DE10317952B4

DE10317952B4 - Wärmeableitvorrichtung und dazugehöriges Flügelrad

Info

Publication number: DE10317952B4
Application number: DE10317952.6A
Authority: DE
Inventors: Shun-Chen Chang; Kuo-Cheng Lin; Wen-Shi Huang; Po-Hao Yu
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2003-04-17
Publication date: 2016-06-09
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: GB0309011D0; US20040096326A1; GB2395233A; US6948912B2; GB2395233B; JP2004169680A; DE10317952A1

Abstract

Flügelrad, umfassend: – eine Nabe zur Aufnahme eines Motors darin; und – mehrere um die Nabe herum angeordnete Rotorblätter, wobei jedes der mehreren Rotorblätter sich radial zur Mitte der Nabe hin erstreckt, und jedes der mehreren Rotorblätter sich auf der Anströmseite des Flügelrads axial über eine Oberseite der Nabe hinaus erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmeableitvorrichtung und ein dazugehöriges Flügelrad. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Axialstromgebläse und dessen Schaufelradstruktur.
Es gibt mehrere Arten von Wärmeableitvorrichtungen auf dem Markt, darunter Gebläse und Lüfter, wobei Gebläse am häufigsten in PCs eingesetzt werden. Gebläse eignen sich für ein System mit geringer Impedanz, das heißt ein System, bei dem der statische Druck der Gebläse niedriger ist.
1A und 1B zeigen ein herkömmliches Gebläse mit einem Rahmen 10 und einem Flügelrad 11. Das Flügelrad 11 enthält eine Nabe 111 und mehrere, um die Nabe herum angeordnete Schaufeln 112. Wenn von dem Flügelrad durch Antrieb seitens einer Antriebseinrichtung (beispielsweise eines Motors) ein Luftstrom erzeugt wird, der durch die Nabe 111 und die Schaufeln 112 des Gebläses streicht, kommt es möglicherweise zu einer (in 1B) dargestellten Luftturbulenz 12, wenn der Luftstrom auf die Oberseite, d. h. die Frontseite der Nabe auftritt, so daß das Volumen und der Blasdruck des aus dem Gebläse austretenden Luftstroms stark abnehmen. Es ist wünschenswert, ein Gebläse oder einen Lüfter zu entwickeln, bei dem die obigen Probleme gelöst, zumindest gemildert sind.
US 4 895 489 A offenbart ein Axialschraubengebläse mit einem Gehäuse. Eine Gebläseschaufeln tragende Nabe ist drehbar innerhalb des Gehäuses angeordnet und wird durch einen im Inneren der Nabe enthaltenen Motor drehbar angetrieben.
US 6 065 936 A stellt einen Axiallüfter mit einem Flügelrad dar, das eine Nabe und mehrere um die Nabe herum angeordnete Rotorblätter aufweist, wobei ein Teil jedes der mehreren Rotorblätter sich auf der Anströmseite des Flügelrads axial über eine Oberseite der Nabe hinaus erstreckt.
WO 01/38 697 A1 offenbart einen Ein- oder Mehrflügelrotor, wobei der Rotor eine zentrale Nabe aufweist, die geeignet ist, an einer drehbaren Welle montiert zu werden, und wobei der Rotor mindestens einen radialen, mit seinem einen Ende an der Nabe angebrachten Flügel aufweist.
CH 638 593 A5 offenbart ein Flügelrad für Axialgebläse mit an einer Nabe angeordneten Lüfterflügeln, wobei die Lüfterflügel an einem im wesentlichen ebenen Nabenteil angeordnet sind, der in einer Mittelöffnung einen sich einseitig auf dem Nabenteil zentriert abstützenden Nabenkörper trägt.
DE 100 20 878 A stellt einen Lüfter zur Belüftung von elektronischen Geräten wie Personalcomputern dar, umfassend ein Lüftergehäuse und ein in dem Lüftergehäuse um eine Drehachse drehbar gelagertes Laufrad mit einer Nabe und über den Umfang der Nabe verteilten Schaufeln.
US 6 244 818 B1 offenbart eine Lüfterhaube, wobei die Lüfterhaube im Wesentlichen einen Hauptrahmen und einen Satz von Schutzblättern umfasst, die radial innerhalb des Hauptrahmens angeordnet und auf einer Innenfläche des Hauptrahmens mit je einem Ende davon befestigt sind. Jedes der Schutzblätter hat eine Form ähnlich der Form der Rotorschaufeln, und der Satz von Schutzblättern kann entweder stromaufwärts oder stromabwärts von den Rotorschaufeln angeordnet sein.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Wärmeableitvorrichtung und einer Flügelradstruktur einer solchen Vorrichtung, mit deren Hilfe das Einlaß-Luft-volumen erhöht werden kann, weil der Wärmeableitwirkungsgrad der Wärmeableitvorrichtung nicht nur vom statischen Druck, sondern auch vom Eintrittsluftvolumen abhängt. Dieses Ziel wird durch eine Wärmeableitvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 und durch eine Wärmeableitvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. Erfindungsgemäß enthält ein neues mit der Antriebseinrichtung gekoppeltes Flügelrad eine Nabe und mehrere mit der Nabe radial verbundene Rotorblätter. Vorzugsweise erstreckt sich die Innenseite jedes Rotorblatts zu einer Oberseite und einer Seitenfläche der Nabe. Eine Kante der Rotorblätter kann sich axial über die Oberseite der Nabe am Lufteinlaßende hinaus erstrecken.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein solches Flügelrad auf eine Wärmeableitvorrichtung mit Luftleit- und Rotorblättern anzuwenden. Dieses Ziel wird durch ein Flügelrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Flügelrad mit den Merkmalen des Anspruchs 4 und durch ein Flügelrad mit den Merkmalen des Anspruchs 9 erreicht. Mehr als ein Flügelrad wird außerdem bei einer Wärmeableitvorrichtung mit mehreren Luftleitschaufeln angewendet, beispielsweise werden Flügelräder mit mehreren Rotorblättern, die sich in axialer Richtung über die Oberseite der Nabe hinaus erstrecken, auf beiden Seiten der Luftleitschaufel plaziert, die in einem oder mehreren Rahmen angeordnet ist.
Damit kann dieses Flügelrad, bei dem mehrere Rotorblätter mit ihrer oberen Kante höher liegen als die Oberseite der Nabe, das Eintrittsvolumen steigern durch Einleiten eines Seitenluftstroms. Außerdem kann die Wärmeableitvorrichtung mit Luftleit- und Rotorblättern in signifikanter Weise das Eintrittsluftvolumen und den Blasdruck steigern.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Es versteht sich, daß die obige allgemeine Beschreibung ebenso wie die nachfolgende detaillierte Beschreibung lediglich beispielhaft ist und dazu dienen soll, die beanspruchte Erfindung näher zu erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen sollen das Verständnis der Erfindung erleichtern und sind Teil der gesamten Offenbarung. Die Zeichnungen zeigen Ausfühsrungsbeispiele der Erfindung und sollen zusammen mit der Beschreibung die Grundprinzipien der Erfindung näher erläutern. Es zeigen:
1A und 1B ein herkömmliches Gebläse;
2A eine perspektivische Ansicht einer Wärmeableitvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2B eine Querschnittansicht der in 2A gezeigten Anordnung;
3A–3D eine Draufsicht, eine Frontansicht, eine Seiten- bzw. eine Perspektivansicht des Flügelrads der Wärmeableitvorrichtung gemäß der einen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4A–4F sechs Variationen von Flügelrädern gemäß der Erfindung;
5A eine Wärmeableitvorrichtung mit einem Satz von Luftleitflügeln und einem Satz von Rotorblättern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
5B eine Wärmeableitvorrichtung mit einem Satz von Luftleitflügeln und zwei Sätzen von Rotorblättern gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
6A–6D Querschnittansichten verschiedener Arten von Wärmeableitvorrichtungen gemäß der Erfindung; und
7A–7C unterschiedliche Arten der Anordnung von Luftleitflügeln in Bezug auf Rotorblätter gemäß der Erfindung.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Wo möglich, werden in den Zeichnungen und der Beschreibung für gleiche und ähnliche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet.
2A zeigt eine Wärmeableitvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und 2B zeigt eine Querschnittansicht durch die Anordnung nach 2A. Die Wärmeableitvorrichtung enthält einen Rahmen 20 und ein Flügelrad 21 auf der Einlaßseite des Rahmens. Das Flügelrad 21 enthält eine Nabe 211 und mehrere Rotorblätter 212, welche um die Nabe herum 211 angeordnet sind. Um das Eintrittsluftvolumen zu steigern, erstreckt sich die obere Kante der Rotorblätter 212 axial über die Oberseite der Nabe 211 hinaus und erstreckt sich weiterhin zur Oberseite der Nabe hin. In anderen Worten: die Rotorblätter 212 schließen nicht nur an eine Seitenfläche der Nabe 211 an, sondern reichen auch auf die Ober- oder Stirnseite der Nabe 211. Durch diese neue Ausgestaltung wird in vorteilhafter Weise das Eintrittsluftvolumen durch Einleiten eines Seitenluftstroms gesteigert. Die in 1B gezeigte Luftturbulenz 12 wird beseitigt, wenn der Luftstrom durch die Nabe 211 und die Rotorblätter 212 der Warmeableitvorrichtung hindurchtritt.
3A–3D zeigen eine Draufsicht, eine Frontansicht, eine Seitenansicht bzw. eine perspektivische Ansicht des in den 2A und 2B gezeigten Flügelrads. Ersichtlich ist das Flügelrad gemäß der Erfindung nicht auf die in 2A und 2B speziell dargestellte Anordnung beschränkt, und die Ausgestaltung des Flügelrads läßt sich modifizieren gemäß den realen Ausgestaltungen nach den 4A–4F, die sechs Varianten des erfindungsgemäßen Flügelrads zeigen. Die Rotorblätter 212 gemäß 4A sind lediglich an der Seitenfläche der Nabe 211 angebracht, allerdings ragt die obere Kante des jeweiligen Rotorblatts 212 höher über die Oberseite der Nabe 211 hinaus. Gemäß 4B erstreckt sich die obere Kante des Rotorblatts 212 zu einer Stelle oberhalb der Oberseite der Nabe 211, außerdem auf die Oberseite der Nabe 211 hinauf. Das Rotorblatt nach 4C ist ähnlich wie das in 4B gezeigte Rotorblatt, hat jedoch eine abgeschrägte Kante. Das Rotorblatt nach 4D ähnelt dem nach 4B, ist jedoch an der Kante mit einer Abrundung versehen. Die Kante der Schaufelstruktur nach 4E reicht zur Mitte der Nabe 211 hin. Schließlich verbindet die Innenkante des Rotorblatts nach 4F sich mit einem entsprechenden Rotorblatt auf der Oberseite der Nabe 211. Jegliches Kantenmuster des Rotorblatts, welches sich axial über die Oberseite oder die Stirnseite der Nabe am Lufteinlaßende hinaus erstreckt und gegebenenfalls sich auch auf die Frontfläche der Nabe hin erstreckt, soll im Schutzumfang der Erfindung liegen. Vorzugsweise ist die obere Kante des Rotorblatts des Flügelrads um 3 mm höher gelegen als die Oberseite der Nabe, oder erstreckt sich von der Oberseite der Nabe bis zu mindestens 5% der Nabenhöhe über diese hinaus.
In der Praxis wird das erfindungsgemäße Flügelrad in einer Wärmeableitvorrichtung eingesetzt. Die Wärmeableitvorrichtung besitzt einen Rahmen 20 mit einer Basis 201, die mit dem Rahmen über mehrere Rippen verbunden ist, um das Flügelrad an dem Rahmen abzustützen. Darüber hinaus können die Rippen ersetzt werden durch Luftleitschaufeln oder -bleche. 5 zeigt eine Wärmeableitvorrichtung mit Luftleitschaufeln gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das Flügelrad 21 kann irgendeine der in den 4A–4F dargestellten Ausgestaltungen aufweisen. Der Rahmen 20 enthält mehrere Luftleitschaufeln 202, die zwischen der Basis und einem Außengehäuse verlaufen und mit diesem verbunden sind. Die Basis dient zur Abstützung einer (nicht gezeigten) Antriebseinrichtung und des Flügelrads 21. Die Luftleitschaufeln 202 tragen dazu bei, den Blasdruck der Wärmeableitvorrichtung zu erhöhen. Deshalb kann diese Ausgestaltung nicht nur das Luftstromvolumen steigern, sondern kann auch den Blasdruck des von der Wärmeableitvorrichtung abgegebenen Luftstroms erhöhen.
Zusätzlich sei auf 5B verwiesen, die eine Wärmeableitvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt. In 5B ist eine Gruppe von Luftleitschaufeln in der inneren Mitte des Rahmens vorgesehen, und es befinden sich zwei Flügelräder in der Luftableitvorrichtung, eines auf der Lufteinlaßseite, eines auf der Luftauslaßseite. Außerdem lassen sich mehrere Gruppen von Rotorblättern und Luftleitschaufeln in verschiedenen Folgen hintereinander anordnen, um die Leistungsfähigkeit der Wärmeableitvorrichtung zu steigern.
6A–6D zeigen eine Querschnittansicht einer Wärmeableitvorrichtung mit zwei Rahmen 20, 20' und zwei Sätzen von Luftleitschaufeln oder -rippen gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. 6A zeigt eine Wärmeableitvorrichtung mit zwei Flügelrädern 212 und zwei Sätzen von Rippen 203 zwischen zwei Flügelrädern. 6B–6C zeigen eine Wärmeableitvorrichtung mit zwei Flügelrädern, einem Satz von Luftleitschaufeln 202 und einem Satz von Rippen 203, die zwischen zwei Flügelrädern angeordnet sind. Der Unterschied zwischen den 6B und 6C besteht darin, daß ein Satz von Luftleitschaufeln 202 und ein Satz von Rippen 203 in unterschiedlicher Reihenfolge angeordnet sind. 6D zeigt eine Wärmeableitvorrichtung mit zwei Rahmen 20, 20', die ein Flügelrad und zwei Sätze von Luftleitschaufeln 202 zwischen zwei Flügelrädern 212 aufweisen. Sämtliche Wärmeableitvorrichtungen nach den 6A–6D enthalten zwei Rahmen 20, 20'.
7A–7C zeigen verschiedene Lagebeziehungen von Luftleitschaufeln und Rotorblättern der erfindungsgemäßen Flügelräder. In den 7A und 7B sind ein oberer Rahmen und ein unterer Rahmen zusammengebaut, um einen vollständigen Rahmen einer Wärmeableitvorrichtung zu bilden. In 7A sind Luftleitschaufeln 202 in dem oberen Rahmen 20 und entsprechende Luftleitschaufeln 40 im unteren Rahmen 20' abwechselnd angeordnet. In 7B ist jede der Luftleitschaufeln 202 im oberen Rahmen ausgerichtet mit einer zugehörigen Luftleitschaufel im unteren Rahmen 20', um zusammen jeweils eine vollständige Luftleitschaufel zu bilden. In anderen Worten: zwei einander entsprechende Halbschaufeln sind zusammengefügt, um eine vollständige Luftleitschaufel zu erhalten. In 7C sind der obere Rahmen und der untere Rahmen zusammengefaßt zu einem einzigen Rahmen 20 im Zuge der Herstellung. Die Luftleitschaufeln können ebenfalls in dem Rahmen 20 integriert sein, was die Fertigungskosten senken kann.
Gemäß obiger Beschreibung kann ein seitlicher Luftstrom durch die Schaufelstruktur des Flügelrads gemäß der Erfindung eingebracht werden, um das Eintrittsluftvolumen zu erhöhen. Zusätzlich kann man ein oder mehrere Flügelräder in Verbindung mit Luftleitschaufeln in einer Wärmeableitvorrichtung einsetzen, um dadurch zusätzlich den Blasdruck des aus der Wärmeableitvorrichtung ausgetragenen Luftstroms zu steigern durch die Wechselwirkung zwischen den Rotorblättern und den Luftleitschaufeln.

Claims

Flügelrad, umfassend: – eine Nabe zur Aufnahme eines Motors darin; und – mehrere um die Nabe herum angeordnete Rotorblätter, wobei jedes der mehreren Rotorblätter sich radial zur Mitte der Nabe hin erstreckt, und jedes der mehreren Rotorblätter sich auf der Anströmseite des Flügelrads axial über eine Oberseite der Nabe hinaus erstreckt.
Flügelrad nach Anspruch 1, bei dem radial innenliegende Kanten der mehreren, sich zur Mitte der Nabe erstreckenden Rotorblätter abgeschrägt, abgerundet oder rechtwinklig geformt sind.
Flügelrad nach Anspruch 1, bei dem mindestens zwei Rotorblätter der mehreren Rotorblätter zusammengeführt sind.
Flügelrad, umfassend: – eine Nabe mit einer Oberseite auf der Anströmseite des Flügelrads; und – mehrere um die Nabe herum angeordnete Rotorblätter, wobei jedes der mehreren Rotorblätter sich radial zur Mitte der Nabe hin erstreckt, und wobei die mehreren Rotorblätter jeweils eine Oberkante besitzen, die in einer in Bezug auf die Flügelraddrehachse senkrechten, axial über der Oberseite der Nabe liegenden Ebene verläuft.
Flügelrad nach Anspruch 4, bei dem mindestens zwei der mehreren Rotorblätter zusammengeführt sind.
Flügelrad nach einem der Ansprüche 4 bis 5, bei dem radial innenliegende Kanten der mehreren Rotorblätter abgeschrägt, abgerundet oder rechtwinklig ausgebildet sind.
Flügelrad nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die Oberkanten der Rotorblätter um mindestens 3 mm höher liegen als die Oberseite der Nabe.
Flügelrad nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem die Oberkanten der Rotorblätter sich gegenüber der Oberseite der Nabe um mindestens 5% der Höhe der Nabe erheben.
Flügelrad, umfassend: – eine Nabe mit einer Oberseite auf der Anströmseite des Flügelrads; und – mehrere mit der Nabe gekoppelte Rotorblätter, wobei jedes der mehreren Rotorblätter sich radial zur Mitte der Nabe hin erstreckt, und wobei ein Einlassluftstrom an der Oberfläche der Nabe vorbei zwischen radial innenliegenden Kanten der Rotorblätter strömen kann, indem sich die innenliegenden Kanten der Rotorblätter in der Nähe der Nabe axial über die Oberseite der Nabe erstrecken.
Wärmeableitvorrichtung, umfassend: – einen Rahmen; und – mindestens ein in dem Rahmen gelagertes Flügelrad, welches eine Nabe mit einer Oberseite auf der Anströmseite des Flügelrads und mehrere um die Nabe herum angeordnete Rotorblätter aufweist, wobei jedes der mehreren Rotorblätter sich radial zur Mitte der Nabe hin erstreckt, und wobei sich auf der Anströmseite des Flügelrads Kanten der Rotorblätter in der Nähe der Nabe axial über die Oberseite der Nabe hinaus erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Rahmen eine Basis und ein Außengehäuse umfaßt, wobei die Basis mit dem Außengehäuse über mehrere Rippen verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Rippen in das Außengehäuse einstückig integriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der der Rahmen eine Basis und ein Außengehäuse aufweist, wobei die Basis mit dem Außengehäuse über mehrere Luftleitschaufeln zum Haltern des Flügelrads verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Luftleitschaufeln als einstückiges Teil mit dem Außengehäuse integriert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei der radial innenliegende Kanten der Rotorblätter abgeschrägt, abgerundet oder quadratisch geformt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei der das mindestens eine Flügelrad in einer Lufteintrittsseite der Wärmeableitvorrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei der das mindestens eine Flügelrad in einer Lufteintrittsseite und einer Luftaustrittsseite der Wärmeableitvorrichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, bei der die anströmseitigen Kanten der Rotorblätter mindestens 3 mm höher gelegen sind als die Oberseite der Nabe.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, bei der die anströmseitigen Kanten der Rotorblätter sich über die Oberseite der Nabe um mindestens 5% der Höhe der Nabe erheben.
Wärmeableitvorrichtung, umfassend: – zwei Rahmen; – zwei Sätze von Verbindungsteilen, die jeweils an den Rahmen angebracht sind; und – mindestens ein in den Rahmen installiertes Flügelrad, umfassend eine Nabe und mehrere um die Nabe herum angeordnete Rotorblätter, wobei jedes der mehreren Rotorblätter sich radial zur Mitte der Nabe hin erstreckt, und wobei radial innenliegende Kanten der Rotorblätter sich in der Nähe der Nabe axial über eine Oberseite der Nabe auf einer Lufteintrittseite hinaus erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die beiden Sätze von Verbindungsteilen Luftleitschaufeln sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei dem ein Satz der Luftleitschaufeln mit dem anderen Satz entsprechender Luftleitschaufeln fluchtet und damit verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der zwei Sätze von Luftleitschaufeln alternierend angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei der die Luftleitschaufeln als einstückiges Teil in die Rahmen integriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der die beiden Sätze von Verbindungsteilen ausgewählt sind aus einer Gruppe von Rippen und Luftleitschaufeln.