DE4434598A1 - Radiallüfter zur Luftkühlung eines elektrischen Kleinmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Radiallüfter zur Luftkühlung eines elek­ trischen Kleinmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Haushaltsmaschinen und kleine Arbeitsgeräte bekannt, deren Ar­ beitswelle mit einem elektrischen Kleinmotor angetrieben wird. Die Kühlung des Motors erfolgt üblicherweise durch einen Radiallüfter, der Luft zentral ansaugt und radial abgibt, die über den Kleinmotor zu dessen Kühlung geführt wird. Solche Lüfter werden unmittelbar auf der Motorwelle drehfest angeordnet, so daß sie sich entsprechend dem Betrieb der Haus­ haltsmaschine oder des Arbeitsgeräts auf der Motorwelle mitdrehen. Üb­ licherweise ist der Kühllüfter für Betriebsbereiche des Kleinmotors unter hoher Motorbelastung und dadurch hoher Motorerwärmung ausgelegt, die immer dann auftritt, wenn die Haushaltsmaschine bzw. das kleine Arbeits­ gerät unter Last an der Abtriebswelle betrieben wird, beispielsweise während des Rührens, Mixens oder Zerkleinerns. Dies bedeutet, daß unter maximal er Belastung, und zwar mit minimaler Betriebsdrehzahl des Motors, der Lüfter einen ausreichenden Kühlluftstrom auf der Druckseite abgibt und damit eine ausreichende Kühlleistung erzielt. Dies wiederum bedeutet, daß im unbelasteten Zustand, also bei hohen Drehzahlen des Motors, eine entsprechend große Luftmenge gefördert wird, die für diesen Leerlaufzu­ stand im Grunde nicht erforderlich ist. Aus diesem Grund sind bei solchen Haushaltsmaschinen oder kleinen Arbeitsgeräten die Strömungsgeräusche im Leerlauf unerwünscht hoch.

Es gibt auch größere Gebläse mit mechanisch verstellbaren Schaufeln, um den Luftstrom beeinflussen zu können. Eine solche Verstellung erfordert jedoch einen aufwendigen Verstellmechanismus derart, das jede einzelne Schaufel schwenkbar um eine Schwenkachse gelagert werden muß, wobei die einzelnen Achsen der Schaufeln mit einem gemeinsamen Verstellmechanismus verbunden sein müssen. Ein solcher Verstellmechanismus muß äußerst exakt und insbesondere spielfrei arbeiten, damit keine Unwucht an der Motor­ welle des Antriebsmotors auftritt. Allerdings wäre es, abgesehen von der aufwendigen Konstruktion eines solchen Lüfterrads, in Haushaltsmaschinen oder kleineren Arbeitsgeräten, bei denen es sich um stationäre Geräte oder handbetriebene Geräte handeln kann, aus Platzgründen kaum möglich, einen solchen Verstellmechanismus an den Lüfterrädern anzubringen, die üblicherweise nur einen Durchmesser von 50 bis 80 Millimetern besitzen. Weiterhin besitzen solche Lüfterräder mit den vorstehend angegebenen Durchmessern zwischen 8 und 25 Schaufeln, so daß ersichtlich ist, daß unter dieser hohen Anzahl von Schaufeln Verstellmechanismen kaum anzu­ bringen sind. Unterstellt man, daß mit einer geringen Anzahl an Schaufeln ein solcher Verstellmechanismus konstruktiv noch ausführbar wäre, so würde er allerdings die Kosten einer mit einem solchen Lüfter aus­ gerüsteten Haushaltsmaschine oder eines kleinen Arbeitsgeräts unver­ hältnismäßig erhöhen.

Ausgehend von dem vorstehend angegeben Stand der Technik und der be­ schriebenen Problematik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, einen Radiallüfter zur Luftkühlung eines elektrischen Klein­ motors, insbesondere in Haushaltsmaschinen und kleineren Arbeitsgeräten, zu schaffen, bei dem unter Erhöhung der Drehzahl des zu kühlenden elektrischen Kleinmotors die Kühlluft nicht mehr proportional zunimmt und bei dem gleichzeitig die Lüftergeräusche und die mechanische Lüfter­ leistung bei hohen Drehzahlen gering gehalten werden.

Die vorstehende Aufgabe wird bei einem Radiallüfter der eingangs be­ schriebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 ge­ löst. Durch die flexible Ausgestaltung der radial innenliegenden Flächen­ bereiche der Schaufeln treten im Betrieb des Radiallüfters sowohl Flieh­ kräfte, Materialrückstellkräfte als auch Strömungskräfte (Druckseite und Saugseite) auf. Die einzelnen Schaufeln sind in ihrem flexiblen Bereich derart ausgelegt, daß unter niedrigen Drehzahlen, d. h. also unter Motor­ last, ein ausreichend freier Strömungsquerschnitt und eine Form der Schaufeln des Lüfterrads gegeben ist, die eine zur Kühlung ausreichende Luftförderung durch das Lüfterrad zur Folge hat. Mit zunehmender Drehzahl des elektrischen Motors, an dessen Welle das Lüfterrad angeordnet ist, tritt durch die auftretenden Fliehkräfte eine Verformung der flexiblen Bereiche der Schaufeln derart auf, daß sich der freie Strömungsquer­ schnitt verringert. Die flexiblen Teile der Schaufeln können hierbei derart ausgelegt werden, daß sie vollständig den Strömungsquerschnitt zwischen zwei benachbarten Schaufeln verschließen, so daß die Luft­ stromförderung durch den Lüfter im Bereich der Schaufeln vollständig unterbrochen ist. Die geförderte Kühlluft regelt sich demzufolge durch dieses Lüfterrad selbständig derart, daß bei hohen Drehzahlen eine kleine oder sogar überhaupt keine Kühlluftförderung gegeben ist, während unter hoher Belastung mit geringer Drehzahl des Arbeitsgeräts eine ausreichende Kühlluftströmung erreicht wird. Dadurch ergibt sich bei hohen Drehzahlen eine Gesamtreduzierung und eine deutliche Abnahme der mechanischen Antriebsleistung des Lüfters.

Die einzelnen Schaufeln können in Bezug auf ihre Dicke so ausgelegt werden, daß sie in ihrer radlalen Erstreckung eine Sollbiegestelle auf­ weisen, um die sich beispielsweise ein radial innenliegendes, freies Ende der jeweiligen Schaufel verschwenken kann, so daß bei höheren Drehzahlen der Schaufeleintrittswinkel kleiner wird, wodurch insbesondere die Kühl­ luftförderung und das damit verbundene Geräusch vermindert wird. Dies kann auch durch die Einschnürung erfolgen (Anspruch 3).

Um den Radiallüfter in seiner Kühlluftförderleistung auf einen großen Drehzahlbereich eines zu kühlenden Motors abzustimmen, kann der flexible Bereich in seiner Festigkeit in der radialen Erstreckung der einzelnen Schaufeln abnehmen, so daß eine drehzahlabhängige, gezielte Verbiegung in den verschiedenen Drehzahlbereichen auftritt. (Anspruch 2) Eine Anpassung der radialen Festigkeit bzw. Steifigkeit der einzelnen Schaufeln kann spritzgießtechnisch vorgenommen werden, indem die radial innenliegenden Teile der flexiblen Schaufeln aus einem gegenüber den radial außen­ liegenden, feststehenden Teilen der Schaufel anderen, weicheren Material gespritzt werden. (Anspruch 4) Hierzu wird bevorzugt die Trageplatte des Lüfterrads an ihren Außenseiten mit feststehenden Lüfterschaufeln ver­ sehen, an denen sich radial nach innen welsend flexible Schaufeln, die an den feststehenden Schaufeln verklebt oder sonst wie verbunden sein können, anschließen, die eine Länge derart besitzen, daß sie mindestens in dem nach außen ausgelenkten Zustand zu den jeweils benachbarten fest­ stehenden Schaufeln reichen und demzufolge den gesamten Strömungsquer­ schnitt zu der benachbarten Schaufel hin verschließen können.

Falls das gesamte Lüfterrad einschließlich der flexiblen Teile der Schaufeln spritzgießtechnisch hergestellt wird, wird bevorzugt für die massiven, feststehenden Teile, d. h. den Tragekörper und die radial außenliegenden Schaufelbereiche, Polypropylen verwendet, während die flexiblen Teile aus thermoplastischem Elastomer hergestellt sind. Ab­ hängig von der Art der Haushaltsmaschine oder des kleinen Arbeitsgeräts, in dem das Lüfterrad eingesetzt werden soll, wird in einer Ausführungs­ form - insbesondere dann, wenn der einzusetzende Radiallüfter eine sehr hohe Anzahl einzelner, um den Umfang des Tragekörpers verteilte Schaufeln aufweist - nur jede zweite Schaufel des Lüfterrads mit einem flexiblen, verlängerten Flächenbereich ausgestattet, der sich drehzahlabhängig durch die Fliehkräfte derart verbiegen kann, daß er einen oder mehrere Strömungsquerschnitte zwischen benachbarten Schaufeln unter hohen Dreh­ zahlen verschließt. Aus Symmetriegründen müssen solche flexiblen Schaufeln gleichmäßig um den Umfang verteilt werden.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeich­ nung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Radiallüfter etwa maßstabsgerecht mit zwölf um seinen Umfang verteilten Schaufeln,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Radiallüfter der Fig. 1 aus Sicht des Sichtpfeils II in Fig. 1,

Fig. 3 den Lüfter der Fig. 1 in einem Antriebszustand mit gegenüber der Fig. 1 geringerer Drehzahl und radial nach außen gebogenen Endbereichen der einzelnen Schaufeln,

Fig. 4 eine perspektivische Tellansicht auf das Lüfterrad in Richtung auf eine Schaufel mit Einschnürung,

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf eine einzelne Schaufel eines Radiallüfters mit einem feststehenden und einem flexiblen Bereich,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Schaufel der Fig. 5 aus Sicht des Sichtpfeils VI in Fig. 5, und

Fig. 7 eine Ansicht entsprechend der Fig. 5 mit einem gegenüber Fig. 5 geändertem Aufbau der flexiblen Schaufel.

Der Radiallüfter, wie ihn die Fig. 1 bis 3 zeigen, weist eine Boden­ platte bzw. einen Tragekörper 1 mit einem Durchmesser von etwa 70 Milli­ metern auf, um dessen Umfang verteilt einzelne Schaufeln 2 angeordnet sind. Er besitzt eine zentrische Aufnahmebohrung 3, die sich auf der Rückseite durch eine Nabe 4 fortsetzt. In dieser Aufnahmebohrung 3 kann die in Fig. 2 angedeutete Antriebswelle 5 eines nicht dargestellten elektrischen Kleinmotors, beispielsweise eines Antriebsmotors für eine Haushaltsmaschine oder ein kleines Arbeitsgerät, aufgenommen und der Lüfter daran drehfest befestigt werden. Die Schaufeln 2 sind rückwärts gekrümmt. Unter Drehung dieses Radiallüfters wird zwischen den einzelnen Schaufeln 2 auf der radial innenliegenden Seite Luft angesaugt (Saugseite), die über die Zwischenräume 9 radial nach außen geführt wird.

Während die Fig. 1 einen Zustand des Radiallüfters unter niedriger Dreh­ zahl an der Antriebswelle 5 darstellt, ist in Fig. 3 der Lüfter der Fig. 1 unter einer erhöhten Drehzahl gezeigt. In diesem Zustand einer hohen Drehzahl (z. B. Leerlaufzustand) werden durch die auf die radial innenliegenden Flächenbereiche 8 der Schaufeln 2 einwirkenden Fliehkräfte radial nach außen verwölbt, so daß in diesem Drehzahlzustand die ein­ zelnen Zwischenräume 9 verschlossen sind, indem sich die Enden 13 der Schaufeln jeweils an einem feststehenden Teil der in Drehrichtung ge­ sehenen benachbarten Schaufeln 2 anlegen. Die Lange der einzelnen Schaufeln 2 bzw. die Lange deren flexiblen inneren Flächenbereiche 8 ist gerade so gewählt, daß die Enden 13 bis zu der jeweils benachbarten Schaufel 2 reichen (Fig. 3). In diesem Zustand einer hohen Drehzahl wird die Luftströmung zwischen den einzelnen Schaufeln unterbrochen. Ausgehend von dem in Fig. 3 dargestellten Verformungszustand der Schaufeln 2 kehren unter Nachlassen der auf die Schaufeln radial nach außen ein­ wirkenden Kräfte unter abnehmender Drehzahl diese reversibel in den Zu­ stand zurück, wie er in der Fig. 1 dargestellt ist. Die Krümmung der Schaufeln 2 bzw. deren Dimensionierung ist so gewählt, daß eine maximale Luftförderleistung und damit Kühlwirkung erzeugt wird.

Übliche Leerlaufdrehzahlen, die an der Abtriebswelle eines elektrischen Motors erreicht werden, liegen etwa bei 12 000 bis 20 000 U/min (Zustand, der in Fig. 3 dargestellt ist), während unter Belastung des Motors die Drehzahlen bis auf 4000 U/min (Zustand, der in Fig. 1 dargestellt ist) abnehmen können.

In Fig. 4 weisen die Schaufeln 2 am Übergang von feststehenden Teilen zu beweglichen Teilen eine parallel zur Drehachse 6 verlaufende Ein­ schnürung 20, über die der innenliegende Flächenbereich 8 gemäß der Pfeilrichtung 21 verschwenkbar ist (gestrichelte Darstellung).

In den Fig. 5, 6 und 7 sind schematisch verschiedene konstruktive Aus­ führungen der Radiallüfter-Schaufeln 2 dargestellt.

Wie aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich ist, weist die dargestellte Schaufel 2, die einem Aufbau entsprechend den Lüfterschaufeln der Aus­ führungen der Fig. 1 und 4 entspricht, einen feststehenden, radial außenliegenden Teil 10 sowie einen sich nach innen fortsetzenden, flexiblen Flächenbereich 8 auf, der nicht mit dem Tragekörper 1 verbunden ist, sondern sich in Richtung des Pfeils 12 in Fig. 5, ausgehend von dem in Fig. 5 dargestellten Krümmungsverlauf, verbiegen kann. Eine solche Schaufel 2 kann zusammen mit dem Tragekörper 1 als Spritzteil hergestellt werden, wobei die einzelnen Schaufeln 2 von den äußeren, festen Be­ reichen 10 zu ihren flexiblen inneren Teilen hin aus zweierlei Kunst­ stoffmaterialien gebildet werden können.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der die äußeren Bereiche 10 der einzelnen Schaufeln durch ein feststehendes, separates, relativ kurzes Schaufelteil gebildet sind, an dem auf seiner entgegen der Drehrichtung, durch den Pfeil 7 angedeutet, liegenden Fläche ein flexibles Flächen­ teil 14 befestigt oder auch beispielsweise angeklebt ist, das sich um etwa die doppelte Länge über das feststehende Flächenteil radial nach innen erstreckt. Während der feste, radial außenliegende Bereich 10 dreh­ zahlunabhängig seine Form beibehalt, wird sich unter hohen Drehzahlen der radial innenliegende, flexible Flächenbereich 8 des Flächenteils 14 in Richtung des Pfeils 12 verbiegen und den freien Strömungsquerschnitt zu einer benachbarten Schaufel hin verringern und demzufolge die Kühlluft­ förderung des Radiallüfters herabsetzen.

In allen Ausführungsformen ist die Schaufelstellung drehzahlabhängig reversibel, ohne daß zusätzliche mechanische Verstelleinrichtungen not­ wendig sind.

Claims (8)

1. Radiallüfter zur Luftkühlung eines elektrischen Kleinmotors, ins­ besondere in Haushaltsmaschinen und kleineren Arbeitsgeräten, mit wechselnder Belastung des Motors, mit einem Tragekörper (1) und radial mit Abstand zu seiner Drehachse (6) und zueinander beabstande­ ten Schaufeln (2), dadurch gekennzeichnet daß mindestens ein Teil der Schaufeln (2) radial innenliegende Flächenbereiche (8) besitzt, die flexibel derart ausgestaltet sind, daß sie sich in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse (6) unter Ein­ wirkung von radial nach außen gerichteten Kraftkomponenten derart reversibel verbiegen, daß sich jeweils der freie Strömungsquerschnitt zwischen der den flexiblen Flächenbereich (8) aufweisenden Schaufel (2) und mindestens der jeweils benachbarten Schaufel (2) in Umfangsrichtung verringert.

2. Radiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Flächenbereich (8) in seiner Biegesteifigkeit zum radial innenliegenden Ende abnimmt.

3. Radiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den radial innenliegenden und den radial außenliegenden Flächenbereichen (8, 10) eine Einschnürung (20) ausgebildet ist.

4. Radiallüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Flächenbereiche (8) gegenüber den radial außen­ liegenden Flächenbereichen (10) der Schaufel (2) aus einem unter­ schiedlichen Material gebildet sind.

5. Radiallüfter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der flexiblen Flächenbereiche (8) aus thermo­ plastischem Elastomer gebildet ist.

6. Radiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen, innenliegenden Flächenbereiche (8) der Schaufel (2) nicht direkt mit dem Tragkörper (1) frei schwingend ver­ bunden sind.

7. Radiallüfter nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens jede zweite Schaufel (2) einen flexiblen Flächen­ bereich (8) aufweist.

8. Radiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lüfterrad ein Kunststoffspritzgußteil ist.