F Ay (12) in the axial direction. In contrast, the floating bearing 6 takes only forces in the radial direction characterized by F By (13). The angle between the main axis of inertia x - x of the axial fan wheel 1 and its axis of rotation ξ - ξ is designated by δ.

Der Darstellung gemäß Fig. 3 ist die Schrägstellung δ des Axiallüfterrades bei der Drehzahl ω = 0 zu entnehmen.The representation according to Fig. 3 is the inclination δ of the Axiallüfterrades at the speed ω = 0 refer to.

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 ω 2 = 45000 gmm 2 2500 2 π 60 2 s - 2 = 3 , 08 Nm

Figure imgb0001
In an axial fan, centrifugal moments generate considerable forces and moments depending on the speed. At a maximum centrifugal moment of, for example, 45,000 gmm 2 , the axial fan impeller 1 has an unbalance torque of at 2,500 rpm M = J ξη ω 2 = 45000 gmm 2 2500 2 π 60 2 s - 2 = 3 . 08 nm
Figure imgb0001

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.As shown in Fig. 3 engages the moment in the direction of the arrow on a perpendicular to the plane extending axis of the modeled as a rigid disk Axiallüfterrades. By this moment, the Axiallüfterrad 1 by the angle α in the position designated by δ - α, also designated by reference numeral 1 ', moved. As a result, the main axis of inertia x -x of the axial fan wheel 1 approaches the position of the axis of rotation ξ-ξ by which the axial fan 1 rotates at the angular speed ω. From the calculation derived above, it becomes clear that the resetting of the principal axis of inertia x - x with respect to the position of the axis of rotation ξ - ξ increases with increasing rotational speed, since this takes place quadratically in the torque calculation. This means that with increasing speed the angle α increases and consequently the skewed position δ at ω = 0 is reduced with increasing speed until, ideally, the angle δ-α assumes the value 0. In this case, the main axis of inertia x - x of the axial fan wheel 1 coincides with its axis of rotation ξ - ξ.

Am Nabenbereich 4 des als starre Scheibe modellierten Axiallüfterrades 1 greifen die mit Fc 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 Jξη · ω2 gegebenen Moment entgegenwirken. Mit steigender Drehzahl wird das Axiallüfterrad 1 infolge des Zentrifugalmomentes Jξη· 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.On the hub portion 4 of the modeled as a rigid disk axial fan wheel 1, the forces 15 designated by F c attack which ξ- with respect to the rotation axis ξ of the axial fan 1 about the lever arm a, marked with reference numeral 14, attack and by the centrifugal J ξη · ω 2 counteract given moment. As the speed increases, the axial fan 1 is pressed in the direction of the axis of rotation ξ- infolge due to the centrifugal torque J ξη · ω 2 . It follows that as flexible bending design of the hub region, ie flexurally soft connection of the hub portion 4.27 of the Axiallüfterrades 1 with its axis of rotation ξ- ξ the self-adjusting and returning with the speed unbalance moment to return the main axis of inertia x - x of the Axiallüfterrades 1 in its axis of rotation ξ - ξ can be used for tilting at ω = 0.

Fig. 4 zeigt die am Ersatzmodell des Axiallüfters angreifenden Kräfte und Momente. Fig. 4 shows the forces and moments acting on the replacement model of the axial fan.

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 Jξη · 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.With δ minus α, the misalignment of the axial fan wheel 1, which is modeled as a rigid disk 1, is established at a given rotational speed ω 0. For resetting, ie for combining the main axis of inertia x - x with the axis of rotation ξ - ξ, the centrifugal moment J ξη · ω 2 is utilized with increasing speed as a result of the soft connection of the hub region 5 to the axis of rotation ξ - ξ. To a provision of the in accordance with Fig. 4 Axially fan wheel 1, modeled as a rigid disk, into an angular position in which the angular difference δ - α assumes the value 0, the most flexible, self-aligning of the axial fan wheel 1 enabling connection of the hub region 4 to the axis of rotation ξ - ξ is desirable.

Die sich in bezug auf das Axiallüfterrad 1 einstellende Momentenbeziehung für das Axiallüfterrad 1 lautet: ΣM = 0 , d . h . J ξη ω 2 = F c a .

Figure imgb0002
The torque relationship for the axial fan 1 that is established with respect to the axial fan 1 is as follows: .sigma..sub.m = 0 . d , H , J ξη ω 2 = F c a ,
Figure imgb0002

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.If this relationship is satisfied, the axial fan 1 aligns during its rotation about the axis of rotation ξ - ξ so that the axis of rotation ξ - ξ and the main axis of inertia x - x of the axial fan 1 coincide. The axial or radial forces acting on the bearings 5 and 6 of the axis of rotation ξ - einstell by means of axial fan wheels 1 are shown in the illustration Fig. 4 denoted by reference numerals 11, 12 and 13.

Der Darstellung gemäß Fig. 5 ist die Seitenansicht eines Axiallüfters mit elektrischem Antrieb zu entnehmen.The representation according to Fig. 5 shows the side view of an axial fan with electric drive.

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.According to the side view in Fig. 5 The axial fan 1 in its outer peripheral region comprises a number of fan blades 2 and 3, respectively, which are integrally formed on the circumference of a hub region 4. In the center of the hub region 4, the axial fan 1 is connected to an output shaft 20 of an electric drive 21. The electric drive 21 is accommodated in a housing 22, which protrudes partially into the cup-shaped hub region 4 of the axial fan wheel 1, to the axial length of the fan assembly as shown in FIG Fig. 5 To shorten. On the output shaft 20 of the electric drive 21, a disc 23 is accommodated from bendable, elastic material, which is connected to a plate-shaped or cup-shaped inverted inwardly portion 27 of the hub portion 4 of the Axiallüfterrades 1. To connect the recorded on the output shaft 20 of the electric drive 21 elastic disc 23 with the cup-shaped hub plate 27 of the hub portion 4 serve mounting screws 24. The mounting screws 24 are to increase the bending softness of the connection between the elastic disc 23 and hub plate 27 in the hub region 4 of the Axiallüfterrades 1 equipped with spring elements 30. The spring elements 30 may be provided on the fastening screws 24 either in the region of the cup-shaped recessed hub plate 27 or between the fastening screws 24 and the elastic disc 23.

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.Reference numeral 25 denotes holders with which the housing 22 of the electric drive 21 can be attached to a radiator assembly in the engine compartment of a motor vehicle.

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.Denoted at 26 is a balancing weight which is used for static balancing of the axial fan impeller 1 on a fan blade 3 on the circumference of the hub region 4 of the axial fan wheel 1 as shown in FIG Fig. 5 is included.

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.At the connection of the cup-shaped deepened hub plate 27 in the hub region 4 of the axial fan wheel 1 and the elastic disc 23 hub or disc holes 28 are formed in these two components, which are penetrated by the mounting screws 24 with optional spring elements 30 received thereon. The hub bores 28 are arranged on a Hubbohrungsteilkreis 29, which in Fig. 6 is shown in more detail.

Die Darstellung gemäß Fig. 6 zeigt die Draufsicht auf die Nabe des Axiallüfterrades gemäß Fig. 5.The representation according to Fig. 6 shows the top view of the hub of the Axiallüfterrades according to 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 Jξη · 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.The cup-shaped hub region 4 of the axial fan wheel as shown in FIG Fig. 5 here comprises 120 ° at the periphery of the hub portion offset from one another in the radial direction extending slots 31. The slots 31 are designed in a length 32 which exceeds the respective slot width 33 by a multiple. In addition to the radial slots 31 offset from one another here at an angle of 120 °, the formation of the hub region 4 of an axial fan wheel 1 is also possible with 4, 5, 6 or an even higher number of radial slots 31. Due to the formation of radial slots 31 in the wall of the hub region 4, which in the plane of the representation according to Fig. 6 is achieved, it is achieved that a self- alignment of the Axiallüfterrades 1 by the centrifugal J · ω 2 is achieved such that the main axis of inertia x -x of Axiallüfterrades 1 coincides with its axis of rotation ξ- ξ. In addition to a formation of radial slots 31 in the hub region 4 of the Axiallüfterrades 1, which in connection with the Fig. 5 already mentioned hub bores 28 are formed in the hub portion 4 on a Verschraubungsteilkreisdurchmesser 29, the diameter of which is less than half the diameter of the hub portion 4 of the Axiallüfterrades 1. The farther the hub bores 28, of which in the illustration according to Fig. 6 only three are arranged on the Verschraubungsteilkreisdurchmesser 29, in the direction of the bore 34, which is penetrated by the output shaft 20 of the electric drive 21 are arranged, the higher bending softness is in the hub region 4 of the axial fan 1 and promotes rotation of the axial fan 1 in angular velocity ω about the axis of rotation ξ - ξ the self-alignment and the Compensation of shape and position tolerances of the manufactured by a plastic injection molding axial fan 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 Fc · a erzeugen, welche dem mit steigender Drehzahl zunehmenden Zentrifugalmoment Jξη 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.An additional possibility of achieving a flexurally soft connection of the hub region 4 with the output shaft 20 of an electric drive 21 is to reduce the material thickness in the hub region 4 in the region of the cup-shaped hub plate 27. Furthermore, a more flexible connection of the hub region 4 to the output shaft 20 can be achieved of the electric drive 21 can be achieved in that on the spring elements 24, which connect the elastic disc 23 and the cup-shaped inverted hub plate 27 of the hub portion 4 together, spring elements are formed which generate depending on the deflection spring moments F c · a, which with the rising Speed counteract increasing centrifugal J ξη . If the two mentioned moments are in equilibrium, the axial fan 1 is aligned such that its principal axis of inertia x - x coincides with the axis of rotation ξ - und and no vibrations by structure-borne noise can be transmitted to other structural components in the engine compartment of a motor vehicle or to the interior of a motor vehicle.

Fig. 7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsvariante einer biegeweichen Aufnahme eines Axiallüfterrades an einem Antrieb. Fig. 7 shows a further embodiment variant according to the invention a flexurally soft receiving a Axiallüfterrades on a drive.

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.As shown in Fig. 7 are at the armature shaft 20 of an electric drive, not shown here, an elastic driver 23 and connected to the elastic carrier 23 hub plate 27 of the Axiallüfterrades 1 is added. In the embodiment variant according to Fig. 7 the elastic driver 23 is provided with an S-shaped configured profiling 50 which extends on the elastic carrier 23 in its radial direction. The hub plate 27 of the Axiallüfterrades 1 is screwed in the region of the Verschraubungsteilkreises 29 via fastening screws 24 with screw threads of the elastic driver 23. Between the screw heads of the fastening screws 24 and the planverlaufenden end face of the driver 23 made of elastic material, a spacer bushing 37 is received. This lies with a contact surface 39 on the flat end face of the driver 23 made of elastic material. In the region of the spacer bushing 37, a peripheral recess 35 is received on the hub plate 27, in which an elastic element is embedded. The elastic member 36 may be, for example, as shown in FIG Fig. 7 shown as an O-ring that surrounds the spacer 37. In its undeformed, ie its unloaded state allows the recessed into the circumferential recess 35 O-ring deflection s, which in the illustration according to Fig. 7 identified by reference numeral 38. This means that the hub plate 27 of the Axiallüfterrades to the in Fig. 7 drawn tilt angle δ can move, characterized in that in the recess 35 recessed insert member 36 is a flexible connection between the elastic driver 23 and the hub plate 27 of the Axiallüfterrades 1 is created.

Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsvariante einer biegeweichen Ankopplung eines Axiallüfterrades an einem Antrieb. Fig. 8 shows a third embodiment of a flexible coupling of Axiallüfterrades on a drive.

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.The representation according to Fig. 8 are also provided with an S-shaped profiling 50 driver 23 made of elastic material and a fastening screws 24 connected thereto hub plate 27 can be seen. In modification of the Fig. 7 illustrated embodiment is according to the in Fig. 8 represented third embodiment in the circumferential recess 35 on the hub plate 27 of the Axiallüfterrades a corrugated disc 40 made of metallic material. The recessed into the circumferential recess 35 made of metallic material corrugated plate 40 also allows a flexible coupling of the hub plate 27 of the Axiallüfterrades 1 to the driver 23 made of elastic material. The representation according to Fig. 8 It can be seen that a deflection path s is set by the wave plate 40 shown in the rest state between the flat surfaces of the hub plate 27 and the elastic driver 23, which in the illustration according to Fig. 8 analogous to the representation according to Fig. 7 designated by reference numeral 38. The deflection s ensures that the hub plate 27 can move with the axial fan impeller 1 formed thereon by the angle δ, so that a relative movement of the hub plate 27 to the elastic carrier 23 accommodated on the armature shaft 20 is ensured. The fastening screws 24, with which the hub plate 27 of the Axiallüfterrades 1 are connected to the planverlaufenden end side of the elastic driver 23 are arranged in Verschraubungsteilkreis 29.

Fig. 9 zeigt eine vierte Ausführungsvariante einer biegeweichen Ankopplung eines Axiallüfterrades am Antrieb mit einem Auslenkungsbereich. Fig. 9 shows a fourth embodiment of a flexible coupling of Axiallüfterrades on the drive with a deflection range.

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.The Axiallüfterrad 1 as shown in FIG Fig. 9 is received on the armature shaft 20 of an electric drive 21 with the interposition of a female member 42. The electric drive 21 is installed on here schematically illustrated holder 25 on a structural element of a vehicle. The axial fan 1 includes fan blades 2, in which balancing weights 26 may be arranged. On the housing 22 of the electric drive 21, the holder 25 are arranged, for example, at an angle of 120 ° to each other. The hub plate 27 of the axial fan wheel 1 encloses the electric drive 21 partially. The in Fig. 9 The area designated by the letter Y is shown in FIG Fig. 9.1 as reproduced in scale enlarged detail.

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.From the illustration according to Fig. 9.1 shows that in the area of a seat surface 46 of the armature shaft 20 of the electric drive 21, a female member 42 is received. The bushing element 42 is pressed against an abutment ring 47 by means of a clamping element 43 which is likewise supported on the armature shaft 20 in the region of an annular groove 45. The abutment ring 47 completely encloses the armature shaft 20 of the electric drive 21. The clamping element 43, which may be configured for example as a clamping disc, is supported with a leg on an edge of an introduced into the armature shaft 20 annular groove 45, while the farther outwardly extending leg of the clamping element 43 at the through the sleeve member 42 and the Hub plate 27 of the Axiallüfterrades 1 formed end face supported. The hub plate 27 and the socket member 42 are connected to each other via fastening screws 24. By the clamping element 43, the bearing 44 having a sleeve member 42 is provided in the axial direction against a contact surface 49 on the contact ring 47. As a result, the sleeve member 42 is fixed in the axial direction.

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.The armature shaft 20 of the electric drive 21 has a seat surface 46, on which the support 44 of the socket element 42 rests. The support 44 represents a tipping point of secured in the axial direction of the armature shaft 20, the tiltable in the radial direction bushing element 42. By a relative movement of the sleeve member 42 to the seat surface 46 of the armature shaft 20 may in the region of the approved tilting play 41 an inclined position of the on the tiltable mounted sleeve member 42 received hub plate 27 and thus the Axiallüfterrades 1 done. Self-adjusting dynamic imbalances are automatically compensated by this bearing of the sleeve member 42, acted upon by a clamping element 43 during the rotation of the armature shaft 20 of the electric drive 21.

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 = J x - J y 2 2 sinδ

Figure imgb0003

errechnen. Daraus ergibt sich δ = 1 2 arcsin 2 U dyn Jx - Jy ,
Figure imgb0004

mit einem Lüfterdurchmesser 390 mm und 463 g Lüftergewicht: Jx - Jy = m r 2 4 = 463 g 195 2 mm 2 4 = 4401. 10 3 g mm 2
Figure imgb0005

woraus sich ergibt δ = 1 2 arcsin 2 U dyn Jx - Jy = 1 2 arcsin ( 2 25000 gmm 2 4401 10 3 gmm 2 ) = 0 , 32 ° .
Figure imgb0006
The required tilt angle can be calculated from the expected dynamic imbalance of the blower. This will be briefly explained on the basis of a sample calculation. For a fan with 25000 gmm 2 expected dynamic imbalance, the required soft tilt angle can be determined by the relationship U dyn = J x - J y 2 2 sinδ
Figure imgb0003

calculate. This results in δ = 1 2 arcsin 2 U dyn jx - jy .
Figure imgb0004

with a fan diameter of 390 mm and 463 g fan weight: jx - jy = m r 2 4 = 463 G 195 2 mm 2 4 = 4,401th 10 3 G mm 2
Figure imgb0005

from which results δ = 1 2 arcsin 2 U dyn jx - jy = 1 2 arcsin ( 2 25000 gmm 2 4401 10 3 gmm 2 ) = 0 . 32 ° ,
Figure imgb0006

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.The calculated angle of 0.32 ° corresponds to a soft deflection of s = 50 · sin 0.32 ° = 0.28 mm, on the basis of a screw pitch circle 29 of 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.The design path s denoted by reference numeral 38 is about 3/10 mm based on this example calculation for the given example on the basis of the given data.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Axiallüfterradaxial fan
1'1'
Axiallüfterrad in RotationAxial fan in rotation
22
Lüfterflügelfan blades
33
Lüfterflügelfan blades
44
Nabenbereichhub area
55
Festlagerfixed bearing
66
Loslagermovable bearing
77
Schwerpunktmain emphasis
88th
RotationskoordinatensystemRotating coordinate system
99
Federelementspring element
1010
Federelementspring element
x -xx -x
Lüfterachse (Hauptträgheitsachse)Fan axis (main axis of inertia)
y - yy - y
LüfterhochachseFan vertical axis
ξ - ξξ - ξ
Rotationsachse AxiallüfterradRotary axis Axial fan
η - ηη - η
Verkippungtilt
Jξη·ω2:J ξη · ω 2 :
Zentrifugalmomentcentrifugal
ωω
Winkelgeschwindigkeitangular velocity
δδ
Schiefstellung bei ω = 0Misalignment at ω = 0
αα
Auslenkung bei ω ≠ 0Deflection at ω ≠ 0
δ- αδ-α
AuslenkungsdifferenzAuslenkungsdifferenz
1111
Axialkraftkomponente Festlager 5Axial force component fixed bearing 5
1212
Radialkrafkomponente Festlager 5Radial force component fixed bearing 5
1313
Radialkraftkomponente Loslager 6Radial force component floating bearing 6
1414
Hebelarm aLever arm a
1515
Federkraft Fc Spring force F c
2020
Ankerwellearmature shaft
2121
elektrischer Antriebelectric drive
2222
Gehäusecasing
2323
elastische Scheibeelastic disc
2424
Befestigungsschraubefixing screw
2525
Halterholder
2626
Wuchtgewichtbalance weight
2727
Nabentellerhub plate
2828
Nabenbohrunghub bore
2929
Verschraubungsteilkreisscrew connections
3030
Federelementspring element
3131
Radialschlitzradial slot
3232
Schlitzlängeslot length
3333
Schlitzbreiteslot width
3434
Bohrungdrilling
3535
umlaufende Ausnehmungcircumferential recess
3636
Einlegeelementinsertion element
3737
DistanzbuchseDistanzbuchse
3838
Auslenkung sDeflection s
3939
Anlageflächecontact surface
4040
Wellscheibewave washer
4141
KippspielSideplay
4242
Buchsenelementfemale member
4343
Spannelementclamping element
4444
AuflagerIn stock
4545
Ringnutring groove
4646
Sitzflächeseat
4747
AnlageringAnlagenring
4848
Ringraumannulus
4949
Anlagefläche BuchsenelementContact surface bushing element
5050
s-förmige MitnehmerprofilierungS-shaped driver profiling

Claims (20)

  1. Axial fan with a hub region (4, 27) for connecting an axial-fan wheel (1) of the axial fan to an output shaft (20) of an electrical drive (21), the axial fan being balanced statically by means of a balancing weight (26), characterized in that, between the axial-fan wheel (1) and the output shaft (20) of the electrical drive (21), in the hub region (4, 27) a pliable connection is formed, which, within a flexible tilting angle, allows the deflection of the axial-fan wheel (1) in the direction of its main inertia axis, and the pliable connection in the hub region (4, 27) comprises radially extending orifices (31), by means of which the hub region (4, 27) is connected by means of fastening screws (24) to a driver (23) received on the output shaft (20) of the electrical drive (21) and consisting of elastic material, and spring elements (30) or elastic insert elements (36, 40) are assigned to the fastening screws (24) of the hub region (4, 27) on the elastic driver (23).
  2. Axial fan according to Claim 1, characterized in that the length (32) of the orifices (31) in the radial direction exceeds their width (33).
  3. Axial fan according to Claim 1, characterized in that the material thickness of the axial-fan wheel is reduced in the hub region (4, 27).
  4. Axial fan according to Claim 1, characterized in that a dish-shaped hub depression (27) is formed in the hub region (4).
  5. Axial fan according to Claim 1, characterized in that this is produced by the 2-component injection-moulding method, the component with pliable properties, as compared with the component injection-moulded on in the blade region (2, 3), being provided in the hub region (4, 27).
  6. Axial fan according to Claim 1, characterized in that a screwing reference circle (29) in the hub region (4, 27) is designed with a diameter which is below half the diameter of the hub region (4, 27) of the axial fan.
  7. Axial fan according to Claim 6, characterized in that the number of hub bores (28) on the screwing reference circle (29) amounts to 3 at most.
  8. Axial fan according to Claim 1, characterized in that the spring elements (30) are arranged between the fastening screws (24) and the hub region (4, 27).
  9. Axial fan according to Claim 1, characterized in that the spring elements (30) are provided between the elastic driver (23) and the fastening screws (24).
  10. Axial fan according to Claim 1, characterized in that the driver (23) is formed from elastic material in an S-shaped profiling (50).
  11. Axial fan according to Claim 10, characterized in that the S-shaped profiling (50) extends in the radial direction on the driver (23).
  12. Axial fan according to Claim 1, characterized in that spacer bushes (37) are received between the elastic driver (23) and the hub dish (27) of the axial fan (1).
  13. Axial fan according to Claim 12, characterized in that the spacer bushes are held in bearing (39) on the elastic driver (23) and arranged in the region of the screwing reference circle (29).
  14. Axial fan according to Claim 12, characterized in that the spacer bushes (37) are assigned elastic insert elements (36, 40) surrounded by recesses (35) of the hub dish (27).
  15. Axial fan according to Claim 14, characterized in that the insert elements (36) are designed as O-rings.
  16. Axial fan according to Claim 14, characterized in that the insert elements (40) are constituted as corrugated resilient discs.
  17. Axial fan according to Claim 1, characterized in that the hub dish (7) of the axial fan (1) is fastened to a bush element (42) mounted tiltably on the anchor shaft (20).
  18. Axial fan according to Claim 17, characterized in that the bush element (42) is tensioned against a bearing ring (47) by means of a tension element (43) on the seat surface (46) of the anchor shaft (20).
  19. Axial fan according to Claim 17, characterized in that the bush element (42) has a bearing (44) allowing a tilting play (41).
  20. Axial fan according to Claim 18, characterized in that the tension element (43) tensioning the bush element (42) axially is supported in an annular groove (45) of the anchor shaft.
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