WO2005106254A1

WO2005106254A1 - Lüfteranordnung

Info

Publication number: WO2005106254A1
Application number: PCT/EP2005/001437
Authority: WO
Inventors: Wolfgang Arno Winkler
Original assignee: Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2005-02-12
Publication date: 2005-11-10
Also published as: EP1747378B1; DE202005004092U1; US20080089025A1; DE502005010421D1; EP1747378A1; ATE485451T1; US8801375B2

Abstract

Eine Lüfteranordnung hat einen Elektromotor (18), der zum Antrieb eines Lüfterrades (26; 170) dient und einen Innenstator (44) und einen Außenrotor (22) hat, mit welch letzterem das Lüfterrad in Antriebsverbindung steht. Auf einer Leiterplatte (17) sind Bauelemente (11) angeordnet, die zumindest teilweise durch einen von diesem Lüfterrad (26; 170) im Betrieb erzeugten Luftstrom (13) kühlbar sind. Dem Lüfterrad ist ein Luftleitglied (100) zugeordnet, welches vom Elektromotor (18) getrennt an der Leiterplatte (17) befestigt ist, so dass im Betrieb ein Kühlluftstrom (13) erzeugt wird, der zwischen Leiterplatte (17) und Luftleitglied (100) aus der Lüfteranordnung (16) austritt.

Description

Lüfteranordnung

Die Erfindung betrifft eine Lüfteranordnung nach Art eines Minilüfters. Solche Lüfter werden auch als Klein- oder Kleinstlüfter bezeichnet.

Minilüfter haben sehr kleine Abmessungen. Z.B. haben • die Lüfter der ebm-papst-Serie 250 Abmessungen von 8 x 25 x 25 mm, • die der ebm-papst-Serie 400F Abmessungen von 10 x 40 x 40 mm, • die der ebm-papst-Serie 400 von 20 x 40 x 40 mm, und • die der ebm-papst-Serie 600 von 25,4 x 60 x 60 mm.

Die Leistungsaufnahme solcher Lüfter liegt bei der Serie 250 bei 0,4 ... 0,6 W, bei der Serie 400F bei 0,7 ... 0,9 W, und bei den Serien 400 und 600 bei 0,9 ... 1,6 W. Ihr typisches Gewicht liegt etwa im Bereich 4 bis 35 Gramm.

Elektronische Geräte werden heute mit immer mehr Funktionen versehen und in immer kleinere Gehäuse eingebaut. Dies bewirkt einen Anstieg der Verlustwärme in der elektronischen Schaltung eines solchen Geräts. Ein besonderes Problem ergibt sich dadurch, dass in einer solchen Schaltung einzelne Elemente besonders heiß werden, z.B. Leistungs-Halbleiter, Mikroprozessoren, Widerstände, mit denen ein Motorstrom gemessen wird, etc. Diese besonders heißen Elemente erzeugen auf der Leiterplatte sogenannte hot spots, ein aus der Geologie entlehnter Begriff. Z. B. hat Island viele heiße Quellen und Geysire, also viele hot spots.

Die Kühlung solcher hot spots mittels üblicher Gerätelüfter ist ineffizient, weil Gerätelüfter, wie sie z.B. in Computern verwendet werden, einen relativ diffusen Luftstrom erzeugen, der zwar genügend Wärme aus dem Gehäuse abführt, aber eine gezielte Kühlung einzelner heißer Stellen nicht ermöglicht.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Lüfteranordnung bereit zu stellen, welche sich besonders für eine gezielte Kühlung auf einer Leiterplatte oder dergleichen eignet. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Eine solche Lüfteranordnung kann direkt auf einer Leiterplatte dort angeordnet werden, wo die größte Verlustwärme erzeugt wird. Die kollektorlose Ansteuerung bzw. Regelung des Elektromotors einer solchen Lüfteranordnung kann mittels Schaltelementen erfolgen, welche in die Elektronik auf der zu kühlenden Leiterplatte integriert sind. Diese Schaltelemente können auch die Drehzahl einer solchen Lüfteranordnung abhängig von der Temperatur verändern, so dass die Drehzahl mit steigender Temperatur ansteigt.

Besonders vorteilhaft, dass eine solche Lüfteranordnung eine sehr geringe Bauhöhe ermöglicht, da ihre Lagereinheit und der Innenstator ihres Elektromotors ähnlich wie ein elektronisches Bauelement direkt auf der Leiterplatte montiert und angelötet werden können, und da der Luftleitring als getrennte Einheit auf der Leiterplatte montiert werden kann, so dass faktisch die Leiterplatte zu einem Bauelement des Lüfters wird und dessen Bauhöhe entsprechend reduziert. Dies ermöglicht die Verwendung höherer Lüfterräder und damit die Erhöhung der Luftleistung.

Wenn die Montagevorgänge abgeschlossen sind, kann das Lüfterrad montiert und gegen Abziehen gesichert werden. Hierdurch wird auch möglich, dass man das Lüfterrad, das bei solchen Minilüftern sehr empfindlich ist, zu einem Zeitpunkt montieren kann, an dem seine Beschädigung weitgehend ausgeschlossen ist.

Durch entsprechende Ausgestaltung des Luftleitrings kann die austretende Kühlluft entweder gezielt auf bestimmte Bauelemente gelenkt werden, oder die Luft kann gleichmäßig in allen Richtungen austreten und alle umliegenden Bauelemente gleichmäßig kühlen. Hier ergeben sich sehr viele Variationsmöglichkeiten.

Um hohe Kühlleistungen zu erbringen, ist neben der Drehzahl eines solchen Minilüfters die Formgebung seiner Lüfterschaufeln von großer Bedeutung. Die Anzahl der Schaufeln, ihr Anstellwinkel zur Nabe, und der Schaufelradius sind dabei wichtige Größen. Wird ein Axiallüfterrad verwendet, so erhält man gute Ergebnisse durch Verwendung von etwa trapezförmigen Lüfterflügeln. Auch eine radiusförmige Schaufelkrümmung in radialer Richtung kann von Vorteil sein.

Ein Radiallüfterrad hat für Anwendungen auf Leiterplatten besondere Vorteile. Dabei werden die Lüfterschaufeln bevorzugt in einen oberen und einen unteren Luftführungsteller eingebettet, wodurch sich eine optimale Luftführung ergibt. Die Luftführungsteller bewirken hierbei die Charakteristik als Diagonallüfter und haben entsprechende Querschnittsprofile.

In einem solchen Fall kann es vorteilhaft sein, an der Leiterplatte einen stationären Luftführungsteller anzubringen, um auch etwas weiter entfernte hot spots auf der Leiterplatte zu erreichen. Jedoch wird es auch Fälle geben, in denen auf einen solchen Luftführungsteller verzichtet werden kann, nämlich dann, wenn nur Wärmequellen gekühlt werden müssen, die in unmittelbarer Nähe eines solchen Minilüfters liegen.

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:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Leiterplatte 17, bei der an einer Stelle mit besonders hoher Wärmeentwicklung eine Lüfteranordnung 16 zur lokalen Wärmeabfuhr angeordnet ist,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Leiterplatte und durch den Innenstator eines Minilüfters, der an dieser Leiterplatte befestigt werden soll, in stark vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 eine nochmals vergrößerte Darstellung einer Einzelheit III der Fig. 2,

Fig. 4 eine erste Alternative eines Schnitts, gesehen längs der Linie IV-IV der Fig. 2,

Fig. 5 eine zweite Alternative des Schnitts IV-IV, Fig. 6 eine Darstellung analog Fig. 2, bei welcher die Leiterplatte und der Innenstator mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind,

Fig. 7 eine Darstellung analog Fig. 6, wobei zusätzlich der zum Innenstator gehörende Rotor (und das mit diesem verbundene Lüfterrad) vor der Montage dargestellt sind,

Fig. 8 eine Darstellung analog Fig. 7, aber nach der Verheiratung von Innenstator und Rotor,

Fig. 9 eine Darstellung analog Fig. 8, welche die Leiterplatte, den auf dieser befestigten Lüfter, und einen Luftleitring zeigt, letzteren vor seiner Montage auf der Leiterplatte, wobei er links im Schnitt und rechts ungeschnitten dargestellt ist,

Fig. 10 eine Darstellung analog Fig. 9, aber nach der Montage des Luftleitrings auf der Leiterplatte,

Fig. 11 eine Variante, bei der der Luftleitring auf der Leiterplatte montiert wurde, bevor der Rotor montiert wird; diese Variante kann in vielen Fällen sehr vorteilhaft sein,

Fig. 12 die Anordnung nach Fig. 10 nach ihrer Montage im Gehäuse eines elektrischen Geräts,

Fig. 13 eine raumbildliche, stark schematisierte Darstellung des Lüfterrotors für den Motor der Fig. 10,

Fig. 14 die Abwicklung eines Lüfterflügels 26 der Fig. 13,

Fig. 15 einen Radialschnitt durch einen Flügel 26 des Rotors der Fig. 13,

Fig. 16 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Fig. 17, und Fig. 17 eine raumbildliche Darstellung eines Rotors, wie er bei der Lüfteranordnung nach Fig. 12 bevorzugt verwendet werden kann.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Leiterplatte 17, auf der verschiedene elektronische Bauteile angeordnet sind. In der oberen Hälfte befinden sich Bauteile 11, die im Betrieb besonders viel Wärme und damit einen hot spot erzeugen. Etwa im Zentrum dieses hot spot befindet sich eine Lüfteranordnung 16 von der Art, wie sie nachfolgend an Beispielen näher beschrieben wird. Die Lüfteranordnung 16 bewirkt eine gezielte Kühlung der Bauelemente 11, da sie einen gleichmäßigen Luftstrom 13 in alle Richtungen erzeugt. Sie ist in Fig. 1 nur schematisch dargestellt. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den nachfolgenden Figuren.

Es ist darauf hinzuweisen, dass der Luftstrom 13 auch gezielt auf einzelne Bauelemente gerichtet sein kann, und dass in Sektoren, wo wenig Kühlluft benötigt wird, der Luftstrom entsprechend reduziert werden kann. In Fig. 1 wäre dies z.B. der Sektor zwischen 4 Uhr und 5 Uhr, und zwischen 8 und 9 Uhr, wo die Dichte der Bauteile 11 relativ gering ist und folglich weniger Wärme abgeführt werden muss. Diese Steuerung der Luftströme ist z.B. durch Blenden möglich, oder auf viele andere Arten. Hierzu wird auf Fachliteratur verwiesen.

Der Minilüfter 16 wird von einem Außenläufermotor 18 (Fig. 8) angetrieben, und Fig. 2 zeigt die Leiterplatte 17, an der der Stator 44 des Motors 18 befestigt ist.

Gemäß Fig. 7 und 8 hat der Motor 18 einen Außenrotor 22 mit einer Rotorglocke 24, an deren Außenumfang Lüfterflügel 26 vorgesehen sind, die man auch als Lüfterschaufeln bezeichnet. In der Rotorglocke 24 befindet sich ein magnetischer Rückschluss 27 aus Weicheisen, und auf dessen Innenseite befindet sich ein radial magnetisierter Rotormagnet 28 (Fig. 8), der z.B. vierpolig magnetisiert sein kann. Der Außendurchmesser D (Fig. 7) des Außenrotors 22 kann z.B. im Bereich von etwa 14 bis etwa 35 mm liegen. Naturgemäß ist die Verwendung der Erfindung auch bei größeren Motoren nicht ausgeschlossen, doch stellt dieser Bereich das Haupt- Anwendungsgebiet dar. Die Rotorglocke 24 hat in ihrer Mitte eine Nabe 30, in der ein entsprechend geformtes oberes Wellenende 32 einer Rotorwelle 34 durch Kunststoffspitzen oder dergleichen wärmeleitend befestigt ist, deren unteres, freies Wellenende mit 35 bezeichnet ist. Der Durchmesser des Endes 35 nimmt nach unten hin ab.

Zur radialen Lagerung der Welle 34 dient ein Gleitlager 36, das bevorzugt als Doppelsinterlager ausgebildet ist. Alternativ ist, zur Erreichung besonders hoher Lebensdauern, auch eine Lagerung mit Wälzlagern möglich. - Das Gleitlager 36 ist in einem Lagerrohr 38 durch Einpressen befestigt. Das Lagerrohr 38 ist bevorzugt aus Stahl, Messing, oder einem sonstigen geeigneten Material hergestellt. Auch die Verwendung eines Kunststoffs ist nicht ausgeschlossen. Das Lagerrohr 38 ist mit einem radialen Vorsprung in Form eines Flanschs 39 versehen, der bei diesem Beispiel etwa senkrecht zur Drehachse 41 des Rotors 22 verläuft. Auf der Außenseite des Lagerrohres 38 ist der Innenstator 44 des Motors 20 befestigt, bevorzugt durch Aufpressen, vgl. Fig. 2.

Das Sinterlager 36 hat einen bauchigen Abschnitt 42 mit einem Durchmesser, der etwa dem Durchmesser eines zylindrischen Abschnitts der Innenseite 40 des Lagerrohres 38 entspricht und so bemessen ist, dass sich bei der Montage ein fester Sitz ergibt.

Wie in Fig. 2 dargestellt, hat das Sinterlager 36 einen unteren Gleitlagerabschnitt 48 und einen oberen Gleitlagerabschnitt 50. Dies ermöglicht eine zuverlässige Lagerung der Welle 34 und eine entsprechend lange Laufdauer des Motors 20, auch bei den hohen Drehzahlen dieser Minilüfter, die oft im Bereich von 6000 bis 9000 U/min liegen.

Der Stator 44 hat in der üblichen Weise ein Blechpaket 45, das mit einem Spulenkörper 46 umspritzt ist, auf den eine Wicklung 47 gewickelt ist. Alternativ zu der hier gezeigten Ausführung mit ausgeprägten Polen könnte der Stator 44 z.B. auch als Klauenpolstator ausgebildet sein.

Die Welle 34 hat an ihrem freien Endbereich 35 eine Ringnut 58, die in Fig. 7 dargestellt ist und in die nach der Montage elastische Sicherungshaken 60 eingerastet sind, vgl. Fig. 8. Diese Haken 60 haben eine geringere axiale Erstreckung als die Ringnut 58, und ihre Funktion ist es, den Rotor 22 gegen unbeabsichtigtes Abziehen zu sichern.

Die elastischen Rasthaken 60 liegen an keiner Stelle gegen die Welle 34 an. Sie sind einstückig mit einem Deckel 62 ausgebildet und befinden sich an einem Schmierstoffdepot 64, an dessen Boden sich eine Vertiefung 66 befindet, in welcher sich eine Spurkuppe 68 (Fig. 7) der Welle 34 dreht. Vertiefung 66 und Spurkuppe 68 bilden zusammen ein Axiallager für die Welle 34.

Wie Fig. 2 besonders klar zeigt, hat das Lagerrohr 38 in seinem oberen Bereich einen hohizylindrischen Abschnitt 42, und dieser erweitert sich nach unten hin nach Art eines Hohlkegelstumpfs 70, der unten in einen etwa zylindrischen Abschnitt 71 übergeht, in welchem Ringnuten 72, 73 mit etwa halbkreisförmigem Querschnitt eingearbeitet sind, vgl. Fig. 3. Nach unten hin erweitert sich der zylindrische Abschnitt 71 nach Art eines H oh I kegelstumpf s 74. Auf seiner Außenseite hat das Lagerrohr 38 oben einen zylindrischen Abschnitt 75, auf den der Innenstator 44 aufgepresst ist, vgl. Fig. 2, und der Abschnitt 75 geht über eine Schulter 76 über in die Oberseite des Flanschs 39. Dieser bildet bei der Montage einen Anschlag für den Spulenkörper 46, vgl. Fig. 2.

Die Unterseite 77 des Flanschs 39 geht ihrerseits in einen zylindrischen Abschnitt 78 auf der Außenseite des Lagerrohrs 38 über. Dieser Abschnitt 78 hat einen größeren Durchmesser als der Abschnitt 75, und er setzt sich fort in der zylindrischen Außenseite 79 des Rastdeckels 62, so dass Lagerrohr 38 und Rastdeckel 62 zusammen eine zylindrische Außenseite bilden, die gemäß Fig. 2 und 6 dazu ausgebildet ist, in eine zylindrische Öffnung 80 der Leiterplatte 17 eingepresst zu werden.

Dies ermöglicht eine einfache Montage, erfordert jedoch, dass gemäß Fig. 2 eine axiale Kraft F auf den Spulenkörper 46 in Richtung nach unten erzeugt wird, d.h. die Montage in der Öffnung 80 muss erfolgen, bevor der Rotor 62 montiert wird. Durch die Erfindung wird das problemlos möglich, d.h. zuerst wird gemäß Fig. 2 das Teil mit dem Innenstator 44 in Richtung eines Pfeiles 82 in die Öffnung 80 eingepresst, und dann wird, zu einem späteren Zeitpunkt, gemäß Fig. 7 und 8 der Motor durch Einschieben des Rotors 22 komplettiert.

Wie Fig. 3 zeigt, hat der Rastdeckel 62 auf seiner Außenseite 83 Rastwülste 84, 85, die nur in dieser vergrößerten Darstellung sichtbar sind. Wenn der Rastdeckel 62 mit Presssitz in die Öffnung 71 eingepresst wird, bilden die Wülste 84, 85 eine leichte Rastung und stellen gleichzeitig eine exzellente Abdichtung dar, so dass kein Schmiermittel aus dem Depot 64 ablaufen kann. Der für den Deckel 62 verwendete elastische Kunststoff ist so hitzebeständig, dass er in einem Lötbad beim Durchlauf durch dieses nicht beschädigt wird.

Im Spulenkörper 46 sind mit gleichmäßigen Abständen von 90° vier Drahtstifte 88 befestigt, an welche die Anschlüsse 90 der Wicklung 47 angeschlossen sind. Diese enthält gewöhnlich zwei Phasen, nämlich eine Antriebswicklung und eine Sensorwicklung. Zur Durchführung der Stifte 88 hat der Flansch 39 entweder die Form nach Fig. 4 mit vier radialen Nuten 92, oder die quadratische Form 39' gemäß Fig. 5. Die Leiterplatte 17 hat entsprechende Löcher 94, in welche diese Drahtstifte 88 bei der Montage eingeführt und anschließend mit einem Lot 96 im Lötbad verlötet werden, wobei das Lot 96 infolge Kapillarwirkung durch das Loch 94 nach oben steigt und auch den Wicklungs-Anschluss 90 mit dem Stift 88 verlötet. Dieses Lot 96 stellt dann gleichzeitig die elektrische und eine mechanische Verbindung des Innenstators 44 mit der Leiterplatte 17 dar. Diese einfache Art der Befestigung ist möglich, weil ein solcher Minilüfter nur ein Gewicht von z.B. 20 g hat.

Die Nabe 30 hat an ihrem in Fig. 7 unteren Ende eine Hinterschneidung 112, welche den Schmierstoff nach außen schleudert. Das Lagerrohr 38 hat an seinem oberen Ende an der Innenseite ebenfalls eine Hinterschneidung 114, welche verhindert, dass bei einer Schräglage des Lüfters 16 Schmierstoff aus diesem ausläuft. Aus diesem Grund ist auch der Spalt 116 zwischen Lagerrohr 38 und Rotor 22 sehr eng und nach Art eines Kapillarspalts bemessen, um das Austreten von Schmierstoff zu vermeiden. Der von der Hinterschneidung 1 12 nach außen geschleuderte Schmierstoff fließt entlang der Innenwand 46 des Lagerrohrs 38 nach unten zum Sinterlager 36 und durch dieses weiter nach unten in den Vorratsbehälter 64. Auf diese Weise erreicht man, dass sich im Vorratsbehälter 64 und dessen Vertiefung 66 ständig ein ausreichender Vorrat an Schmierstoff befindet.

Montage

Gemäß Fig. 2 und 6 wird als erstes der zylindrische Teil 71, 79 des Lagerrohres 38 in die Öffnung 80 der Leiterplatte 17 gepresst, wodurch sich das Bild gemäß Fig. 6 und 7 ergibt. In diesem Zustand wird die Leiterplatte 17 in der üblichen Weise in einem Lötbad verlötet. (Die Bauteile 11 sind in den Fig. 2 ff. nicht dargestellt.)

Anschließend wird gemäß Fig. 7 und 8 der Rotor 22 mit dem Innenstator 44 verheiratet, wobei gemäß Fig. 8 die Sicherheitsglieder 60 zuerst nach außen ausgelenkt werden und dann in die Ringnut 58 der Rotorwelle 34 schnappen und so verhindern, dass der Rotor 22 wieder abgezogen werden kann. Zur Vermeidung von Reibungsverlusten liegen die Sicherheitsglieder 60 nicht gegen die Ringnut 58 an. Dies erhöht den Wirkungsgrad eines solchen Klein- oder Kleinstmotors.

Beim Transport kann man die Rotoren 22 separat transportieren und erst an Ort und Stelle einbauen, wobei man zuvor entsprechendes Schmiermittel in das Depot 64, 66 einfüllen muss. Ebenso ist ein Transport mit montierten Rotoren 22 möglich.

Da der Magnet 28, wie in Fig. 10 dargestellt, bezogen auf die Achsrichtung des Motors 20 nicht symmetrisch zu den Statorblechen 45 angeordnet ist, sondern relativ zu diesen nach oben versetzt, wirkt auf den Rotor 22 eine magnetische Kraft in Richtung nach unten, und diese drückt die Spurkuppe 68 in die Vertiefung 66 und verhindert ein Klappern des Rotors bei Erschütterungen.

Anschließend an die Montage wird der Lüfter 16 in der üblichen Weise geprüft. Die Kommutierung kann z.B. mittels der induzierten Spannung erfolgen, wozu eine entsprechende Sensorwicklung vorgesehen wird, oder man verwendet einen Halbleitersensor, welcher die Stellung des Rotors 22 erfasst.

Wie in Fig.9 dargestellt, ist ein Luftleitglied 110 vorgesehen, das gemäß Fig.10 um den Lüfter 16 herum montiert wird, um dessen Wirkungsgrad zu verbessern. Man bezeichnet dieses Glied auch als Luftleitdüse 100, oder als Luftdüse, oder als Außengehäuse des Lüfters.

Es hat einen oberen, ringförmigen Flansch 102, der mit einer Ringnut 104 für einen Dichtring 106 versehen ist. Ferner hat es einen unteren Flansch 108, der, wie dargestellt, um einen Winkel 8 (delta) nach oben geneigt ist, z.B. um 7°. Die ringförmigen Flansche 104, 108 sind durch einen rohrförmigen Abschnitt miteinander verbunden, dessen unterer Teil 117 zylindrisch ausgebildet ist und dessen oberer Teil 118 die Form eines Hohlkegelstumpfs hat, der sich nach oben hin erweitert. Diese Form bewirkt einen Venturieffekt und verbessert die Lüfterleistung.

Am unteren Flansch 108 sind drei Distanzglieder 120 vorgesehen, ebenso drei Rasthaken 122. Fig. 9 zeigt wegen der teilweise geschnittenen Darstellung nur zwei Distanzglieder 120 und zwei Rasthaken 122.

Gemäß Fig. 10 wird das Luftleitglied 100 mittels seiner Rasthaken 122 in entsprechende Ausnehmungen 124 der Leiterplatte 17 eingehängt, wobei die Distanzglieder 120 mit unteren, stiftförmigen Abschnitten 121 kleineren Durchmessers in entsprechende Ausnehmungen 123 der Leiterplatte 17 gesteckt werden und das Luftleitglied 100 in einem vorgegebenen Abstand L (Fig. 10) von der Leiterplatte 17 halten. Diese Art der Befestigung ist sehr einfach und zuverlässig.

Wie Fig. 10 zeigt, wird im Betrieb Luft längs der Pfeile 126 in vertikaler Richtung angesaugt und dann zwischen der Leiterplatte 17 und dem unteren Flansch 108 in etwa horizontaler Richtung (Pfeile 127) ausgeblasen, und zwar nach allen Richtungen, d.h. alle umgebenden Bauteile 11 (Fig. 1) werden in gleicher Weise gekühlt.

Als Alternative kann gemäß Fig. 11 nach der Montage des Innenstators 44 auf der Leiterplatte 17 zuerst der Luftleitring 100 in der beschriebenen Weise montiert werden, und erst anschließend montiert man den Rotor 22. Der Vorteil liegt darin, dass in diesem Fall der Rotor 22 bei der Montage des Luftleitrings 100 nicht beschädigt werden kann. Bei solchen Klein- und Kleinstlüftern ist der Rotor 22 wegen seiner extrem dünnen Welle 34 und seiner kleinen Baugröße, die an ein Spielzeug erinnert, besonders empfindlich und muss sorgsam und wie ein rohes Ei behandelt werden. Bei Fig. 11 wird in diesem Fall der Rotor 22 durch die Öffnung des Luftleitrings 100 eingesetzt, wobei dieser als Führung dient.

Fig. 12 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 10 nach Einbau in ein elektronisches Gerät 130. Der Flansch 102 liegt in diesem Fall mit seinem Dichtring 106 gegen die in Fig. 12 obere Gehäusewand 132 an, die in der Mitte eine Lufteintrittsöffnung 134 hat, welche gleich groß ist wie die obere Öffnung des Luftleitrings 100.

An der Wand 132 ist ein Schutzgitter 136 eingerastet, das mit einer Vielzahl von Öffnungen 138 versehen ist. Unter dem Schutzgitter 136 kann noch ein Staubfilter 139 liegen, um z.B. das Eindringen von Sand oder von Tieren zu verhindern. Der Weg der angesaugten Luft ist bei 140 angedeutet. Sie kann ggf. auch seitlich durch entsprechende Öffnungen aus dem Gerät 130 austreten.

Die Fig. 13 bis 15 zeigen eine bevorzugte Form der Lüfterschaufeln 26 für ein Axiallüfterrad, wie es in Fig. 13 dargestellt ist. Neben der Drehzahl des Lüfters und der Zahl seiner Flügel, deren Anstellwinkel relativ zur Nabe und dem Flügelradius haben auch die axiale Länge der Flügel und ihre Geometrie große Bedeutung gerade bei solch kleinen Lüftern.

Fig. 13 zeigt die Drehrichtung 141. Die Lüfterflügel 26 erstrecken sich axial über die gesamte axiale Länge des Rotors 22. Fig. 13 zeigt zum Vergleich mit gestrichelten Linien die "normale" Form solcher Flügel. Im vorliegenden Fall ist der in Drehrichtung gesehen hintere Teil 142 der normalen Flügel 26 nicht vorhanden, so dass sich eine etwa trapezförmige Flügelform ergibt. Der Grund für diese von der "Normalform" abweichende Form der Flügel 26 ist, dass hierdurch das seitliche Abströmen der geförderten Luft, wie es in Fig. 13 bei 127 dargestellt ist, erleichtert wird, d.h. der Druckaufbau in seitlicher Richtung wird verbessert. Bei der "normalen" Flügelgeometrie würde man nur einen geringen Druckaufbau in seitlicher Richtung und folglich nur einen geringen Kühlluftstrom auf die Leiterplatte 17 erhalten.

Bezeichnet man die Erstreckung eines Flügels 26 längs der Außenseite des Rotors 22 mit xi, und die Erstreckung des Flügels längs seines Außenumfangs mit X₂, wie in

Fig.13 dargestellt, so gilt hier x1 > x2, d.h. x1 stellt die Basis eines Trapezes dar. Fig.14 zeigt einen solchen Flügel in Abwicklung. Dabei ist die Vorderkante mit 144 und die hintere Kante mit 146 bezeichnet. Die Drehrichtung 141 ist ebenfalls eingetragen.

Fig. 15 zeigt einen Schnitt, gesehen längs der Linie XV-XV der Fig. 14. Man erkennt, dass die Flügel 26 auch, gesehen in einem radialen Schnitt, gekrümmt sind und einen Krümmungsradius R haben. R hat bevorzugt einen Wert, der ≤xi ist. Die konvexe Seite

145 der Flügel 26 ist der Lufteintrittsseite 126 zugewandt. Die Krümmung R bewirkt zwar eine geringfügige Reduzierung des Druckaufbaus, aber das radiale Abströmen der Luft (Pfeile 127 der Fig. 13) wird hierdurch verbessert. Diese Krümmung (Radius R) begünstigt in vorteilhafter Weise den Druckaufbau im Bereich des Luftleitrings 00.

Fig. 16 zeigt schematisch ein Radiallüfterrad 160, das sich im Uhrzeigersinn dreht, wie durch den Pfeil 141 angegeben. Vom Außenrotor 22 geht eine Radiallüfterschaufel 162 aus, die vorwärts gekrümmt ist, und ihr radial äußerer Abschnitt schließt mit der Peripherie 164 des Lüfterrades 160 einen Winkel cti (alphal) ein, der größer als 90° ist.

Zum Vergleich ist in Fig. 16 auch eine Radiallüfterschaufel 166 eingezeichnet, die rückwärts gekrümmt ist, d.h. ihr radial äußerer Abschnitt schließt mit der Peripherie 164 einen Winkel 0.₂ (alpha2) ein, der kleiner ist als 90°.

Schaufeln 162, die vorwärts gekrümmt sind, erzielen eine stärkere Umlenkung der Strömung, also eine größere Energieumsetzung in bewegte Luft. Jedoch braucht man bei ihnen ein Spiralgehäuse und muss durch einen Diffusor, der einem solchen Laufrad mit Schaufeln 162 nachgeschaltet ist, erst noch Druck aufbauen.

Dagegen erzeugt ein Lüfterrad 160 mit rückwärts gekrümmten Schaufeln 166 den Druck bereits im Lüfterrad, so dass auf ein Spiralgehäuse und einen Diffusor verzichtet werden kann, was bei Lüftern für die Kühlung von Leiterplatten eine starke Vereinfachung bedeutet und einen Luftstrom nach allen Richtungen ermöglicht. Fig. 17 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines solches Radiallüfterrads 170 mit rückwärts gekrümmten Schaufeln 166, bei denen sich also die konvexe Seite vorwärts dreht, weshalb hier ein Spiralgehäuse und ein Diffusor entfallen können. Auch hier wird mit Vorteil ein Luftleitring 100 verwendet, wie er in Fig. 9 dargestellt ist, wobei jedoch nur das Teil 108 benötigt wird und die Abschnitte 102 und 118 entfallen können.

Das Lüfterrad 170 hat einen oberen Luftführungsteller 172 mit gekrümmtem Querschnitt, dessen bevorzugte Querschnittsform etwa dem Sektor einer Ellipse entspricht. Ferner hat das Lüfterrad 170 einen unteren Luftführungsteller 174, der im Querschnitt gesehen etwa parallel zum oberen Teller 172 verläuft. Beide Teller erstrecken sich bis zur Lufteinlassöffnung 134, wobei der obere Rand des Tellers 172 sehr dicht beim Rand der Öffnung 134 angeordnet ist.

Die Lüfterschaufeln 166 sind im Bereich des Auslasses zwischen die Teller 172, 174 in der dargestellten Weise eingebettet und nach rückwärts gekrümmt, vgl. Fig. 17, d.h. der Druckaufbau findet hier bereits im Lüfterrad statt.

Um das Lüfterrad 170 herum wird bevorzugt ein stationärer Luftführungsteller 108 angeordnet, der mit dem äußeren Rand des oberen Luftführungstellers 172 fluchtet und zusammen mit der Leiterplatte 17 einen Luftdurchtrittskanal bildet, welcher sich nach außen hin etwas erweitert. Auf diese Weise kann man einen gezielten Luftstrom erzeugen, so dass auch weiter entfernte Bauteile 11 gekühlt werden können. Liegen alle zu kühlenden Bauteile 1 1 in der Nähe des Lüfters, so kann ggf. auf den stationären Luftführungsteller 108 verzichtet werden. Dieser wird genauso befestigt wie das Luftführungsglied 100 des ersten Ausführungsbeispiels, also mit denselben Rasthaken und Distanzgliedem, weshalb diese nicht nochmals beschrieben werden. Auch hier ist die Montage des Luftführungstellers 108 außerordentlich einfach.

Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Claims

Patentansprüche

1. Lüfteranordnung mit einem Elektromotor (18), welcher zum Antrieb eines Lüfterrades (26; 170) dient und welcher einen Innenstator (44) und einen Außenrotor (22) aufweist, mit welch letzterem das Lüfterrad (26; 170) in Antriebsverbindung steht, ferner mit einer Leiterplatte (17), auf welcher Bauelemente (11) angeordnet sind, die zumindest teilweise durch einen vom Lüfterrad (26; 170) im Betrieb erzeugten Luftstrom (13) kühlbar sind, und mit einem dem Lüfterrad (26; 170) zugeordneten Luftleitglied (100), welches vom Elektromotor (18) getrennt an der Leiterplatte (17) befestigt ist, so dass im Betrieb ein Kühlluftstrom (13) erzeugt wird, der zwischen Leiterplatte (17) und Luftleitglied (100) aus der Lüfteranordnung (16) austritt.

2. Lüfteranordnung nach Anspruch 1, bei welcher das Luftleitglied (100) auf seiner von der Leiterplatte (17) abgewandten Seite eine Öffnung (117, 118) aufweist, die nach Montage des Luftleitglieds (100) an der Leiterplatte (17) eine Montage von Lüfterrad (26; 170) und Außenrotor (22) durch diese Öffnung (117, 118) hindurch ermöglicht (Fig. 1 1).

3. Lüfteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, deren Elektromotor (18) eine in einer Lageranordnung (36) gelagerte Rotorwelle (34) aufweist, wobei die Lageranordnung (36, 60, 66) so ausgebildet ist, dass die Rotorwelle (34) nach ihrer Montage gegen Abziehen aus der Lageranordnung gesichert ist.

4. Lüfteranordnung nach Anspruch 3, bei welcher die Lageranordnung (36, 60, 66) mindestens ein radial auslenkbares stationäres Sicherheitsglied (60) aufweist, welches zum Eingriff in eine Ringnut (58) der Rotorwelle (34) ausgebildet ist.

5. Lüfteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Luftleitglied (100) einen Abschnitt (108) aufweist, der zusammen mit der Leiterplatte (17) einen Luftaustritt (127) bildet, der sich in radialer Richtung erweitert.

6. Lüfteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher sich das Luftleitglied (100), ausgehend von der Lufteintrittsseite (126), bereichsweise nach Art einer Venturidüse (1 18, 117) verengt.

7. Lüfteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Luftleitglied (100) über mindestens ein Rastglied (122) mit der Leiterplatte (17) verbunden ist.

8. Lüfteranordnung nach Anspruch 7, bei welcher das mindestens eine Rastglied (122) am Luftleitglied (100) angeordnet und zur Rastverbindung mit einer zugeordneten Ausnehmung (124) der Leiterplatte (17) ausgebildet ist.

9. Lüfteranordnung nach Anspruch 7 oder 8, bei welcher das mindestens eine Rastglied als federnder Rasthaken (122) ausgebildet ist.

10. Lüfteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher zwischen Luftleitglied (100) und Leiterplatte (17) Distanzglieder (120) vorgesehen sind, welche für die Größe des Luftaustritts (127) bestimmend sind.

11. Lüfteranordnung nach Anspruch 10, bei welcher die Distanzglieder (120) mit dem Luftleitglied (100) verbunden sind.

12. Lüfteranordnung nach Anspruch 11, bei welcher die Distanzglieder (100) einstückig mit dem Luftleitglied (100) ausgebildet sind.

13. Lüfteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher am Luftleitglied (100) im Bereich des Lufteintritts (126) eine Dichtanordnung (106) vorgesehen ist.

14. Lüfteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Lüfterrad als Axiallüfterrad (26) ausgebildet ist.

15. Lüfteranordnung nach Anspruch 14, bei welcher das Axiallüfterrad trapezförmige Lüfterflügel (26) aufweist, bei denen die Erstreckung (x-i) im Bereich des radial inneren Abschnitts (22) größer ist als die Erstreckung (X₂) im Bereich des Außenumfangs.

16. Lüfteranordnung nach Anspruch 15, bei welcher die Lüfterflügel (26), bezogen auf einen radialen Schnitt, eine Krümmung (R) aufweisen, bei der die konvexe Seite der Lufteintrittsseite (126) zugewandt ist.

17. Lüfteranordnung nach Anspruch 16, bei welcher der Radius (R) der Krümmung kleiner oder gleich der Erstreckung (x-i) eines Lüfterflügels (26) auf dessen radial innerer Seite ist.

18. Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welcher das Lüfterrad als Radiallüfterrad (170) ausgebildet ist.

19. Lüfteranordnung nach Anspruch 18, bei welcher das Radiallüfterrad (170) rückwärts gekrümmte Schaufeln (166) aufweist.

20. Lüfteranordnung nach Anspruch 19, bei welcher eine Schaufel (166) im Bereich ihres äußeren Endes einen Verlauf in radialer Richtung aufweist, der einen Winkel (0.2) mit einer dortigen Tangente an den äußeren Umfang des Lüfterrades (170) einschließt, welcher Winkel kleiner als 90° ist.

21. Lüfteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Schaufeln (166) zwischen zwei Luftleitkörpern (172, 174) angeordnet sind, welche zusammen einen gekrümmten Luftleitkanal bilden, der sich von einem axialen Einlass zu einem radialen Auslass erstreckt.

22. Lüfteranordnung nach Anspruch 21, bei welcher die Schaufeln (166) im Bereich des radialen Auslasses der Luftleitkörper (172, 174) angeordnet sind.