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Die
Erfindung betrifft einen Lüfter
nach Art eines Axial- oder Diagonallüfters.
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Zur
Kühlung
von elektronischen Geräten werden
häufig
mehrere Lüfter
in einem Einschub oder dergleichen parallel betrieben, z.B. in einem
sogenannten Rack für
Server, oder im Schaltschrank einer Mobilfunkstation. Die Verwendung
mehrerer Lüfter
dient dabei zur Erzeugung einer Redundanz, d.h. wenn einer der Lüfter ausfällt, stellen
der oder die restlichen Lüfter
sicher, dass weiterhin genügend Kühlluft zur
Verfügung
steht.
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Wenn
in einem Einschub einer der Lüfter ausfällt und
die anderen Lüfter
weiterlaufen, würde die
Luft im Kurzschluss durch den stehenden Lüfter zirkulieren, und diese
Kurzschlussströmung
muss deshalb minimiert werden. Hierzu verwendet man Rückschlagklappen,
welche sich automatisch schließen,
wenn die Luft in die falsche Richtung strömt. Ein Beispiel hierfür zeigt
die
US 6 174 232 B1 ,
und dort ist auch das Problem beschrieben, dass die verwendeten
Rückschlagklappen
einen zusätzlichen
Strömungswiderstand
darstellen und folglich die Lüfterleistung
reduzieren.
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Es
ist folglich eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Lüfter bereit
zu stellen.
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Nach
der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Lüfter gemäß Anspruch
1. Durch die Verwendung eines Nachleitelements, wie es im Prinzip
aus der
US 6 017 191 der
Anmelderin bekannt ist, wird ein Teil des Druckverlusts, der durch
die mindestens eine Rückschlagklappe
verursacht wird, ausgeglichen, weil das Nachleitelement einen zusätzlichen statischen
Druck aufbaut. Auch bewirkt das Nachleitelement, dass der Drall
der Luftströmung
reduziert wird, welche aus dem Nachleitelement ausströmt. Dieser
Drall könnte
die Rückschlagklappen)
zum Klappern oder Flattern bringen, und dieser Effekt wird durch
das Nachleitelement reduziert, so dass ein Lüftereinschub mit solchen verbesserten
Lüftern
ruhiger arbeitet, weil die Rückschlagklappen
drallarm angeströmt
werden, wobei zusätzlich
der Wirkungsgrad verbessert wird.
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Weitere
Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den im Folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten,
in keiner Weise als Einschränkung
der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus
den Unteransprüchen.
Es zeigt:
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1 eine
perspektivische Draufsicht auf ein Nachleitelement, gesehen von
seiner Luftzuströmseite
und bei geschlossenen Rückschlagklappen,
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2 das
Nachleitelement der 1, gesehen von seiner Luftausströmseite,
ebenfalls bei geschlossenen Rückschlagklappen,
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3 eine
vergrößerte Darstellung
einer der vier Rückschlagklappen,
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4 eine
Darstellung des Nachleitelements analog 2, aber
bei geöffneten
Rückschlagklappen,
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5 das
Nachleitelement der 4, gesehen von seiner Luftzuströmseite,
und bei geöffneten Rückschlagklappen,
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6 eine
vergrößerte Darstellung
analog 4, und bei geöffneten
Rückschlagklappen,
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7 eine
perspektivische Darstellung analog den 4 bis 6,
welche die vier Rückschlagklappen
im geöffneten
Zustand zeigt,
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8 einen
Gerätelüfter (Axial-
oder Diagonallüfter),
auf dessen Ausströmseite
ein Nachleitelement gemäß 1 bis 7 angebracht
ist, bei geschlossenen Rückschlagklappen,
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9 eine
Darstellung analog 8, aber bei geöffneten
Rückschlagklappen,
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10 eine
Draufsicht analog 8 auf die Kombination eines
Gerätelüfters und
eines Nachleitelements, bei geschlossenen Rückschlagklappen,
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11 einen
Schnitt durch ein Anlenkglied einer geschlossenen Klappe, gesehen
längs der
Linie XI-XI der 10,
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12 einen
Schnitt, gesehen längs
der Linie XII-XII der 10,
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13 einen
Schnitt, gesehen längs
der Linie XIII-XIII der 10,
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14 einen
Schnitt, gesehen längs
der Linie XIV-XIV der 10,
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15 eine
Draufsicht analog 9 auf die Kombination eines
Gerätelüfters und
eines Nachleitelements, bei geöffneten
Rückschlagklappen,
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16 einen
Schnitt durch ein Anlenkglied einer geöffneten Klappe, gesehen längs der
Linie XVI-XVI der 15,
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17 einen
Schnitt, gesehen längs
der Linie XVII-XVII der 15, und
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18 einen
Schnitt, gesehen längs
der Linie XVIII-XVIII der 15.
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Es
ist darauf hinzuweisen, dass die Scharniere der Klappen beim bevorzugten
Ausführungsbeispiel
als elastische Bänder
dargestellt sind, und dass diese Bänder im Schnitt nur in den 11, 12, 16 und 17 dargestellt
sind, während
in den 13, 14 und 18 diese
elastischen Bänder
nicht dargestellt sind, um das Verständnis zu erleichtern.
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1 zeigt
ein Nachleitelement 30 von der Art, wie es bei der Erfindung
verwendet werden kann. Naturgemäß können solche
Nachleitelemente die verschiedensten Formen haben, d.h. das dargestellte
Beispiel stellt zwar die derzeit bekannte beste Ausführungsform
dar, kann aber in vielfacher Weise variiert werden. Ein solches
Nachleitelement wird oft auch als Nachleitrad bezeichnet.
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Die
Funktion eines solchen Nachleitelements ist folgende:
Die Luft,
die aus einem Axial- oder Diagonallüfter austritt, hat durch die
Drehung des Lüfterrades
einen Drall, d.h. sie bewegt sich etwa nach Art eines Korkenziehers.
Dieser Drall hat keine nützliche
Funktion, erfordert aber Energie zu seiner Erzeugung.
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Durch
das Nachleitelement wird dieser Drall in einen statischen Druck
transformiert, welcher bei einem Lüfter nützlich ist, weil er die Luft
durch das zu kühlende
Gerät presst.
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Das
Nachleitelement 30 hat einen äußeren Rahmen 32, der
bei der dargestellten Ausführungsform
etwa quadratisch ist, aber z.B. auch rund sein könnte. In seinen vier Ecken
hat dieser Rahmen 32 vier Montageöffnungen 34 üblicher
Art, wie sie von Gerätelüftern bekannt
sind. Die Öffnungen 34 dienen zur
Montage.
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Vom
Rahmen 32 gehen in ähnlichen
Winkelabständen
insgesamt acht Luftleitelemente 33 bis 40 radial
nach innen zu einem etwa rechteckförmigen inneren Halteglied 43.
Die Luftleitelemente 33 bis 42 haben etwa das
gleiche Profil wie die Flügel
des zugehörigen
Lüfters,
also meistens ein Tragflächenprofil,
und sie sind so ausgestaltet, dass sie dem Drall der Luftströmung entgegenwirken,
die aus dem zugeordneten Lüfter 44 austritt,
wie er z.B. in den 8 und 9 dargestellt
ist. In diesen beiden Figuren ist bei 46 die Richtung der
Luftströmung
und bei 48 die Drehrichtung des Lüfters angegeben. Daraus ergibt sich
für den
Fachmann die Form des Dralls der Luftströmung, die aus dem Gerätelüfter 44 austritt.
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Die
Luftleitelemente 33 bis 40 sind bevorzugt einstückig mit
dem Rahmen 32 und dem inneren Halteglied 43 ausgebildet,
so dass das Halteglied 43 von den Elementen 33 bis 40 gehalten
wird. Es hat einen Boden 50 und ist etwa so groß wie die
Nabe 52 (15) des Lüfterrads 54 des zugeordneten
Lüfters 44.
Diese Nabe 52 trägt
gewöhnlich
den (nicht dargestellten) Antriebsmotor für das Lüfterrad 54. In 15 sind
die fünf
Flügel 58 des
Lüfterrads 54 beispielhaft
gezeigt. Dargestellt ist ein Lüfter 44 mit
fünf Flügeln 58,
deren Vorderseiten 60 sichelförmig ausgebildet sind. Die
Flügel 58 haben
bevorzugt an ihren radial äußeren Kanten
Verbreiterungen 62, welche die Lüftergeräusche reduzieren.
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Die
Drehrichtung 48 ist auch in 15 angegeben,
d.h. das Lüfterrad 54 dreht
sich dort im Uhrzeigersinn und in Richtung zu den konkaven Seiten 62 der
radialen Halteglieder 33 bis 40. Letztere definieren
zwischen sich Durchströmöffnungen
für die vom
Lüfter 44 geförderte Luft,
z.B. in 1 die Durchströmöffnung zwischen
den Haltegliedern 37 und 38. Wenn ein Lüfter einer
Lüfterbatterie
defekt wird, müssen
diese Durchströmöffnungen
durch Schließglieder
verschlossen werden. Hierzu sind gemäß 2 um das
innere Halteglied 43 herum vier Rückschlagklappen 72, 74, 76, 78 in
symmetrischer Weise angeordnet, und beim Ausführungsbeispiel sind diese vier
Klappen identisch ausgebildet. Sie sind – wegen der guten Dämpfung – bevorzugt
aus Polypropylen mit Glasfaserverstärkung. Wie 2 zeigt,
liegen die Klappen 72, 74, 76, 78 in
ihrer Schließstellung
versenkt in der Oberfläche
des Nachleitelements 30, so dass sie beim Transport durch den überstehenden äußeren Rand 32 des
Nachleitelements 30 geschützt sind.
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3 zeigt
in stark vergrößerter Darstellung die
Klappe 78. Diese ist über
ein elastisches Band 80 an ihrem radial inneren Eck 82 mit
dem in 3 linken unteren Eck 84 des inneren Halteglieds 43 verbunden.
Das elastische Band 80 besteht aus einem elastomeren Kunststoff,
bevorzugt aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE), dessen Härtegrad entsprechend
den Erfordernissen eingestellt ist. Dieses Band 80 aus
TPE ist an das Eck 82 der Klappe 78 und an das
Eck 84 des inneren Halteglieds 43 angespritzt,
also durch Anschmelzen mit der Klappe 78 und dem Halteglied 43 verbunden.
Der Spritzvorgang erfolgt, während
sich die Klappe 78 in ihrer Schließstellung befindet, wie sie
in 3 dargestellt ist. Wenn also die Klappen 72, 74, 76, 78 geöffnet sind, wie
das in 4 dargestellt ist, wirkt auf sie von den Bändern aus
TPE eine Rückstellkraft,
welche bestrebt ist, sie in die Schließstellung zu drehen.
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Wie 3 zeigt,
hat die Klappe 78 eine innere Kante 88, welche
gerade ist und an deren in 3 oberem
Ende 90 ebenfalls ein Band 92 aus TPE angespritzt
ist, dessen in 3 rechtes Ende an einem Vorsprung 94 angespritzt
ist, der vom Rand 32 nach innen ragt, und dessen in 3 linkes
Ende an das rechte obere Ende 90 der Klappe 78 angespritzt
ist. Dadurch kann die Klappe 78 in 3 von links
nach rechts in eine etwa senkrechte Lage verschwenkt werden, wie
sie in 4 dargestellt ist. Dasselbe gilt – wegen
der identischen Form und der identischen Befestigung – für die anderen
Klappen 72, 74 und 76.
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Im
Anschluss an die gerade Kante 88, und unter einem rechten
Winkel zu ihr, hat die Klappe 78 oben einen kurzen geraden
Abschnitt 98, und daran anschließend einen kreisbogenförmigen Abschnitt 100,
der komplementär
zum gegenüberliegenden Rand 102 des
Nachleitelement 30 verläuft.
Der Abschnitt 100 geht in 3 nach unten über in einen geraden
Rand 104, der parallel zum Rand 88 verläuft, und
der Rand 104 erstreckt sich bis zu einer Aussparung 106 am
linken unteren Eck der Klappe 78. Von dieser Aussparung 106 verläuft in 3 eine gerade
untere Kante 108 waagerecht bis zum Eck 82. Die
Klappe 78 hat also etwa die Umrissform eines Rechtecks,
bei dem das linke obere Eck abgeschnitten ist.
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In
der Aussparung 106 befindet sich, wie dargestellt, ein
Vorsprung 94' des
Rahmens 32, und an diesem Vorsprung 94' ist, wie dargestellt,
ein elastisches Band 92' für die Klappe 76 angespritzt.
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11 zeigt
einen Schnitt, gesehen längs der
Linie XI-XI der 10 durch das elastische Gelenkband 92 aus
TEP. Dieses ist einerseits mit einem Pfosten 94 aus Kunststoff
verbunden, z.B. aus glasfaserverstärktem Polypropylen, und es
ist mit diesem Pfosten durch Anschmelzen verbunden. Andererseits
ist es mit der Klappe 78 (ebenfalls aus Polypropylen) verbunden,
die zu diesem Behuf mit einer Aussparung 110 versehen ist,
die vom TEP des Bandes 92 ausgefüllt ist. Das Band 92 erstreckt
sich wie dargestellt auch über
die Oberseite des Pfostens 94, um eine besonders dauerhafte
Verbindung zu erhalten.
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12 zeigt
einen Schnitt, gesehen längs der
Linie XII-XII der 10. Links ist die Klappe 78, die
eine Aussparung 112 hat, mit welcher das linke Ende des
elastischen Gelenkbands 80 durch Anschmelzen verbunden
ist. Rechts befindet sich das innere Halteglied 43, das
an seiner Oberseite eine Aussparung 114 hat, mit welcher
das rechte Ende des Gelenkbands 80 ebenfalls durch Anschmelzen verbunden
ist.
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13 zeigt
einen Schnitt, gesehen längs der
Linie XIII-XIII der 10. Das elastische Gelenkband
ist hier nicht eingezeichnet, sondern nur die entsprechende Aussparung 116 an
der Oberseite des inneren Halteglieds 43, und eine Aussparung 118 an der
Klappe 74. Die Teile werden in der Anordnung gemäß 13 in
eine (nicht dargestellte) Spritzgussform eingelegt, und dort wird
das gelenkige Band aus TPE eingespritzt, das spiegelbildlich aussieht
wie das Band 80 der 12 und
deshalb nicht dargestellt ist.
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14 zeigt
einen Schnitt, gesehen längs der
Linie XIV-XIV der 10. Das elastische Glied ist hier
nicht eingezeichnet, sondern nur eine Ausnehmung 120 des
inneren Halteglieds 43, in welcher dieses elastische Glied
durch einen Spritzgussvorgang verankert wird.
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15 ist
eine Darstellung analog 10, bei
der aber die Klappen 72, 74, 76, 78 in
ihrer geöffneten
Stellung dargestellt sind, die sie einnehmen, wenn der Lüfter 44 in
Betrieb ist, weshalb dann die elastischen Gelenkbänder 80, 92 etc.
um etwa 90° abgebogen
sind und eine entsprechende Rückstellkraft
auf die Rückstellklappen 72, 74, 76, 78 ausüben. Es
sind nur zwei der insgesamt acht Gelenkbänder dargestellt.
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16 zeigt
einen Schnitt XVI-XVI der 15. Dieser
entspricht – bei
geschlossener Klappe – dem
Schnitt gemäß 11.
Die Bezugszeichen sind die gleichen wie in 11, weshalb
hierauf verwiesen wird.
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17 zeigt
einen Schnitt, gesehen längs der
Linie XVII-XVII der 15. Dieser Schnitt entspricht 12 mit
dem Unterschied, dass in 12 die
Klappe 78 geschlossen und in 17 geöffnet ist.
Die Bezugszeichen sind in beiden Figuren dieselben. 17 zeigt,
dass die zur Klappe 78 benachbarte Klappe 72 im
geöffneten Zustand
mit ihrem unteren linken Eck 124 gegen das TPE-Material
des Gelenkbandes 80 stößt, wodurch
ein Klappern vermieden wird. Dies gilt – wegen der Symmetrie der Anordnung – in gleicher
Weise für
alle Klappen des Nachleitelements 30, weshalb dieses auch
als super-silent bezeichnet werden kann.
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18 zeigt
einen Schnitt, gesehen längs der
Linie XVIII-XVIII der 15, also bei geöffneter Klappe 74.
Das Gelenkband 126 ist mit strichpunktierten Linien angedeutet,
aber nicht dargestellt.
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Durch
die vorliegende Erfindung erhält
man also verschiedene vorteilhafte Wirkungen.
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Da
das Nachleitelement 30 mit den Rückschlagklappen 72, 74, 76, 78 zu
einer Baueinheit zusammengefasst ist, kann man diese Baueinheit
bei Bedarf mit einem beliebigen Lüfter 44 der gleichen Baugröße kombinieren,
wie das z.B. in 8 und 9 dargestellt
ist, wodurch sich der Preis des Lüfters 44 nur unwesentlich
erhöht.
Alternativ kann man das Nachleitelement 30 auch fest mit
dem Lüfter 44 verbinden,
wenn sich von den Stückzahlen
her hierfür
eine Motivation ergibt.
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Das
Nachleitelement baut einen zusätzlichen
statischen Druck auf, wodurch zumindest ein Teil des durch die Klappen 72, 74, 76, 78 verursachten
Druckverlusts ausgeglichen wird.
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Die
Klappen können
in einfacher Weise über die
Anbindungselemente aus TPE an das Nachleitelement 30 angespritzt
werden. Alternativ können
die Klappen komplett aus TPE ausgebildet werden, wobei sie dann
keine speziellen Anbindungselemente benötigen.
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Man
erhält
eine sehr kostengünstige
Lösung, da
das Nachleitelement zusammen mit seinen Klappen komplett in einem
Spritzgießprozess
herstellbar ist. Dadurch entfällt
die Notwendigkeit, Einzelteile, z.B. Federn, manuell zu montieren.
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Ein
solches Nachleitelement funktioniert unabhängig von seiner Lage, was für die Praxis
ein wichtiger Vorteil ist.
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Da
der Härtegrad
des TPE-Materials einstellbar ist, kann die Steifigkeit der Anbindungselemente eingestellt
werden. Dies ermöglicht
es, das Nachleitelement je nach Luftleistung zu verändern, d.h.
bei einer geringen Luftleistung wird man Anbindungselemente verwenden,
die nur eine geringe Steifigkeit haben, während man für hohe Luftleistungen entsprechend
steife Anbindungselemente verwenden kann.
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Ein
erfindungsgemäßes Nachleitelement einschließlich seiner
Klappen benötigt
nur einen kleinen Bauraum, und es verursacht nur ein geringes Geräusch, da
man Kunststoffe mit hoher Eigendämpfung
verwenden kann.
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Ein
solches Nachleitelement ist einfach an Axiallüfter und Diagonallüfter adaptierbar.
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Das
den Rückschlagklappen
vorgeschaltete Nachleitelement bewirkt eine drallarme Anströmung dieser
Klappen. Dadurch neigen diese erheblich weniger zum Schwingen/Flattern.
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Die
angespritzten Klappenanschläge
verhindern, dass sich die Klappen berühren bzw. verhaken und damit
gegenseitig behindern. Dies ist für die Praxis ein wichtiger
Vorteil.
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Von
Vorteil ist auch, dass die Nachleitelemente vom Kunden in der gewünschten
Stückzahl bestellt
werden können,
und dass es sehr einfach ist, einige Reserve-Nachleitelemente auf Lager zu halten und
bei Bedarf defekte Nachleitelemente durch solche Reserveteile zu
ersetzen, ohne dass man den kompletten Lüfter ersetzen muss.
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Naturgemäß sind im
Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen
möglich.