Axiallüfter mit zylindrischem Aussengehäuse

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter mit einem im wesentlichen zylindrischen Außengehäuse (1) und einem darin umlaufenden Lüfterrad (10), dessen Nabe (11) auf dem Rotor eines elektrischen Antriebsmotors sitzt, wobei der Stator des Antriebsmotors von Stegen (5) gehalten ist, die sich auf der Druckseite zum Außengehäuse (1) erstrecken. Die Flügel (12) des Axiallüfters sind radial verwunden und besitzen eine Vorwärtskrümmung mit einer sich vom Naben- zum Außenquerschnitt verändernden Wölbung. Um eine Druckerhöhung bei gleichzeitiger Reduzierung des Betriebsgeräusches zu erzielen, besitzen die Flügel im Nabenbereich einen für kleinen Volumenstrom und kleine Druckerhöhung ausgelegten Querschnitt (13) und im Außenbereich hingegen einen für höhere Volumenstrom- und Druckerhöhungswerte ausgelegten Querschnitt (15).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter mit einem im wesentlichen zylindrischen Außengehäuse und einem darin umlaufenden Lüfterrad, dessen Nabe an dem Rotor eines zentrisch angeordneten elektrischen Antriebsmotors sitzt, dessen Stator von Stegen gehalten ist, die sich auf der Druckseite zum Außengehäuse erstrecken, und dessen radial verwundene Flügel eine Vorwärtskrümmung mit einer sich vom Haben- zum Außenquerschnitt ändernden Wölbung haben.

[0002] Derartige Lüfter werden zur Erzeugung eines Kühlluftstromes beispielsweise in Personalcomputer und andere elektronische Geräte eingebaut. Da solche Geräte vielfach an Schreibtischen und vergleichbaren Arbeitsplätzen betrieben werden, spielt die Geräuschentwicklung, welche mit der Erzeugung des Kühlluftstromes verbunden ist, eine beträchtliche Rolle. An Lüfter der eingangs geschilderten Art wird daher nicht nur die Aufgabe gestellt, einen ausreichenden Volumenstrom bei einer solchen Druckerhöhung zu erzeugen, welche zur Überwindung des von der Gerätekonstruktion vorgegebenen Strömungswiderstandes ausreicht, sondern dabei zugleich auch möglichst geringe Arbeitsgeräusche zu verursachen. Ferner hat die Notwendigkeit, Herstellkosten zu reduzieren, zur Fertigung sowohl des Außengehäuses als auch des Lüfterrades aus gespritztem Kunststoff geführt, während früher das Außengehäuse im Druckgußverfahren aus Metall hergestellt und das Lüfterrad aus Blech geschweißt wurde; dies hat wiederum Konsequenzen für die konstruktive Auslegung des Lüfters.

[0003] Das Lüfterrad des eingangs geschilderten, bekannten Lüfters besitzt sieben Flügel, deren Querschnitt in jeder Umfangsebene von der Nabe bis zum Außenrand auf denselben Kennlinienpunkt - also denselben Volumenstrom bei einer bestimmten Druckerhöhung - hin ausgelegt ist. Demzufolge hat der Flügelquerschnitt im Nabenbereich eine starke Wölbung und zugleich einen großen Einstellwinkel (gegen die Achssenkrechte); nach außen hin nehmen sowohl die Wölbung als auch der Einstellwinkel ab. Zugleich verlängert sich der Querschnitt entsprechend dem größer werdenden Umfang.

[0004] Im Betrieb hat dieser Lüfter die in ihn gesetzten Erwartungen nur bedingt erfüllen können. Obgleich der Volumenstrom bei freiblasendem Betrieb auf die Erzeugung einer ausreichenden Luftumwälzung hinzudeuten schien, zeigte der praktische Einsatz unter realistischen Bedingungen, daß die Druckerhöhung nicht ausreichte, den erforderlichen Volumenstrom auch gegen den Widerstand am Einsatzort beizubehalten.

[0005] Ziel der Erfindung war es daher, einen Axiallüfter der vorliegenden Art so auszubilden, daß bei tunlichster Reduzierung des Betriebsgeräusches eine Druckerhöhung erzielt wird, welche auch unter Einbaubedingungen den erforderlichen Volumenstrom an Luft aufrechterhält.

[0006] Dieses Ziel ist dadurch erreicht worden, daß die Flügel im Nabenbereich einen für kleinen Volumenstrom und kleine Druckerhöhung ausgelegten Querschnitt, im Außenbereich hingegen einen für höhere Volumenstrom- und Druckerhöhungswerte ausgelegten Querschnitt aufweisen, während sich die Querschnittsauslegung in dem dazwischenliegenden Bereich kontinuierlich ändert und die Flügel bei relativ geringer Wölbungsänderung insgesamt auch gering verwunden sind. Eine nur mäßige Verdichtungs/Volumenstrom-Leistung (Förderleistung) im nabennahen Bereich der Flügel, also dem geringerer Umfangsgeschwindigkeit, wird auf diese Weise im Außenbereich bei höherer Umfangsgeschwindigkeit gewissermaßen überkompensiert. Es hat sich gezeigt, daß ein solches Lüfterrad in einem im wesentlichen zylindrischen Außengehäuse, welches so gut wie keine Druckerhöhung infolge radial gerichteter Beschleunigungskomponenten zuläßt, ein deutlich steiferes Volumenstrom/Druckverhalten zeigt als der oben erörterte bekannte Asiallüfter, also die Abnahme des Volumenstroms mit steigendem Gegendruck und entsprechender Druckerhöhung geringer ausfällt.

[0007] Eine weitere Verminderung des Geräusches, insbesondere der unangenehmen Frequenzanteile ergibt sich, wenn in Weiterbildung der Erfindung die Vorder- und Hinterkanten der Flügel sichelförmig verlaufen, wobei bevorzugt der Mittelquerschnitt die größte Länge hat. Dieser Effekt ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß die geometrischen Gegebenheiten weder der Flügel selbst noch deren Beziehung zu den Stegen die Ausbildung von Luftschwingungen definierter Frequenzen oder von Schwebungen begünstigt.

[0008] Bevorzugt verlaufen die Vorderkanten von der Nabe ausgehend zunächst radial und weiter auswärts mit der Drehrichtung gekrümmt, während bevorzugt die Hinterkanten vorwärts geneigt an der Nabe ansetzen und auswärts des Mittelabschnitts gegen die Drehrichtung gekrümmt verlaufen.

[0009] Besonders bevorzugt sind die Flügel in einer ungeradzahligen Anzahl an der Habe angeordnet, weil dadurch Geräusche eliminiert werden können, welche ansonsten bei geradzahligen Flügeln aufgrund der geradzahligen Umfangsteilung auftreten.

[0010] Besonders bevorzugt ist der Stator des elektrischen Antriebsmotors außerdem von einer geradzahligen Anzahl an Stegen am Außengehäuse gehalten, wodurch die unerwünschten Geräusche weiter vermindert werden können.

[0011] Besonders bevorzugt nimmt die Vorwärtskrümmung der Flügel mit zunehmendem Abstand von der Nabe ab, innerhalb eines Flügelquerschnitts, also bei konstantem Abstand von der Nabe, nimmt bevorzugt die Vorwärtskrümmung zur Hinterkante der Flügel hin zu. Es hat sich gezeigt, daß eine derartige Formgebung die erfindungsgemäße radiale Abhängigkeit des Volumenstroms und der Druckerhöhung besonders vorteilhaft verwirklicht.

[0012] Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel, und zwar zeigt:

Fig. 1

eine Draufsicht auf die Druckseite des erfindungsgemäßen Axiallüfters;

Fig. 2

eine Radialansicht des Lüfterrades in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3

die Naben-, Mittel- und Außenquerschnitte eines Lüfterrad-Flügels in ihrer Relativlage; und - zum Vergleich -

Fig. 4

die Form und Relativlage entsprechender Querschnitte beim gattungsbildenden Stand der Technik.

[0013] Das Außengehäuse 1 des Axiallüfters besteht aus einem Stück und hat einen zylindrischen Abschnitt 2, der stirnseitig von angeformten, miteinander fluchtenden Flanschabschnitten 3 begrenzt ist. In den Eckbereichen der Druckseite geht der zylindrische Abschnitt 2 in Erweiterungen 4 über. In diesen setzen zum Beispiel vier Stege 5 an, die - gleichmäßig über den Umfang verteilt - radiusparallel verlaufen und in eine zentrische Platte 6 münden, welche den nicht dargestellten Stator des (elektrischen) Antriebsmotors trägt. Bohrungen 7 in den Ecken der Flanschen 3 dienen zur Befestigung des Lüfters beispielsweise in einem Bildschirmgehäuse.

[0014] Das im ganzen mit 10 bezeichnete Lüfterrad hat eine Nabe 11, deren Durchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Platte 6 ist, und die topfförmig den auf der Platte 6 befestigten Stator des Elektromotors übergreift sowie mit dessen Rotorteil in Wirkverbindung steht. Am Umfang der Nabe 11 - in bekannter Weise nicht ganz gleichmäßig verteilt - sind zum Beispiel fünf Lüfterflügel 12 befestigt, welche die erfindungsgemäße Konfiguration aufweisen. Dabei bestehen die Lüfterflügel 12 mit der Nabe 11 aus einem Stück, welches im Kunststoff-Spritzverfahren hergestellt ist.

[0015] Fig. 3 veranschaulicht deutlicher als die Draufsicht auf die in Fig. 2 mittlere Schaufel 12 die unterschiedliche Querschnittsausbildung der Flügel in radial unterschiedlichen Umfangsebenen (bei entgegengesetzter Drehrichtung; vgl. Drehrichtungspfeil 8). Mit dem in Fig. 3 schraffierten Querschnitt 13 setzt der Flügel 12 im Nabenbereich an der Nabe 11 an. Das mittlere Profil zeigt der Querschnitt 14, und der in Fig. 3 stark umrandete Querschnitt 15 veranschaulicht das Flügelprofil am Außenumfang des Lüfterrades. Es zeigt sich, daß sich sowohl die Wölbung, nämlich der größte Abstand des Flügel-Innenprofils von der Randverbindenden 16 als auch der Einstellwinkel dieser Randverbindenden gegenüber der Senkrechten 17 zur Achse 18, in den drei Querschnitts-(Umfangs-)Ebenen nur wenig ändert.

[0016] Die Wölbung besitzt die Form einer Vorwärtskrümmung, welche mit zunehmendem Abstand von der Nabe 11 abnimmt. Dabei nimmt die Vorwärtskrümmung - im Querschnitt eines Flügels betrachtet - von der Vorderkante 20 zur Hinterkante 21 hin stetig zu.

[0017] Diese Konfiguration des Flügels 12 ergibt sich, wenn man bei der Profilgestaltung dem radial inneren Flügelprofil (im Nabenbereich) kleinere Werte für Volumenstrom und Druckerhöhung vorgibt als der Konfigurationsermittlung des Querschnitts am Außendurchmesser; dazwischen erfolgt eine geeignete Interpolation.

[0018] Zum Vergleich zeigt Fig. 4 die entsprechenden Querschnittsausbildungen 13a, 14a und 15a eines Flügels, dem über seine ganze radiale Erstreckung dieselben Kennlinienwerte vorgegeben wurden.

[0019] Die Draufsicht auf das Flügelrad 10 in Fig. 1 veranschaulicht den sichelförmigen Verlauf der Vorderkanten 20 und der Hinterkanten 21 jedes Flügels 12. Die Vorderkanten 20 verlaufen, von der Nabe 11 ausgehend, zunächst radial auswärts und sodann gegen die Drehrichtung gekrümmt, während die Hinterkanten 21 rückwärts geneigt an der Nabe 11 ansetzen und auswärts des Flügel-Mittelabschnitts mit der Drehrichtung gekrümmt verlaufen. Daraus folgt, daß der Flügelquerschnitt 14 im mittleren Abschnitt die größte Länge hat (Fig. 3).

[0020] Anstelle der dargestellten fünf Lüfterflügel kann auch eine andere ungeradzahlige oder geradzahlige Anzahl von Lüfterflügeln 12 vorgesehen werden. Außerdem lassen sich statt der vier dargestellten Stege 5, welche den Stator des elektrischen Antriebsmotors festhalten, auch eine andere geradzahlige oder ungeradzahlige Anzahl an Stegen 5 verwirklichen.

Ansprüche

1. Axiallüfter mit einem im wesentlichen zylindrischen Außengehäuse (1) und einem darin umlaufenden Lüfterrad (10), dessen Nabe (11) auf dem Rotor eines elektrischen Antriebsmotors sitzt, dessen Stator von Stegen (5) gehalten ist, die sich auf der Druckseite zum Außengehäuse (1) erstrecken, und dessen radial verwundene Flügel (12) eine Vorwärtskrümmung mit einer sich vom Naben- zum Außenquerschnitt ändernden Wölbung haben,
dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (12) im Nabenbereich einen für kleinen Volumenstrom und kleine Druckerhöhung ausgelegten Querschnitt (13), im Außenbereich hingegen einen für höhere Volumenstrom- und Druckerhöhungswerte ausgelegten Querschnitt (15) aufweisen, während sich die Querschnittsauslegung in dem dazwischenliegenden Bereich kontinuierlich ändert und die Flügel (12) bei relativ geringer Wölbungsänderung insgesamt auch gering verwunden sind.

2. Axiallüfter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine ungeradzahlige Anzahl an Flügeln (12) vorgesehen sind.

3. Axiallüfter nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß fünf Flügel (12) vorgesehen sind.

4. Axiallüfter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator des elektrischen Antriebsmotors von einer geradzahligen Anzahl an Stegen (5) gehalten ist.

5. Axiallüfter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorder- und Hinterkanten (20, 21) der Flügel (12) sichelförmig verlaufen.

6. Axiallüfter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelquerschnitt (14) die größte Länge hat.

7. Axiallüfter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärtskrümmung der Flügel (12) mit zunehmendem Abstand von der Nabe (11) abnimmt.

8. Axiallüfter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärtskrümmung der Flügel (12) zur Hinterkante (21) der Flügel (12) hin krümmt.

9. Axiallüfter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkanten (20) der Flügel (12) von der Nabe (11) ausgehend zunächst radial und weiter auswärts gegen die Drehrichtung (8) gekrümmt verlaufen.

10. Axiallüfter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterkanten (21) der Flügel (12) rückwärts geneigt an der Nabe (11) ansetzen und auswärts des Mittelabschnitts mit der Drehrichtung gekrümmt verlaufen.

11. Axiallüfter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (11) den Stator des elektrischen Antriebsmotors umgibt.

Zeichnung