DE4317712C1 - Lüfteranordnung für eine elektrische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lüfteranordnung für eine elektrische Maschine gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei drehzahlveränderbaren umrichtergespeisten Motoren sind Motorspannung bzw. Motorstrom nicht exakt sinusförmig, sondern enthalten Oberwellen, die sich als Folge im Dreh­ moment abbilden. Diese Drehmomentwelligkeit führt zu Dreh­ schwingungen des Läufers bzw. des gesamten Antriebsstranges, die bei auf der Läuferwelle montierten Lüftern unerwünschte Schwingungen anregen können falls die Frequenzen dieser Dreh­ schwingungen Eigenfrequenzen des Lüfters treffen. Auch bei Generatoren, die von Verbrennungsmotoren angetrieben werden, treten an der Generatorwelle von der ungleichförmigen Kolben­ bewegung des Verbrennungsmotors verursachte Schwingungen auf.

Während bei Festdrehzahlantrieben mit bekannter Anregungs­ frequenz der Lüfter hinsichtlich seiner Eigenfrequenz im allgemeinen so ausgelegt werden kann, daß es zu keiner Resonanz kommt, ist der Bereich der anregenden Frequenzen bei drehzahlveränderbaren Antrieben häufig so groß, daß es nicht praktikabel ist, die Eigenfrequenzen des Lüfters in einen Bereich zu verschieben, der außerhalb liegt. In manchen Fällen sind auch die Drehschwingungen des gesamten Antriebs­ stranges nicht hinreichend genau bekannt, z. B. wenn sie aus angekuppelten Getrieben stammen.

Eine bekannte Lösung dieser Problematik bietet der Einsatz schwingungsfester Lüfter aus Kunststoff. Lüfter aus Kunststoff sind in ihrer Größe und Gestaltung und damit in ihrer Förderleistung begrenzt, so daß insbesondere bei größeren Motoren getrennte Lüfteraggregate, also Lüfter mit eigenem Antrieb, eingesetzt werden. Diese Lösung ist jedoch relativ teuer.

Eine Lüfteranordnung der gattungsgemäßen Art ist durch das DE-U-19 27 286 bekannt. Bei dieser Lüfteranordnung ist zwischen der Maschinenwelle und der mit entsprechend großer Innenbohrung ausgeführten Lüfternabe eine elastische Hülse eingefügt. Diese Hülse kann mittels einer an der Stirnseite des Wellenendes vorgesehenen Schraube in axialer Richtung verspannt werden. Durch diese Verspannung ergibt sich eine Aufweitung der Hülse in radialer Richtung, wodurch sich das Material der Hülse sowohl an der Welle als auch an der Innenbohrung der Nabe anpreßt. Hierdurch wird die Drehverbin­ dung zwischen der Welle und dem Lüfter hergestellt. Bei dieser Lüfteranordnung muß das für den Antrieb des Lüfters erforderliche Drehmoment durch die Reibverbindung der Hülse mit der Welle und der Nabe übertragen werden. Die Verspannung der Hülse muß somit entsprechend dem zu übertragenden Dreh­ moment eingestellt werden. Damit ist keine für eine Schwingungsdämpfung optimale Einstellung der Hülse möglich. Außerdem ist die Größe des übertragbaren Drehmoments stark begrenzt, so daß eine solche Lüfteranordnung auf den Einsatz bei Maschinen kleinerer Leistung begrenzt ist. Eine solche Lüfteranordnung kann außerdem nur an einem freien Wellenende angebracht werden. Damit steht dieses Wellenende nicht mehr zum Anbringen anderer für den Betrieb der Maschine notwendiger Elemente, z. B. Tachogenerator, zur Verfügung.

Bei einer weiteren durch die FR-A-24 25 541 bekannten Lüfter­ anordnung ist die Tragscheibe des Lüfters axial zwischen zwei verspannbaren Gummiringen eingespannt. Auch bei dieser Anordnung wird das Drehmoment für den Lüfter über die Gummi­ ringe übertragen, so daß auch hier die Verspannung entspre­ chend der Größe des zu übertragenden Drehmomentes eingestellt werden muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Lüfteranordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die unter Beibehaltung einer sicheren Drehmomentübertragung einerseits einfach herstellbar ist und bei der andererseits während ihrer gesamten Lebensdauer eine optimale Entkopplung von den Schwingungen der Maschinenwelle gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 12 beschrieben.

Die erfindungsgemäße Lüfteranordnung ist einfach herstellbar, da die Nabe zur Aufnahme des Dämpfungselementes nur Bohrungen aufweist.

Da die Drehmomentübertragung durch Formschluß zwischen den in den Dämpfungselementen eingesetzten und die Tragscheibe mit der Nabe verbindenden Befestigungselementen erfolgt, kann durch die Beaufschlagung der Dämpfungselemente mit einer axial gerichteten Vorspannung ihr Dämpfungsgrad gezielt eingestellt werden. Dadurch sind auf einfache Weise die Eigenschaften der Schwingungsentkopplung des Lüfterrades von der Maschinenwelle auf den jeweiligen Anwendungsfall sowie auf sich ändernde Betriebsbedingungen während der gesamten Lebensdauer einstellbar bzw. nachstellbar.

Eine Ausführungsform gemäß Anspruch 2 ermöglicht ein besonders einfaches Einsetzen der Dämpfungselemente in die Bohrung der Nabe. Damit ist auch ein schnelles und sicheres Auswechseln der Dämpfungselemente bei Wartungs- bzw. Nach­ stellarbeiten gewährleistet. Weitere Vorteile und Einzel­ heiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Ansprüchen 2 bis 12.

In der Zeichnung ist eine Lüfteranordnung im Längsschnitt gezeigt. Die Lüfteranordnung besteht aus einem Lüfterrad mit Lüfterflügeln 1 und einer Tragscheibe 2 für die Lüfterflügel 1. Die Lüfterflügel 1 sind über ihre gesamte radiale Erstreckung von einer Deckscheibe 3 abgedeckt. Die Tragscheibe 2 ist mit einer Nabe 4 verschraubt. Die Nabe 4 wiederum ist verdrehsicher auf einer Maschinenwelle 5 gehalten.

Zur Entkopplung des Lüfterrades von den von der Maschinenwelle 5 ausgehenden Schwingungen, weist die erfindungsgemäße Lüfteranordnung eine Entkopplungseinrichtung auf, die bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel Dämpfungselemente 6 umfaßt, die in wenigstens zwei axial verlaufenden Bohrungen 7 der Nabe 4 angeordnet sind. Von den axial verlaufenden Bohrungen 7 und den darin angeordneten Dämpfungselementen 6 ist in der Zeichnung nur eine Bohrung 7 und ein Dämpfungselement 6 dargestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist jede Bohrung 7 als Durchgangsbohrung und jedes Dämpfungselement 6 als elastisches Formteil ausgebildet, das in seinem Querschnitt dem Querschnitt der Durchgangsbohrung 7 angepaßt ist. Das der Tragscheibe 2 zugewandte Ende 8 jedes elastischen Formteils 6 steht aus der Öffnung der Bohrung 7 hervor und ist gegenüber dem Formteil 6 radial verbreitert. Weiterhin weisen die Formteile 6 jeweils eine Innenbohrung 9 auf, in der eine Rohrhülse 10 im Preßsitz gehalten ist. Das der Tragscheibe 2 zugewandte Ende 11 der Rohrhülse 10 ragt hierbei in eine Öffnung 12 in der Tragscheibe 2. Zur Zentrierung der Tragscheibe 2 an der Nabe 4 ist das Ende 11 der Rohrhülse 10 mit der Öffnung 12 der Tragscheibe 2 formschlüssig verklemmt und durch einen Schraubbolzen 13 und eine um diesen verdrehbar geführte Spannmutter 14 verschraubt. Der Schraubbolzen 13 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel derart in die Rohrhülse 10 eingeführt, daß sein Kopf 15 an der Tragscheibe 2 anliegt und die Spannmutter 14 an der von der Tragscheibe 2 abgewandten Seite der Nabe 4 angeordnet ist. Durch die formschlüssige Verklemmung und die Verschraubung wird das Durchrutschen der Tragscheibe 2 zuverlässig verhindert.

Zwischen Formteil 6 und Spannmutter 14 ist eine vorzugsweise metallische, auf die Rohrhülse 10 aufgesteckte Druckscheibe 16 eingefügt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt die Entkopplungsein­ richtung neben den elastischen Formteilen 6 ferner jeweils einen elastischen Ring 17, dessen Innendurchmesser z. B. an den Durchmesser der Durchgangsbohrung 7 in der Nabe 4 angepaßt sein kann. Weiterhin ist zwischen der Druckscheibe 16 und dem elastischen Ring 17 einerseits und dem Dämpfungs­ element 6 andererseits ein vorzugsweise metallischer Druckring 18 angeordnet. Der Druckring wirkt bei festgezogener Spannmutter 14 damit sowohl auf den elastischen Ring 17 als auch auf das elastische Formteil 6. Durch Verdrehen der Spannmutter 14 ist damit auf einfache Weise das elastische Formteil 6 (Dämpfungselement) und der elastische Ring 17 mit einer axial gerichteten Vorspannung beaufschlagbar.

Durch die elastischen Formteile 6 werden vorzugsweise die besonders kritischen und in Umfangsrichtung des Lüfters wirkenden Drehmomentpendelungen der Maschinenwelle 5 sowie die Radialschwingungen gedämpft, wohingegen durch die radial verbreiterten Enden 8 der Formteile 6 sowie durch die elastischen Ringe 17 im wesentlichen die Axialschwingungen der Maschinenwelle 5 gedämpft werden.

Bei der erfindungsgemäßen Lüfteranordnung kann der Dämpfungsgrad auf einfache Weise durch die Anzahl der Dämpfungselemente 6, durch die Bemessung der Dämpfungselemente 6 (axiale und radiale Erstreckung) sowie durch die Härte der Materialien, aus denen die Dämpfungselemente 6 gefertigt sind, bestimmt werden. Gleiches gilt für die elastischen Ringe 17, die ggf. vorgesehen werden können. Weiterhin werden die Eigenschaften der Dämpfungseinrichtung durch die konstruktive Ausbildung der Druckscheibe 16 bestimmt.

Da die Spannmutter 14 immer fest angezogen werden muß, um ein Durchrutschen der Tragscheibe 2 zu verhindern, wird durch die Länge der Rohrhülse 10 sowohl die Vorspannung bei den Enden 8 der Formteile 6 als auch die Vorspannung des elastischen Ringes 17 und damit die Dämpfungseigenschaften in axialer Richtung bestimmt. Durch die Dicke des Druckringes 18 wird die Vorspannung der elastischen Formteile 6 und damit die Dämpfungseigenschaften in radialer Richtung festgelegt.

Durch die dargestellte Dämpfungseinrichtung ist damit bei Lüftern eine optimale Schwingungsentkopplung von der Maschinenwelle 5 erzielbar. Diese optimale Schwingungsent­ kopplung kann während der gesamten Lebensdauer sichergestellt werden, da bei auftretenden Änderungen im Schwingungs­ verhalten des Lüfters und/oder der Maschinenwelle 5 eine einfache Anpassung an die neuen Verhältnisse vorgenommen werden kann. Auch bei einer Änderung der Materialeigen­ schaften bei den Formteilen 6 bzw. den elastischen Ringen 17 (hervorgerufen z. B. durch Materialalterung oder Beschädigungen) kann durch Nachspannen der Spannmutter 14 oder durch einen Austausch der betreffenden Teile auf einfache Weise wieder ein optimaler Entkopplungsgrad erreicht werden.

Claims (12)

1. Lüfteranordnung für eine elektrische Maschine, bei der ein Lüfterrad mit seiner Tragscheibe und seinen Lüfterflügeln mit einer auf der Maschinenwelle mittels einer das Lüfterrad schwingungsmäßig weitgehend von der Maschinenwelle entkoppenden Entkopplungseinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungseinrichtung mindestens zwei in axial verlaufenden Bohrungen (7) einer auf der Maschinenwelle (5) verdrehungsgesichert gehaltenen Nabe (4) angeordnete, mit einer axial gerichteten Verspannung beaufschlagte Dämpfungs­ elemente (6) umfaßt, die jeweils eine Innenbohrung (9) aufweisen, in die ein Befestigungselement (13) eingesetzt ist, durch das die Tragscheibe (2) an der Nabe (4) befestig­ bar ist.

2. Lüfteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungselemente als elastische Formteile (6) ausgebildet sind.

3. Lüfteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen in der Nabe (4) als Durchgangsbohrungen (7) ausgebildet sind.

4. Lüfteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Formteile (6) zylinderförmig ausgebildet sind.

5. Lüfteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Tragscheibe zugewandten Enden (8) der elastischen Formteile (6) aus den Öffnungen der Bohrungen (7) in der Nabe (4) hervorstehen.

6. Lüfteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hervorstehenden Enden (8) der elastischen Formteile (6) radial verbreitert sind.

7. Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Innenbohrungen (9) der elastische Formteile (6) jeweils eine Rohrhülse (10) eingesetzt ist, wobei in jeder Rohrhülse (10) ein Schraubbolzen (13), durch den die Tragscheibe (2) an der Nabe (4) befestigbar ist, geführt ist.

8. Lüfteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes elastische Formteil (6) mittels einer Druckscheibe (16) mit der Vorspannung beaufschlagbar ist.

9. Lüfteranordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Tragscheibe (2) abgewandten Enden der elastischen Formteile (6) aus den Öffnungen der Durchgangs­ bohrung (7) in der Nabe hervorstehen.

10. Lüfteranordnung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckscheibe (16) an der von der Tragscheibe (2) abgewandten Seite auf die Rohrhülse (10) aufgesteckt ist und mittels einer am Schraubbolzen (13) verdrehbar geführten Spannmutter (14) in seinem Anpreßdruck gegen das elastische Formteil (6) anpaßbar ist.

11. Lüfteranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckscheibe (16) und Spannmutter (14) ein Druckring (18) angeordnet ist.

12. Lüfteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Entkopplungseinrichtung außerdem einen elastischen Ring (17) umfaßt, der zwischen der Nabe (4) und der Druck­ scheibe (18) angeordnet ist.