[0001] Die Erfindung betrifft einen geräuschoptimierten Mantellüfter mit einem Lüfterrad,
das von einer Nabe ausgehende Lüfterflügel und einen die Lüfterflügel an ihren nabenfernen
Enden umschließenden, mit dem Lüfterrad umlaufenden Lüftermantel aufweist.
[0002] Bei Lüfteranordnungen unterscheidet man sogenannte Mantellüfter und mantellose Lüfter.
Bei mantellosen Lüftern rotiert das Flügelrad des Mantels in einer gestellfesten Zarge,
die die Lüfterflügel an ihren nabenfernen Enden umschließt und die Luftstromführung
bewerkstelligt. Mantellüftern dagegen besitzen einen die Lüfterflügel an ihren nabenfernen
Enden umschließender fest mit diesen verbundenen Lüftermantel, der mitrotiert und
strömungstechnisch die Funktion der Zarge übernimmt.
[0003] Ein bekannter Vorteil von Mantellüftern gegenüber mantellosen Lüftern besteht darin,
dass diese aufgrund ihres mitrotierenden Mantels unempfindlicher auf die Größe des
Luftspalt zwischen Lüfteraußendurchmesser und dem Innendurchmesser der gestellfesten
Zarge reagieren. Bei mantellosen Lüftern nimmt dagegen der strömungstechnische Wirkungsgrad
mit zunehmendem Luftspalt ab und die erzeugten Strömungsgeräusche mit zunehmendem
Luftspalt zu.
[0004] Bei Einbauanordnungen, bei denen Lüfter und Zarge zueinander große Relativbewegungen
ausführen, z. B. bei Kühlern von Brennkraftmaschinen, muss ein großer Luftspalt zwischen
Zarge und Lüfterrad vorhanden sein. Mantellose Lüfter sind bei solchen Anwendungen
strömungstechnisch und strömungsakustisch, gegenüber Mantellüftern im Nachteil.
[0005] Bei Untersuchungen an den unterschiedlichen Lüftertypen wurde nun gefunden, dass
beim Einleiten von Körperschall in das Lüfterrad, z. B. dadurch, dass dieses mit der
Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine direkt verschraubt wird, für den dann von dem
Lüfterrad abgestrahlten Luftschall genau umgekehrte Verhältnisse vorliegen. Bei Mantellüftern
bilden Nabe, Lüfterflügel und Mantel eine starre Baueinheit, die eingeleiteten Körperschall
über die gesamte Flügelfläche mit nahezu der gleichen Phasenlage und nahezu gleichem
Abstrahlgrad pro Frequenzband abgestrahlt. Bei mantellosen Lüftern dagegen strahlen
die Flügel eingeleiteten Körperschall einzeln und mit deutlich unterschiedlicher Phasenlage
ab, wodurch es, durch Interferenz zu weniger abgestrahltem Luftschall kommt. Damit
steht dem Strömungsakustischen Vorteil von Mantellüftern ein Nachteil beim Abstrahlen
von Körperschall entgegen. Darüber hinaus besitzt eine solche starre Baueinheit wie
das Lüfterrad eines Mantellüfters eine wesentlich höhere Steifigkeit und damit ein
schlechteres Dämpfungsverhalten wie das Lüfterrad eines mantellosen Lüfters, was sich
ebenfalls negativ auf die Abstrahlung von eingeleitetem Körperschall auswirkt.
[0006] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen geräuschoptimierten Mantellüfter anzugeben,
der die akustischen Vorteile beider Bauweisen vereint.
[0007] Gelöst wird die Aufgabe durch einen Mantellüfter gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches
1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
[0008] Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei einem Lüfter, ohne den Luftdurchsatz
negativ zu beeinflussen, eine Geräuschreduzierung dann erreichbar ist, wenn einerseits
das Konzept des Mantellüfters verwendet wird und andererseits eine zumindest teilweise
schwingungstechnische Entkopplung der Lüfterflügel vorgenommen wird. Durch die vorgeschlagene
Maßnahme wirkt der Lüftermantel sowohl strömungstechnisch wie auch strömungsakustisch
ebenso wie bei einem konventionellen Mantellüfter, das Abstrahlverhalten der schwingungstechnisch
entkoppelten Lüfterflügel bei in das Lüfterrad eingeleitetem Körperschall entspricht
dagegen weitgehend dem von mantellosen Lüftern.
[0009] Eine vorteilhafte Möglichkeit für eine schwingungstechnische Entkopplung ist dadurch
erreicht, dass lediglich ein Teil der Anzahl der Lüfterflügel starr mit dem Lüftermantel
verbunden sind, während die übrigen Lüfterflügel einen Luftspalt zwischen dem nabenfernen
Lüfterflügelende und dem Lüftermantel aufweisen, also gegenüber diesem frei schwingen
können. Es ist dabei weiter vorteilhaft, die Zahl der an den Lüftermantel starr angebunden
Lüfterflügel gleich zwei oder größer zu wählen und die angebundenen Lüfterflügel gleichmäßig
über den Umfang des Lüfterrades zu verteilen, um Unwuchten zu vermeiden.
[0010] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass zumindest
ein Teil der Lüfterflügel mit Ihrem nabenfernen Ende elastisch an den Lüftermantel
angebunden sind. Dies geschieht vorteilhaft dadurch, dass die Zahl der elastisch angebunden
Lüfterflügel gleich zwei oder größer gewählt wir und dass die elastisch angebundenen
Lüfterflügel gleichmäßig über den Umfang des Lüfterrades verteilt sind, um Unwuchten
weitgehend auszuschließen. Die elastische Anbindung kann dabei vorteilhaft unter Zwischenlage
eines Elastomers erfolgen.
[0011] Zur schwingungstechnischen Abkopplung der Lüfterflügel vom Lüftermantel bietet es
sich weiterhin in vorteilhafter Weise an, auf eine Anbindung der Lüfterflügel an den
Lüftermantel ganz zu verzichten und statt dessen den Lüftermantel an die Nabe des
Lüfterrades über wenigstens zwei gleichmäßig über den Umfang der Nabe verteilte Stege
anzubinden, so dass zwischen den nabenfernen Enden der Lüfterflügel und dem Lüftermantel
ein Luftspalt verbleibt. Die Stege sind dabei vorteilhaft so auszugestalten, dass
sie der von den Lüfterflügeln geförderten Luft einen möglichst geringen Widerstand
entgegensetzen bzw. dass sie den Luftstrom möglicht wenig beeinflussen.
[0012] Beispiele aus denen sich weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Mantellüfters ergeben,
sind nachfolgen unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert, es zeigen:
- Fig. 1
- Ein Lüfterrad eines Mantellüfters in Draufsicht
- Fig. 2
- Ausschnittdarstellung einer starren Anbindung eines Lüfterflügels an den Lüftermantel
- Fig. 3
- Ausschnittdarstellung eines nicht an den Lüftermantel angebundenen Lüfterflügels
- Fig. 4
- Ausschnittdarstellung eines unter Zwischenlage eines Elastomers an den Lüftermantel
angebundenen Lüfterflügels
- Fig. 5
- Ausschnittdarstellung eines mittels zusätzlicher Stege an die Nabe eines Lüfterrades
angebundenen Lüftermantels
[0013] Wie bereits ausgeführt, sind bei konventionellen Mantellüftern die Lüfterflügel starr
mit dem Lüftermantel des Lüfterrades verbunden. Die Erfindung geht nun davon aus,
dass eine Geräuschoptimierung einer solchen Anordnung dadurch zu erreichen ist, dass
zumindest ein teil der Anzahl der Lüfterflüge schwingungstechnisch entkoppelt wird.
Ein Beispiel, wie dies erfolgen kann, ist in Fig. 1 gezeigt. Ein in Draufsicht dargestelltes
Lüfterrad 1 weist von seiner Nabe 2 ausgehende Lüfterflügel 3, 3' auf, die sich radial
nach außen erstrecken. Die Lüfterflügel 3 sind mit ihren nabenfernen Enden 4 mit einem
Lüftermantel 5 starr verbunden, der konzentrisch zur Nabe 2 angeordnet ist und sich
rohrförmig in die Zeichenebene hinein erstreckt, derart dass das Profil der zur Zeichenebene
schräg angeordneten Lüfterflügel 3 vollständig im rohrförmigen Lüftermantel 5 liegt.
Die Lüfterflügel 3' weisen mit ihren nabenfernen Enden 4' keine Verbindung zu dem
Lüftermantel 5 auf, sondern sind durch einen Luftspalt 6 von diesem getrennt.
[0014] Eine Ausschnittdarstellung des Endes eines Lüfterflügels 3 ist in Fig. 2 gezeigt.
Wie aus der Darstellung erkennbar, ist das nabenferne Ende 4 des Lüfterflügels 3 fest
mit dem Lüftermantel 5 verbunden. Die Verbindung ist als starre Verbindung auf verschiedene
Weise ausführbar und wird z. B. dadurch erreicht, dass der Lüftermantel an die Lüfterflügel
angeformt, bzw. einstückig mit diesen ausgeführt ist. Um nun das Problem der gleichphasigen
Abstrahlung von in das Lüfterrad eingeleitetem Körperschall zu minimieren, wird eine
möglichst große Anzahl der Lüfterflügel 3' gemäß der Erfindung so ausgeführt, dass,
wie bereits oben zu Fig. 1 beschrieben, ihre nabenfernen Enden 4' von dem Lüftermantel
5 beabstandet sind. Eine Ausschnittdarstellung des Endes eines solchen Lüfterflügels
3' zeigt Fig. 3. Wie in dieser Darstellung erkennbar, ist zwischen dem nabenfernen
Ende 4' des Lüfterflügels 3' und dem Lüftermantel 5 ein Luftspalt 6 vorgesehen, der
bewirkt, dass der Lüfterflügel 3', unabhänig von allen übrigen Lüfterflügel, um seine
starre Anbindung an die Nabe 2 (Fig. 1) frei schwingen kann. Wie bereits einleitend
ausgeführt, bewirkt diese schwingungstechnische Abkopplung möglichst vieler Lüfterflügel
von dem Lüftermantel, dass diese abgekoppelten Lüfterflügel in das Lüfterrad eingeleiteten
Körperschall mit individueller Phasenlage und Amplitude als Luftschall abstrahlen,
was durch Interferenzen zu einer in der Summe geringeren Schallabstrahlung führt.
Durch die Anbindung einer geringen Anzahl von Lüfterflügel an den Lüftermantel wird
die Ankopplung des Lüftermantels an die übrigen Teile des Lüfterrades darüber hinaus
weniger starr, was sich positiv auf die innere Schwingungsdämpfung des Lüfterrades
auswirkt und auch dadurch zu einer geringeren Abstrahlung von Luftschall führt.
[0015] Die Anzahl der an den Lüftermantel anzubindenden Lüfterflügel richtet sich einmal
nach den zu bewältigenden Massenträgheitsmomenten bei der Beschleunigung des Lüfterrades,
zum anderen sind Unwuchten im Lüfterrad zu vermeiden. Unter diesen Gesichtspunkten
kann, ausgehend von einer Mindestanzahl von zwei, eine beliebige Anzahlen von Lüfterflügel
an den Lüftermantel angebunden sein, unter der Bedingung, dass sich die jeweilige
Anzahl, zusammen mit den nicht angebundenen Lüfterflügeln, gleichmäßig beabstandet
auf den Umfang des Lüfterrades verteilen lässt.
[0016] In Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist hinsichtlich der Anbindung des Lüftermantels
an die nabenfernen Enden der Lüfterflügel in Fig. 4 eine weitere Möglichkeit gezeigt.
Ein Lüfterflügel 3" ist dort an seinem nabenfernen Ende 4", unter Zwischenlage eines
elastischen Bauteils 7, an einer Aufnahme 8 des Lüftermantels 5 " befestigt. Bei dem
Werkstoff für das elastischen Bauteil 7 handelt es sich bevorzugt um ein Elastomer.
Die Anbindung des Lüfterflügels 3 " an den Lüftermantel 5 " kann dabei auf unterschiedliche
Weise erfolgen, so ist von einer Klebeverbindung, über entsprechende Ausnehmungen
an Lüfterflügel 3 " und Aufnahme 8, in die das elastische Bauteil 7 eingreift, bis
hin zum Umspritzen des nabenfernen Endes des Lüfterflügels 3 " und der Aufnahme 8
mit einem Elastomer, wobei die Umspritzung dann das elastische Bauteil 7 bildet, jede
Form der elastischen Anbindung denkbar. Je nach Art der elastischen Anbindung der
nabenfernen Enden 4" an den Lüftermantel 5" ist es dabei denkbar, dass alle Lüfterflügel
auf diese Weise an den Lüftermantel angebunden sind. Es ist in einem solchen Fall
lediglich sicherzustellen, dass bei der Beschleunigung des Lüfterrades auftretenden
Massenträgheitsmomente von den Elastischen Bauteilen 7 bewältigt werden.
[0017] Eine Möglichkeit, die Lüfterflügel nahezu vollständig von dem Lüftermantel zu entkoppeln
zeigt Fig. 5. In dem Beispiel nach dieser Darstellung wird eine Anbindung des Lüftermantels
5" an die nabenfernen Enden 4"' der Lüfterflügel 3"' gänzlich vermieden. Die nabenfernen
Enden 4'" sind vielmehr durch einen geringen Luftspalt 6"' von dem Lüftermantel 5'"
beabstandet und können um Ihre an der Nabe (nicht dargestellt) befestigten Enden frei
und unabhängig schwingen. Die Anbindung des Lüftermantels an die Nabe des Lüfterrades
erfolgt in diesem Fall durch Stege 9, die sich, an der Nabe befestigt, bis zum Lüftermantel
5'" erstrecken und auch an diesem befestigt sind. Es ergibt sich so eine feste Verbindung
zwischen Nabe und Lüftermantel, die die Rotationsbewegung der Nabe starr auf den Lüftermantel
überträgt. Bei dieser Variante der schwingungstechnischen Abkopplung der Lüfterflügel
von dem Lüfterrad können alle Lüfterflügel, wie bei einem mantellosen Lüfter, in optimaler
Weise frei schwingen, allerdings greifen die Stege 9 notgedrungen in die Luftströmung
der Lüfteranordnung ein und behindern diese. Dem kann teilweise dadurch abgeholfen
werden, dass für die Stege eine Form gewählt wird, die die Luftströmung möglichst
wenig beeinflusst. Da die anzustrebende Form ausschlaggebend von den jeweiligen Gegebenheiten
abhängt, sind nähere Angaben hierzu nicht möglich, die konkrete Formgebung ist vielmehr
empirisch zu ermitteln.
[0018] Die vorstehend beschriebenen Ausfuhrungen lassen sich selbstverständlich mit dem
Fachmann zugänglichem Fachwissen auf vielfältige Weise ausgestalten, ohne den grundlegenden
erfinderischen Gedanken zu verlassen, es kommt diesen Ausführungsformen somit nur
Beispielcharakter zu.
1. Geräuschoptimierter Mantellüfter mit einem Lüfterrad (1), das von einer Nabe (2) ausgehende
Lüfterflügel (3, 3', 3", 3"') und einen die Lüfterflügel (3, 3', 3", 3"') an ihren
nabenfernen Enden (4, 4', 4", 4"') umschließenden, mit dem Lüfterrad (1) umlaufenden
Lüftermantel (5, 5", 5"') aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterflügel (3, 3', 3 ", 3"') zumindest teilweise schwingungstechnisch voneinander
entkoppelt sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungstechnische Entkopplung der Lüfterflügel (3, 3', 3 ", 3"') dadurch erfolgt, dass diese zumindest teilweise von dem die nabenfernen Enden (4, 4', 4",
4"') umschließenden, mit dem Lüfterrad (1) umlaufenden Lüftermantel (5, 5", 5"') schwingungstechnisch
entkoppelt sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungstechnische Entkopplung dadurch erreicht ist, dass nur eine Teilanzahl der Lüfterflügel (3) mit ihren nabenfernen
Enden (4) mit dem Lüftermantel (5) starr verbunden ist, die anderen Lüfterflügel (3')
dagegen an ihren nabenfernen Enden (4') durch einen Luftspalt (6) von dem Lüftermantel
(5) beabstandet sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der mit dem Lüftermantel (5) verbundenen Lüfterflügel (3) wenigstens zwei
beträgt und dass die mit dem Lüftermantel (5) verbundenen Lüfterflügel (3) gleichmäßig
über den Umfang des Lüfterrades (1) verteilt sind.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungstechnische Entkopplung dadurch erreicht ist, dass zumindest eine Teilanzahl der Lüfterflügel (3") mit ihren nabenfernen
Enden (4") elastisch mit dem Lüftermantel (5") verbunden ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der mit dem Lüftermantel (5 ") elastisch verbundenen Lüfterflügel (3 "
) wenigstens zwei beträgt und dass die mit dem Lüftermantel (5 ") elastisch verbundenen
Lüfterflügel (3 " ) gleichmäßig über den Umfang des Lüfterrades (1) verteilt sind.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Verbindung unter Zwischenlage eines Elastomers erfolgt.
8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungstechnische Entkopplung dadurch erreicht ist, dass der Lüftermantel (5"') mit der Nabe (2) über wenigstens zwei gleichmäßig
über den Umfang der Nabe (2) verteilte separate Stege (9) verbunden ist und dass die
Lüfterflügel (3"') an ihren nabenfernen Enden durch einen Luftspalt (6"') von dem
Lüftermantel (5"') beabstandet sind.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die separaten Stege (9) eine Form aufweisen, die der über die Lüfterflügel (3"')
geförderten Luft einen möglichst geringen Widerstand entgegensetzt.