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QUERVERWEIS ZUR VERWANDTEN
ANMELDUNGEN
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der provisorischen U. S.
Anmeldung Nr. 60/755,303, angemeldet am 29. Dezember 2005, die für alle Zwecke
vollständig
durch Verweis hierin integriert wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Lüfter zur
Kühlung
und im Besonderen auf eine Flügelradkonstruktion,
die den Luftdurchsatz und das Lautstärkeverhalten bei axialen Lüfterkonstruktionen
verbessert.
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Lüfter nach
dem Stand der Technik (z. B. 6) weisen
eine getrennte Gehäuse-
und Lüfteranordnung
auf. Die Lüfteranordnung
passt in einen Luftdurchgangsbereich, der im Gehäuse zur Verfügung gestellt
wird. Der Umfang des Luftdurchgangs muss größer als der Umfang des Volumenraums,
der durch die drehenden Lüfterblätter definiert
wird, sein. Folglich gibt es einen Spalt zwischen der Spitze der Lüfterblätter und
der Gehäusewand,
welche den Luftdurchgangsbereich definiert. Dieser Spalt kann groß sein und
dementsprechend die Leistung der Luftbewegungsvorrichtung reduzieren.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER
ERFINDUNG
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Ein
Lüfter
zur Kühlung
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist Flügelblätter auf,
die eine erste Blattkomponente und eine zweite Blattkomponente (die
ebenso als Spitzenblatt bezeichnet werden kann) aufweist. Die erste
Blattkomponente erzeugt einen axialen Luftfluss. Die zweiten Blätter erzeugen einen
radialen Luftfluss. Der axiale Luftfluss und der radiale Luftfluss,
die jeweils durch die ersten Blätter und
die zweiten Blätter
erzeugt werden, werden kombiniert, um einen verstärkten axialen
Abfluss zu erzeugen, so dass durch die Ermöglichung einer größeren Luftbewegung
der Kühlungseffekt
des Lüfters erhöht wird.
Die resultierende Vorrichtung erhöht die aerodynamische Effizienz.
Tests haben darüber
hinaus eine Reduktion des tonalen Geräuschs verglichen mit konventionellen
Blattkonstruktionen, die kein Spitzenblatt aufweisen, gezeigt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf einen Lüfter zur
Kühlung
gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2A und 2B sind
schematische Darstellungen von Lüfterblättern gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3A stellt
die Rotationsachse dar.
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3B stellt
die radiale Richtung dar.
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4 stellt
die Luftflüsse
dar, die durch einen Lüfter
gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugt werden.
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Die 5A und 5B stellen
Variationen von Drahtgittergehäusen
gemäß der vorliegenden Erfindung
dar.
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6 zeigt
einen konventionellen Lüfter
mit einem Gehäuse.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
eine Seitenansicht und eine Draufsicht auf einen Prototypen für einen
Lüfter 100 zur
Kühlung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Figuren zeigen eine Lüfterblatteinheit 104,
welche einen Motor 124 und Lüfterblätter 126 aufweist.
Die Lüfterblätter 126 sind
mit einer Nabe 122 verbunden, welche ihrerseits fest mit einem
Rotorteil 128 des Motors 124 verbunden sind. Die
Flügelradeinheit 104 ist
an einem Lüftergehäuse 102 montiert.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform
besteht das Lüftergehäuse lediglich
aus einem Basisteil 112, auf welchem der Motor montiert ist.
Die Bilder aus 1 zeigen ebenso Drähte für die elektrische
Verbindung zum Motor 124.
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Die
illustrierte Ausführungsform
aus 1 zeigt in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, dass die Lüfterblätter 126 ein erstes
Blatt 132 und ein zweites Blatt 136 aufweisen.
In der dargestellten Ausführungsform
aus 1 ist das zweite Blatt 134 an der Spitze
des ersten Blattes 132 angeordnet.
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In
weiterer Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie sie in der Ausführungsform
von 1 gezeigt ist, weist das Lüftergehäuse 102 lediglich
das Basisteil 112 auf, und die konventionelle Gehäuseeinhausung,
die die Lüfterblätter in
radialer Richtung einschließt,
fehlt. Siehe hierzu beispielsweise 6, die einen
konventionell konstruierten Lüfterkühler zeigt.
Das konventionelle Lüftergehäuse beinhaltet
ein Basisteil und eine Lüfterblatteinhausung
(Gehäuse),
das die Lüfterblätter entlang
einer radialen Richtung einschließt, aber in axialer Richtung
offen ist, um einen axialen Luftdurchgang zur Verfügung zu
stellen.
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Die 2A und 2B sind
Darstellungen, welche Anordnungen eines Lüfterblatts 226 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigen. 2A zeigt
ein erstes Blatt 232, das ein Fußende 242 aufweist,
welches mit der Nabe 222 verbunden ist. Das andere Ende
des ersten Blatts wird als Blattspitze 244 oder einfach
Spitze bezeichnet. In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist ein zweites Blatt 234 außen an der
Blattspitze 244 angeordnet. Wie in 1 gezeigt
und in 2A gezeichnet, ist das zweite
Blatt 234 im Wesentlichen an der Spitze 244 des
ersten Blatts 232 gebildet. 2B stellt
dar, dass das zweite Blatt 234 nicht an der Spitze 244 gebildet
werden muss, und dass ein Teil der Spitze des ersten Blatts 232 sich
außerhalb
der äußeren Oberfläche des
zweiten Blatts erstrecken kann. Es ist nur notwendig, dass das zweite
Blatt 234 nahe der Spitze des ersten Blattes 232 angeordnet ist.
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2A stellt
weiterhin dar, dass das zweite Blatt 234 im Wesentlichen
in senkrechter Relation zum ersten Blatt 232 angeordnet
ist. Es ist vorteilhaft, dass das zweite Blatt 234 in einem
von 90° abweichenden
Winkel θ angebracht
werden kann. Es ist weiterhin vorteilhaft, dass das zweite Blatt 234 ähnlich wie
das erste Blatt 232 mit jeder geeigneten Kombination von
Parametern, die bei der Blattkonstruktion genutzt werden, z. B.
Sehnenlänge,
Krümmung
usw., konstruiert werden kann. Tatsächlich sind die zweiten Blätter 134 im
Großen
und Ganzen in der gleichen Art und Weise wie die ersten Blätter 132 gekennzeichnet.
Dies wird in 1 gezeigt, in der in der Draufsichtzeichnung
die Drehrichtung des Lüfters wie
gezeichnet angenommen wird. Die ersten Blätter 132 weisen beispielsweise
jeweils eine Profilvorderkante 152 und eine Profilhinterkante 154 auf.
Gleichermaßen
weisen die zweiten Blätter 134 jeweils eine
Profilvorderkante 142 und eine Profilhinterkante 144 auf.
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Beim
Betrieb wird ein Kühlerlüfter, der
in Übereinstimmung
mit der Erfindung angeordnet ist, einen radialen Zufluss von Luft
zusätzlich
zum normalen axialen Zufluss erzeugen. Der resultierende, axial
gerichtete Abfluss von Luft wird daher aufgrund des zusätzlichen
radialen Zuflusses erhöht.
Mit Bezug zu den 1 und 4 fehlen
einem Kühllüfter gemäß der vorliegenden
Erfindung die konventionellen Einfassungen, die den Lüfter aufnehmen.
Das Fehlen des Gehäuses öffnet die
Seiten, und erlaubt es den zweiten Blättern 134, Luft von
der radial gerichteten Umgebung der Lüfterblätter 126 einzunehmen.
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4 zeigt
die verschiedenen Zuflüsse,
die durch einen Kühlerlüfter der
vorliegenden Erfindung erzeugt werden. Zunächst gibt es den konventionellen
axialen Zufluss von Luft, der durch die Drehung der ersten Blätter 132 erzeugt
wird. Der axiale Zufluss ist der Zufluss von Luft, die im Wesentlichen
parallel zur Rotationsachse (3A) der
Blätter
ist.
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4 zeigt
ebenso den radialen Zufluss von Luft, der entlang der radialen Richtung
eintritt. Die radiale Richtung ist die Richtung, entlang derer sich
die ersten Blätter
von der Nabe zur Spitze, wie in 3B gezeigt,
erstreckt, wie es verständlich
für den
Fachmann ist. Der radiale Zufluss resultiert aus einer schaufelartigen
Bewegung von Luft in die radiale Richtung, wenn die Luft durch die
zweiten Blätter 134 eingefangen
wird, wenn sich die Lüfterblätter 126 drehen.
Dieses Schaufeln von Luft entlang der radialen Richtung wird erreicht,
indem das Lüfterrad 104 nicht
in einem Gehäuse
eingeschlossen wird, so dass die Seitenwände eliminiert sind. Der zusätzliche radiale
Luftzuflussstrom trägt
zu dem resultierenden axial gerichteten Abflussstrom von Luft bei,
so dass der Abfluss erheblich vergrößert wird.
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Die
Luft, die durch die zweiten Blätter 134 in radialer
Richtung eingefangen wird, wird in die axiale Richtung gezwungen
und verbindet sich mit dem axialen Zufluss, um den axialen Abfluss,
wie in 4 dargestellt, zu erzeugen. Wie offensichtlich
ist, wird das Einfangen der Luft und die nachfolgende Umlenkung
und Verbindung mit dem axialen Zufluss durch die Konstruktion der
ersten Blätter 132 und
zweiten Blätter 134 gesteuert.
Parameter einschließlich
des Krümmungswinkels,
Staffelungswinkels, Sehnenlänge
und Anzahl der Blätter
sind grundsätzliche
Konstruktionsparameter, die den Einfangeffekt der zweiten Blätter steuern.
Die zweiten Blätter 134 können beispielsweise
konstruiert werden, um einen radialen Luftfluss zu erzeugen, der
10% der Menge des axialen Luftflusses beträgt, welcher durch die ersten
Blätter 132 erzeugt
wird. Eine derartige Konstruktion würde ungefähr in einer Erhöhung des
ausgehenden Luftflusses um 10% resultieren.
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Die
Ausführungsform
in 1 zeigt, dass ein zweites Blatt 134 für jedes
erste Blatt 132 zur Verfügung gestellt wird. Mögliche alternative
Ausführungsformen
beinhalten aber das Zurverfügungstellen zweiter
Blätter
für lediglich
einige der ersten Blätter. Zum
Beispiel kann jedes nte erste Blatt mit
einem zweiten Blatt nahe seiner Spitze ausgerüstet werden. Die Zahl für n hängt von
der Gesamtzahl von ersten Blättern
ab. Die zweiten Blätter
sollten gleichmäßig über die
ersten Blätter
verteilt sein, um sicherzustellen, dass das Flügelrad 104 ausbalanciert
ist, um ein Taumeln während
des Betriebs zu vermeiden. Auch die symmetrische Verteilung der
zweiten Blätter
in Umfangsrichtung (oder in scheitelwinkliger Richtung) stellt einen
einwandfreien Schaufelbetrieb sicher. In einer Ausführungsform
könnte
das Flügelrad
beispielsweise ein zweites Blatt für jedes zweite erste Blatt
aufweisen. In einer anderen Ausführungsform des
Flügelrads
kann jedes dritte erste Blatt mit einem zweiten Blatt ausgerüstet sein.
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Die
Ausführungsform,
die in 1 dargestellt ist, zeigt, dass das Lüftergehäuse 102 nur
einen Basisteil 112 aufweist. Es gibt kein Gehäuse oder Einhausung,
in welcher die Flügelradeinheit 104 eingehaust
ist. Die Ausführungsform
aus 1 ist einfach und kosteneffizient herzustellen.
Es kann allerdings wünschenswert
sein, eine Art von offenem Gehäuse
zur Verfügung
zu stellen, um die Flügelradeinheit 104 darin
einzuschließen.
Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung wird nun in Verbindung
mit den 5A und 5B diskutiert.
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Die 5A und 5B zeigen
alternative Ausführungsformen,
um einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung darzustellen. 5A zeigt eine
Ausführungsform,
in welcher ein Drahtgitterrahmen 502 (dargestellt durch
die gestrichelten Linien) als Gehäuse zur Verfügung gestellt
werden kann. Die Drahtgitterbauteile 512 können beispielsweise
massive Bauteile sein, röhrenförmig sein,
einen kreisförmigen
Querschnitt aufweisen usw.. Es wird angemerkt, dass die Käfigstruktur
keine Seitenwände
aufweist, um Behinderungen im Luftfluss in der Radialrichtung während des
Betriebs des Lüfters
zu reduzieren.
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5B zeigt
eine Variation, in der der Käfig 502 Strebenbauteile 514 beinhaltet,
um dem Käfig zusätzliche
mechanische Festigkeit zu verleihen. Obwohl die Strebenbauteile 514 auf
den Seiten des Käfigs
angeordnet sind, wird angemerkt, dass sie den radial gerichteten
Luftfluss nicht wesentlich verstopfen. Basierend auf den Beispielen
für Käfigkonstruktion,
die in den 5A und 5B gezeigt
sind, kann angemerkt werden, dass jedes taugliche Gehäuse genutzt
werden kann, solange die Seiten eines solchen Gehäuses ausreichend
offen sind, um einen ausreichenden radial gerichteten Luftfluss
zuzulassen. Auf diese Art und Weise können die zweiten Blätter 136 einen
radial gerichteten Zufluss von Luft erzeugen, wenn ein Flügelrad der
vorliegenden Erfindung innerhalb einer solchen offenseitigen Gehäusekonstruktion
betrieben wird.
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Die
vorgenannten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung zeigen ein Lüftergehäuse, bei dem die Einhausung
im Wesentlichen fehlt. Wie oben angemerkt, ist der Grund hierfür, die Behinderungen
des Luftflusses in der radialen Richtung zu verringern, um das Einfangen
der Luft durch die zweiten Blätter 134 zu
ermöglichen.
Nichtsdestotrotz, auch wenn ein Lüftergehäuse, dem die übliche Einhausung
fehlt, eine geeignete Ausführungsform
für manche
Nutzungen sein kann, benötigt
die vorliegende Erfindung nicht das komplette Fehlen einer Einhausung.
Die Drahtgitterrahmen der 5A und 5B sind
ein Beispiel für
eine solche Einhausung. In einem anderen Beispiel kann eine Einhausung (nicht
gezeigt), die mehr als die Drahtkäfige der 5A und 5B ist,
mit Öffnungen
in deren Seiten hergestellt werden, die einen radial gerichteten Zufluss
von Luft ermöglichen
(6 zeigt, was mit den Seiten der Einhausung im
Kontext dieser Diskussion gemeint ist). Eine Einhausung, die Öffnungen
in ihren Seiten aufweist, kann wünschenswert
sein, um einen Nutzer vor den drehenden Lüfterblättern zu schützen, während gleichzeitig
der axiale Ausfluss, der von der vorliegenden Erfindung erzeugt
wird, verbessert wird. Diese Öffnungen
können
passend konstruiert werden, so dass eine ausreichende Menge von
Luft hindurch treten kann und die zweiten Blätter 136 einen angemessenen
radialen Zufluss erzeugen und diesen Zufluss in den axialen Ausflussstrom
lenken können.
Die Öffnungen
können
im Hinblick auf Anzahl, Größe, Formen
(z. B. schlitzförmig,
kreisförmig
etc.), Ausrichtung (z. B. diagonal, horizontal etc.) und so weiter
verändert
werden.
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Es
ist ebenso selbstverständlich,
dass die Beispiele und Ausführungsformen,
die hierin beschrieben sind, ausschließlich Darstellungszwecken dienen
und dass verschiedene Modifikationen oder Änderungen im Licht dieser Beispiele
und Ausführungsformen
dem Fachmann nahe gelegt werden und daher im Geist und Bereich dieser
Anmeldung und dem Schutzbereich der nachfolgenden Ansprüche beinhaltet
sind.
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Zusammenfassung
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Ein
Lüfter
zur Kühlung
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist Flügelblätter auf,
die eine erste Blattkomponente und eine zweite Blattkomponente (die
ebenso als Spitzenblatt bezeichnet werden kann) aufweist. Die erste
Blattkomponente erzeugt einen axialen Luftfluss. Die zweiten Blätter erzeugen einen
radialen Luftfluss. Der axiale Luftfluss und der radiale Luftfluss,
die jeweils durch die ersten Blätter und
die zweiten Blätter
erzeugt werden, werden kombiniert, um einen verstärkten axialen
Abfluss zu erzeugen, so dass durch die Ermöglichung einer größeren Luftbewegung
der Kühlungseffekt
des Lüfters erhöht wird.
Die resultierende Vorrichtung erhöht die aerodynamische Effizienz.
Tests haben darüber
hinaus eine Reduktion des tonalen Geräuschs verglichen mit konventionellen
Blattkonstruktionen, die kein Spitzenblatt aufweisen, gezeigt.