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EP0100078B2 - Axialventilator - Google Patents

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Publication number
EP0100078B2
EP0100078B2 EP83107227A EP83107227A EP0100078B2 EP 0100078 B2 EP0100078 B2 EP 0100078B2 EP 83107227 A EP83107227 A EP 83107227A EP 83107227 A EP83107227 A EP 83107227A EP 0100078 B2 EP0100078 B2 EP 0100078B2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
axial
ventilator according
intake
outflow
inflow
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP83107227A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0100078A1 (de
EP0100078B1 (de
Inventor
Günter Wrobel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Original Assignee
Papst Motoren GmbH and 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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=6169236&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=EP0100078(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Papst Motoren GmbH and Co KG filed Critical Papst Motoren GmbH and Co KG
Publication of EP0100078A1 publication Critical patent/EP0100078A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0100078B1 publication Critical patent/EP0100078B1/de
Publication of EP0100078B2 publication Critical patent/EP0100078B2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522—Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/526—Details of the casing section radially opposing blade tips
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00—Axial-flow pumps
    • F04D19/002—Axial flow fans
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D25/0606—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump
    • F04D25/0613—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump the electric motor being of the inside-out type, i.e. the rotor is arranged radially outside a central stator

Definitions

  • the invention relates to an axial fan according to the preamble of claim 1.
  • Such axial fans are preferably used for cooling in electrical and electronic devices and systems, particularly wherever very compact fan dimensions and low noise with high air performance are required.
  • the space available in such devices also limits the dimensions of the fans that can be used. As a measure to increase the performance of such fans, an increase in dimensions is therefore ruled out.
  • the hub of the fan wheel is provided on the suction side with a conical annular surface towards the end face.
  • the housing casing is cylindrical with a small gap to the fan blades and widens to a square shape by walls that run obliquely and symmetrically to the axial center plane in the corner areas, both towards the suction side and the discharge side.
  • the housings of such devices can also be made increasingly smaller.
  • the object of the invention is therefore to provide an axial fan which has a greater performance than the known axial fans of this type, which is to be achieved without increasing the external dimensions of the known axial fans.
  • the housing casing changes from its cylindrical region into a circumferential inlet curve. This results in an enlarged inlet cross-section on the suction side, which only gradually becomes narrower than the flow channel section delimited by the cylindrical part of the housing shell. It is advantageous if the radius of curvature of the inlet rounding is provided to be greater than or equal to 1/3 of the distance between the axial center plane and the suction side, that is to say is chosen to be relatively large.
  • FIG. 1 designates an axial fan which, because of its small external dimensions and its compact design, is preferably used for cooling in electronic or electrical devices.
  • the fan wheel is installed in a housing jacket 2.
  • the fan blades 4 and the motor housing 3 can be seen in FIG. 1.
  • the fan shown preferably has a contour of less than 100 mm square side length and an axial length of less than 32 mm.
  • the housing jacket 2 has a partial region 5 in which it extends cylindrically and concentrically to the fan axis B. From this cylindrical area 5, the housing shell 2 merges into a square shape on the suction side as well as on the blow-off side, with 6 fastening bores 7 being made in the corner areas thus created.
  • the engine is constructed in a manner known per se.
  • the shaft 15 is fixedly connected via the bushing 11 to the motor housing 3, which is integrally formed on the outside as a squirrel-cage rotor, the rods of which run in a manner known per se through the laminated sheets 16 of the rotor.
  • the fan blades 4 are then attached to the outer circumference of the motor housing 3 designed as a hub.
  • the interior in which the fan wheel is arranged is limited in the axial center plane A by the cylindrical region 5 of the housing shell 2, which extends to the suction side 9 over a length a 2 which is greater than half the distance a 1 from the Axial center plane Azur suction side 9.
  • the housing casing runs in the corner areas from the axial center plane A with an inclined wall 17, so that overall there is an asymmetrical design with respect to the axial center plane A between the suction side half and the discharge side half of the axial fan.
  • the cylindrical region 5 merges into an inlet curve 18, the radius of curvature R of which is approximately one third of the distance a 1 from the axial center plane A to the intake side 9.
  • the cylindrical region 5a extends over the entire distance between the axial plane A and the suction side 9. This means that the performance can be achieved in the same way as with an axial fan, the cylindrical one of which Area 5b merges with a bevel 24 in the outer edge area to the intake side 9 (see FIG. 4), compared to the known axial fans.
  • FIG. 2 shows a circumferential round edge with a relatively large inlet radius R, this has a theoretical value of zero in the embodiment according to FIG. 3.
  • 4 shows only a small angle of expansion of the cylinder surface 5b in the region of the cone surface 24 towards the inflow side; it starts, for example, from one eighth of the axial length of the housing from the entry level 9 and has a value of approximately 60 °.
  • FIG. 6 shows a variant of the tapering ring surface 10 according to FIG. 2.
  • this is a surface which is cylindrically offset in the axial direction in the region of the closed outer rotor base with a region 65 with a reduced diameter d 1 with the length 11 , which gradually changes into an area 66 with the full rotor diameter d 2 .
  • Blades 63 are butt-welded to a rotor cap 61 deep-drawn from soft magnetic metal, for example by capacitor discharge, so that a larger inlet cross section (namely as in the case of the conical annular surface 10 of FIG. 2) is provided in the inflow direction 60.
  • a rotor pot area 65 with a reduced diameter acts in the same way as a strongly pronounced inlet cone of the rotor hub or of the flange.
  • a cylindrical part 67 of the channel wall extends from the central plane A by a length a 2 to the suction side, which is significantly greater than the remaining axial length of the channel wall between its cylindrical part and the suction opening.
  • the channel wall merges into the square corner areas with a wall 68 that extends the channel.
  • An inclined wall 68 (which is only a coaxial conical surface in special cases) can also be replaced by a wall with cylindrical surfaces, the diameter of which is gradually increased towards the outlet surface, as indicated by a wall 69, so that so-called full corner pockets are formed, while in the event of a gradual transition through the sloping corner walls 68, something like a "half corner pocket" is formed.
  • the ratio of the lengths a 2 + a 3 / 2a 1 should have a minimum value of 0.3, but preferably a value of 0.5.
  • a 3 corresponds to the distance between the central axis A and the beginning of the widening region of the duct wall on the outlet side and 2a i to the total axial length of the fan.
  • the ratio a 2 + a 3 / 2a 1 should be even larger, whereby optimal value can then be about 0.5.
  • the ratio of 11 / 2a1 has a minimum value of around 0.3.
  • the housing has an outer ring wall 74, which merges into square fastening tabs, as shown in FIG. 1, as one piece with fastening webs 75 and a flange 76 and a bearing tube made of parts 77, 78, 79 trained; and that is why it is a one-piece plastic injection molded or pressed part, preferably with an enlarged inner diameter of the bearing tube in the area of bearings 72, 73 compared to the central part 78 for inserting the bearings, because the fan shown is from a collectorless, in particular a so-called 2-pulse DC motor is driven. Especially when the fan is very small, it is difficult to control the electronics in the motor area, ie. H. either in the flange 76 or, as explained in the case of FIG. 7, in the area of the closed rotor base 71.
  • the motor can preferably be a brushless DC motor, in particular a 1 or 2-pulse motor with permanent magnetic rotor, in which the electronics for commutation are arranged in the area of the motor.
  • the bearing tube 77, 78, 79 can be made of plastic. It has sufficient fatigue strength and maintains tolerances over a long service life because the heating caused by the motor losses and the electronics is so low.
  • the plastic bearing tube can be economically very advantageously manufactured in one piece with the rest of the housing.
  • Fig. 8 shows in a similar configuration as Fig. 6 and 7 shoulder-like pockets 81 and 89 and additionally inclined corner walls 84 and 88 on the entry and exit side. It is again crucial here that on the entry side a transition point 85 from a corner wall 84 into a cylindrical wall 87 is further away from the central plane Aals on the exit side, the point 86 in which the over gang from the cylindrical wall 87 in the corner wall 88 takes place.
  • the stepped recesses which lead to the formation of the corner pockets 81 and 89, are above all production-friendly and guarantee better dimensional accuracy of the one-piece plastic housing, which is otherwise similar to that of FIG. 7, namely in one piece including a bearing tube and consisting of plastic.
  • Fig. 9 clearly shows that a small extension into the corners on the inflow side, as drawn in Fig. 4, brings a very advantageous curve with a slightly higher pressure requirement, while at a pronounced maximum pressure, the differences disappear due to different contours of the inflow opening and in the medium pressure range, where the practical applications are, a relatively large radius of curvature of the circumferential contour (as indicated in FIG. 2) clearly brings an additional improvement.
  • the setting angle s a on the radial outside on the inflow side (again formed by the tangent to this wing edge and its angle to the entry plane) is smaller than the setting angle on the radial outside edge on the outflow side a a . That is, ⁇ i is smaller than ⁇ i and s a is smaller than a a , the relationships, as shown in FIG. 10, being optimal for a fan according to FIG. 2, while in the case of FIGS. 6, 7, 8 similar relationships apply, but ⁇ i is advantageously approximately equal to a a there .
  • the blade curvature is approximately that of a cylinder surface. In all these cases, the angles ⁇ i and ⁇ i continuously change into s a and a a in the radially directed course of the entry and exit edges.
  • ⁇ i , s a are preferably in the range between 30 ° and 50 ° and the values for a ; , a a in the range between 40 ° and 60 °, where ⁇ i is approximately equal to a a .

Landscapes

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

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Axialventilator nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • Derartige Axialventilatoren werden bevorzugt zur Kühlung in elektrischen und elektronischen Geräten und Anlagen eingesetzt, besonders dort, wo sehr kompakte Lüfterabmessungen und geringes Geräusch bei hoher Luftleistung verlangt wird. Der in solchen Geräten begrenzte Bauraum begrenzt auch die Abmessungen der verwendbaren Ventilatoren. Als Maßnahme zur Leistungssteigerung solcher Ventilatoren scheidet daher eine Vergrößerung der Abmessungen aus.
  • Es ist ein Axialventilator der eingangs genannten Art (DE-OS 29 40 650) bekannt, bei dem relativ große Luftleistungen dadurch erreicht werden, daß die Nabe des Ventilatorrades an der Ansaugseite mit einer zur Stirnseite hin konisch ausgebildeten Ringfläche versehen ist. Im Bereich der Axialmittelebne verläuft der Gehäusemantel unter Belassung eines geringen Spaltes zu den Lüfterschaufeln zylindrisch und erweitert sich auf eine quadratische Form durch in den Eckbereichen sowohl zur Ansaugseite als auch zur Abblasseite hin schräg und symmetrisch zur Axialmittelebene verlaufende Wände.
  • Dadurch, daß in den in Frage kommenden Geräten in zunehmendem Maße immer kleinere elektrische bzw. elektronische Bauteile eingesetzt werden, können auch die Gehäuse solcher Geräte in zunehmendem Maße kleiner gestaltet werden. Das bedeutet für Kleinlüfter der hier zu betrachtenden Gattung, daß die Leistungsfähigkeit durch die entgegenwirkenden Staudrücke in den Einbauräumen begrenzt ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Axialventilator zu schaffen, der eine größere Leistungsfähigkeit besitzt als die bekannten derartigen Axialventilatoren, wobei dies ohne Vergrößerung der Außenmaße der bekannten Axialventilatoren erreicht werden soll.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Axialventilator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gehäusemantel in den Eckbereichen bezüglich derAxialmittelebene asymmetrisch und von der Axialmittelebene weg zur Ansaugseite hin über einen größeren Abstand als zur Abblasseite hin zylindrisch ausgebildet ist.
  • Es hat sich gezeigt, daß durch diese Maßnahme eine erhebliche Leistungssteigerung erreicht werden kann, ohne daß die Außenmaße derAxialventilatoren geändert werden müßten. Es hat sich auch gezeigt, daß die verbesserte Wirkung kaum auftritt, wenn die axiale Länge der konischen Ringflächen nicht mindestens einem Drittel der Gesamtnabenlänge entspricht. Erst die Kombination dieser beiden Maßnahmen bringt die an sich erstaunliche Verbesserung, die anhand der später erläuterten Kennlinien deutlich wird. Durch die genannten Maßnahmen entsteht auf der Ansaugseite über einen relativ großen Weg (im Bereich des zylindrischen Verlaufes des Gehäusemantels) eine die Lüfterschaufeln auch in den Eckbereichen kreisförmig umgebende Wand, so daß die angesaugte Luft auch bei größeren Staudrücken auf der Abströmseite nicht vor Erreichen derauf derAbströmseite gelegenen Hälfte des Luftführungsweges die Lüfterschaufeln radial nach außen verlassen kann.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß am äußeren, zurAnsaugseite hin weisenden Randbereich der Gehäusemantel von seinem zylindrischen Bereich in eine umlaufende Einlaufrundung übergeht. Dadurch ergibt sich ein erweiterter Einlaufquerschnitt auf der Ansaugseite, der erst allmählich enger werdend in den durch den zylindrischen Teil des Gehäusemantels begrenzten Strömungskanalabschnitt übergeht. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Krümmungsradius der Einlaufrundung größer oder gleich 1/3 des Abstandes zwischen der Axialmittelebene und der Ansaugseite vorgesehen ist, also relativ groß gewählt wird.
  • Eine ganz ähnliche Wirkung kann auch erzielt werden, wenn der zylindrische Bereich des Gehäusemantels in den Eckbereichen zur Ansaugseite hin in eine Abschrägung übergeht. Schließlich hat es sich gezeigt, daß auch dann, wenn der Gehäusemantel über den gesamten Abstand zwischen Axialmittelebene und Ansaugseite zylindrisch ausgebildet ist, eine beträchtliche Leistungssteigerung erzielbar ist.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen beschriebenen Ausführungsformen weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen :
    • Figur 1 eine Ansicht auf die Ansaugseite eines erfindungsgemäßen Axialventilators,
    • Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie 11-11 durch den in Fig. 1 dargestellten Axialventilator in gegenüber Fig. 1 vergrößerter Darstellung,
    • Figur 3 eine Detaildarstellung eines Eckbereiches im Querschnitt einer anderen Ausführungsart,
    • Figur 4 eine Detaildarstellung eines Eckbereiches im Querschnitt einer weiteren Ausführungsart und
    • Figur 5 die schematische Darstellung des Verlaufs von Luftfördermenge über dem statischen Druck gemessen an einem erfindungsgemäßen Axialventilator und an einem Axialventilator nach dem Stand der Technik.
    • Figur 6 den gemäß Fig. 1 nach Linie E-N abgeknickten Längsschnitt durch die Achse eines Axialventilators mit zwei Variationen wesentlicher Merkmale, während
    • Figur in ähnlicher Darstellung eine kleinere Ausführung,
    • Figur 8 eine noch weiter abgewandelte Ausführungsform,
    • Figur 9 die Luftleistungskurven für zwei verschiedene Drehzahlbereiche, wie sie durch Änderungen der Ausführung bei Variation des Einströmkanals nach Fig. 2, 3 oder 4 sich ausbilden, und
    • Figur 10 die radiale Draufsicht auf ein Schaufelrad, wobei jedoch nur eine Schaufel dargestellt ist, um die Kontur dieser Schaufel eindeutig zu definieren.
  • In Fig. 1 bezeichnen 1 einen Axialventilator, der wegen seiner geringen Außenabmessungen und seiner kompakten Bauweise bevorzugt zur Kühlung in elektronische oder elektrische Geräte eingesetzt wird. Das Lüfterrad ist in einem Gehäusemantel 2 eingebaut. In Fig. 1 sind die Lüfterschaufeln 4 und das Motorgehäuse 3 zu erkennen. Der gezeigte Ventilator hat vorzugsweise eine Kontur von weniger als 100 mm Quadratseitenlänge und eine axiale Länge von weniger als 32 mm. Der Gehäusemantel 2 weist über die axiale Tiefe gesehen einen Teilbereich 5 auf, in dem er zylindrisch und konzentrisch zur Ventilatorachse B verläuft. Von diesem zylindrischen Bereich 5 geht der Gehäusemantel 2 zur Ansaugseite ebenso wie zur Abblasseite in eine quadratische Form über, wobei an den dadurch entstandenen Eckbereichen 6 Befestigungsbohrungen 7 eingebracht sind.
  • In dem in Fig. 2 dargestellten Querschnitt durch die Hälfte eines erfindungsgemäßen Axialventilators ist zu erkennen, daß das als Nabe dienende Motorgehäuse 3 zurAnsaugseite 9 hin mit einer konisch zulaufenden, sich zur Ansaugseite 9 verjüngenden Ringfläche 10 versehen ist, wobei sich auch die Lüfterschaufeln 4 bis über diese Ringlfäche 10 erstrecken.
  • Der Motor ist in an sich bekannter Weise aufgebaut. Dabei umgeben Wickelköpfe 13, die auf einem Ring 12 gelagert und mit einer aus Isolierstoff hergestellten Abdeckkappe 14 nach vorne abgeschlossen sind, den Stator 19, der seinerseits über das Rohr 23 und das Gleitlager 22 gegenüber der Welle 15 gelagert ist. Die Welle 15 ist über die Buchse 11 fest mit dem Motorgehäuse 3 verbunden, das außen einstückig als Kurzschlußläuferrotor ausgebildet ist, dessen Stäbe in an sich bekannter Weise durch die laminierten Bleche 16 des Rotors verlaufen. Am äußeren Umfang des als Nabe ausgebildeten Motorgehäuses 3 sind dann die Lüfterschaufeln 4 befestigt.
  • Begrenzt wird der Innenraum, in dem das Lüfterrad angeordnet ist, in der Axialmittelebene A durch den zylindrisch verlaufenden Bereich 5 des Gehäusemantels 2, der sich zur Ansaugseite 9 hin über eine Länge a2 erstreckt, die größer als die Hälfte des Abstandes a1 von der Axialmittelebene AzurAnsaugseite 9 ist. Zur Abblasseite 8 hin verläuft der Gehäusemantel in den Eckbereichen von der Axialmittelebene A aus mit einer schrägen Wand 17, so daß sich insgesamt eine asymmetrische Ausbildung bezüglich der Axialmittelebene A zwischen der ansaugseitigen Hälfte und der abblasseitigen Hälfte des Axialventilators ergibt. Der zylindrische Bereich 5 geht bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 in eine Einlaufrundung 18 über, deren Krümmungsradius R etwa einem Drittel des Abstandes a1 von der Axialmittelebene A zur Ansaugseite 9 beträgt. Es hat sich gezeigt, daß sich dann, wenn der zylindrisch verlaufende Bereich 5 relativ weit bis auf die Ansaugseite hin vorgezogen ist, die Leistung des Lüfters steigern läßt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei dem erfindungsgemäßen Axialventilator die Lüfterschaufeln 4 über einen relativ großen axialen Bereich unmittelbar durch den zylindrischen Bereich 5 des Gehäusemantels 2 umgeben werden, so daß die von den Lüfterschaufeln erfaßte Luft vor der Querschnittsverengung in der Axialmittelebene bei auf der Abblasseite 8 vorherrschenden Staudrücken nicht die Möglichkeit besitzt, diesem Gegendruck dadurch auszuweichen, daß sie radial nach außen der Bewegung durch die Lüfterschaufeln 4 ausweicht und damit wieder auf die Ansaugseite gedrängt wird, was bei den bekannten Bauarten der Fall ist.
  • Bei der Ausführungsform der Fig. 3, in der ebenfalls ein Querschnitt durch einen Eckbereich des Gehäusemantels gezeigt ist, verläuft der zylindrische Bereich 5a über den gesamten Abstand zwischen der AxiaimitteiebeneAund der Ansaugseite 9. Damit läßt sich die Leistung ebenso wie mit einem Axialventilator, dessen zylindrischer Bereich 5b durch eine Abschrägung 24 im äußeren Randbereich zur Ansaugseite 9 übergeht (vgl. Fig. 4), gegenüber den bekannten Axialventilatoren steigern.
  • Aus Fig. 5, in der die Kennlinien 20a und 20b des neuen Axialventilators gegenüber den Kennlinien 21a und 21 eines Axialventilators nach dem Stand der Technik (DE-OS 29 40 650) aufgetragen sind, läßt sich erkennen, daß insbesondere bei hohen Gegendrücken (der Druck ist auf der Ordinate abgetragen) sich eine beträchtliche Leistungssteigerung mit dem erfindungsgemäßen Axialventilator erzielen läßt. Die jeweils zusammengehörigen Kurvenpaare 20a und 21a sowie 20b und 21 stellen dabei Vergleichsmessungen dar, die mit zwei verschiedenen Lüfterradfrequenzen durchgeführt wurden. Die Kurven 20a und 21a wurden bei einer Frequenz von 60 Hz aufgenommen, die Kurven 20b und 21 b bei einer Frequenz von 50 Hz. Auf der Abzissenachse ist die Luftfördermenge aufgetragen.
  • Es hat sich darüber hinaus auch gezeigt, daß sich bei höheren Drehzahlen eine noch deutlichere Verbesserung der Charakteristik ergibt, was sich aus den Abweichungen der mit einer Frequenz von 60 Hz aufgenommenen Kurven 20a und 21a untereinander gegenüber den Abweichungen der Kurven 20b und 21 b gegeneinander erkennen läßt, die mit geringeren Lüfterdrehzahlen, nämlich mit einer Frequenz von nur 50 Hz aufgezeichnet wurden. Dieser Effekt tritt daher besonders bei hochtourigen Lüftern, insbesondere bei Gleichstromlüftern mit einer Drehzahl über 3 000 U/min stark in Erscheinung, Gerade solche Lüfter sind aber auch besonders geeignet zur Kühlung und Belüftung elektrischer und elektronischer Geräte, wie dies eingangs ausgeführt wurde.
  • Während der Einströmkanal nach Fig. 2 eine umlaufende runde Kante mit einem relativ großen Einlaufradius R zeigt, hat dieser bei der Ausgestaltung nach Fig. 3 einen theoretischen Wert gleich Null. Die Fig. 4 zeigt einen nur kleinen Erweiterungswinkel der Zylinderfläche 5b im Bereich der Konusfläche 24 zur Einströmseite hin ; er geht beispielsweise von einem Achtel der axialen Gehäuselänge von der Eintrittsebene 9 entfernt aus und besitzt einen Wert von ca. 60°.
  • Fig. 6 zeigt eine Variante der sich verjüngenden Ringfläche 10 gemäß Fig. 2. Diese ist im Falle der Fig. 6 eine in axialer Richtung im Bereich des geschlossenen Außenrotorbodens zylindrisch abgesetzte Fläche mit einem Bereich 65 mit verringertem Durchmesser d1 mit der Länge 11, der stufenartig in einen Bereich 66 mit dem vollen Rotordurchmesser d2 übergeht. Schaufeln 63 sind auf eine aus weichmagnetischem Metall tiefgezogene Rotorkappe 61, beispielsweise durch Kondensatorentladung, stumpf aufgeschweißt, so daß sich in Einströmrichtung 60 ein größerer Einlaß-Querschnitt (nämlich wie im Falle der konusförmigen Ringfläche 10 der Fig. 2) bietet. Ein im Durchmesser verringerter Rotortopfbereich 65 wirkt ebenso wie ein stark ausgeprägter Einlaufkonus der Rotornabe oder des Flansches.
  • Ein zylindrischer Teil 67 der Kanalwand erstreckt sich von der Mittelebene A um eine Länge a2 zur Ansaugseite hin, welche deutlich größer ist als die verbleibende axiale Länge der Kanalwand zwischen deren zylindrischem Teil und der Ansaugöffnung. Austrittsseitig geht die Kanalwand in die quadratischen Eckbereiche mit einer den Kanal erweiternden Wand 68 über. Eine schräge Wand 68 (die nur in Sonderfällen eine koaxiale Konusfläche ist) kann auch durch eine Wand mit zylindrischen Flächen ersetzt werden, deren Durchmesser in Richtung zurAustrittsfläche stufenförmig vergrößert wird, wie durch eine Wand 69 angedeutet ist, so daß sogenannte volle Ecktaschen gebildet werden, während im Falle des allmählichen Übergangs durch die schrägen Eckwände 68 so etwas wie eine « halbe Ecktasche » gebildet wird.
  • Es ist zu beachten, daß im Einströmbereich ein maximaler Querschnitt zur Verfügung steht, vor allem eine Querschnittserweiterung um die Rotornabe herum erreicht wird, und daß auslaufsseitig eine möglichst große Erweiterung des Strömungsquerschnitts zwischen den Kanalwänden 68 bzw. 69 und dem Bereich 66 der Nabe erzielt wird, wobei das Verhältnis der Längen a2 + a3/2a1 einen Mindestwert von 0,3, vorzugsweise jedoch einen Wert von 0,5 haben sollte. Hierbei entsprechen a3 dem Abstand zwischen der Mittelachse A und dem Beginn des sich erweiternden Bereiches der Kanalwand auf der Austrittsseite und 2ai der gesamten axialen Länge des Ventilators. Wenn man jedoch aus Fertigungsgründen den Durchmesser des Laufrads, d. h. den äußeren Durchmesser der Lüfterschaufeln 63 nicht in ausreichendem Maße dem Innendurchmesser des zylindrischen Teils 67 der Kanalwand annähern kann, dann sollte das Verhältnis a2 +a3/2a1 noch größer sein, wobei sein optimaler Wert dann etwa 0,5 betragen kann.
  • Das Verhältnis von 11/2a1 hat einen Mindestwert von etwa 0,3.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist das Gehäuse mit einer Au ßenringwand 74, welche in quadratische Befestigungslappen, entsprechend der Darstellung in Fig. 1, übergeht, als ein Stück mit Befestigungsstegen 75 und einem Flansch 76 sowie einem Lagerrohr aus Teilen 77, 78, 79 ausgebildet ; und zwar ist es deshalb ein einstückiges Kunststoffspritzguß- oder-preßteil, vorzugsweise mit im Bereich von Lagern 72, 73 gegenüber dem Mittelteil 78 zum Einsetzen der Lager im Durchmesser vergrößerter Innenweite des Lägerrohres, weil der gezeigte Ventilatorvon einem kollektorlosen, insbesondere einem sogenannten 2-pulsigen Gleichstrommotor angetrieben wird. Besonders wenn der Ventilator sehr klein ist, bereitet es Schwierigkeiten, die Elektro- nik im Motorbereich, d. h. entweder im Flansch 76 oder, wie im Falle der Fig. 7 ausgeführt, im Bereich des geschlossenen Rotorbodens 71 unterzubringen.
  • Der Motor kann vorzugsweise ein kollektorloser Gleichstrommotor, insbesondere ein 1- oder 2-pulsig betriebener Motor mit permanentmagnetischem Rotor sein, bei welchem die Elektronik zur Kommutierung im Bereich des Motors angeordnet ist.
  • Man hat jedoch bei kollektorlosen Gleichstromventilatoren mit 1-oder2-puisigem Betreib besonders wenig elektronische Bauelemente und diese sind daher in der Antriebsnabe des Ventilators günstig unterzubringen. Gleichzeitig erzeugen sie auch relativ wenig Wärme, so daß man bei einem kollektorlosen Gleichstrommotor zum Antrieb des Ventilators im allgemeinen, aber insbesondere bei einem 1- oder 2- pulsig betriebenen kollektorlosen Gleichstrommotor, das Lagerrohr 77, 78, 79 aus Kunststoff fertigen kann. Es hat genügend Dauerstandfestigkeit und hält die Toleranzen über lange Lebensdauer, weil die Erwärmung durch die Motorverluste und die Elektronik so gering ist. Das Kunststofflagerrohr kann man wirtschaftlich sehr vorteilhaft in einem Stück mit dem übrigen Gehäuse herstellen.
  • Die Fig. 8 zeigt in ähnlicher Ausgestaltung wie Fig. 6 und 7 absatzartige Taschen 81 und 89 sowie zusätzlich schräge Eckwände 84 und 88 auf der Eintritts- und Austrittsseite. Es ist auch hier wieder entscheidend, daß auf der Eintrittsseite ein Übergangspunkt 85 von einer Eckwand 84 in eine zylindrische Wand 87 weiter entfernt ist von der Mittelebene Aals auf der Austrittsseite der Punkt 86, in dem der Übergang von der zylindrischen Wand 87 in die Eckwand 88 stattfindet. Die abgesetzten Vertiefungen, die zur Ausbildung der Ecktaschen 81 und 89 führen, sind vor allem fertigungsfreundlich und garantieren eine bessere Maßhaltung des einstückigen Kunststoffgehäuses, das im übrigen ähnlich wie die Fig. 7 ausgebildet ist, nämlich einstückig inklusive Lagerrohr und aus Kunststoff bestehend.
  • Die Fig. 9 zeigt deutlich, daß eine kleine Erweiterung in die Ecken hinein auf der Einströmseite, wie in Fig. 4 gezeichnet, einen sehr vorteilhaften Kurvenverlauf bei etwas höherem Druckbedarf bringt, während bei einem ausgesprochenem Maximaldruck die Unterschiede durch unterschiedliche Kontur der Einströmöffnung verschwinden und im mittleren Druckbereich, wo die praktischen Anwendungsfälle liegen, ein relativ großer Krümmungsradius der umlaufenden Kontur (wie in Fig. 2 angegeben) noch deutlich eine zusätzliche Verbesserung bringt.
  • Vor allem zeigt sich, daß die Asymmetrie des Außengehäuses von der Mittelebene Aaus betrachtet in Verbindung mit dem Einlaufkonus (z. B. gemäß Fig. 2 oder auch in der Variation nach Figuren 6, 7, 8) sehr günstig ist (Unterschied von Kurve a gegenüber Kurven β, 8, s. Die Kurve a entspricht einem symmetrischen Gehäuse, wobei im Einströmbereich ebenfalls eine kräftig ausgebildete Konusnabe vorgesehen war, wie beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung 54/133638 oder in dem US-PS 43 73 861 gezeigt ist.
  • Man erhält generell eine weitere Verbesserung der Kennlinie und auch des Geräuschs, wenn, man die Kontur der Schaufeln 23, bzw. 83,63, 73 oder 123 wie in Fig. 10, so gestaltet, daß der Winkel εi an der Schaufelwurzel auf der Eintrittsseite, der durch die Tangente an die Schaufelwurzel auf der Einströmseite (d. h. dort an die Schaufelfläche) und die Einströmebene jeweils gebildet wird (wie auch zu irgendeiner der anderen Ebenen, die zur Einströmebene parallel sind, z. B. E, E1, E2) kleiner ist als der Winkel αi auf der Ausströmseite (an der Flügelwurzel). Der Einstellwinkel sa an der radialen Außenseite auf der Einströmseite (wiederum durch die Tangente an diese Flügelkante und ihren Winkel zur Eintrittsebene gebildet) ist kleiner als der Einstellwinkel an der radialen Außenkante auf der Ausströmseite aa. Das heißt εi ist kleiner als αi und sa ist kleiner als aa, wobei die Verhältnisse, wie in Fig. 10 dargestellt, für einen Ventilator nach der Fig. 2 optimal sind, während im Falle der Fig. 6, 7, 8 ähnliche Verhältnisse gelten, jedoch dort vorteilhafterweise αi etwa gleich aa ist.
  • Die Schaufelwölbung ist etwa die einer Zylinderfläche. In allen diesen Fällen gehen im radial gerichteten Verlauf der Eintritts- und der Austrittskanten die Winkel εi bzw. αi kontinuierlich in sa bzw. aa über.
  • Dabei, ist die wahre radiale Erstreckung der Schaufeln zu beachten.
  • Die Werte von εi, sa liegen vorzugsweise im Bereich zwischen 30° und 50° und die Werte für a;, aa im Bereich zwischen 40° und 60°, wobei αi etwa gleich aa ist.

Claims (15)

1. Axialventilator, insbesondere Kleinlüfter axialer Kompaktheit, mit einem das Ventilatorrad umschließenden Gehäusemantel (2), dessen Innenkontur im Bereich der axialen Mittelebene (A) zylindrisch ausgebildet und zur Abblasseite (8) sowie zur Ansaugseite (9) hin unter Bildung von Eckbereichen (6) in ein polygonales, insbesondere quadratisches, den Durchmesser des Ventilatorrades umschreibendes Profil erweitert ist, und mit einem zentralen koaxialen Kern, der vom Antriebsmotor, der Nabe des Lüfterrades und dem Halterungsflansch für den Antriebsmotor gebildet wird und der eine zur Stirnseite der Ansaugseite hin sich verjüngende äußere Ringfläche besitzt, wodurch ein sich in Strömungsrichtung verjüngender Einlaufkanal gebildet wird, wobei die axiale Länge der verjüngten Ringfläche mindestens 1/3 der Länge der Nabe beträgt, und wobei die angesaugte Luft auch bei größeren Staudrücken auf derAbströmseite nicht vor Erreichen der auf der Abströmseite gelegenen Hälfte des Luftführungsweges die Lüfterschaufeln radial nach außen verlassen kann. dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (2) in den Eckbereichen (6) bezüglich der Axialmittelebene (A) asymmetrisch und von der Axialmitteleben (A) weg zur Ansaugseite (9) hin über einen größeren Abstand (a2) als zur Abblasseite hin zylindrisch (Bereich 5, 5a, 5b) ausgebildet ist.
2. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a2) mindestens dem halben Abstand (a1/2) zwischen derAxialmittelebene (A) und der Ansaugseite (9) entspricht.
3. Axialventilator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren, zur Ansaugseite (9) hin weisenden Randbereich der Gehäusemantel (2) von seinem zylindrischen Bereich (5) in eine umlaufende Einlaufrundung (18) übergeht.
4. Axialventilator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius (R) der Einlaufrundung (18) größer oder gleich 1/3 des Abstandes (a1) zwischen derAxialmittelebene (A) und der Ansaugseite (9) vorgesehen ist.
5. Axialventilator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Bereich (5b) des Gehäusemantels (2) in den Eckbereichen (6) zur Ansaugseite (9) hin in eine Abschrägung (24) übergeht.
6. Axialventilator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäusemantel (2) über den gesamten Abstand (a1) zwischen Axialmittelebene (A) und Ansaugseite (9) zylindrisch (5a) ausgebildet ist.
7. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor ein kollektorloser Gleichstrommotor, insbesondere ein 1-oder 2-pulsig betriebener Motor mit permanentmagnetischem Rotor ist, bei welchem die Elektronik zur Kommutierung im Bereich des Motors angeordnet ist.
8. Axialventilator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das quaderförmige Gehäuse bei axialer Draufsicht eine Kontur von weniger als 100 mm Quadratseitenlänge und eine axiale Länge von 32 mm und weniger aufweist.
9. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Kern auf der Einströmseite eine stufenweise Reduzierung seines Außendurchmessers im Bereich der geschlossenen Rotorbodenfläche aufweist.
10. Axialventilator nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß ausströmseitig in der Kontur der Gehäuseinnenwand stufenartige Erweiterungen zur Bildung abgesetzter Ecktaschen vorgesehen sind.
11. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Einström- und/oder Ausströmseite abgesetzte Vertiefungen (81, 89) im Befestigungseckbereich des Gehäuses vorgesehen sind.
12. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellwinkel εi sa auf der Einströmseite geringer sind als die Einstellwinkel a;, aa auf der Ausströmseite, wobei εi und εi die Winkel an der Schaufelwurzel auf der Einström- bzw. Ausströmseite, die durch die Tangenten an die Schaufelwurzel und die Einström- bzw. Ausströmebene gebildet werden, und sa und sa die Einstellwinkel an der radialen Außenseite auf der Einström- bzw. Ausströmseite, die durch die Tangenten an die entsprechenden Schaufelkanten und die Einström- bzw. Auströmebene gebildet werden, darstellen.
13. Axialventilator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß εi, sa im Bereich zwischen 30° und 50° und α, aa im Bereich zwischen 40° und 60° liegen und daß αi etwa gleich aa ist.
14. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der im zentralen koaxialen Kern enthaltene Außenrotorboden (61) eine zylindrisch abgesetzte Fläche (65) aufweist, die stufenartig in einen Bereich (66) mit dem vollen Rotordurchmesser übergeht.
15. Axialventilator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrotorboden (61) aus weichmagnetischem Material tiefgezogen ist.
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