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WO2014064284A1 - Lüfter mit einem lüfterrad - Google Patents

Lüfter mit einem lüfterrad Download PDF

Info

Publication number
WO2014064284A1
WO2014064284A1 PCT/EP2013/072460 EP2013072460W WO2014064284A1 WO 2014064284 A1 WO2014064284 A1 WO 2014064284A1 EP 2013072460 W EP2013072460 W EP 2013072460W WO 2014064284 A1 WO2014064284 A1 WO 2014064284A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
blades
region
fan
fan according
axial
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/072460
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Kuhnert
Original Assignee
Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg filed Critical Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg
Priority to DE112013005143.5T priority Critical patent/DE112013005143A5/de
Publication of WO2014064284A1 publication Critical patent/WO2014064284A1/de

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/281Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers
    • F04D29/282Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers the leading edge of each vane being substantially parallel to the rotation axis
    • F04D29/283Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers the leading edge of each vane being substantially parallel to the rotation axis rotors of the squirrel-cage type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/30Vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/666Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps by means of rotor construction or layout, e.g. unequal distribution of blades or vanes

Definitions

  • the invention relates to a fan with a fan.
  • a fan has a fan wheel, which is filled with blades, a drive motor and preferably a housing with the storage and flow guidance.
  • the rotating vanes are designed to change the direction of the flowing working fluid (e.g., air or other gas), thereby supplying pressure and velocity energy.
  • Fan wheel is also referred to as an impeller.
  • Axial fans have a fan that resembles a propeller.
  • the flow through the fan is largely parallel to the axis of rotation, ie in the axial direction, from which derives the name.
  • the fan of a radial fan has a certain resemblance to a mill wheel.
  • the Einsaugströmung runs in the axial and the flow through the fan wheel in the radial direction.
  • the blades of the fan are usually on one
  • Support disc attached, and they promote the flow medium from the inside out.
  • Diagonal fans are similar in their basic construction to axial fans and are also called “semi-axial" fans
  • Axial fans only a low pressure build-up, related to similar fan sizes.
  • a fan which has:
  • a fan which is pot-shaped, a base part, one at his
  • the blade ring has a plurality of blades for conveying a fluid, wherein the blades are connected to the base part, wherein the blades
  • blades have a transition region in which a change takes place from the first region to the second region.
  • the blades in the second region on an axial end wherein the axial end is at least partially open in the axial direction to allow there to promote the fluid in the axial direction.
  • the fluid can flow in the axial direction
  • the second area is arranged on the side facing away from the air inlet side
  • the fluid can flow off in the axial direction.
  • the base part is formed as a motor dome projecting into the blade ring, which has at its circumference a side wall which extends in an axial component direction, a portion of the inner edge of the blades being fixed directly to the side wall, and wherein the partial area is preferred at least 10% of the total length of the blades.
  • the provision of the second region is particularly advantageous in order to be able to convey air in the area around the engine dome.
  • the blades are at least partially curved forward in the first region and in the second region.
  • the blades preferably have a first axial end associated with the fluid inlet opening and a second axial end facing away from the first axial end.
  • the second axial end is at least partially open in the axial direction, to allow there a promotion of the fluid in the axial direction.
  • air can be conveyed in the axial direction at the second axial end.
  • the second region of the blades is arranged such that it comprises the second axial end.
  • air is accelerated axially at the second axial end.
  • the exit angle ß2 of the blades in the second region to the second axial end at least partially smaller.
  • the second region of the blades is arranged such that it comprises the first axial end.
  • air is accelerated axially at the first axial end.
  • the exit angle ⁇ 2 of the blades over the axial extent L_ax of the respective blade is not constant.
  • the exit angle ß2 of the blades in the second region is at least partially smaller than in the first region.
  • the angular distance cp_diff between the blades is at least so great that they do not overlap in an axial plan view.
  • the blades have a first, the fluid inlet opening associated axial end, the fan has a retaining ring, wherein the retaining ring is disposed in the region of the first axial ends of the blades and connecting them together.
  • the retaining ring is arranged in the plan view outside of the base part, so that the retaining ring and the base part do not overlap.
  • the first region comprises at least 15% of the total axial
  • Extension L_ax of the respective blade more preferably at least 25%.
  • the second region comprises at least 15% of the total axial extent L_ax of the respective blade, more preferably at least 25%.
  • the first region and the second region preferably merge into one another in the transition region.
  • the transition region has a bend to effect the change in the shape of the blades between the first region and the second region.
  • the vanes are preferably free in the entire transition region and thus have a fluidic effect, in order to enable the transition of the fluid flow between the first region and the second region. Further details and advantageous developments of the invention will become apparent from the hereinafter described and illustrated in the drawings, to be understood in any way as limiting the invention
  • 1 is a plan view of a fan 30 with a fan 40
  • FIG. 3 is a three-dimensional view of the fan 40 of FIG. 1,
  • FIG. 4 is a side view of the fan 40 of FIG. 3,
  • FIG. 5 is a plan view of the fan 40 of FIG. 3,
  • FIG. 6 shows a section through the fan wheel 40 from FIG. 3 along the line VI-VI from FIG. 5, FIG.
  • Fig. 7 is a section through the fan 40 of FIG. 3 along the line
  • Fig. 8 is a section through the fan wheel 40 of FIG. 3 along the line
  • FIG. 9 is a perspective view of a fan of a radial fan according to the prior art.
  • FIG. 10 is a plan view of the fan of FIG. 9,
  • Fig. 1 1 is an explanation of parameters for describing the structure of a
  • FIG. 12 is a side view of the fan 40 of FIG. 3,
  • FIG. 13 shows a section through the fan 40 along the line XIII - XIII of FIG.
  • 15 is a section through the fan 40 along the line XV - XV of FIG.
  • 16 is a section through the fan 40 along the line XVI - XVI of FIG.
  • 17 is a three-dimensional view of another embodiment of a fan impeller 40 according to the invention, 18 is a plan view of the fan 40 of FIG. 17,
  • FIG. 19 is a side view of the fan 40 of FIG. 17,
  • FIG. 20 is a three-dimensional view of an exemplary application with a
  • FIG. 21 the exemplary application of FIG. 20, but without cover on
  • Fig. 22 is a plan view of the application of Fig. 21, and
  • FIG. 23 shows a section through the application from FIG. 21 along the line XXIII-XXIII from FIG. 22.
  • Fig. 1 shows a plan view of a fan 30, which has a flange
  • the fan 40 has a
  • FIG. 2 shows a section through the ventilator from FIG. 1.
  • the fan has the flange 34, a stator 35, a printed circuit board 36 with
  • a rotor 80 is rotatably supported by the bearing assembly 37.
  • the rotor 80 has a rotor pot 81 with rotor magnets 82 attached thereto, which cooperate with the stator 35, a hub 84 and a shaft 84 secured to the hub 84, which cooperates with the bearing assembly 37 to rotate the rotor 80 with the fan 40 to cause a rotation axis 32.
  • the motor shown is an external rotor motor, and in such motors, the invention is particularly advantageous when - preferably - the fan 40 is at least partially disposed around the outer rotor 80 around.
  • FIGS. 3 to 8 show different views of the fan wheel 40 and sections through it. The description will be made with reference to FIG. 3, and the other figures will be called, if they show the particular aspect particularly well.
  • the fan 40 has a base 42, which is also referred to as a motor dome 42. At the periphery of the fan wheel 40, a blade ring 44 is arranged with a plurality of blades 50. This results in a pot-like structure of the fan wheel 40, as is typical for a radial fan.
  • the blade ring 44 is a
  • Air inlet opening 46 defines, and around the air inlet opening 46 around a retaining ring 45 is preferably arranged.
  • the blades 50 are connected on the one hand to the base part 42 and on the other hand preferably to the retaining ring 45.
  • the base member 42 preferably projects into the blade ring 44 in the form of a motor dome 42, and the base member 42 has at its periphery a side wall 43 which extends in an axial component direction, e.g. essentially axially towards the air inlet opening 46, cf. Fig. 6, or obliquely.
  • the vanes 50 each have a first region 51 and a second region 52.
  • the first region 51 they are designed as radial fan blades in order to effect a substantially radial delivery of a fluid there.
  • the blades 50 are helical, so they have there a clearly visible blade pitch or blade slope.
  • the blades 50 have a transition region 53 in which the first region 51 and the second region 52 merge into one another. In the transition region 53, therefore, a change from the first region 51 to the second region 52 takes place.
  • the transition region 53 preferably has a bend to the change of
  • the bending of the transition region 53 has to reduce the Noise preferably a curvature, but it can also be designed as a sharp kink.
  • the blades are free in the entire transition region 53 and thus fluidly effective.
  • the fluid flow is thus hampered there by webs or the like. This improves the transition of the fluid flow 63 (see Fig. 3) between the first region 51 and the second region 52.
  • the blades 50 are formed curved both in the first region 51 and in the second region 52, more preferably curved forward. But they can also be curved backwards or end radially.
  • the vanes 50 have a first, the fluid inlet opening 46 associated axial end 71, a second, facing away from the first axial end 72, a
  • the space between the inner edges 73 of the blades 50 is also referred to as a suction chamber, since there the fluid 48 can flow.
  • the second region 52 of the blades 50 includes the second axial end 72.
  • Fig. 9 and Fig. 10 show a radial fan according to the prior art.
  • the reference numerals are increased by 200 compared to the similar parts of the fan according to the invention in order to avoid confusion.
  • the fan 240 has a base portion 242 with a side wall 243, blades 250, and a retaining ring 245 that interconnects the blades 250.
  • the base member 242 projecting into the cup-shaped fan 240 causes the base member 242 to act as an obstacle to the air to be conveyed, and therefore reduce the air delivery in the area of the blades surrounding the base member 242.
  • Ring plate 249 provided to effect a clearance 249 'between the inner edges 273 of the blades 250 and the base member 242 and the side wall 243.
  • the blades 250 are disposed on the annular plate 249 so that the fluid can flow through this gap 249 'to the lower portion of the fan. Without such a gap 249 'is in the range of
  • Base part 242 hardly promotes fluid.
  • an embodiment of the base part 42 with such a ring plate 249 is likewise possible.
  • fluid 48 can be conveyed away from the inlet opening 46 ("lower") region of the fan wheel 40 by the configuration of the blades 50 with the second region 52, even if the inner edge 73 of the blades 50 in the adjacent one A portion 73 'of the inner edge 73 of the blades 50 is in this case attached directly to the side wall 43, as will be described below with reference to FIG
  • the blades 50 are already well secured, and the retaining ring 45 is not absolutely necessary, but it can also be used for balancing, for example, by removing parts from the retaining ring for balancing.
  • FIG. 8 shows an oblique section through the fan 40 along the line VII - VIII of FIG. 4. It can be seen that a portion 73 'of the inner edges 73 of the
  • Blades 50 are attached directly to the side wall 43 of the base part 42, wherein they are preferably formed integrally with the base part 42. This attachment to the side wall 43 leads to a high stability. From the base 42, the inside can be seen.
  • the length of the partial region 73 ' preferably comprises at least 10% of the entire length of the inner edge 73 of the blades 50 in order to effect a good connection of the blades 50.
  • the fan wheel 40 sucks in a fluid 48 in the axial direction 54 through the fluid inlet opening 46.
  • the fluid 48 is blown out mainly in the radial direction 56.
  • the blades 50 extend helically, and thereby the fluid 48 is blown out in a radial direction 58, but in addition there is an acceleration in the axial direction 60, whereby more fluid 48 toward the second axial end 72 of the blades 50th is encouraged.
  • the total area of the individual blades 50 is increased by the second area 52 with the helical configuration.
  • a pure axial fan produces no or hardly any fluid flow in the radial
  • the fan 30 according to the invention can generate a fluid flow suitable, for example, for cooling, both in the radial peripheral region and in the lower region near the engine, and is thus advantageous.
  • Fig. 11 shows common parameters used to describe a fan wheel.
  • three different blades 50A, 50B, 50C are shown having an inner edge 73 and an outer edge 74A, 74B, 74C.
  • the direction of rotation is designated by ⁇ , and the fan wheel rotates in this
  • the entry radius is designated r1, and the inner edge 73 of the blades 50 terminates inside the entry radius r1.
  • the exit radius is designated r2, and the outer edge 74A, 74B, 74C of the vanes 50 terminate outboard at the exit radius r2.
  • the blades 50A, 50B, 50C have an entrance angle (blade entrance angle) ⁇ 1 and an exit angle
  • the entrance angle ⁇ 1 is the angle between the direction 75 of the blade (the blade profile) 50A, 50B, 50C at the inner edge 73 and a tangent 77 at the entry radius r1 of the fan wheel 40.
  • the tangent 77 is also referred to as a circle tangent to the inner edge 73.
  • the exit angle ⁇ 2 is the angle between the direction (76A, 76B, 76C) of the blade (blade profile) 50A, 50B, 50C at the outer edge 74A, 74B, 74C and a tangent 78A, 78B, 78C at the exit radius r2 of the fan 40 Tangents 78A, 78B, 78C are also referred to as circle tangents on the outer edge 74.
  • the exit angle ⁇ 2 in the fan impeller 40 according to FIGS. 3 to 17 is not constant over the axial extent L_ax (FIG. 4), in particular not in the second area 52.
  • the blades 50 are curved forward in the first (radial) region 51, preferably with a substantially constant exit angle ⁇ 2.
  • the exit angle ⁇ 2 in the direction away from the first region at least partially changes so as to change from the forward curved region toward the rearward curved region, and preferably does not extend into the rearward curved region.
  • Change toward the backward curved region is preferably at least 50% of the length of the second region 52.
  • Fig. 12 shows a side view of the impeller 40 of Fig. 3, and Fig. 13 to Fig. 16 show four sections through the impeller 40, wherein Fig. 13 represents the top, so the air inlet opening 46 nearest section, and Fig. 16 the lowermost So represents the furthest from the air inlet opening 46 section.
  • Fig. 13 represents the top
  • Fig. 16 the lowermost So represents the furthest from the air inlet opening 46 section.
  • FIG. 13 to FIG. 16 the direction 76 of the blade 50 at its outer edge 74 is shown in each case on a blade 50. It can be seen, in particular, in comparison between FIGS. 16 and 13, that the exit angle ⁇ 2 becomes smaller in the direction away from the air inlet opening 46.
  • FIG 17, 18 and 19 show a fan wheel 40 in which the first area 51, in which the blades 50 are designed as radial fan blades, and the second area 52 are interchanged with the helical course of the blades 50.
  • the second region 52 is thus assigned to the side of the air inlet opening 46.
  • the blades 50 are preferably curved forward, and the exit angle ß2 makes in the second region to the first area, so it changes in the second region 52 in the course from the first end 71 to the first region 51 toward the backward curved wing (ß2 ⁇ 90 °), wherein the exit angle preferably forward curved (ß2> 90 °) remains.
  • Fan blades with forward curved blades are also referred to as drum travelers. Such fan wheels have the maximum power requirement when they are operated freely blowing. With increasing back pressure the power requirement decreases. Therefore, the prevailing teaching is that fan wheels with forward curved
  • Fig. 20 shows an isometric view of a cooling device 10.
  • Cooling device 10 has a base plate 12, two closed side walls 14, 16, cooling fins 20 and 22, through which cooling air can flow, and a fan 30, which in operation a fluid (eg air, helium, water), hereinafter called air, through an air inlet 32 sucks and blows out through the fan 30 to the cooling fins 20, 22 out.
  • a fluid eg air, helium, water
  • the fan 30 works here largely free-blowing.
  • the base plate 12 is in thermal communication with a component to be cooled 24 (eg microprocessor, electronic component, power semiconductors, etc.), and the heat connection is made for example by direct contact of the component 24 with the base plate 12 (possibly using a thermal paste) or over one Another - not shown - good heat conducting heat conducting element. Measurements have shown that the temperature distribution in the cooling device usually increases towards the component 24.
  • a component to be cooled 24 eg microprocessor, electronic component, power semiconductors, etc.
  • FIG. 21 shows the cooling device 10 without the cover 18 from FIG. 20.
  • the cooling ribs 20, 22 can also extend as far as the vicinity of the fan 30, in order to cover the cooling elements
  • cooling fins 20, 22 in vertical or horizontal form is exemplary, and other designs are possible, e.g. Cooling ribs that run radially around the fan.
  • Fig. 22 shows the fan 40 in the cooling device 10, wherein two zones 92, 94 are each drawn twice schematically.
  • the ventilation in the zones 92, 94 was good.
  • Fig. 23 shows schematically the temperature distribution in a cooling device 10.
  • the temperatures are given according to the scheme TX, wherein the temperature is in ° C.
  • T80 a temperature of 80 ° C.
  • the component 24 to be cooled has e.g. a temperature of 120 ° C, and the
  • Base plate 12 in the inner area also 120 ° C, in the outer areas 100 ° C.
  • the side walls 14, 16 have on the component 24 side facing 80 ° C, and on the side facing away from this side 60 ° C.
  • the cooling fins 20 have on the component 24 side facing 90 ° C, and facing away from the latter Page 60 ° C.
  • This schematic example is intended to illustrate that it is effective to blow out more air on the half of the fan impeller 40 facing away from the air inlet opening 46 and to cool it in the (lower) region with the greater temperature. This is better possible with the fan 40 than with a conventional radial fan. Turning the fan 30 through 180 °, which theoretically would lead to an improvement in the cooling on the component 24 side facing the cooling device 10 in many cases, is not possible in many cases, since when turning the attachment of the fan only cumbersome would be and the
  • Air supply to the fluid inlet opening would be covered by the bottom plate 12.
  • the angular distance cp_diff is preferably selected to be at least so great that the blades 50 do not overlap in an axial plan view corresponding to FIG. 5. This results in a larger angular distance cp_diff than in a conventional one
  • the blades 50 preferably also have a small draft angle with respect to the axis of rotation 32 in the first region 51 (see Fig. 3), so they do not run purely axially, but usually have a Entformschräge, for example, 1, 0 ° or 1, 5 ° ,
  • the retaining ring 45 is arranged in the plan view outside of the base part 42, so that the retaining ring 45 and the base part 42 do not overlap, see. Fig. 5. This makes it possible, when manufactured by injection molding the
  • the blade shape (contour) of the blades 50 may be e.g. be:
  • the entry radius r1 (see Fig. 11) can be chosen differently between the inner edges 73 of the individual blades 50.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Ein Lüfter (30) hat ein Lüfterrad (40), welches topfartig ausgebildet ist, ein Basisteil (42), einen an seinem Umfang angeordneten Schaufelkranz (44) und eine Fluideintrittsöffnung (46). Der Schaufelkranz (44) hat eine Mehrzahl von Schaufeln (50) zur Förderung eines Fluids (48), wobei die Schaufeln (50) mit dem Basisteil (42) verbunden sind. Die Schaufeln (50) sind in einem ersten Bereich (51) der Schaufeln (50) als Radiallüfter-Schaufeln ausgebildet und in einem zweiten Bereich (52) der Schaufeln (50) schraubenartig ausgebildet, um im zweiten Bereich eine radiale Förderung (58) und eine axiale (60, 62) Förderung des Fluids (48) zu bewirken. Die Schaufeln (50) haben einen Übergangsbereich (53), in dem ein Wechsel vom ersten Bereich (51) zum zweiten Bereich (52) stattfindet.

Description

Lüfter mit einem Lüfterrad
Die Erfindung betrifft einen Lüfter mit einem Lüfterrad.
Lüfter bzw. Ventilatoren gehören neben Pumpen und Verdichtern zur Gattung der Strömungsarbeitsmaschinen. Ein Lüfter hat ein Lüfterrad, das mit Schaufeln besetzt ist, einen Antriebsmotor sowie bevorzugt ein Gehäuse mit der Lagerung und der Strömungsführung. Die umlaufenden Schaufeln sind so gestaltet, dass sie dem strömenden Arbeitsmedium (z.B. Luft oder ein anderes Gas) eine Richtungsänderung erteilen und ihm dadurch Druck- und Geschwindigkeitsenergie zuführen. Das
Lüfterrad wird auch als Laufrad bezeichnet.
Je nach geometrischer Formgebung des Lüfterrads unterscheidet man verschiedene Bauarten, wobei sich die Benennung üblicherweise auf die Hauptströmungsrichtung im Lüfterrad bezieht.
Axiallüfter haben ein Lüfterrad, das einem Propeller ähnelt. Die Durchströmung des Lüfterrads erfolgt weitgehend parallel zur Rotationsachse, also in axialer Richtung, woraus sich der Namen ableitet.
Das Lüfterrad eines Radiallüfters hat eine gewisse Ähnlichkeit mit einem Mühlrad. Die Einsaugströmung verläuft in axialer und die Durchströmung des Lüfterrades in radialer Richtung. Die Schaufeln des Lüfterrads sind üblicherweise auf einer
Tragscheibe befestigt, und sie fördern das Strömungsmedium von innen nach außen.
Diagonallüfter ähneln vom grundsätzlichen Aufbau her den Axiallüftern und werden auch„halbaxiale" Ventilatoren genannt. Die Ansaugung erfolgt axial, und die
Ausströmung diagonal. Im Englischen spricht man von einem mixed-flow fan. Die unterschiedlichen Lüftertypen haben unterschiedliche lufttechnische Eigenschaften, und so ist z.B. - grob eingeteilt - mit Radiallüftern ein großer
Druckaufbau möglich, mit Diagonallüftern ein mittlerer Druckaufbau und mit
Axiallüftern nur ein niedriger Druckaufbau, bezogen auf ähnliche Lüftergrößen.
Die US 6 206 087 B1 und US 6 328 529 B1 zeigen einen Kühlkörper mit Kühlrippen und einem Axiallüfter, der über den Kühlrippen befestigt ist. Dies führt zu einer großen axialen Höhe des Kühlkörpers.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Lüfter mit einem neuen Lüfterrad bereit zu stellen.
Diese Aufgabe wird insbesondere gelöst durch einen Lüfter, welcher aufweist:
Ein Lüfterrad, welches topfartig ausgebildet ist, ein Basisteil, einen an seinem
Umfang angeordneten Schaufelkranz und eine Fluideintrittsöffnung, wobei der Schaufelkranz eine Mehrzahl von Schaufeln zur Förderung eines Fluids aufweist, wobei die Schaufeln mit dem Basisteil verbunden sind, wobei die Schaufeln
- in einem ersten Bereich der Schaufeln als Radiallüfter-Schaufeln ausgebildet sind, und
- in einem zweiten Bereich der Schaufeln schraubenartig ausgebildet sind, um im zweiten Bereich eine radiale Förderung und eine axiale Förderung des Fluids zu bewirken,
und wobei die Schaufeln einen Übergangsbereich aufweisen, in dem ein Wechsel vom ersten Bereich zum zweiten Bereich stattfindet.
Bevorzugt weisen die Schaufeln im zweiten Bereich ein axiales Ende auf, wobei das axiale Ende zumindest teilweise in axialer Richtung offen ist, um dort eine Förderung des Fluids in axialer Richtung zu ermöglichen. Hierdurch kann in dem Fall, dass der zweite Bereich auf der Lufteinlassseite angeordnet ist, das Fluid in axialer Richtung zuströmen, und in dem Fall, dass der zweite Bereich auf der von der Lufteinlassseite abgewandten Seite angeordnet ist, kann das Fluid in axialer Richtung abströmen. Bevorzugt ist das Basisteil als in den Schaufelkranz hineinragender Motordom ausgebildet ist, der an seinem Umfang eine Seitenwand aufweist, die sich in eine Richtung mit axialer Komponente erstreckt, wobei ein Teilbereich der Innenkante der Schaufeln direkt an der Seitenwand befestigt ist, und wobei der Teilbereich bevorzugt mindestens 10 % der gesamten Länge der Schaufeln umfasst. Bei einem solchen Basisteil ist das Vorsehen des zweiten Bereichs besonders vorteilhaft, um im Bereich um den Motordom Luft fördern zu können.
Bevorzugt sind die Schaufeln im ersten Bereich und im zweiten Bereich zumindest teilweise vorwärts gekrümmt sind.
Bevorzugt weisen die Schaufeln ein erstes, der Fluideintrittsöffnung zugeordnetes axiales Ende und ein zweites, vom ersten axialen Ende abgewandtes axiales Ende auf.
Bevorzugt ist das zweite axiale Ende zumindest teilweise in axialer Richtung offen, um dort eine Förderung des Fluids in axialer Richtung zu ermöglichen. Hierdurch kann am zweiten axialen Ende Luft in axialer Richtung gefördert werden.
Bevorzugt ist der zweite Bereich der Schaufeln derart angeordnet ist, dass er das zweite axiale Ende umfasst. Hierdurch wird am zweiten axialen Ende Luft axial beschleunigt.
Bevorzugt wird der Austrittswinkel ß2 der Schaufeln im zweiten Bereich zum zweiten axialen Ende hin zumindest bereichsweise kleiner.
Bevorzugt ist der zweite Bereich der Schaufeln derart angeordnet, dass er das erste axiale Ende umfasst. Hierdurch wird am ersten axialen Ende Luft axial beschleunigt.
Bevorzugt ist der Austrittswinkel ß2 der Schaufeln über die axiale Erstreckung L_ax der jeweiligen Schaufel nicht konstant ist. Bevorzugt ist der Austrittswinkel ß2 der Schaufeln im zweiten Bereich zumindest teilweise kleiner ist als im ersten Bereich.
Bevorzugt ist der Winkelabstand cp_diff zwischen den Schaufeln mindestens so groß, dass diese in axialer Draufsicht nicht überlappen.
Bevorzugt weisen die Schaufeln ein erstes, der Fluideintrittsöffnung zugeordnetes axiales Ende auf, der Lüfter weist einen Haltering auf, wobei der Haltering im Bereich der ersten axialen Enden der Schaufeln angeordnet ist und diese miteinander verbindet.
Bevorzugt ist der Haltering in der Draufsicht außerhalb vom Basisteil angeordnet, so dass der Haltering und das Basisteil nicht überlappen.
Bevorzugt umfasst der erste Bereich mindestens 15 % der gesamten axialen
Erstreckung L_ax der jeweiligen Schaufel, weiter bevorzugt mindestens 25 %.
Bevorzugt umfasst der zweite Bereich mindestens 15 % der gesamten axialen Erstreckung L_ax der jeweiligen Schaufel, weiter bevorzugt mindestens 25 %.
Bevorzugt gehen der erste Bereich und der zweite Bereich im Übergangsbereich ineinander über.
Bevorzugt weist der Übergangsbereich eine Biegung auf, um die Änderung des Verlaufs der Schaufeln zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich zu bewirken.
Bevorzugt sind die Schaufeln im gesamten Übergangsbereich frei und damit fluidtechnisch wirksam, um dort den Übergang des Fluidstroms zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich zu ermöglichen. Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden
Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Lüfter 30 mit einem Lüfterrad 40,
Fig. 2 einen Axialschnitt entlang der Linie II - II durch den Lüfter 30 aus Fig. 1 ,
Fig. 3 eine raumbildliche Darstellung des Lüfterrads 40 aus Fig. 1 ,
Fig. 4 eine Seitenansicht des Lüfterrads 40 aus Fig. 3,
Fig. 5 eine Draufsicht auf das Lüfterrad 40 aus Fig. 3,
Fig. 6 einen Schnitt durch das Lüfterrad 40 aus Fig. 3 entlang der Linie VI - VI aus Fig. 5,
Fig. 7 einen Schnitt durch das Lüfterrad 40 aus Fig. 3 entlang der Linie
VII - VII aus Fig. 5,
Fig. 8 einen Schnitt durch das Lüfterrad 40 aus Fig. 3 entlang der Linie
VIII - VIII aus Fig. 4,
Fig. 9 eine raumbildliche Darstellung eines Lüfterrads eines Radiallüfters nach dem Stand der Technik,
Fig. 10 eine Draufsicht auf das Lüfterrad aus Fig. 9,
Fig. 1 1 eine Erläuterung von Parametern zur Beschreibung des Aufbaus eines
Lüfterrads,
Fig. 12 eine Seitenansicht des Lüfterrads 40 aus Fig. 3,
Fig. 13 einen Schnitt durch das Lüfterrad 40 entlang der Linie XIII - XIII aus Fig.
12,
Fig. 14 einen Schnitt durch das Lüfterrad 40 entlang der Linie XIV - XIV aus Fig.
12,
Fig. 15 einen Schnitt durch das Lüfterrad 40 entlang der Linie XV - XV aus Fig.
12,
Fig. 16 einen Schnitt durch das Lüfterrad 40 entlang der Linie XVI - XVI aus Fig.
12,
Fig. 17 eine raumbildliche Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüfterrads 40, Fig. 18 eine Draufsicht auf das Lüfterrad 40 aus Fig. 17,
Fig. 19 eine Seitenansicht auf das Lüfterrad 40 aus Fig. 17,
Fig. 20 eine raumbildliche Darstellung einer beispielhaften Applikation mit einem
Lüfter 30 gemäß Fig. 1 ,
Fig. 21 die beispielhafte Applikation aus Fig. 20, jedoch ohne Deckel am
Lufteinlass,
Fig. 22 eine Draufsicht auf die Applikation aus Fig. 21 , und
Fig. 23 einen Schnitt durch die Applikation aus Fig. 21 entlang der Linie XXIII - XXIII aus Fig. 22.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Lüfter 30, welcher einen Flansch
(Motorgehäuse) 34 und ein Lüfterrad 40 hat. Das Lüfterrad 40 hat eine
Fluideintrittsöffnung 46.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Lüfter aus Fig. 1.
Der Lüfter hat den Flansch 34, einen Stator 35, eine Leiterplatte 36 mit
elektronischen Bauelementen zur Steuerung des Lüfters 30 und eine
Lageranordnung 37.
Ein Rotor 80 ist über die Lageranordnung 37 drehbar gelagert. Der Rotor 80 hat einen Rotortopf 81 mit daran befestigten Rotormagneten 82, die mit dem Stator 35 zusammenwirken, eine Nabe 84 und eine an der Nabe 84 befestigte Welle 86, die mit der Lageranordnung 37 zusammenwirkt, um eine Drehung des Rotors 80 mit dem Lüfterrad 40 um eine Drehachse 32 zu bewirken.
Der dargestellte Motor ist ein Außenläufermotor, und bei solchen Motoren ist die Erfindung besonders vorteilhaft, wenn - bevorzugt - das Lüfterrad 40 zumindest teilweise um den Außenrotor 80 herum angeordnet ist.
Das Lüfterrad 40 kann jedoch z.B. auch mit einem Innenläufer-Motor oder einem Scheibenläufer-Motor angetrieben werden. Fig. 3 bis Fig. 8 zeigen verschiedene Ansichten des Lüfterrads 40 und Schnitte durch dieses. Die Beschreibung erfolgt anhand der Fig. 3, und die andere Figuren werden genannt, wenn diese den jeweiligen Aspekt besonders gut zeigen.
Das Lüfterrad 40 hat ein Basisteil 42, das auch als Motordom 42 bezeichnet wird. Am Umfang des Lüfterrads 40 ist ein Schaufelkranz 44 mit einer Mehrzahl von Schaufeln 50 angeordnet. Dies führt zu einer topfartigen Struktur des Lüfterrads 40, wie sie für einen Radiallüfter typisch ist. Durch den Schaufelkranz 44 wird eine
Lufteintrittsöffnung 46 definiert, und um die Lufteintrittsöffnung 46 herum ist bevorzugt ein Haltering 45 angeordnet. Die Schaufeln 50 sind einerseits mit dem Basisteil 42 und andererseits bevorzugt mit dem Haltering 45 verbunden.
Das Basisteil 42 ragt bevorzugt in den Schaufelkranz 44 in Form eines Motordoms 42 hinein, und das Basisteil 42 hat an seinem Umfang eine Seitenwand 43, die sich in eine Richtung mit axialer Komponente erstreckt, also z.B. im Wesentlichen axial zur Lufteintrittsöffnung 46 hin, vgl. Fig. 6, oder schräg.
Aufbau der Schaufeln
Die Schaufeln 50 haben jeweils einen ersten Bereich 51 und einen zweiten Bereich 52. Im ersten Bereich 51 sind sie als Radiallüfter-Schaufeln ausgebildet, um dort eine im wesentlichen radiale Förderung eines Fluids zu bewirken. Im zweiten Bereich 52 sind die Schaufeln 50 schraubenartig ausgebildet, sie haben dort also eine deutlich sichtbare Schaufelsteigung bzw. Schaufelschräge. Die Schaufeln 50 haben einen Übergangsbereich 53, in dem der erste Bereich 51 und der zweite Bereich 52 ineinander übergehen. Im Übergangsbereich 53 findet also ein Wechsel vom ersten Bereich 51 zum zweiten Bereich 52 statt.
Der Übergangsbereich 53 hat bevorzugt eine Biegung, um die Änderung des
Verlaufs der Schaufeln 50 zwischen dem ersten Bereich 51 und dem zweiten Bereich 52 zu bewirken. Die Biegung des Übergangsbereichs 53 hat zur Verringerung der Geräusche bevorzugt eine Krümmung, sie kann aber auch als scharfer Knick ausgebildet sein.
Bevorzugt sind die Schaufeln im gesamten Übergangsbereich 53 frei und damit fluidtechnisch wirksam. Der Fluidstrom wird dort also nicht durch Stege oder ähnliches behindert. Dies verbessert den Übergang des Fluidstroms 63 (vgl. Fig. 3) zwischen dem ersten Bereich 51 und dem zweiten Bereich 52.
Bevorzugt sind die Schaufeln 50 sowohl im ersten Bereich 51 als auch im zweiten Bereich 52 gekrümmt ausgebildet, weiter bevorzugt vorwärts gekrümmt. Sie können aber auch rückwärts gekrümmt sein oder radial enden.
Die Schaufeln 50 haben ein erstes, der Fluideintrittsöffnung 46 zugeordnetes axiales Ende 71 , ein zweites, vom ersten axialen Ende abgewandtes Ende 72, eine
Innenkante (radial innere Kante) 73 und eine Außenkante (radial äußere Kante) 74.
Der Raum zwischen den Innenkanten 73 der Schaufeln 50 wird auch als Saugraum bezeichnet, da dort das Fluid 48 einströmen kann.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der zweite Bereich 52 der Schaufeln 50 das zweite axiale Ende 72.
Zur weiteren Diskussion wird kurz auf den Aufbau eines konventionellen (normalen) Radiallüfters eingegangen. Fig. 9 und Fig. 10 zeigen einen Radiallüfter nach dem Stand der Technik. Die Bezugszeichen sind gegenüber den gleichartigen Teilen des erfindungsgemäßen Lüfters um 200 erhöht, um eine Verwechslung zu vermeiden. Das Lüfterrad 240 hat ein Basisteil 242 mit einer Seitenwand 243, Schaufeln 250 und einen Haltering 245, der die Schaufeln 250 miteinander verbindet. Bei solchen Lüfterrädern 240 führt das in das topfartige Lüfterrad 240 hineinragendes Basisteil 242 dazu, dass das Basisteil 242 als Hindernis für die zu fördernde Luft wirkt und daher die Luftförderung in dem Bereich der Schaufeln, der um das Basisteil 242 herum liegt, verringert wird. Aus diesem Grund wird bei solchen Radiallüftern am unteren Bereich des Basisteils 242 üblicherweise eine nach außen ragende
Ringplatte 249 vorgesehen, um einen Abstand bzw. Zwischenraum 249' zwischen den Innenkanten 273 der Schaufeln 250 und dem Basisteil 242 bzw. der Seitenwand 243 zu bewirken. Die Schaufeln 250 sind an der Ringplatte 249 angeordnet, so dass das Fluid durch diesen Zwischenraum 249' zum unteren Bereich des Lüfterrads strömen kann. Ohne einen solchen Zwischenraum 249' wird im Bereich des
Basisteils 242 kaum Fluid gefördert.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist ebenfalls eine Ausgestaltung des Basisteils 42 mit einer solchen Ringplatte 249 möglich. Es hat sich jedoch gezeigt, dass durch die Ausgestaltung der Schaufeln 50 mit dem zweiten Bereich 52 auch dann Fluid 48 im von der Eintrittsöffnung 46 abgewandten („unteren") Bereich des Lüfterrads 40 gefördert werden kann, wenn die Innenkante 73 der Schaufeln 50 im benachbarten Bereich des Basisteils 42 direkt mit dem Basisteil 42 bzw. mit der Seitenwand 43 verbunden sind. Ein Teilbereich 73' der Innenkante 73 der Schaufeln 50 ist hierbei direkt an der Seitenwand 43 befestigt, wie dies nachfolgend anhand der Fig. 8 beschrieben wird. Durch eine solche Anbindung sind die Schaufeln 50 bereits gut befestigt, und der Haltering 45 ist daher nicht unbedingt notwendig. Dieser kann aber z.B. auch zum Wuchten verwendet werden, indem zum Wuchten Teile vom Haltering entfernt werden.
Die Möglichkeit der Anbindung der Schaufeln 50 an das Basisteil (den Motordom) 42 bzw. an die Seitenwand 43 ermöglicht es, bei gleichem Außendurchmesser des Lüfterrads 40 ein Basisteil mit größerem Durchmesser und größerer Höhe zu verwenden als bei einem reinen Radiallüfter. Dies erlaubt zum einen bei
vorgegebenem Außendurchmesser des Lüfterrads 40 die Verwendung größerer Rotoren bzw. größerer Motoren (in radialer und/oder axialer Richtung), und zum anderen bei vorgegebener Größe des Rotors bzw. Motors die Verwendung kleinerer Lüfterräder 40 (in radialer und/oder axialer Richtung). Dies ist ein großer Vorteil, der nicht vorhersehbar war. Fig. 8 zeigt einen schrägen Schnitt durch das Lüfterrad 40 entlang der Linie VII - VIII aus Fig. 4. Es ist zu sehen, dass ein Teilbereich 73' der Innenkanten 73 der
Schaufeln 50 direkt an der Seitenwand 43 des Basisteils 42 befestigt sind, wobei sie bevorzugt einstückig mit dem Basisteil 42 ausgebildet sind. Diese Befestigung an der Seitenwand 43 führt zu einer hohen Stabilität. Von dem Basisteil 42 ist die Innenseite zu sehen. Die Länge des Teilbereichs 73' umfasst bevorzugt mindestens 10 % der gesamten Länge der Innenkante 73 der Schaufeln 50, um eine gute Anbindung der Schaufeln 50 zu bewirken.
Erzeugte Luftbewegung
Wie in Fig. 3 zu sehen ist, saugt das Lüfterrad 40 durch die Fluideintrittsöffnung 46 ein Fluid 48 in axialer Richtung 54 ein. Im ersten Bereich 51 , in dem die Schaufeln nach Art von Radiallüfter-Schaufeln ausgebildet sind, wird das Fluid 48 hauptsächlich in radialer Richtung 56 ausgeblasen. Im zweiten Bereich 52 verlaufen die Schaufeln 50 dagegen schraubenartig, und hierdurch wird das Fluid 48 zum einen in radialer Richtung 58 ausgeblasen, es entsteht aber zusätzlich eine Beschleunigung in axialer Richtung 60, wodurch mehr Fluid 48 in Richtung zum zweiten axialen Ende 72 der Schaufeln 50 gefördert wird. Bei einem bevorzugten Lüfterrad 40 mit offenen zweiten axialen Enden 72 führt dies zu einem zusätzlichen Ausblasen in die axiale Richtung 62.
Es hat sich gezeigt, dass durch die schraubenartige Ausgestaltung der Schaufeln 50 im zweiten Bereich 52 mehr Fluid 48 im Bereich 52 ausgeblasen werden kann, als dies bei einem reinen Radiallüfter der Fall ist. Zudem ist die Verteilung des Fluids 48 gleichmäßiger und für viele Applikationen günstiger als bei einem reinen Radiallüfter, insbesondere auch bei niedrigen Drehzahlen.
Durch den zweiten Bereich 52 mit der schraubenartigen Ausgestaltung wird zudem die Gesamtfläche der einzelnen Schaufel 50 erhöht.
Ein reiner Axiallüfter erzeugt keinen bzw. kaum einen Fluidstrom im radialen
Umfangsbereich, und ein reiner Radiallüfter erzeugt bei vielen Applikationen einen schlechten Fluidstrom im unteren Bereich. Der erfindungsgemäße Lüfter 30 kann sowohl im radialen Umfangsbereich als auch im unteren - motornahen - Bereich einen beispielsweise für eine Kühlung geeigneten Fluidstrom erzeugen und ist somit vorteilhaft.
Krümmung der Schaufeln
Für die geometrische Beschreibung des Lüfterrads 40 werden im Folgenden einige übliche Parameter definiert.
Fig. 11 zeigt übliche Parameter, die zur Beschreibung eines Lüfterrads verwendet werden. Es sind beispielhaft drei unterschiedliche Schaufeln 50A, 50B, 50C gezeigt, die eine Innenkante 73 und eine Außenkante 74A, 74B, 74C haben.
Die Drehrichtung ist mit ω bezeichnet, und das Lüfterrad dreht sich in diesem
Beispiel entgegen dem Uhrzeigersinn.
Der Eintrittsradius ist mit r1 bezeichnet, und die Innenkante 73 der Schaufeln 50 endet innen am Eintrittsradius r1 .
Der Austrittsradius ist mit r2 bezeichnet, und die Außenkante 74A, 74B, 74C der Schaufeln 50 endet außen am Austrittsradius r2.
Die Schaufeln 50A, 50B, 50C haben einen Eintrittswinkel (Schaufeleintrittswinkel, englisch: blade entrance/inlet angle) ß1 und einen Austrittswinkel
(Schaufelaustrittswinkel, englisch: blade exit/outlet angle) ß2.
Der Eintrittswinkel ß1 ist der Winkel zwischen der Richtung 75 der Schaufel (des Schaufelprofils) 50A, 50B, 50C an der Innenkante 73 und einer Tangente 77 an dem Eintrittsradius r1 des Lüfterrads 40. Die Tangente 77 wird auch als Kreistangente an der Innenkante 73 bezeichnet. Der Austrittswinkel ß2 ist der Winkel zwischen der Richtung 76A, 76B, 76C der Schaufel (des Schaufelprofils) 50A, 50B, 50C an der Außenkante 74A, 74B, 74C und einer Tangente 78A, 78B, 78C an dem Austrittsradius r2 des Lüfterrads 40. Die Tangenten 78A, 78B, 78C werden auch als Kreistangenten an der Außenkante 74 bezeichnet.
Schaufeln 50C mit einem Austrittswinkel ß2 < 90° werden als rückwärts (entgegen der Drehrichtung) gekrümmt bezeichnet. Radial endende Schaufeln 50B haben einen Austrittswinkel ß2 = 90°. Schaufeln 50A mit einem Austrittswinkel ß2 > 90° werden als vorwärts gekrümmte Schaufeln bezeichnet, deren Schaufelaustrittskante zeigt also in Drehrichtung ω.
Bevorzugt ist der Austrittswinkel ß2 beim Lüfterrad 40 gemäß Fig. 3 bis Fig. 17 über die axiale Erstreckung L_ax (Fig. 4) nicht konstant, insbesondere nicht im zweiten Bereich 52.
Es ist z.B. in Fig. 3 und in Fig. 4 gut zu sehen, dass sich die vorwärts gekrümmten (ß2 > 90°) Schaufeln 50 im zweiten Bereich 52 nach unten hin bzw. in die Richtung vom ersten Bereich 51 weg öffnen, der Austrittswinkel ß2 wird also kleiner.
Anders ausgedrückt sind die Schaufeln 50 im ersten (radialen) Bereich 51 vorwärts gekrümmt, bevorzugt mit einem im Wesentlichen konstanten Austrittswinkel ß2. Im zweiten Bereich 52 ändert sich jedoch der Austrittswinkel ß2 in die Richtung vom ersten Bereich weg zumindest teilweise so, dass er sich vom vorwärts gekrümmten Bereich in Richtung zum rückwärts gekrümmten Bereich verändert, wobei er bevorzugt nicht in den rückwärts gekrümmten Bereich hinein verläuft. Diese
Änderung in Richtung zum rückwärts gekrümmten Bereich hin ist bevorzugt mindestens auf 50 % der Länge des zweiten Bereichs 52 gegeben.
Fig. 12 zeigt eine Seitenansicht des Laufrads 40 aus Fig. 3, und Fig. 13 bis Fig. 16 zeigen vier Schnitte durch das Laufrad 40, wobei Fig. 13 den obersten, also der Lufteintrittsöffnung 46 nächstliegenden Schnitt darstellt, und Fig. 16 den untersten, also den von der Lufteintrittsöffnung 46 am weitesten entfernten Schnitt darstellt. Soweit in der vorliegenden Anmeldung von oben und unten gesprochen wird, bezieht sich das auf die Zeichnungen und üblicherweise bei Seitenansichten auch auf die Anordnung des Lüfters 30 auf einem Tisch. In den Applikationen ist oben und unten jedoch nicht festgelegt.
In Fig. 13 bis Fig. 16 ist jeweils an einer Schaufel 50 die Richtung 76 der Schaufel 50 an deren Außenkante 74 eingezeichnet. Es ist insbesondere im Vergleich zwischen Fig. 16 und Fig. 13 zu sehen, dass der Austrittswinkel ß2 in Richtung von der Lufteintrittsöffnung 46 weg kleiner wird.
Variante mit vertauschtem ersten und zweiten Bereich
Fig. 17, Fig. 18 und Fig. 19 zeigen ein Lüfterrad 40, bei dem der erste Bereich 51 , in dem die Schaufeln 50 als Radiallüfter-Schaufeln ausgebildet sind, und der zweite Bereich 52 mit dem schraubenartigen Verlauf der Schaufeln 50 vertauscht sind. Der zweite Bereich 52 ist also der Seite der Lufteintrittsöffnung 46 zugeordnet. Durch die Vertauschung wird weiterhin das Fluid 48 im zweiten Bereich 52 in axialer Richtung beschleunigt, und hierdurch dem radialen ersten Bereich 51 zugeführt.
Die Schaufeln 50 sind bevorzugt vorwärts gekrümmt, und der Austrittswinkel ß2 macht im zweiten Bereich zum ersten Bereich hin auf, er ändert sich also im zweiten Bereich 52 im Verlauf vom ersten Ende 71 zum ersten Bereich 51 hin in Richtung zum rückwärts gekrümmten Flügel (ß2 < 90°), wobei der Austrittswinkel bevorzugt vorwärts gekrümmt (ß2 > 90°) bleibt.
Die Beschreibung zum Lüfter gemäß Fig. 3 gilt ansonsten entsprechend. Geräuschmessungen
Es wurden Schalldruckmessungen mit dem Lüfterrad gemäß Fig. 3 und Fig. 17 sowie mit einem konventionellen, vorwärts gekrümmten Radiallüfterrad gemäß Fig. 9 durchgeführt. Der Durchmesser der Eintritts- bzw. Ansaugöffnung (2 * r1 ) betrug jeweils 33 mm. Auf Grund der höheren Schaufelzahl des konventionellen Radiallüfters wurde zur Erreichung des gleichen Volumenstroms die Drehzahl n des konventionellen Radiallüfters auf 4631 min"1 gesetzt, und die Drehzahl n des Lüfters gemäß Fig. 3 auf 5260 min"1. Die Schalldruckmessung hat beim konventionellen Radiallüfter einen Gesamtpegel (overall level) von 43,5 dB(A)/20 μPa ergeben, und beim Lüfter gemäß Fig. 3 einen Gesamtpegel von 35,3 dB(A)/20 μPa. Trotz der höheren Drehzahl n ist das Laufrad 40 gemäß Fig. 3 deutlich leiser als ein
konventionelles, vorwärts gekrümmtes Radiallüfter-Rad. Der Lüfter gemäß Fig. 17 war etwas lauter als der Lüfter gemäß Fig. 3.
Lüfterräder mit vorwärts gekrümmten Schaufeln werden auch als Trommelläufer bezeichnet. Solche Lüfterräder haben den maximalen Leistungsbedarf, wenn sie frei blasend betrieben werden. Mit steigendem Gegendruck sinkt der Leistungsbedarf. Daher ist die herrschende Lehre, dass Lüfterräder mit vorwärts gekrümmten
Schaufeln ein Spiralgehäuse benötigen, um einen entsprechenden Druck
aufzubauen.
Es hat sich aber gezeigt, dass Radiallüfterräder mit vorwärts gekrümmten Schaufeln einen niedrigeren Schalldruckpegel erzeugen als solche mit rückwärts gekrümmten Schaufeln oder radialen Schaufeln.
Applikation
Fig. 20 zeigt eine isometrische Darstellung einer Kühlvorrichtung 10. Die
Kühlvorrichtung 10 hat eine Grundplatte 12, zwei geschlossene Seitenwände 14, 16, Kühlrippen 20 und 22, durch die Kühlluft hindurchfließen kann, und einen Lüfter 30, der im Betrieb ein Fluid (z.B. Luft, Helium, Wasser), im folgenden Luft genannt, durch einen Lufteinlass 32 ansaugt und durch den Lüfter 30 zu den Kühlrippen 20, 22 hin ausbläst. Der Lüfter 30 arbeitet hier weitgehend frei blasend.
Die Grundplatte 12 steht in Wärmeverbindung mit einem zu kühlenden Bauteil 24 (z.B. Mikroprozessor, elektronisches Bauteil, Leistungshalbleiter etc.), und die Wärmeverbindung erfolgt z.B. durch direkten Kontakt des Bauteils 24 mit der Grundplatte 12 (evtl. unter Verwendung einer Wärmeleitpaste) oder aber über ein weiteres - nicht dargestelltes - gut Wärme leitendes Wärmeleitelement. Messungen haben ergeben, dass die Temperaturverteilung in der Kühlvorrichtung üblicherweise zum Bauteil 24 hin zunimmt.
Fig. 21 zeigt die Kühlvorrichtung 10 ohne den Deckel 18 aus Fig. 20. Die Kühlrippen 20, 22 können sich auch bis in die Nähe des Lüfters 30 erstrecken, um die
Oberfläche der Kühlrippen zu erhöhen. Die Anordnung der Kühlrippen 20, 22 in senkrechter bzw. waagerechter Form ist beispielhaft, und es sind auch andere Gestaltungen möglich, z.B. Kühlrippen, die radial um den Lüfter verlaufen.
Fig. 22 zeigt das Lüfterrad 40 in der Kühlvorrichtung 10, wobei zwei Zonen 92, 94 jeweils zweifach schematisch eingezeichnet sind. Bei einer leicht abgewandelten Applikation, bei der die Kühlrippen 20 und/oder 22 bis in die Nähe des Lüfterrads 40 verlaufen, war die Belüftung in den Zonen 92, 94 gut.
Bei der - nicht dargestellten - Verwendung eines konventionellen Radiallüfterrads wurde jedoch entdeckt, dass es dazu kommen kann, dass durch die Drehung in Drehrichtung ω in den Bereichen 94 nach dem Drehen entlang der Seitenwände 12, 14 zwar Luft ausgeblasen wurde, dass jedoch in den Bereichen 92 kaum Luft ausgeblasen wurde oder sogar Luft angesaugt wurde, was zu einer schlechten Kühlleistung geführt hat. Dieser Effekt ist bei dem erfindungsgemäßen Lüfterrad 40 nicht aufgetreten.
Fig. 23 zeigt schematisch die Temperaturverteilung in einer Kühlvorrichtung 10. Die Temperaturen sind nach dem Schema TX angegeben, wobei die Temperatur in °C ist. So entspricht z.B. T80 einer Temperatur von 80 °C.
Das zu kühlende Bauteil 24 hat z.B. eine Temperatur von 120 °C, und die
Bodenplatte 12 im inneren Bereich ebenfalls 120 °C, in den äußeren Bereichen 100 °C. Die Seitenwände 14, 16 haben auf der dem Bauteil 24 zugewandten Seite 80 °C, und auf der von diesen abgewandten Seite 60 °C. Die Kühlrippen 20 haben auf der dem Bauteil 24 zugewandten Seite 90 °C, und auf der von diesen abgewandten Seite 60 °C. Dieses schematische Beispiel soll verdeutlichen, dass es effektiv ist, mehr Luft auf der von der Lufteintrittsöffnung 46 abgewandten Hälfte des Lüfterrads 40 auszublasen und in dem (unteren) Bereich mit der größeren Temperatur zu kühlen. Dies ist mit dem Lüfterrad 40 besser möglich als mit einem herkömmlichen Radiallüfter. Ein Umdrehen des Lüfters 30 um 180°, das theoretisch auch bei einem Radiallüfter zu einer Verbesserung der Kühlung auf der dem Bauteil 24 zugewandten Seite der Kühlvorrichtung 10 führen würde, ist in vielen Fällen nicht möglich, da beim Umdrehen die Befestigung des Lüfters nur umständlich möglich wäre und die
Luftzufuhr zur Fluideintrittsöffnung durch die Bodenplatte 12 verdeckt wäre.
Eine Untersuchung unterschiedlicher Applikationen hat ergeben, dass häufig die Kühlung im Bereich der von der Lufteintrittsöffnung 46 abgewandten Seite, d.h. der Motorseite, besonders wichtig ist.
Herstellung im Spritzgussverfahren
In Fig. 5 ist der Winkelabstand cp_diff zwischen den einzelnen Schaufeln 50
eingezeichnet. Der Winkelabstand cp_diff wird bevorzugt mindestens so groß gewählt, dass die Schaufeln 50 in axialer Draufsicht entsprechend Fig. 5 nicht überlappen. Dies führt zu einem größeren Winkelabstand cp_diff als bei einem üblichen
Radiallüfter und damit auch zu einer geringeren Anzahl an Schaufeln 50. Je geringer die Schaufelsteigung im zweiten Bereich ist und je größer der zweite Bereich 52 im Verhältnis zum ersten Bereich 51 ist, desto weniger Schaufeln 50 sind möglich.
Vorteilhaft an einem so gewählten Winkelabstand ist jedoch, dass eine Fertigung des Lüfterrads 40 im Spritzgussverfahren ermöglicht wird, da eine Entformung gut möglich ist. Im Falle einer Überlappung wäre eine solche Fertigung nur mit einer Spritzgussform mit Schiebern möglich, was bei der Anzahl an Schaufeln 50 sehr teuer wäre. Die Schaufeln 50 haben bevorzugt im ersten Bereich 51 ebenfalls eine geringe Entformschräge gegenüber der Drehachse 32 (vgl. Fig. 3), sie laufen also nicht rein axial, sondern haben üblicherweise eine Entformschräge, die z.B. 1 ,0 ° oder 1 ,5° beträgt. Dies hat den Vorteil, dass die Spritzgussform beim Entformen nicht fortdauernd flächig am ersten Bereich 51 vorbei gleitet, denn dies kann dazu führen, dass das Lüfterrad an der Spritzgussform hängen bleibt. Bevorzugt ist der Haltering 45 in der Draufsicht außerhalb vom Basisteil 42 angeordnet, so dass der Haltering 45 und das Basisteil 42 nicht überlappen, vgl. Fig. 5. Dies ermöglicht es, bei einer Herstellung im Spritzgussverfahren die
Spritzgussform axial zwischen dem Haltering 45 und dem Basisteil 42
herauszufahren.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.
So kann die Schaufelform (Kontur) der Schaufeln 50 z.B. sein:
• ein Kreisbogen, rückwärts gekrümmt,
• ein Kreisbogen, radial endend,
• ein Kreisbogen, vorwärts gekrümmt,
• eine logarithmische Kontur,
Der Eintrittsradius r1 (vgl. Fig. 1 1 ) kann zwischen den Innenkanten 73 der einzelnen Schaufeln 50 unterschiedlich gewählt werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Lüfter (30), welcher aufweist:
Ein Lüfterrad (40), welches topfartig ausgebildet ist,
ein Basisteil (42),
einen an seinem Umfang angeordneten Schaufelkranz (44) und
eine Fluideintrittsöffnung (46),
wobei der Schaufelkranz (44) eine Mehrzahl von Schaufeln (50) zur Förderung eines Fluids (48) aufweist,
wobei die Schaufeln (50) mit dem Basisteil (42) verbunden sind,
wobei die Schaufeln (50)
- in einem ersten Bereich (51 ) der Schaufeln (50) als Radiallüfter-Schaufeln ausgebildet sind, und
- in einem zweiten Bereich (52) der Schaufeln (50) schraubenartig ausgebildet sind, um im zweiten Bereich eine radiale Förderung (58) und eine axiale (60, 62) Förderung des Fluids (48) zu bewirken,
und wobei die Schaufeln (50) einen Übergangsbereich (53) aufweisen, in dem ein Wechsel vom ersten Bereich (51 ) zum zweiten Bereich (52) stattfindet.
2. Lüfter nach Anspruch 1 ,
bei welchem die Schaufeln (50) im zweiten Bereich (52) ein axiales Ende (71 ; 72) aufweisen, und wobei das axiale Ende (71 ; 72) zumindest teilweise in axialer Richtung offen ist, um dort eine Förderung des Fluids (48) in axialer Richtung zu ermöglichen.
3. Lüfter nach Anspruch 1 oder 2,
bei welchem das Basisteil (42) als in den Schaufelkranz (44) hineinragender Motordom (42) ausgebildet ist, der an seinem Umfang eine Seitenwand (43) aufweist, die sich in eine Richtung mit axialer Komponente erstreckt,
wobei ein Teilbereich der Innenkante (73) der Schaufeln (50) direkt an der Seitenwand (43) befestigt ist, und
wobei der Teilbereich bevorzugt mindestens 10 % der gesamten Länge der Schaufeln (50) umfasst.
4. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schaufeln (50) im ersten Bereich (51 ) und im zweiten Bereich (52) zumindest teilweise vorwärts gekrümmt sind.
5. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei welchem die Schaufeln ein erstes, der Fluideintrittsöffnung (46)
zugeordnetes axiales Ende (71 ) und ein zweites, vom ersten axialen Ende abgewandtes axiales Ende (72) aufweisen.
6. Lüfter nach Anspruch 5,
bei welchem das zweite axiale Ende (72) zumindest teilweise in axialer
Richtung offen ist, um dort eine Förderung des Fluids (48) in axialer Richtung zu ermöglichen.
7. Lüfter nach Anspruch 5 oder 6,
bei welchem der zweite Bereich (52) der Schaufeln (50) derart angeordnet ist, dass er das zweite axiale Ende (72) umfasst.
8. Lüfter nach Anspruch 7, bei welchem der Austrittswinkel (ß2) der Schaufeln (50) im zweiten Bereich (52) zum zweiten axialen Ende (72) hin zumindest bereichsweise kleiner wird.
9. Lüfter nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem der zweite Bereich (52) der Schaufeln (50) derart angeordnet ist, dass er das erste axiale Ende (72) umfasst.
10. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der
Austrittswinkel (ß2) der Schaufeln (50) über die axiale Erstreckung (L_ax) der jeweiligen Schaufel (50) nicht konstant ist.
1 1 . Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der
Austrittswinkel (ß2) der Schaufeln (50) im zweiten Bereich (52) zumindest teilweise kleiner ist als im ersten Bereich (51 ).
12. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der
Winkelabstand (cp_diff) zwischen den Schaufeln (50) mindestens so groß ist, dass diese in axialer Draufsicht nicht überlappen.
13. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei welchem die Schaufeln ein erstes, der Fluideintrittsöffnung (46) zugeordnetes axiales Ende (71 ) aufweisen,
welcher einen Haltering (45) aufweist,
und bei welchem der Haltering (45) im Bereich der ersten axialen Enden der Schaufeln (50) angeordnet ist und diese miteinander verbindet.
14. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei welcher der Haltering (45) in der Draufsicht außerhalb vom Basisteil (42) angeordnet ist, so dass der Haltering (45) und das Basisteil (42) nicht überlappen.
15. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der erste Bereich (51 ) mindestens 15 % der gesamten axialen Erstreckung (L_ax) der jeweiligen Schaufel (50) umfasst, bevorzugt mindestens 25 %.
16. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der zweite Bereich (52) mindestens 15 % der gesamten axialen Erstreckung (L_ax) der jeweiligen Schaufel (50) umfasst, bevorzugt mindestens 25 %.
17. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der erste
Bereich (51 ) und der zweite Bereich (52) im Übergangsbereich ineinander übergehen.
18. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der
Übergangsbereich (53) eine Biegung aufweist, um die Änderung des Verlaufs der Schaufeln (50) zwischen dem ersten Bereich (51 ) und dem zweiten Bereich (52) zu bewirken.
19. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Schaufeln
(50) im gesamten Übergangsbereich (53) frei und damit fluidtechnisch wirksam sind, um dort den Übergang des Fluidstroms (63) zwischen dem ersten Bereich
(51 ) und dem zweiten Bereich (52) zu ermöglichen.
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