DE19753373A1

DE19753373A1 - Axiallüfter-Gehäuse

Info

Publication number: DE19753373A1
Application number: DE19753373A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr Ing Harmsen
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1996-12-10
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 1998-06-25
Also published as: US6017191A; GB2324572A; GB9725666D0; GB2324572B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Axiallüfter-Gehäuse, insbesondere für Kühlungszwecke bei EMV-abgeschirmten Gerä ten, bestehend aus einem eine Luftdurchlaßöffnung aufwei senden Aufnahmeteil für einen Axiallüfter und einen die Luftdurchlaßöffnung überdeckenden, metallischen Abschirm gitter.

Das Gebrauchsmuster DE 295 19 895 U1 beschreibt ein "Gerät mit Bauteilen, welche im Betrieb hochfrequente Strahlung und Wärme erzeugen". Solche Geräte bzw. die darin befindli chen Bauteile, insbesondere CPU's, müssen gekühlt werden, wozu üblicherweise im Bereich einer Gerätewandöffnung ein Lüfter angeordnet wird. Aus Gründen der EMV (= elektromag netische Verträglichkeit) muß zudem dafür gesorgt werden, daß die durch diese Bauteile erzeugte "Strahlung" (bzw. HF-Wel len) nicht oder zumindest stark gedämpft aus dem Gerät nach außen gelangen kann. Eventuell soll auch außerhalb des Gerätes erzeugte Strahlung nicht ungedämpft nach innen ge langen können. Hierzu ist gemäß dem genannten Gebrauchs muster ein Schutzgitter aus Metall mit einer Wabengitter struktur vorgesehen. Damit wird zwar eine recht gute Schirm dämpfung erreicht, jedoch verursacht diese Gitterausführung im Betrieb des Lüfters strömungsbedingte Geräusche, die für manche Anwendungen störend sind. Zudem treten dabei auch recht hohe Druckverluste auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lüftergehäuse der genannten Art so zu verbessern, daß eine hinreichend gute EMV-Abschirmung (HF-Dämpfung) bei gleich zeitig guten Strömungsverhältnissen - und dadurch geringen Geräuschen und hoher Förderleistung (geringe Druckverluste) - erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Ab schirmgitter nach Art eines Luft-Leitrades mit schaufel artigen, sich über eine bestimmte axiale Luftführungslänge erstreckenden, im wesentlichen etwa radial angeordneten Leitstegen ausgebildet ist, wobei die Leitstege in minde stens zwei konzentrischen, zweckmäßigerweise über einen kreisförmigen, insbesondere kreiszylindrischen Trennsteg voneinander getrennten Kreisreihen verteilt angeordnet sind und die Anzahl der Leitstege in der äußeren Kreisreihe größer als in der benachbarten inneren Kreisreihe ist.

Erfindungsgemäß können dabei die Leitstege derart gestaltet werden, daß optimale Strömungsverhältnisse erreicht werden können. Durch das erfindungswesentliche Merkmal, die Leit stege in mindestens zwei, insbesondere in (mindestens) drei konzentrischen Kreisreihen verteilt anzuordnen, kann die Anzahl der Leitstege in den einzelnen Kreisreihen von innen nach außen jeweils zunehmen. Hierdurch können insgesamt ge sehen die Leitstege derart gleichmäßig und "dicht" über die Fläche der Luftdurchlaßöffnung verteilt angeordnet werden, daß eine für die Abschirmwirkung sehr gute Flächenüber deckung gewährleistet werden kann.

Insbesondere zur Optimierung der Strömungsverhältnisse kön nen besondere Ausgestaltungsmerkmale vorgesehen sein, die in den Unteransprüchen enthalten sind und in der folgenden Beschreibung noch genauer erläutert werden sollen.

Anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten, bevorzug ten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung nun näher erläutert werden. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Axiallüf ter-Gehäuses auf die Vorder- bzw. Ausströmseite,

Fig. 2 einen Querschnitt in der Schnittebene II-II gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen stark vergrößerten Schnitt A-A gemäß Fig. 1,

Fig. 4 einen entsprechend vergrößerten Schnitt B-B gemäß Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt C-C gemäß Fig. 1,

Fig. 6 einen Schnitt D-D gemäß Fig. 1 und

Fig. 7 eine vergrößerte Teilansicht des Bereichs VII in Fig. 2 in einer vorteilhaften Ausführungsvari ante.

Gemäß Fig. 1 und 2 besteht ein - vorzugsweise als einstücki ges Formteil, z. B. aus Alu-Druckguß ausgebildetes - Axial lüfter-Gehäuse 1 aus einem Aufnahmeteil 2 für einen nicht dargestellten Axiallüfter und einem metallischen Abschirm gitter 4. Das Aufnahmeteil 2 besteht aus einem äußeren Gehäusering 6 und einem inneren Halteteil 8, an bzw. auf dem in an sich bekannter Weise der nicht dargestellte Axiallüfter befestigt werden kann. Der Gehäusering 6 um schließt eine Luftdurchlaßöffnung 10, die im wesentlichen von dem Abschirmgitter 4 überdeckt wird. In der dargestell ten, bevorzugten einstückigen Ausführungsform sind der Gehäusering 6 und das Halteteil 8 über das Abschirmgitter 4 miteinander verbunden. Gemäß Fig. 1 können zudem recht eckige, insbesondere quadratische Halteflansche 12 vor gesehen sein.

Erfindungsgemäß ist nun das Abschirmgitter 4 nach Art eines Luft-Leitrades ausgebildet. Hierzu weist das Abschirmgitter 4 eine Vielzahl von schaufelartigen, gemäß Fig. 1 im we sentlichen etwa radial angeordneten Leitstegen 14 auf. Aus Gründen einer vereinfachten und übersichtlichen Darstellung sind in Fig. 1 nur einige der Leitstege 14 eingezeichnet. Wie sich aus Fig. 2 bis 5 jeweils ergibt, erstrecken sich die Leitstege 14 jeweils über eine bestimmte axiale Luft führungslänge L, die praktisch die Dicke des Abschirmgit ters 4 bildet.

Die Leitstege 14 sind erfindungsgemäß in mindestens zwei, wie dargestellt bevorzugt drei konzentrischen Kreisreihen A, B und C angeordnet. Zwischen den einzelnen Kreisreihen A und B bzw. B und C sind jeweils kreiszylinderförmige Trennstege 16 angeordnet. Somit sind die Leitstege 14 der inneren Kreisreihe A innen mit dem Halteteil 8 und außen mit einem der Trennstege 16 verbunden. Die Leitstege 14 der zweiten bzw. mittleren Kreisreihe B werden zwischen zwei Trennstegen 16 gehalten. Die Leitstege 14 der äußeren Kreisreihe C sind innen mit dem entsprechenden Trennsteg 16 und außen gehäuseringseitig verbunden.

Hierbei ist es ferner wesentlich, daß die Anzahl n der Leitstege 14 in der jeweils äußeren von zwei benachbarten Kreisreihen größer als in der benachbarten inneren Kreis reihe ist. In Fig. 1 ist die Anzahl der Leitstege 14 der inneren Kreisreihe A mit n₁ bezeichnet, die Anzahl in der mittleren Kreisreihe B ist n₂ und in der äußeren Kreisreihe n₃. Hierbei gilt n₁ < n₂ < n₃. In Abhängigkeit vom jeweiligen Radius bzw. Umfang der einzelnen Kreisreihen A, B, C sowie von der jeweiligen Anzahl n der Leitstege 14 ergibt sich, daß die Leitstege 14 in jeder Kreisreihe um einen bestimm ten Umfangswinkelabstand α voneinander beabstandet sind (jeweils gemessen am radial inneren Ende der Leitstege). Vorzugsweise ist hierbei vorgesehen, daß dieser Umfangs winkelabstand von Kreisreihe zu Kreisreihe von innen nach außen abnimmt. Es gilt α₁ < α₂ < α₃.

Im folgenden sollen weitere vorteilhafte Ausgestaltungs merkmale erläutert werden, mit denen vor allem die Strö mungsverhältnisse optimiert werden können.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, ist jeder Leitsteg 14 - bezüg lich seiner Längserstreckung zwischen seinen radial inneren und äußeren Anbindungsstellen - derart schräg zur jeweili gen Radialrichtung ausgerichtet, daß er sich nicht parallel zur annähernd radial verlaufenden Hinterkante der Schaufeln des Lüfterrades erstreckt, was für ein günstiges Geräusch verhalten vorteilhaft ist. Hierzu ist die äußere Anbindungs stelle gegenüber der Radialrichtung insbesondere entgegen der Rotationsrichtung (Pfeilrichtung 18 in Fig. 1) des Axiallüfters versetzt. Hierdurch schließt jeder Leitsteg 14 mit der Radialen einen Neigungswinkel β ein, wobei dieser Neigungswinkel vorzugsweise von Kreisreihe zu Kreisreihe von innen nach außen kleiner wird. Es gilt β₁ < β₂ < β₃.

Wie sich aus Fig. 3 bis 5 ergibt, schließt jeder Leitsteg 14 - im wesentlichen entsprechend der Drallrichtung der Luft - bezüglich seiner axialen Erstreckung über die Luft führungslänge (L) hinweg mit der Axialrichtung einen Leit winkel γ ein, und zwar derart, daß jeder Leitsteg 14 - aus gehend von der dem Axiallüfter zugekehrten Einströmseite 20 - entsprechend der Rotationsrichtung (Pfeil 18 in Fig. 1) schräg bis zur gegenüberliegenden Ausströmseite 22 ver läuft. Dabei ist zweckmäßigerweise vorgesehen, den Leitwin kel (γ) bei den einzelnen Leitstegen 14 derart festzulegen, daß er bei jedem Leitsteg 14 im wesentlichen der im jewei ligen Querschnittsbereich vorhandenen Strömungsrichtung der - aufgrund des Axiallüfterprinzips grundsätzlich mit einem bestimmten Drall einströmenden - Luft entspricht.

Dieses vorteilhafte Merkmal trägt vor allem zu einer gra vierenden Reduzierung der Geräuschentwicklung bei, indem Strömungsablösungen an den Leitstegen vermieden werden, die auftreten könnten, wenn die Luft mit einem größeren Winkel zur Ebene der Leitstege 14 strömen würde.

Bedingt durch die Strömungsverhältnisse des Axiallüfters ist es hierbei gemäß Fig. 3 bis 5 vorteilhaft, wenn der Leitwinkel von Kreisreihe zu Kreisreihe von innen nach außen abnimmt; es gilt γ₁ < γ₂ < γ₃.

Wie sich weiterhin aus den Fig. 3 bis 5 ergibt, weist jeder Leitsteg 14 - bedingt durch seine Schrägstellung im Leit winkel γ - eine der Einströmseite 20 zugekehrte Oberseite 24 und eine der Ausströmseite 22 zugekehrte Unterseite 26 auf. Für eine gute Luftführung ist es hierbei vorteilhaft, die Oberseiten 24 jeweils von der Einströmseite 20 zur Aus strömseite 22 hin konvex - insbesondere kreisbogenförmig mit einem Krümmungsradius R - gekrümmt auszubilden. Dieser Krümmungsradius R ist jeweils derart gewählt, daß eine im Bereich der Einströmseite 20 angelegte Tangente im wesent lichen dem jeweiligen Leitwinkel γ entspricht, während eine an der gegenüberliegenden Ausströmseite 22 an die Oberseite 24 angelegte Tangente im wesentlichen der Axialrichtung entspricht. Auf diese Weise wird eine gute Luftführung bzw. Luftumlenkung - entsprechend der in den Fig. 3 bis 5 ein gezeichneten, gestrichelten Pfeile - in die Axialrichtung erreicht. Auch hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, die Krümmungsradien R der Oberseiten 24 von Kreisreihe zu Kreisreihe unterschiedlich zu gestalten; insbesondere nimmt der Krümmungsradius von innen nach außen zu; es gilt R₁ < R₂ < R₃. Auf diese Weisung ist die Krümmung selbst innen (Fig. 3) ausgeprägter als außen (Fig. 5).

In den Fig. 3 bis 5 ist zudem dargestellt, daß die Unter seite 26 jedes Leitsteges 14 bevorzugt im wesentlichen eben ausgebildet ist. Jedoch liegt auch eine konkave oder kon vexe Krümmung im Bereich der Erfindung.

Unter Hinweis auf Fig. 1 und 6 sei noch erwähnt, daß zwi schen dem Gehäusering 6 und dem inneren Halteabschnitt 8 sich über den Bereich der Leitstege 14 hinweg auch ein Kabelsteg 30 erstreckt, der für die Führung von nicht dar gestellten, elektrischen Anschlußleitern des Lüfters dient.

Zu diesem Zweck ist der Kabelsteg 30 gemäß Fig. 6 vorzugs weise im Querschnitt U-förmig ausgebildet, so daß er eine Aufnahmerinne 32 für die Leitungen bildet. Gemäß Fig. 1 verläuft der Kabelsteg 30 im wesentlichen tangential zu dem zentrischen, kreisförmigen Lüfter-Halteabschnitt 8, und zwar vorzugsweise derart, daß sein äußerer Bereich gegen über der Radialrichtung entgegen der Rotationsrichtung 18 versetzt ist. Somit verläuft auch der Kabelsteg 30 - ebenso wie die Leitstege 14 - nicht parallel zu den etwa radial ausgerichteten Hinterkanten der Schaufeln des Lüfterrades, was in Bezug auf das Geräuschverhalten vorteilhaft ist.

Gemäß Fig. 2 liegen alle Komponenten mit ihren der Aus strömseite 22 zugekehrten Flächen oder Kanten vorzugsweise in ein und derselben Ebene, wodurch das erfindungsgemäße Gehäuse 1 ausströmseitig praktisch "glattflächig" ist, abgesehen von den zwischen den Leitstegen 14 gebildeten Öffnungen.

Ergänzend sei nochmals auf Fig. 3 bis 5 hingewiesen, wonach jeder Leitsteg 14 im Bereich seiner der Einströmseite 20 zugekehrten Kante mit einem bestimmten Radius abgerundet ist. Die gegenüberliegende, ausströmseitige Kante weist eine geringe Stegdicke auf. Es ergibt sich insgesamt eine Art Tragflächenprofil der Leitstege 14.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2 weisen die kreisförmigen Trennstege 16 auf ihren beiden Axialseiten scharfkantige bzw. ebene, rechtwinklige Endkanten auf. Zumindest auf der dem Lüfter zugekehrten Einströmseite 20 kann aber statt dessen jeweils eine abgerundete Ringkante 34 vorgesehen sein, was für die Strömungsverhältnisse von Vorteil ist.

Diese bevorzugte Ausführung ist in Fig. 7 gesondert ver anschaulicht.

Abschließend soll eine konkret realisierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuses 1 bezüglich der Bemessungen genauer spezifiziert werden.

Dabei beträgt die Luftführungslänge L etwa 10 mm. Die Gesamtlänge des Gehäuserings 6 beträgt ca. 38 mm.

Hierzu sei noch bemerkt, daß die Angaben keine Beschränkung der Erfindung darstellen und ohnehin nur beispielhaft als "etwa-Angaben" zu verstehen sind.

Im übrigen ist die vorliegende Erfindung ohnehin nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner ist die Erfindung bis lang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merk malskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.

Claims

1. Axiallüfter-Gehäuse (1), insbesondere für Kühlungs zwecke bei EMV-abgeschirmten Geräten, bestehend aus einem eine Luftdurchlaßöffnung (10) aufweisenden Auf nahmeteil (2) für einen Axiallüfter und einem die Luftdurchlaßöffnung (10) überdeckenden, metallischen Abschirmgitter (4), dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmgitter (4) nach Art eines Luft-Leitrades mit schaufelartigen, sich über eine bestimmte axiale Luft führungslänge (L) erstreckenden, im wesentlichen etwa radial angeordneten Leitstegen (14) ausgebildet ist, wobei die Leitstege (14) in mindestens zwei konzen trischen Kreisreihen (A, B, C) verteilt angeordnet sind und die Anzahl (n) der Leitstege (14) in der äußeren Kreisreihe (B/C) größer als in der benachbarten inneren Kreisreihe (A/B) ist.

2. Axiallüfter-Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitstege (14) in drei konzentrischen Kreisreihen (A, B, C) verteilt angeordnet sind, wobei die Anzahl (n) der Leitstege (14) von Kreisreihe (A/B) zu Kreisreihe (B/C) von innen nach außen zunimmt.

3. Axiallüfter-Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Leitstege (14) jeder Kreisreihe (A, B, C) jeweils um einen Umfangswinkelabstand (α) voneinander beabstandet sind und der Umfangswinkelabstand (α₁, α₂, α₃) von Kreisreihe (A/B) zu Kreisreihe (B/C) von innen nach außen abnimmt.

4. Axiallüfter-Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leitsteg (14) - bezüglich seiner Längserstreckung zwischen seinen radial inneren und äußeren An bindungsstellen - mit der Radialen einen Neigungs winkel (β) derart bildet, daß die äußere Anbindungs stelle gegenüber der Radialen insbesondere entgegen der Rotationsrichtung (18) des Axiallüfters versetzt ist.

5. Axiallüfter-Gehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (β₁, β₂, β₃) von Kreisreihe (A/B) zu Kreisreihe (B/C) von innen nach außen abnimmt.

6. Axiallüfter-Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß je der Leitsteg (14) - bezüglich seiner axialen Erstreckung über die Luftführungslänge (L) hinweg - mit der Axialen einen Leitwinkel (γ) derart bildet, daß jeder Leitsteg (14) ausgehend von der dem Axiallüfter zuge kehrten Einströmseite (20) entsprechend der Rotations richtung (18) schräg bis zur gegenüberliegenden Aus strömseite (22) verläuft.

7. Axiallüfter-Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitwinkel (γ) bei den einzelnen Leitstegen (14) der art festgelegt ist, daß er bei jedem Leitsteg (14) im wesentlichen der Strömungsrichtung der mit einem be stimmten Drall einströmenden Luft entspricht.

8. Axiallüfter-Gehäuse nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitwinkel (γ₁, γ₂, γ₃) von Kreisreihe (A/B) zu Kreis reihe (B/C) von innen nach außen abnimmt.

9. Axiallüfter-Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leitsteg (14) eine der Einströmseite (20) zuge kehrte Oberseite (24) und eine der Ausströmseite (22) zugekehrte Unterseite (26) aufweist, wobei die Ober seite (24) von der Einströmseite (20) zur Ausström seite (22) konvex und insbesondere kreisbogenförmig mit einem Krümmungsradius (R) gekrümmt ist.

10. Axiallüfter-Gehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R₁, R₂, R₃) von Kreisreihe (A/B) zu Kreisreihe (B/C) von innen nach außen zunimmt.

11. Axiallüfter-Gehäuse nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite (26) jedes Leitsteges (14) im wesentlichen eben ausgebildet ist.

12. Axiallüfter-Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwi schen einem äußeren Gehäusering (6) und einem inneren Lüfter-Halteabschnitt (8) ein - vorzugsweise im Quer schnitt U-förmiger - Kabelsteg (30) über den Bereich der Leitstege (14) hinweg verläuft.

13. Axiallüfter-Gehäuse nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelsteg (30) im wesentlichen tangential zu dem zen trischen, kreisförmigen Lüfter-Halteabschnitt (8) ver läuft, und zwar insbesondere derart, daß sein äußerer Bereich gegenüber der Radialen entgegen der Rotations richtung (18) versetzt ist.

14. Axiallüfter-Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeteil (2) mit Gehäusering (6) und Lüfter-Halte abschnitt (8) und das Abschirmgitter (4) als ein stückiges Formteil - insbesondere aus Alu-Druckguß - ausgebildet ist.

15. Axiallüfter-Gehäuse nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leitstegen (14) zweier benachbarter Kreisreihen (A/B; B/C) ein kreisförmiger, insbesondere zylindrischer Trennsteg (16) angeordnet ist, der vor zugsweise auf der Einströmseite (20) eine abgerundete Kante (34) aufweist.