DE3227698C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mit Gleichstrom betriebenen, hoch­ tourigen Axial-Kleinlüfter nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruches 1.

Derartige Axial-Kleinlüfter werden bevorzugt zur Kühlung in elektrischen und elektronischen Geräten und Anlagen eingesetzt, besonders dort, wo sehr kompakte Lüfterabmessungen und geringes Geräusch bei hoher Luftleitung verlangt wird. Der in solchen Geräten begrenzte Bauraum begrenzt auch die Abmessungen der verwendbaren Lüfter. Als Maßnahme zur Leistungssteigerung solcher Lüfter scheidet daher eine Vergrößerung der Abmessungen aus.

Es ist ein Axial-Kleinlüfter der eingangs genannten Art (DE-OS 29 40 650) bekannt, bei dem relativ große Luftleistungen dadurch erreicht werden, daß die Nabe des Ventilatorrades an der Ansaugseite mit einer zur Stirnseite hin konisch ausge­ bildeten Ringfläche versehen ist. Im Bereich der Axialmittel­ ebene verläuft der Gehäusemantel unter Belassung eines geringen Spaltes zu den Lüfterschaufeln zylindrisch und erweitert sich auf eine quadratische Form durch in den Eckbereichen sowohl zur Ansaugseite als auch zur Abblasseite hin schräg und symmetrisch zur Axialmittelebene verlaufende Wände.

Dadurch, daß in den in Frage kommenden Geräten in zunehmendem Maße immer kleinere elektrische bzw. elektronische Bauteile eingesetzt werden, können auch die Gehäuse solcher Geräte in zunehmendem Maße kleiner gestaltet werden. Das bedeutet für Kleinlüfter der hier zu betrachtenden Gattung, daß die Leistungsfähigkeit durch die entgegenwirkenden Staudrücke in den Einbauräumen begrenzt ist.

Es sind zwar auch ähnliche Lüfter (US-PS 44 82 302) bekannt­ geworden, bei denen es darum geht, den Geräuschpegel zu senken. Zu diesem Zweck wird dort vorgeschlagen, in den Ecktaschen den Übergang zum zylindrischen Führungsbereich für die Schaufeln über eine S-förmig verlaufende Kontur vorzunehmen. Dabei sind Möglichkeiten geschildert, diese S-förmige Kontur dem Einlauf­ bereich oder dem Abblasbereich zuzuordnen, oder solche Bereiche Zu- und Ablaufbereichen zuzuordnen. In keinem Fall ist dort aber an eine Leistungsverbesserung gedacht gewesen. Es handelt sich dort auch um keine mit hohen Drehzahlen zu betreibenden Lüfter und es ist dort auch nicht vorgesehen, einen sich nennenswert verengenden Einlaufkanal vorzusehen, in dem Lüfter­ schaufeln mit parallel zur Einlaufseite verlaufenden Vorder­ kanten hineinragen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Axial-Kleinlüfter der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine größere Leistungs­ fähigkeit besitzt als die bekannten derartigen Axial-Klein­ lüfter, wobei dies ohne Vergrößerung der Außenmaße der be­ kannten Kleinlüfter erreicht werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden bei einem Kleinlüfter der eingangs genannten Art die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruches 1 vorgesehen.

Durch diese Ausgestaltung wird die an sich erstaunliche Ver­ besserung erzielt, die anhand der später erläuterten Kennlinien deutlich wird. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die Lüfterschaufeln über einen relativ großen axialen Bereich un­ mittelbar im zylindrischen Bereich des Gehäusemantels an der Einlaufseite geführt, so daß die von den Lüfterschaufeln er­ faßte Luft an der Eintrittsseite und noch vor der Querschnitts­ verengung in der axialen Mittelebene bei den auf der Abblas­ seite vorherrschenden Staudrücken nicht die Möglichkeit be­ sitzt, diesem Gegendruck radial auszuweichen. Dadurch, daß die Lüfterschaufeln so weit wie möglich auf der Ansaugseite von einem zylindrischen Mantel umgeben sind, kann der auf der Ab­ blasseite wirkende Staudruck nicht dazu führen, daß die an­ zusaugende Luft der Bewegung durch die Lüfterschaufeln radial ausweicht und wieder zur Ansaugseite gedrängt wird.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß am äußeren, zur Ansaugseite weisenden Randbereich der zylindrische Abschnitt des Gehäusemantels in eine umlaufende Einlaufrundung übergeht. Dadurch ergibt sich ein erweiterter Einlaufquer­ schnitt auf der Ansaugseite, der erst allmählich enger werdend in den durch den zylindrischen Teil des Gehäusemantels be­ grenzten Strömungskanalabschnitt übergeht. Dabei ist es vor­ teilhaft, wenn der Krümmungsradius der Einlaufrundung relativ groß gewählt wird, etwa größer/gleich ¹/₃ des Abstandes zwischen der Axialmittelebene und der Ansaugseite.

Eine ganz ähnliche Wirkung kann auch erzielt werden, wenn der zylindrische Abschnitt des Gehäusemantels in einer Abschrägung zur Ansaugseite hin übergeht. Schließlich hat es sich gezeigt, daß auch dann, wenn der Gehäusemantel über den gesamten Abstand zwischen Axialmittelebene und Ansaugseite zylindrisch aus­ gebildet ist, eine beträchtliche Leistungssteigerung erzielbar ist.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt, die im folgenden beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht auf die Ansaugseite eines erfindungs­ gemäßen Axialventilators,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II durch den in Fig. 1 dargestellten Axialventilator,

Fig. 3 eine Detaildarstellung eines Eckbereiches im Quer­ schnitt einer anderen Ausführungsart,

Fig. 4 eine Detaildarstellung eines Eckbereiches im Quer­ schnitt einer weiteren Ausführungsart und

Fig. 5 die schematische Darstellung des Verlaufs von Luftfördermenge über dem statischen Druck gemessen an einem erfindungsgemäßen Axialventilator und an einem Axialventilator nach dem Stand der Technik.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Axialventilator, der wegen seiner geringen Außenabmessungen und seiner kompakten Bauweise bevor­ zugt zur Kühlung in elektronische oder elektrische Geräte ein­ gesetzt wird. Das Lüfterrad ist in einem Gehäusemantel 2 ein­ gebaut. In Fig. 1 sind die Lüfterschaufeln 4 und das Motorge­ häuse 3 zu erkennen.

Der Gehäusemantel 2 weist über die axiale Tiefe gesehen einen Teilbereich auf, in dem er zylindrisch und konzentrisch zur Ventilatorachse B verläuft und mit 5 bezeichnet ist. Von diesem zylindrischen Bereich 5 geht der Gehäusemantel 2 zur Ansaugseite ebenso wie zur Abblasseite in eine quadratische Form über, wobei an den dadurch entstandenen Eckbereichen 6 Befestigungsbohrungen 7 angebracht sind.

In dem in Fig. 2 dargestellten Querschnitt durch die Hälfte eines erfindungsgemäßen Axialventilators ist zu erkennen, daß das als Nabe dienende Motorgehäuse 3 zur Ansaugseite 9 hin mit einer konisch zulaufenden, sich zur Ansaugseite 9 verjüngenden Ringfläche 10 versehen ist, wobei sich auch die Lüfterschaufeln 4 bis über diese Ringfläche 10 erstrecken.

Der Motor ist in an sich bekannter Weise aufgebaut. Dabei umgeben die Wickelköpfe 13, die auf einem Ring 12 gelagert und mit einer aus Isolierstoff hergestellten Abdeckkappe 14 nach vorne abgeschlossen sind, den Stator 19, der seiner­ seits über das Rohr 23 und das Gleitlager 22 gegenüber der Welle 15 gelagert ist. Die Welle 15 ist über die Buchse 11 fest mit dem Motorgehäuse 3 verbunden, das außen einstückig als Kurzschlußläuferrotor ausgebildet ist, dessen Stäbe in an sich bekannter Weise durch die laminierten Bleche 16 des Rotors verlaufen. Am äußeren Umfang des als Nabe aus­ gebildeten Motorgehäuses 3 sind dann die Lüfterschaufeln 4 befestigt.

Begrenzt wird der Innenraum, in dem das Lüfterrad angeordnet ist, in der Axialmittelebene A durch den zylindrisch verlau­ fenden Bereich 5 des Gehäusemantels 2, der sich zur Ansaug­ seite 9 hin über eine Länge a₂ erstreckt, die größer als die Hälfte des Abstandes a₁ von der Axialmittelebene A zur An­ saugseite 9 ist. Zur Abblasseite 8 hin verläuft der Gehäuse­ mantel in den Eckbereichen von der Axialmittelebene A aus mit einer schrägen Wand 17, so daß sich insgesamt eine asym­ metrische Ausbildung bezüglich der Axialmittelebene A zwi­ schen der ansaugseitigen Hälfte und der abblasseitigen Hälfte des Axialventilators ergibt. Der zylindrische Bereich 5 geht bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in eine Einlauf­ rundung 18 über, deren Krümmungsradius R etwa einem Drittel des Abstandes a₁ von der Axialmittelebene zur Ansaugseite 9 beträgt. Es hat sich gezeigt, daß, sich dann, wenn der zylindrisch verlaufende Bereich 5 relativ weit bis auf die Ansaugseite hin vorgezogen ist, die Leistung des Lüfters steigern läßt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß durch die erfindungs­ gemäße Ausbildung die Lüfterschaufeln 4 über einen relativ großen axialen Bereich unmittelbar durch den zylindrischen Bereich 5 des Gehäusemantels 2 umgeben werden, so daß die von den Lüfterschaufeln erfaßte Luft vor der Querschnitts­ verengung in der Axialmittelebene bei auf der Abblasseite 8 vorherrschenden Staudrücken nicht die Möglichkeit besitzt, diesem Gegendruck dadurch auszuweichen, daß sie radial nach außen der Bewegung durch die Lüfterschaufeln 4 ausweicht und damit wieder auf die Ansaugseite gedrängt wird, was bei den bekannten Bauarten der Fall ist.

Bei der Ausführungsform der Fig. 3, in der ebenfalls ein Quer­ schnitt durch einen Eckbereich des Gehäusemantels gezeigt ist, verläuft der zylindrische Bereich 5a über den gesamten Abstand zwischen der Axialmittelebene A und der Ansaugseite 9. Damit läßt sich die Leistung ebenso wie mit einem Axialventilator, dessen zylindrischer Bereich 5b durch eine Abschrägung 24 im äußeren Randbereich zur Ansaugseite 9 übergeht (vgl. Fig. 4), gegenüber den bekannten Axialventilatoren steigern.

Aus Fig. 5, in der die Kennlinien 20a und 20b des neuen Axial­ ventilators gegenüber den Kennlinien 21a und 21b eines Axial­ ventilators nach dem Stand der Technik (DE-OS 29 40 650) auf­ getragen sind, läßt sich erkennen, daß insbesondere bei hohen Gegendrücken (der Druck ist auf der Ordinate abgetragen) sich eine beträchtliche Leistungssteigerung mit dem erfindungs­ gemäßen Axialventilator erzielen läßt. Die jeweils zusammenge­ hörigen Kurvenpaare 20a und 21a sowie 20b und 21b stellen dabei Vergleichsmessungen dar, die mit zwei verschiedenen Lüfterrad­ frequenzen durchgeführt wurden. Die Kurven 20a und 21a wurden bei einer Frequenz von 60 Hz aufgenommen, die Kurven 20b und 21b bei einer Frequenz von 50 Hz. Auf der Abzissenachse ist die Luftfördermenge abgetragen.

Es hat sich darüber hinaus auch gezeigt, daß sich bei höheren Drehzahlen eine noch deutlichere Verbesserung der Charakteristik ergibt, was sich aus den Abweichungen der mit einer Frequenz von 60 Hz aufgenommenen Kurven 20a und 21a untereinander gegenüber den Abweichungen der Kurven 20b und 21b gegeneinander erkennen läßt, die mit geringeren Lüfterdrehzahlen, nämlich mit einer Frequenz von nur 50 Hz aufgezeichnet wurde. Der erfindungs­ gemäße Effekt tritt daher besonders bei hochtourigen Lüftern, insbesondere bei Gleichstromlüftern mit einer Drehzahl über 3000 U/min stark in Erscheinung. Gerade solche Lüfter sind aber auch besonders geeignet zur Kühlung und Belüftung elektrischer und elektronischer Geräte, wie das eingangs ausgeführt wurde.

Claims (6)

1. Mit Gleichstrom betriebener, hochtouriger Axial-Klein­ lüfter, mit einem das Ventilatorrad umschließenden Gehäuseman­ tel, dessen Innenkontur im Bereich der axialen Mittelebene zylindrisch ausgebildet und mindestens zur Abblasseite hin unter Bildung von Eckbereichen in ein polygonales, insbesondere quadratisches, den Durchmesser des Ventilatorrades umschrei­ bendes Profil erweitert ist und mit einem zentralen koaxialen Kern, der vom Antriebsmotor, der Nabe des Lüfterrades und dem Halterungsflansch für den Antriebsmotor gebildet wird, wobei dieser Kern eine sich zur Stirnseite der Ansaugseite konisch verjüngende Ringfläche besitzt, die mit dem Gehäusemantel einen sich in Strömungsrichtung verjüngenden Einlaufkanal bildet, in den jeweils ein über die Ringfläche reichender Teil jeder Lüfterschaufel hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (2) in den Eckbereichen (6) bezüglich der Axial­ mittelebene (A) asymmetrisch und von der Axialmittelebene (A) weg zur Ansaugseite (9) hin über einen größeren Abstand (a₂) als zur Abblasseite hin zylindrisch (Bereich 5, 5a, 5b) aus­ gebildet ist und daß die Lüfterschaufeln (4) über einen relativ großen axialen Bereich durch den zylindrischen Bereich (5, 5a, 5b) des Gehäusemantels (2) umgeben sind.

2. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a₂) mindestens dem halben Abstand (a_1/2) zwischen der Axialmittelebene (A) und der Ansaugseite (9) beträgt.

3. Axialventilator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am äußeren, zur Ansaugseite (9) hin wei­ senden Randbereich der Gehäusemantel (2) von seinem zylindrischen Bereich (5) in eine umlaufende Einlauf­ rundung (18) übergeht.

4. Axialventilator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R) der Einlaufrundung (18) größer/gleich ¹/₃ des Abstandes (a₁) zwischen der Axial­ mittelebene (A) und der Ansaugseite (9) vorgesehen ist.

5. Axialventilator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zylindrische Bereich (5b) des Gehäuse­ mantels (2) in den Eckbereichen (6) zur Ansaugseite (9) hin in einer Abschrägung (24) übergeht.

6. Axialventilator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Gehäusemantel (2) über den gesamten Abstand (a₁) zwischen Axialmittelebene (A) und Ansaug­ seite (9) zylindrisch (5a) ausgebildet ist.