DE1628361B2 - Zentrifugalgeblaese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zentrifugalgebläse gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Mit der Miniaturisierung elektronischer Bausteine hat sich ein zunehmender Bedarf nach einem kleinen, leistungsfähigen Kühlgebläse ergeben. Bekanntlich müssen elektronische Schaltungsanordnungen, insbesondere Halbleiterbauelemente, auf Temperaturen innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden, damit sie einwandfrei arbeiten. Durch die räumliche Verkleinerung der einzelnen Bauteile und durch die Mikroschaltungstechnik ist man zu einer höheren Packungsdichte, d. h. einer größeren Anzahl von elektronischen Bauteilen innerhalb eines gegebenen räumlichen Volumens gelangt. Häufig verwendet man zum Kühlen derartiger Anordnungen Zentrifugalgebläse, da sie sich gut dazu eignen, die' Kühlluft gegen erhebliche Druckgefälle umzuwälzen. Wegen der hohen Packungsdichte muß man jedoch Gebläse verwenden, die einen Luftstrom mit hohen Anfangsdrücken fördern. Andererseits soll das Gebläse so klein und leicht wie möglich sein und eine kompakte Form haben.

Bekanntlich hängt die Leistung eines Zentrifugalgebläses weitgehend von der Größe des rotierenden Laufrades ab. Um daher die Gesamtgröße des Gebläses ohne Einbuße an Förderleistung zu verringern, muß man den Wirkungsgrad des Gebläses steigern. Durch eine solche Steigerung des Wirkungsgrades erreicht man außerdem, daß man für den Antrieb des Laufrades einen kleineren Motor verwenden kann.

Aus der GB-PS 7 51 906 ist ein Zentrifugalgebläse mit einem spiralig gewundenen Strömungskanal bekannt, in dem die Luft axial eintritt, und dessen Querschnitt elliptisch ist und eine von innen nach außen zunehmende Fläche hat. Die große Hauptachse der Querschnittsellipse liegt bei wenigstens annähernd konstantem Verhältnis zur kleinen Hauptachse über den gesamten Verlauf des Kanals parallel zur Rotationsachse des Laufrades, wodurch relativ geringe radiale Abmessungen erreicht werden. Das bekannte Gebläse ist aber für die oben erläuterten Zwecke in Axialrichtung zu sperrig, schon weil der Gebläsemotor räumlich vom Laufrad getrennt ist.

Es ist auch schon ein Zentrifugalgebläse bekannt, bei dem der am Umfang des Laufrades angeordnete Strömungskanal den Gebläsemotor teilweise umschließt (FR-PS 7 45 615), doch hat der Strömungskanal hier einen konstanten, etwa halbkreisförmigen Querschnitt. Abgesehen von der relativ großen radialen Abmessung über den gesamten Gebläseumfang ist bei einer solchen Form des Strömungskanals der Auslaßquerschnitt und damit die Leistungsfähigkeit des Gebläses für die oben erläuterten Zwecke zu klein. Außerdem muß zur Kühlung des Motors ein Hilfsluftstrom erzeugt werden.

Aufgabe der Erfindung ist, ein kleines, aber leistungsfähiges Gebläse zu schaffen, das insbesondere in Axialrichtung einen geringeren Platzbedarf hat als ein bekanntes Gebläse vergleichbarer Kühlleistung.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Gebläse. Die Erfindung hat den Vorteil, daß das Gebläse einen sehr geringen Platzbedarf hat. Bei gegebenem Gesamtvolumen der Gebläseeinheit einschließlich des Motors kann man andererseits für den Strömungskanal an seinem Auslaßende eine optimal große Querschnittsfläehe vorsehen, was bedeutet, daß das Gebläse leistungsfähiger ist als bekannte Gebläse mit dem gleichen Raumbedarf. Die gute Kühlwirkung erlaubt in vielen Fällen die Verwendung eines kleineren und leichteren Motors als bisher. Insgesamt handelt es sich also um ein besonders kleines und leichtes Gebläse hoher Förderleistung.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Vorderansicht des Gebläses,

F i g. 2 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht des Gebläses nach Fig. 1,

Fig.3 eine von der anderen Seite gesehene Ansicht des Gebläses nach Fig. 1,

Fig.4A bis 4D Schnitte des Gebläsegehäuses, unc zwar allgemein entlang der Linien A-A, B-B, C-Cbzw D-Dm Fig.3,und

Fig. 5 das Leistungsdiagramm einer typischer Gebläseausführung gemäß der Erfindung.

Die Förderleistung eines Zentrifugalgebläses ist, wie erwähnt, hauptsächlich der Größe des Laufrade; proportional. Das Ausmaß, in dem die radialen und die axialen Abmessungen des Laufrades im Interesse de: Kompaktheit des Gesamtaufbaus verkleinert werdet können, ist daher durch die erforderliche Größe de Laufrades und den erforderlichen Wirkungsgrad de Gebläses begrenzt. Bei herkömmlichen Gebläsen kan: die radiale Gesamtabmessung nicht ohne Verlust a: Wirkungsgrad oder Förderleistung verkleinert werder Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Gebläse wir dagegen die radiale Abmessung des Gebläses durch di spezielle Querschnittsform des Spiralkanals 15, der noc

näher beschrieben wird, ohne Leistungseinbuße verkleinert. Zusätzlich wird die Größe des Gebläses dadurch verringert, daß der Motor 12 teilweise in das Gehäuse 14 eingebaut ist. Der Motor 12 treibt ein Laufrad 10, das im Gehäuse 14 umläuft. Das Gehäuse 14, das aus Polyesterkunstharz geringen Gewichtes gefertigt sein kann, bildet den erwähnten Spiralkanal 15, also eine spiralig gewundene Strömungskammer mit allgemein elliptischem Querschnitt. Wie man in Fig. 1 sieht, ist der Innenumfangsteil 17 des Spiralkanals offen, um die vom Umfang des Laufrades 10 geförderte Luft einströmen zu lassen. Das Laufrad 10 saugt bei seiner Umdrehung Luft in eine Einlaßöffnung 17 an einem Einlaßkanal 16 an der Seite des Gehäuses 14 mit einem Rand 16a, dessen Kontur der Einsaugströmung angepaßt ist. Die Laufrad- ι j schaufeln 10a setzen die axiale Ansaugströmung in eine zentrifugale Strömung um, die in die Einlaßöffnung, also den offenen Innenteil des Spiralkanals fließt.

Wie man am besten in Fig. 1 sieht, hat der Spiralkanal 15 an der Verbindungsstelle zwischen dem Diffusorabschnitt 19 und dem gewundenen Teil des Gehäuses 14 eine Einschnürung oder Kehle 18. Der untere in Richtung der Laufradumdrehung gelegene Rand 18a dieser Kehle verläuft im Winkel zu den Laufradschaufeln 10a und überspannt oder überbrückt zwei aufeinanderfolgende Schaufeln 10a (wodurch ein Flattern und Pulsationsgeräusche unterbunden werden, die andernfalls durch das Abfließen von zwischen aufeinanderfolgenden Schaufeln 10a eingefangener Luft beim Vorbeilaufen der Schaufeln an der Kehle erzeugt würden). Vom Einlaßende des Spiralkanals 15, unmittelbar unter der Kehle 19 (Fig.2), aus nimmt der Windungsradius des Spiralkanals 15 in Richtung der Laufradumdrehung allmählich zu. Zugleich nimmt, wie man am besten aus F i g. 4A bis 4D sieht, das Verhältnis der Abmessung 20a zur Abmessung 206 des elliptischen Querschnittes des Spiralkanals allmählich zu, bis an seinem Auslaß zum Diffusorabschnitt 19 dieses Verhältnis größer als 1 ist. Das heißt, die zur Achse des Motors 12 parallele Achse des elliptischen Querschnitts, welche die große Hauptachse der Ellipse in den kleinflächigen Teilen der Windung bildet (F i g. 4A), geht allmählich in die kleine Hauptachse am Auslaß des Spiralkanals über (Fig. 1 und 4D), wo die große Hauptachse in einer zur Motorachse senkrechten Ebene verläuft. An sämtlichen Stellen entlang dem Spiralkanal 15 ist die Querschnittsfläche so bemessen, daß sich optimale Luftströmungseigenschaften ergeben. Wie ohne weiteres aus den Zeichnungen ersichtlich ist, ergibt die beschriebene Ausbildung eine Kombination optimaler Strömungseigenschaften mit minimalen axialen und radialen Abmessungen.

In Fig. 1 ist der Motor 12 schematisch unter Veranschaulichung seiner Lagebeziehung zum Gebläse gezeigt. Der Motor enthält einen Ständer 21 und einen Läufer 22, der durch die Lager 24 und 25 auf der Welle 23 gelagert ist. Auf Grund der hier beschriebenen Konstruktion sind die Ständerwicklungen 21a und Teile des Läufers 22 dem durch das rotierende Laufrad 10 im Gehäuse 14 erzeugten Luftstrom ausgesetzt. Der teilweise Einbau des Motors 12 in das Gehäuse 14 dient zwei Zwecken. Als erstes wird dadurch die axiale Länge des Gebläses beträchtlich verringert, und zweitens wird durch die Ableitung der Wärme von den Wicklungen 21a und dem Läufer 22 durch die Kühlwirkung der zirkulierenden Luft die Verwendung eines kleineren Motors möglich. Letzteres ergibt natürlich eine weitere Verkleinerung der axialen Länge der Gebläseanordnung sowie eine Verringerung des Leistungsbedarfs.

Das Laufrad 10 ist mit dem Läufer 22 durch eine allgemein zylindrische Läuferabschlußring- und Nabenanordnung 27 aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit verbunden. Die Nabe 27 bildet eine Fortsetzung des Läufers und steht mit einer beträchtlichen Fläche 276 in thermischer Berührung mit den Metallteilen des Laufrades 10. Diese Ausbildung ermöglicht eine gute Wärmeübertragung vom Läufer 22 zum Laufrad 10, das wegen der es durchsetzenden starken Luftströmung als Wärmesenke wirkt.

Ein Motorgehäuse 30 mit einem Flansch 31 an seinem inneren Ende lagert die Motorwelle 23 und umschließt das außerhalb befindliche oder linke Ende des Motors 12. Der Flansch 31 hat in seiner Fläche 33 nahe seinem Außenumfang eine Umfangsnut 32, die einen zylindrischen Ansatz 34 am Gehäuse 14 aufnimmt. Dadurch kann das Gehäuse 14 gleitend gegenüber dem Motorgehäuse 30 verdreht werden. Wenn das Gebläse durch Befestigen des Motorgehäuses 30 an einer äußeren Halterung (nicht gezeigt), beispielsweise mittels durch den Halter und die Gewindelöcher 36 am Boden des Motorgehäuses 30 geschraubte Schraubbolzen, montiert werden soll, so kann man das Gehäuse 14 relativ zur äußeren Halterung so verdrehen, daß der geförderte Luftstrom in seiner Richtung über einen Winkel von 360° verändert werden kann. Man kann aber die Einheit auch an einer Platte oder Wand mit einer geeigneten öffnung für das Auslaßende des Diffusorabschnitts 19 montieren, zu welchem Zweck der Flansch 48 des Diffusors mit Löchern 48a für geeignete Befestigungsmittel versehen ist. Zur Befestigung des Motorgehäuses am Gebläsegehäuse 14 dienen eine Anzahl von Spannblöcken 40 mit einer Schrägfläche 40a am einen Ende, die längs ebener Flächen auf einer gleichen Anzahl von radial am Motorgehäuse 30 angeordneten Rippen 42 gleitbar sind. Jeder Spannblock 40 wird von einer einen Schlitz 45 im Motorgehäuse durchsetzenden Spannschraube 44 erfaßt.

Der Flansch 31 am Motorgehäuse 30 kann außerdem eine axiale Verlängerung 31a haben, so daß ein um den Motor 12 herum verlaufender Raum 50 entsteht. Dieser Raum, durch den die radiale Gesamtabmessung des Gebläses nicht vergrößert wird, kann für den Einbau von elektrischen Komponenten, beispielsweise dem im oberen Teil des Raumes 50 gezeigten Anlaßkondensator 51, Schaltern, Überlastungsrelais usw. verwendet werden. Zur Abdichtung des Raumes 50 kann ein geeigneter Preßsitzring 52 vorgesehen sein.

Die Eigenschaften des beschriebenen Gebläses lassen sich aus dem Leistungsdiagramm nach Fig.5 ersehen, das mit einem Gebläse erhalten wurde, dessen Abmessungen ungefähr 28 χ 30 χ 19 cm betrugen und das 6,4 kg wog. Die obere Kurve zeigt den statischen Druck (in Torr · 1,87) in Abhängigkeit vom geförderten Luftvolumen (in M³ · 0,028 pro Minute), während die untere Kurve die entsprechende Leistungsaufnahme (in Watt) zeigt. Wie man aus dem Diagramm sieht, kann dieses Gebläse mehr als 8,4 m³ pro Minute bei einem statischen Druck von 5,6 Torr fördern. Die Erfindung schafft also ein Zentrifugalgebläse, das bei optimalen Größen- und Gewichtsabmessungen in seiner Leistung den bekannten Gebläsen überlegen ist.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zentrifugalgebläse, dessen Gehäuse einen spiralig gewundenen Strömungskanal mit allgemein elliptischem Querschnitt und von innen nach außen zunehmender Querschnittsfläche bildet, der eine sich in seiner Umfangsrichtung erstreckende Einlaßöffnung hat, wobei die große Hauptachse der Querschnittsellipse an einem inneren Ende des Spiralkanals parallel zur Rotationsachse des Laufrades verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiralkänal (15) um einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Teil des Motors (12) des Gebläses gewunden ist, und daß das Verhältnis der kleinen Hauptachse (20a in Fig.4A) zur großen Hauptachse der bezüglich der Hauptachsen symmetrischen Querschnittsellipse des Spiralkanals von dem inneren Ende aus nach außen progressiv zunimmt und die große Hauptachse (20a in F i g. 4D) der Querschnittsellipse eines sich an den Spiralkanal anschließenden, ebenfalls elliptischen Druckstutzens (19) senkrecht zur Rotationsachse liegt.

2. Zentrifugalgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einlaßöffnung (17) des Spiralkanals (15) an dessen innerem Umfang befindet.

3. Zentrifugalgebläse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (12) so vom Spiralkanal (15) umgeben ist, daß er durch den in die Einlaßöffnung (17) am inneren Umfang des Spiralkanals fließenden Hauptluftstrom des Gebläses gekühlt wird.