DE102004034472A1

DE102004034472A1 - Gedämpfter Lüfter

Info

Publication number: DE102004034472A1
Application number: DE102004034472A
Authority: DE
Inventors: Dirk Heuvel
Original assignee: SPIES HEIKE
Current assignee: SPIES HEIKE
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-02-09
Also published as: ES2285608T3; EP1617085B2; DE502005000572D1; EP1617085A1; ATE359446T1; EP1617085B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lüfter (1) zur Luftkühlung wärmeerzeugender Bauteile, insbesondere elektrischer und/oder elektronischer Bauteile in einem Computer, umfassend ein Lüftergehäuse (2) mit darin angeordneten Lagermitteln, in denen ein von einem im Lüftergehäuse (2) vorgesehenen Elektromotor angetriebenes Lüfterrad (6) drehbar gelagert ist, wobei die Lagermittel über Verbindungsmittel (4) mit dem Lüftergehäuse (2) verbunden sind, und wobei zur Geräuschdämpfung sämtliche Verbindungsmittel (4) zwischen dem Lüftergehäuse (2) und den Lagermitteln jeweils mindestens ein elastisch federndes Dämpfungselement (9) umfassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lüfter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Lüfter dienen zur Luftkühlung von wärmeerzeugenden Bauteilen, insbesondere von elektrischen und/oder elektronischen Bauteile in PCs oder Computern. Sie umfassen ein Lüftergehäuse mit darin angeordneten Lagermitteln, in denen ein von einem im oder am Lüftergehäuse vorgesehenen Elektromotor angetriebenes Lüfterrad drehbar gelagert ist, wobei die Lagermittel über Verbindungsmittel mit dem Lüftergehäuse verbunden sind.

Derartige Lüfter, die auch als Gehäuselüfter bezeichnet werden, sind allgemein bekannt. Sie werden als Axiallüfter oder als Radiallüfter oder als kombinierte Axial-/Radiallüfter insbesondere in Computern zur Kühlung bzw. zur Abführung der Wärme eingesetzt, die von Wärme erzeugenden Bauteilen, beispielsweise von Prozessoren, insbesondere über Kühlkörper abgegeben wird. Dazu wird durch Drehung des mit geeignet geformten Schaufeln bzw. Lüfterflügeln versehenen Lüfterrads ein Kühlluftstrom erzeugt, der in axialer und/oder radialer Richtung auf das Wärme abgebende und zu kühlende Bauteil gelenkt wird. Alternativ hierzu kann der Lüfter auch so angeordnet werden, dass er die das Wärme abgebende Bauteil umgebende Luft absaugt, um so die Wärme abzuführen. Derartige Lüfter können ferner auch an weiteren Chips, insbesondere an Grafikkarten, an Festplattenlaufwerken und/oder an Netzteilen eingesetzt werden. Außerdem können derartige Lüfter auch in anderen Geräten mit wärmeerzeugenden Bauteilen, beispielsweise in Projektoren eingesetzt werden. Lüfter der eingangs genannten Art bestehen somit grundsätzlich aus zwei wesentlichen Hauptbaugruppen, nämlich dem Lüftergehäuse und der drehbar damit verbundenen Lüfterradeinheit. Während das Lüftergehäuse mit seinen äußern Bereichen der Montage des gebrauchsfertigen Lüfters dient und gleichzeitig auch einen Luftleitrahmen bilden kann, sorgt die Lüfterradeinheit mit ihren Lüfterflügeln durch ihre Drehung für die gewünschte Bewegung der Luft. Die Drehbewegung der Lüfterradeinheit wird durch einen im Lüftergehäuse üblicherweise koaxial zum Lüfterrad angeordneten Elektromotor herbeigeführt.

Aufgrund der steigenden Prozessorleistungen bei Computern und der damit einhergehenden steigenden Wärmeerzeugung, insbesondere auch bei sogenannter Übertaktung der CPU, wächst der Bedarf an effektiver Kühlung und somit auch die Anforderungen an die Leistung der Lüfter. Die Lüfter müssen daher zunehmend mit höheren Umdrehungszahlen betrieben werden. Gleichzeitig besteht jedoch ein verstärkter Bedarf an geräuscharmen Kühlmethoden und leiseren Lüftern.

Die hohen Umdrehungszahlen des Lüfterrades von 1000 bis zu 4000 Umdrehungen pro Minute erzeugen teilweise starke Vibrationen, die auf das Lüftergehäuse übertragen werden und so zu störender Geräuschentwicklungen führen. Dem könnte zwar durch den Einsatz von hochwertigen und teuren Materialien begrenzt entgegengewirkt werden, da beispielsweise schwere glasfaserverstärkte Kunststoffe weniger schwingen als leichte minderwertige Kunststoffe. Letztendlich lassen sich jedoch die störenden Geräuschentwicklungen auch auf diese Weise nicht verhindern.

Die beim Betrieb mechanisch auf das Lüftergehäuse übertragenen Schwingungen bzw. Vibrationen erhöhen die Gesamtlautstärke des Lüfters je nach Drehzahl erheblich, da das Gehäuse des Lüfters einen Resonanzkörper bildet. Wenn der Lüfter in einem Computergehäuse aus Stahlblech montiert ist, was gewöhnlich durch eine feste Schnapp- oder Schraubenverbindung erfolgt, werden die Schwingungen auch auf das dann mitschwingende Computergehäuse übertragen, wodurch sich die Lautstärke nochmals erhöht.

In der DE 201 20 225 U1 wurde daher vorgeschlagen, einen Lüfter der eingangs genannten Art über gummielastische Elastomerelemente an einem zu kühlenden Bauteil in einem Computergehäuse zu befestigen. Auf diese Weise wird das Lüftergehäuse schwingungsdämpfend an einem Bauteil oder am Computergehäuse befestigt, wodurch eine gewisse Geräuschdämpfung erzielt werden kann. Ebenso ist es bekannt, das Lüftergehäuse mittels einer oder mehrerer nach außen gespannter Gummischnüre frei schwingend zu montieren.

Nachteilig bei dieser Lösung ist es jedoch, dass auch hierbei das Lüftergehäuse noch als schwingender Resonanzkörper dient und daher beim Betrieb des Lüfters störende Geräusche deutlich wahrgenommen werden. Außerdem werden hier zusätzlich zum Lüfter separate Elastomerbauteile benötigt, wodurch sich die Kosten erhöhen und die Montage des Lüfters im Computer schwieriger wird. Ein weiterer Nachteil besteht in dem hierdurch benötigen zusätzlichen Einbauraum für die außerhalb des Lüftergehäuses befindlichen Elastomerbauteile, was gerade bei den beengten Platzverhältnissen in einem Computergehäuse ein erhebliches Problem darstellt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen preiswert herzustellenden und ohne zusätzliche Bauteile leicht montierbaren Lüfter der eingangs genannten Art zu schaffen, der auf konstruktiv einfache Weise eine wesentlich verbesserte Geräuschdämpfung hat und sehr leise im Betrieb ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Lüfter nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es, dass zur Schwingungsdämpfung sämtliche Verbindungsmittel zwischen dem Lüftergehäuse und den Lagermitteln jeweils mindestens ein elastisch federndes Dämpfungselement umfassen.

Der Hauptvorteil liegt dabei darin, dass aufgrund der in jedem Verbindungsmittel vorhandenen Dämpfungselement das Lüftergehäuse von der Lüfterradeinheit mechanisch vollständig entkoppelt ist. Deshalb können entstehende Schwingungen oder Vibrationen nicht mehr oder allenfalls in einem erheblich verringerten Umfang an das Lüftergehäuse übertragen werden. Das Lüftergehäuse stellt daher keinen die Lautstärke verstärkenden Resonanzkörper mehr dar, wodurch die Lautstärke des Lüfters beim Betrieb erheblich reduziert wird. Insbesondere im als störend empfundenen Frequenzbereich ist so eine deutliche Geräuschdämpfung erzielbar.

Auf diese konstruktiv einfache Weise wird ein Lüfter geschaffen, der nicht nur sehr leise läuft, sondern der auch kostengünstig herstellbar und schnell und einfach montierbar ist. Bei dem erfindungsgemäßen Lüfter sind sämtliche Dämpfungselemente in den Lüfter integriert, so dass keine separaten Dämpfungsbauteile mehr benötigt werden, über die der Lüfter im Computer befestigt werden muss. Der erfindungsgemäße Lüfter kann daher problemlos auf herkömmliche Weise durch Schnappverbindungen oder durch Schraubverbindungen in einem Computergehäuse montiert werden, ohne dass es hierdurch zu einer unerwünschten Verstärkung der Vibrationen oder zu einer Erhöhung seiner Lautstärke kommt. Auch wird kein zusätzlicher Bauraum benötigt, da sämtliche Dämpfungsmittel innerhalb des Lüftergehäuses angeordnet sind.

Die Geräuschdämpfung kann dadurch weiter gesteigert werden, dass in den Verbindungsmitteln mehrere in Reihe oder in Serie angeordnete federelastische oder gummielastische Dämpfungselemente in den Lüfter integriert werden.

Ein besonders leiser Betrieb ist vorteilhafterweise auch erzielbar, wenn die Lagermittel sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung sowie in der umfangsmäßigen Drehrichtung elastisch bewegbar mit dem Lüftergehäuse verbunden sind, so dass keine mechanisch starre Verbindung mehr zwischen dem Lüftergehäuse und den Lagermitteln für die Lüfterradeinheit gegeben ist.

Von besonders großem Vorteil ist es ferner, dass die elastisch federnden Dämpfungselemente vollständig innerhalb des Lüftergehäuses angeordnet und somit in den Lüfter integriert sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die elastisch federnden Dämpfungselemente aus Gummi oder Kautschukmaterial oder aus einem elastisch federnden Kunststoff, insbesondere aus Polyurethan bestehen.

Anstelle von gummielastischen Elastomerelementen oder zusätzlich dazu können die elastisch federnden Dämpfungselemente aber vorteilhafterweise auch Federn aus Kunststoff oder Metall, vorzugsweise Schraubenfedern umfassen, wodurch die Geräuschdämpfung weiter verbessert werden kann. Aus Kunststoff bestehende Federn können dabei vorzugsweise durch einen wellenförmig und/oder zickzackförmig ausgeformten Bereich ausgebildet sein.

Als Lagermittel kommen bei Lüftern vorzugsweise Gleitlager und/oder Wälzlager, insbesondere Kugellager zum Einsatz. Besonders vorteilhaft ist es bei dem erfindungsgemäßen Lüfter, wenn die Lagermittel in den Elektromotor integriert sind, so dass die Lagermittel nicht separat montiert werden müssen sondern praktisch durch den Elektromotor gebildet werden.

Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn der Elektromotor als bürstenloser Außenläufermotor ausgeführt ist. Es können jedoch im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch andere Arten von Elektromotoren zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann der Rotor bzw. die rotierenden Magnete des Elektromotors auch im radial äußeren Bereich des Lüfterrades angeordnet sein, so dass sich der Stator bzw. die Spulen des Elektromotors radial außerhalb des Lüfterrades befinden.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Lüftergehäuse einen inneren Lagerbereich auf, an dem der Stator des Elektromotors und/oder die Lagermittel befestigt sind. Diese Befestigung erfolgt dabei vermittels mindestens eines elastisch federnden Dämpfungselementes.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der das Lüftergehäuse wiederum einen inneren Lagerbereich aufweist, an dem der Stator des Elektromotors und/oder die Lagermittel befestigt ist bzw. sind, ist dieser Lagerbereich über mehrere Verbindungsarme mit dem Lüftergehäuse verbunden, wobei jeder Verbindungsarm mindestens ein elastisch federndes Dämpfungselement umfasst. Dabei können die Verbindungsarme in beliebiger Form, Ausrichtung und Anzahl angeordnet sein.

Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn das Lüfterrad einige oder ausschließlich Lüfterflügel aufweist, deren Oberfläche einseitig oder beidseitig mit einer Vielzahl von kleinen lokalen Erhebungen und/oder kleinen lokalen Vertiefungen, insbesondere mit kalottenförmigen Einbuchtungen versehen ist. Durch die kleinen Einwölbungen wird der Luftwiderstand der Lüfterflügel bzw. Schaufeln reduziert, so dass die Geräusche beim Betrieb des Lüfters unabhängig von möglichen Schwingungen oder Vibrationen nochmals weiter reduziert werden können.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Computer, insbesondere ein PC, der einen erfindungsgemäßen Lüfter der voranstehend beschriebenen Art enthält.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:
1: schematische Darstellung eines Lüfters gemäß dem vorbekannten Stand der Technik,
2: schematische Darstellung eines Lüftergehäuses für einen erfindungsgemäßen Lüfter,
3: schematische Darstellung des Querschnitts des Lüfters aus 2, und
4: schematische Darstellung des Querschnitts einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüfters.
Der in 1 schematisch dargestellte Lüfter 1 herkömmlicher Bauart hat ein aus Kunststoff gefertigtes quaderförmiges Lüftergehäuse 2, das in den Ecken seines äußeren Gehäusebereichs jeweils eine Montagebohrung 3 zur Befestigung in einem hier nicht gezeigten Computergehäuse aufweist. Von dem äußeren Gehäusebereich aus erstrecken sich vier geradlinig ausgebildete Verbindungsarme 4 nach innen, die an ihrem inneren Ende in einen kreisrund ausgebildeten zentralen Lagerbereich 5 des Lüftergehäuses 1 münden.
Die Verbindungsarme 4 erstrecken sich in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel tangential zum Lagerbereich 5. Sie können jedoch auch in anderen Richtungen, beispielsweise radial verlaufen. Ebenso können die Verbindungs arme 4 auch gebogen ausgeführt und/oder in einer anderen Anzahl vorgesehen sein.
An dem zentralen Lagerbereich 5 ist ein Lüfterrad 6 drehbar befestigt. Dazu ist die Nabe 7, von der aus sich die Lüfterflügel 8 nach außen erstrecken, in nicht näher dargestellten Lagermitteln gelagert. Zum Antrieb des Lüfterrades 6 ist in dem Lüftergehäuse ein nicht näher dargestellter Elektromotor vorgesehenen, der vollständig oder teilweise in oder an der Nabe 7 sowie am Lagerbereich 5 angeordnet ist.
Das Lüfterrad 6 ist somit über die Lagermittel und den Lagerbereich 5 sowie die Verbindungsarme 4 mit dem Lüftergehäuse 2 verbunden. Durch seine Drehung erzeugt das Lüfterrad 6 die zur Kühlung benötigte Luftbewegung, wobei der äußere Bereich des Lüftergehäuses 2 als Luftleitrahmen für den Luftstrom dient. Insofern sind Lüfter 1 allgemein bekannt.
Um einen besonders leisen Lüfterbetrieb zu ermöglichen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass innerhalb des Lüftergehäuses 2 zwischen dem Lüftergehäuse 2 und den Lagermitteln für das Lüfterrad 6 elastisch federnde Dämpfungselemente 9 als Schwingungspuffer angeordnet sind.
Dazu ist bei der in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsform in jeden der vier Verbindungsarme 4 jeweils ein mittig angeordnetes gummielastisches Dämpfungselement 9 eingeformt. Dadurch wird das Lüftergehäuse 2 mechanisch von dem Lüfterrad 6 vollständig entkoppelt und es können keine Schwingungen oder Vibrationen mehr ungedämpft von der rotierenden Lüfterradeinheit auf das Lüftergehäuse 2 übertragen werden. Die Lüfterradeinheit wird dabei durch das Lüfterrad 6 sowie alle drehfest damit verbunden Teile des Elektromotors gebildet. Die Lautstärke des Lüfters 1 wird hierdurch deutlich reduziert.
In 2 ist das Lüftergehäuse 2 zur Vereinfachung ohne Lüfterrad dargestellt. Selbstverständlich könnten die Dämpfungselemente 9 auch weiter innen oder weiter außen in den Verbindungsarmen 4 angeordnet sein. Auch könnten in einigen oder allen Verbindungsarmen 4 auch mehrere Dämpfungselemente 9 vorgesehen werden. Wesentlich ist bei dieser Ausführungsform jedoch, dass in jedem Verbindungsarm 4 jeweils mindestens ein Dämpfungselement 9 angeordnet ist, damit keine feste Verbindung zwischen dem zentralen Lagerbereich 5 bzw. den hier nicht dargestellten Lagermitteln einerseits und dem Lüftergehäuse 2 andererseits gegeben ist.
Bei der in 4 dargestellten Ausführungsvariante ist demgegenüber nur ein einziges zentrales Dämpfungselement 9 vorgesehen, das an der Verbindungsstelle zwischen zentralem Lagerbereich 5 und den Lagermitteln des Lüfterrades 6 angeordnet ist. Auch hier ist somit keine feste Verbindung zwischen den innerhalb der Nabe 7 angeordneten Lagermitteln des Lüfterrades 6 und dem Lüftergehäuse 2 gegeben.
Ein besonders leiser Lüfter 1 mit einer besonders effektiven Geräuschdämpfung kann dabei dadurch erreicht werden, dass die beiden Ausführungsformen gemäß 3 und 4 miteinander kombiniert werden.

1: Lüfter
2: Lüftergehäuse
3: Montagebohrung
4: Verbindungsarme
5: Lagerbereich
6: Lüfterrad
7: Nabe
8: Lüfterflügel
9: elastisch federnde Dämpfungselemente

Claims

Lüfter (1) zur Luftkühlung wärmeerzeugender Bauteile, insbesondere elektrischer und/oder elektronischer Bauteile in einem Computer, umfassend ein Lüftergehäuse (2) mit darin angeordneten Lagermitteln, in denen ein von einem im Lüftergehäuse (2) vorgesehenen Elektromotor angetriebenes Lüfterrad (6) drehbar gelagert ist, wobei die Lagermittel über Verbindungsmittel (4) mit dem Lüftergehäuse (2) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass alle Verbindungsmittel (4) zwischen dem Lüftergehäuse (2) und den Lagermitteln jeweils mindestens ein elastisch federndes Dämpfungselement (9) umfassen.
Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermittel sowohl in axialer Richtung als auch in radialer Richtung sowie in rotatorischer Richtung elastisch bewegbar mit dem Lüftergehäuse (2) verbunden sind.
Lüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch federnden Dämpfungselemente (9) vollständig innerhalb des Lüftergehäuses (2) angeordnet sind.
Lüfter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verbindungsmitteln (4) mehrere in Reihe oder parallel angeordnete federelastische Dämpfungselemente (5) vorgesehen sind.
Lüfter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch federnden Dämpfungselemente (9) aus Gummi oder Kautschukmaterial oder aus einem elastischen Kunststoff bestehen.
Lüfter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastisch federnden Dämpfungselemente (9) Federn aus Kunststoff oder Metall, vorzugsweise Schraubenfedern umfassen.
Lüfter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagermittel in den Elektromotor integriert sind.
Lüfter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor als bürstenloser Außenläufermotor ausgeführt ist.
Lüfter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüftergehäuse (2) einen inneren Lagerbereich (5) umfasst, an dem der Stator des Elektromotors und/oder die Lagermittel vermittels mindestens eines elastisch federnden Dämpfungselementes (9) befestigt ist bzw. sind.
Lüfter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Lüftergehäuse (2) ein innerer Lagerbereich (5) vorgesehen ist, der über mehrere Verbindungsarme (4) mit dem Lüftergehäuse (2) verbunden ist und an dem der Stator des Elektromotors und/oder die Lagermittel befestigt ist bzw. sind, wobei jeder Verbindungsarm (4) mindestens ein elastisch federndes Dämpfungselement (9) umfasst.
Lüfter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (6) Lüfterflügel (8) aufweist, deren Oberfläche einseitig oder (beidseitig mit einer Vielzahl von lokalen Erhebungen und/oder lokalen Vertiefungen, insbesondere kalottenförmigen Einbuchtungen versehen ist.
Computer, insbesondere PC, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Lüfter (1) nach einem der vorherigen Ansprüche enthält.