DE19905075C2 - Lüfterrad, insbesondere zum Einsatz für Heiz- oder Klimaanlagen von Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lüfterrad, welches insbesondere zum Einsatz für Heiz- oder Klima­ anlagen von Fahrzeugen geeignet ist.

In Kraftfahrzeugen werden Lüfterräder durch Gleichstrommotoren angetrieben. Diese Moto­ ren werden statorseitig permanentmagnetisch erregt. Im Rotor ist eine Ankerwicklung in of­ fenen Nuten untergebracht. Pro Umdrehung pulsiert das abgegebene Drehmoment mit der Nutenzahl oder deren Vielfachem. Somit entstehen aufgrund der Teilung des Kommutators bei Gebläsemotoren sogenannte harmonische Schwingungen, abhängig von der Nutenzahl. Weiterhin entstehen Schwingungen und Vibrationen abhängig von der Schaufelzahl des Lüf­ terrades und von der Unwucht des Lüfterrades, was zu ungewünschter Geräuschentwicklung bis hin zu einer Zerstörung des Lüfterrades führen kann.

Bisher wurde es versucht, die Arbeitspunkte des Lüfters außerhalb von Resonanzstellen zu legen bzw. das Lüfterrad so auszubilden, daß eine einfache herstellungstechnische Adaptation gegeben ist.

Aus der EP-A-0 182 145 ist ein Lüfterrad mit einer im wesentlichen zylindrischen Bohrung und einer diesbezüglichen, im wesentlichen konzentrisch angeordneten zylindrischen Nabe zur Montage des Lüfterrades an einer Motorwelle bekannt. Die zylindrische Bohrung ist unter Zwischenschaltung einer Einrichtung mit zumindest einem Verbindungselement mit der Nabe in Eingriff bringbar. Um einen Betrieb außerhalb des Resonanzbereiches zu gewährleisten, kann das Federelement bezüglich Länge und Breite angepaßt werden, wobei jedoch die Ein­ richtung als radial und axial stabil vorgesehen ist.

Ferner ist aus der FR-A-2 431 049 ein Radiallüfterrad bekannt, bei dem die Übertragung von unerwünschten Unwuchten des Schaufelkranzes auf die Antriebswelle und die damit bedingte geräuschbehaftete größere Laufunruhe durch solche elastischen Zwischenteile zwischen der Nabe und dem Schaufelkranz vermieden werden soll, die durch eigene Verformung die ra­ diale Verschiebung des Schaufelkranzes aufgrund von Unwuchtbelastungen kompensieren und dadurch von der Antriebswelle und deren Lagern fernhalten können. Um dies zu errei­ chen, umfaßt die Einrichtung Zwischenteile, die als im wesentlichen tangential verlaufende Teilbogenstücke zwischen der Nabe und dem Schaufelkranz angeordnet sind.

Aus der DE 29 09 083, ist ein Lüfterrad mit den Merkmalen des Oberbegriffes des neuen An­ spruches 1 bekannt. Das gattungsgemäße Lüfterrad verfügt über zwei starre Elemente, zwi­ schen denen ein elastisches Teil zwischengelagert ist, um Schwingungen zu dämpfen, wobei für das elastische Teil, insbesondere vulkanisiertes Gummi vorgeschlagen wird. Ferner wer­ den zum Zwecke der Gewichtseinsparung Bohrungen in den starren Elementen vorgeschla­ gen.

Aus der DE-PS 57 81 28 ist ein weiteres Lüfterrad bekannt, bei dem eine schalldämpfende Scheibe aus Gewebegummi die Nabe umgebend vorgesehen ist. Hierbei ist angegeben, daß das Gewebegummi für den vorliegenden Zweck ein ganz besonders vorteilhafter Werkstoff sei, da er neben den schalldämpfenden Eigenschaften den Vorteil großer Festigkeit hat und seine Gestalt bei Beanspruchung nicht verändert.

Schließlich ist aus der DE-OS 21 10 889 eine elastische Kupplung bekannt, die in der Form eines Ringes aus verhältnismäßig nachgiebigem Werkstoff zwischen Rotor und Antriebswelle mit aufgesteckter Nabe eingesetzt werden kann.

Es ist jedoch bis dato kein Lüfterrad bekannt, welches in zufriedenstellender Weise harmoni­ schen Schwingungen, abhängig von der Nutenzahl, und Schwingungen oder Vibrationen, ab­ hängig von der Schaufelzahl und der Unwucht des Lüfterrades, entgegenwirken kann.

Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lüfterrad mit einer im we­ sentlichen zylindrischen Bohrung und einer diesbezüglich im wesentlichen konzentrisch an­ geordneten zylindrischen Nabe zur Montage des Lüfterrades an einer Motorwelle, wobei die zylindrische Bohrung unter Zwischenschaltung einer Einrichtung mit zumindest einem Ver­ bindungselement mit der Nabe in Eingriff bringbar ist, wobei die zwischengeschaltete Ein­ richtung ein elastisch verformbares und schwingungsdämpfendes Material umfaßt in solch einer Weise weiterzubilden, daß sowohl von dem Motor induzierte Schwingungen als auch durch das Lüfterrad selbst bewirkte Schwingungen und Vibrationen praktisch vollständig eli­ miniert werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Lüfterrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Insbesondere schlägt die Erfindung vor, daß als geometrische Anpassung, zur Verbesserung der Entkopplung und/oder Dämpfung, in dem elastisch verformbaren und schwingungsdämp­ fenden Material diesbezüglich unmittelbar angrenzend zumindest ein Hohlraum ausgebildet ist. Demzufolge stellt die Einrichtung mit dem elastisch verformbaren und schwingungsdämpfen­ den Material ein schwingungstechnisch optimiertes Entkopplungselement dar.

Die Größe und Ausgestaltung des Hohlraumes kann die Eigenschaften der zwischengeschal­ teten Einrichtung wesentlich beeinflussen. Beispielhaft können Hohlräume so ausgebildet sein, daß sich im wesentlichen radial erstreckende Materialabschnitte verbleiben. Alternativ oder zusätzlich kann bei einer insbesondere vorteilhaften Ausführungsform ein Hohlraum ausgebildet sein, der sich im wesentlichen tangential in dem Material erstreckt, wobei der Hohlraum unterschiedliche Konfigurationen annehmen kann, beispielhaft einen Zickzack- Pfad oder auch einen gekrümmten Pfad beschreibend.

Die Einbringung eines Hohlraumes ermöglicht eine auf den Einzelfall festlegbare lokale Be­ einflussung des Schwingungsverhaltens des gesamten Lüfterrades, wobei sich zudem der er­ hebliche Vorteil ergibt, daß ggf. entstehende Wärme einfach abgeführt werden kann, so daß die Wahrscheinlichkeit einer Materialermüdung durch thermische Beanspruchungen praktisch ausgeschlossen werden kann.

Vorteilhafterweise umfaßt die zwischengeschaltete Einrichtung als elastisch verformbares und schwingungsdämpfendes Material, z. B. Silikon, ein Elastomer, ein thermoplastisches Elasto­ mer oder einen technischen Schaum, z. B. PU-Schaum oder auch einzelliges Material. Es sollte erwähnt werden, daß auch unterschiedliche Materialkombinationen zu einer gewünsch­ ten Entkopplung und Schwingungsdämpfung führen können.

Vorteilhafterweise umfaßt die zwischengeschaltete Einrichtung einen äußeren Ring, der mit der zylindrischen Bohrung in Eingriff bringbar ist. Dementsprechend kann die Einrichtung aus einer gewünschten Materialkombination gebildet werden, wobei insbesondere eine Hart- Weich-Hart-Anordnung bevorzugt ist. Beispielhaft könnte die Nabe aus einem harten Kunst­ stoff oder Metall gebildet sein, umgeben von dem elastisch verformbaren und schwingungs­ dämpfenden Material, welches wiederum von dem äußeren Ring umgeben wird, der z. B. aus einem harten Kunststoff oder ebenfalls aus Metall gebildet sein kann.

Bevorzugt ist das elastisch verformbare und schwingungsdämpfende Material mit der zylin­ drischen Bohrung bzw. dem äußeren Ring und/oder der Nabe chemisch verbunden, insbeson­ dere verklebt oder mittels Mehrkomponententechnik einstückig hergestellt. Anders ausgedrückt ist es möglich, die einzelnen Bestandteile der zwischengeschalteten Einrichtung diskret oder separat herzustellen, um diese anschließend gegebenenfalls miteinander chemisch oder mechanisch zu verbinden. Alternativ kann die Einrichtung oder auch das gesamte Lüfter­ rad einstückig mittels Mehrkomponententechnik hergestellt werden, z. B. mittels Mehrkom­ ponenten-Spritzgußverfahren.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform bildet das elastisch verformbare und schwingungs­ dämpfende Material mit der zylindrischen Bohrung bzw., wenn vorgesehen, mit dem äußeren Ring und/oder der Nabe einen reibschlußmäßigen Eingriff. Durch einen reibschlußmäßigen Eingriff kann bei übermäßiger Drehmomentsbeaufschlagung, z. B. bei einer Blockierung des Lüfterrades, die zwischengelagerte Einrichtung in der Art einer Rutschkupplung wirken. Die­ se Anordnung erlaubt des weiteren eine besonders einfache Montage, wenn die einzelnen Be­ standteile der zwischengeschalteten Einrichtung als diskrete einzelne Elemente hergestellt sind. In diesem Fall genügt es, die einzelnen Bestandteile miteinander auszurichten und an­ schließend kraftmäßig zu beaufschlagen, so daß die einzelnen Bestandteile ineinandergleiten, um dort mittels Reibschluß miteinander in Eingriff zu stehen.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das elastisch verformbare und schwin­ gungsdämpfende Material mit der zylindrischen Bohrung bzw. dem äußeren Ring und/oder der Nabe mittels Formschluß in Eingriff bringbar. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei relativ großen Lüfterrädern bevorzugt, wenn ein entsprechend hohes Drehmoment anliegt.

Um das Dämpfungs- und Schwingungsverhalten der zwischengeschalteten Einrichtung weiter beeinflussen zu können, kann an der zylindrischen Bohrung bzw. dem äußeren Ring und/oder der Nabe zumindest ein Vorsprung vorgesehen sein, sich in das elastisch verformbare und dämpfende Material erstreckend.

Vorteilhafterweise sollte die zwischengelagerte Einrichtung lösbar mit dem Rest des Lüfter­ rades in Eingriff bringbar sein. In dieser Weise kann zuerst die Nabe mit zugeordneter Ein­ richtung an der Motorwelle montiert werden, um anschließend den Rest des Lüfterrades auf­ zunehmen. Des weiteren ermöglicht es diese Ausgestaltung, auch nachträglich die zwischen­ gelagerte Einrichtung mit der Nabe als Lager insgesamt auszutauschen.

Schließlich ist es bevorzugt, daß eine Arretiervorrichtung vorgesehen ist, die den lösbaren Eingriff zwischen der zwischengeschalteten Einrichtung und dem Rest des Lüfterrades er­ laubt. Solch eine Arretiereinrichtung könnte in der Form einer Nut-/Federanordnung, einer Schwalbenschwanzeinrichtung oder auch in der Form eines Bajonettverschlusses bereitge­ stellt sein.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger derzeit bevorzugter, rein illustrativer Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen gilt:

Fig. 1 zeigt schematisch in Aufsicht bevorzugte Ausführungsformen, wobei jeweils eine Aus­ führungsform in einem Quadranten des Lufterrades angedeutet ist.

Fig. 2 zeigt in schematischer Aufsicht ein Lüfterrad als noch weitere bevorzugte Ausfüh­ rungsform der Erfindung, wobei die im vierten Quadranten von Fig. 1 gezeigte Ausge­ staltung der zwischengelagerten Einrichtung zum Einsatz kommt.

In Fig. 1 sind in schematischer Aufsicht bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsge­ mäßen Lüfterrades 10 dargestellt. Das Lüfterrad 10 umfaßt an der äußeren Peripherie in be­ kannter Weise Lüfterradschaufeln 11. Der sich den Schaufeln 11 anschließende Abschnitt des Lüfterrades 10 bildet eine zylindrische Bohrung 12. Im wesentlichen mittig und konzentrisch bezüglich dieser zylindrischen Bohrung 12 ist eine Motorwelle 16 vorgesehen, die von einer Nabe 14 umfaßt wird. In der gezeigten Ausführungsform ist die Welle 16 aus Metall herge­ stellt.

Die Einrichtung 20 ist in der gezeigten Ausführungsform aus einem geeigneten Kunststoff, wie z. B. Elastomer, thermoplastisches Elastomer oder technischer Schaum, ausgebildet. Das elastisch verformbare und schwingungsdämpfende Material der Einrichtung 20 kann unmit­ telbar an der zylindrischen Bohrung 12 mit dem Rest des Lüfterrades 10 chemisch, oder phy­ sikalisch bei thermoplastischem Elastomer, verbunden, insbesondere bondiert oder mittels Zweikomponententechnik hergestellt sein. Der Übergang zwischen dem elastisch verformba­ ren und schwingungsdämpfenden Material der Einrichtung 20 und der Nabe 14 kann auf einer kraftschlüssigen Bindung, insbesondere einem Reibschluß beruhen. Demzufolge kann bei Blockierung des Lüfterrades ein gewisser Schlupf zwischen der Nabe 14 und dem elastisch verformbaren und schwingungsdämpfenden Material der Einrichtung 20 stattfinden, so daß eine Zerstörung des gesamten Lüfterrades nicht stattfindet.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform enthält optional einen äußeren Ring 28 zwischenge­ lagert zwischen dem elastisch verformbaren und schwingungsdämpfenden Material und der zylindrischen Bohrung 12, als zusätzlicher Bestandteil der Einrichtung 20. Bei der dargestell­ ten Ausführungsform sind die Nabe 15 und der äußere Ring 28 aus relativ hartem Material hergestellt, z. B. aus Polybutylenterephthalat, einem anderen Kunststoff, oder auch Metall, wobei das elastisch verformbare und schwingungsdämpfende Material Elastomer, z. B. Sili­ kon, thermoplastisches Elastomer oder technischer Schaum ist. Demzufolge bildet die zwi­ schengelagerte Einrichtung 20 mit der Nabe eine Hart-Weich-Hart-Anordnung in radialer Richtung.

Der Fachmann wird erkennen, daß bei der gezeigten Ausführungsform bei den unterschiedli­ chen Schnittstellen zwischen Nabe 14, dem elastisch verformbaren und schwingungsdämp­ fenden Material, dem optionalen Außenring 28 und dem Rest des Lüfterrades jeweils eine chemische und/oder mechanische Bindung vorliegen kann. Als chemische Verbindungen sind insbesondere die Bondierung, Verklebung oder auch die Herstellung mittels Mehrkomponen­ tentechnik anzuführen, während als mechanische Bindungen insbesondere Reibschluß und Formschluß anzuführen sind, wobei, wie vorangehend erwähnt, das Vorsehen von Reibschluß eine Art Rutschkupplung bereitstellen kann.

Die Verformungs- und Dämpfungseigenschaften der gesamten zwischengeschalteten Ein­ richtung 20 lassen sich mittels Hohlräumen und/oder Versteifungen auf die jeweiligen Be­ dürfnisse anpassen. Es sind in jeweiligen Quadranten unterschiedliche dieser Möglichkeiten beispielhaft skizziert. Im ersten Quadranten ist in dem elastisch verformbaren und schwin­ gungsdämpfenden Material eine bogenförmige Aussparung 23 ausgebildet, wobei sich der resultierende Hohlraum im wesentlichen tangential um die Nabe 14 herum über zumindest einen Teil des Umfangs erstreckt.

Im zweiten Quadranten der Darstellung von Fig. 1 umfaßt die Nabe 14 einen Vorsprung 15, der sich hinein in das elastisch verformbare und schwingungsdämpfende Material erstreckt. In der gezeigten Ausführungsform weist ebenfalls der äußere Ring 28 Vorsprünge 27 auf, die sich als Versteifungen in dem elastisch verformbaren Material erstrecken. Obwohl bei dieser Ausführungsform Versteifungsvorsprünge sowohl an der Nabe 14 als auch dem äußeren Ring 28 vorgesehen sind, sollte der Fachmann erkennen, daß auch das Bereitstellen an z. B. nur der Nabe 14 möglich ist. Des weiteren sollte der Fachmann erkennen, daß die an der Nabe 14 vorgesehenen Vorsprünge 15 und die an dem äußeren Ring 28 vorgesehenen Vorsprünge 27, obwohl versetzt dargestellt, auch aneinander entsprechenden Positionen ausgebildet sein könnten. Des weiteren könnten die Vorsprünge 15, 27 auch als Verbindungsstege ausgebildet sein, die den äußeren Ring 28 mit der Nabe 14 verbinden. Neben den Versteifungselementen 15, 27 sind in dem zweiten Quadranten von Fig. 3 zwei voneinander isoliert vorgesehene Hohlräume 25 ausgebildet, die einen zickzackförmigen Pfad beschreiben.

Im dritten Quadranten der Fig. 1 ist eine Anordnung ähnlich zu dem zweiten Quadranten dar­ gestellt, wobei jedoch ein einstückiger Hohlraum 24 ausgebildet ist, sich über einen schlan­ genlinienförmigen Pfad erstreckend. Insbesondere ist zwischen jeweils zwei Versteifungsele­ menten 15, 27 zumindest ein gekrümmter Abschnitt des Hohlraumes 24 bereitgestellt.

Obwohl bei der Beschreibung der zwei vorangegangenen Quadranten jeweils eine Kombina­ tion von Versteifungselementen 15, 27 mit Hohlräumen 24, 25 beschrieben wurde, sollte der Fachmann erkennen, daß auch das isolierte Bereitstellen von Hohlräumen möglich ist, um eine entsprechende Adaptation für das spezifisch herzustellende Lüfterrad zu ermöglichen.

Im vierten Quadranten der in Fig. 1 gezeigten Darstellung ist ein Hohlraum 22 in dem ela­ stisch verformbaren und schwingungsdämpfenden Material ausgebildet, der sich von dem äußeren Ring 28 hin zu der Nabe 14 erstreckt. Dementsprechend verbleiben Abschnitte aus einem elastisch verformbaren und schwingungsdämpfenden Material, sich praktisch radial erstreckend zwischen der Nabe 14 und dem äußeren Ring 28.

Die im vierten Quadranten von Fig. 1 angedeutete Ausführungsform entspricht bezüglich der Ausbildung von Hohlräumen im wesentlichen der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform bilden die die Welle 16 umgebende Nabe 14, das elastisch verform­ bare Material und der äußere Ring 28 eine konstruktive Einheit, die lösbar und arretierbar mit dem Rest des Lüfterrades 10 in Eingriff bringbar ist. Zu diesem Zweck ist an der äußeren Pe­ ripherie des äußeren Ringes 28 und an der zylindrischen Bohrung 12 ein Art Bajonettver­ schluß ausgebildet, so daß ein arretierbarer Eingriff bereitgestellt werden kann. Der Fachmann wird erkennen, daß auch andere Eingriffsmöglichkeiten, z. B. mittels Gewinde, Schwalben­ schwanzanordnung und dergleichen, möglich sind.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorangehend vollständig und im Detail unter Bezugnahme auf derzeit bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, daß verschiedene Veränderungen und Modifikationen im Rahmen der beigefügten Ansprüche möglich sind. Insbesondere wird der Fachmann erkennen, daß das elastisch verformbare und schwingungsdämpfende Material beispielhaft auch ein aufgeschäumtes Elastomer oder ein technischer Schaum sein könnte. Des weiteren wird der Fachmann erkennen, daß verschie­ denste Anordnungen von Hohlräumen und optionalen Versteifungselementen die Verfor­ mungs- und Dämpfungseigenschaften in der gewünschten Weise beeinflussen können, so daß die angegebenen Konfigurationen diesbezüglich als lediglich beispielhaft zu erachten sind.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß das erfindungsgemäße Lüfterrad konstruktiv ein­ fach aufgebaut ist, fertigungstechnisch leicht zu realisieren und dank der Verwendung des elastisch verformbaren und schwingungsdämpfenden Materials mit zumindest einem unmit­ telbar angrenzenden Hohlraum eine Elimination von harmonischen Schwingungen und son­ stigen Unwuchten oder Vibrationen ermöglicht.

Claims (9)

1. Lüfterrad (10) mit einer im wesentlichen zylindrischen Bohrung (12) und einer diesbe­ züglich im wesentlichen konzentrisch angeordneten zylindrischen Nabe (14) zur Montage des Lüfterrades (10) an einer Motorwelle (16), wobei die zylindrische Bohrung (12) unter Zwischenschaltung einer Einrichtung (20) mit zumindest einem Verbindungselement mit der Nabe (14) in Eingriff bringbar ist, wobei die Einrichtung (20) ein elastisch verformba­ res und schwingungsdämpfendes Material umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ richtung (20) in dem elastisch verformbaren und schwingungsdämpfenden Material zu­ mindest einen unmittelbar diesbezüglich angrenzenden Hohlraum (22; 23; 24; 25) umfaßt.

2. Lüfterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (20) als ela­ stisch verformbares und schwingungsdämpfendes Material ein Silikon oder ein Elastomer, insbesondere ein thermoplastisches Elastomer umfaßt.

3. Lüfterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (20) einen äußeren Ring (28) umfasst, der mit der zylindrischen Bohrung (12) in Eingriff bringbar ist.

4. Lüfterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch verformbare und schwingungsdämpfende Material mit der zylindrischen Bohrung (12) bzw. dem äußeren Ring (28) und/oder der Nabe (14) chemisch verbunden ist, insbesondere verklebt oder in Mehrkomponententechnik gebildet.

5. Lüfterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch verformbare und schwingungsdämpfende Material mit der zylindrischen Bohrung (12) bzw. dem äußeren Ring (28) und/oder der Nabe (14) unter Reibschluß in Eingriff steht.

6. Lüfterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elastisch verformbare und schwingungsdämpfende Material mit der zylindrischen Bohrung (12) bzw. dem äußeren Ring (28) und/oder der Nabe (14) unter Formschluß in Eingriff steht.

7. Lüfterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Bohrung (12) bzw. der äußere Ring (28) und/oder die Nabe (14) zumin­ dest einen Vorsprung (15, 27) aufweist, sich in das elastisch verformbare und schwin­ gungsdämpfende Material erstreckend.

8. Lüfterrad nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (20) lösbar mit der zylindrischen Bohrung (12) in Eingriff bringbar ist.

9. Lüfterrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ineingriffbringen der Einrichtung (20) mit der zylindrischen Bohrung (12) eine Arretiereinrichtung (29, 30) vorgesehen ist.