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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Axiallüfter nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1. Derartige Lüfter
dienen zur Luftkühlung
von wärmeerzeugenden
Bauteilen, insbesondere von elektrischen und/oder elektronischen
Bauteile in PCs oder Computern. Sie umfassen ein Lüftergehäuse und
ein darin drehbar gelagertes Lüfterrad,
wobei das Lüftergehäuse einen
axial zum Lüfterrad
von Luft durchströmbaren
Luftleitrahmen mit zumindest im wesentlichen rechteckigem, vorzugsweise
quadratischem, Querschnitt aufweist. Ein derartiger Lüfter wird
auch als Gehäuselüfter bezeichnet.
Der Luftleitrahmen ist üblicherweise
mit Mitteln zur Befestigung an einem zu kühlenden Bauteil oder an einem
das zu kühlende Bauteil
enthaltenden Gehäuse
versehen und dient so mit seinen äußern Bereichen der Montage
des gebrauchsfertigen Lüfters.
Das Lüfterrad
hat eine Nabe mit mindestens zwei sich ausgehend von der Nabe geradlinig
und/oder gebogen nach außen
erstreckenden Lüfterflügeln, die
teilweise auch als Lüfterschaufeln
bezeichnet werden.
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Derartige
Axiallüfter
sind allgemein bekannt. Sie werden insbesondere in Computern zur
Kühlung bzw.
zur Abführung
von Wärme
verwendet werden, die von Wärme
erzeugenden Bauteilen, beispielsweise von Prozessoren, insbe sondere über Kühlkörper, abgegeben
wird. Dazu wird durch Drehung des mit geeignet geformten Schaufeln
bzw. Lüfterflügeln versehenen
Lüfterrads
ein Kühlluftstrom
erzeugt, der in axialer Richtung auf das Wärme abgebende und zu kühlende Bauteil
gelenkt wird. Alternativ hierzu kann der Lüfter auch so angeordnet werden,
dass er die das Wärme
abgebende Bauteil umgebende Luft absaugt, um so die Wärme abzuführen. Derartige
Lüfter bzw.
Lüfterräder können ferner
auch an weiteren Computerbauteilen, insbesondere an Chips, an Grafikkarten,
an Festplattenlaufwerken und/oder an Netzteilen eingesetzt werden.
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Das
in dem Lüfter
gelagerte Lüfterrad
ist ein wesentlicher Hauptbestandteil des Lüfters. Es sorgt mit seinen
Lüfterflügeln bei
Drehung für
die gewünschte
Bewegung der Luft. Die Drehbewegung des Lüfterrades wird meist durch
einen im Lüftergehäuse koaxial
zum Lüfterrad
angeordneten Elektromotor herbeigeführt. Da hierbei gewöhnlich auch
Bestandteile des Elektromotors, insbesondere den Rotor des Elektromotors
bildende Magnete, drehfest mit dem Lüfterrad verbunden sind, wird
oftmals auch von einer Lüfterradeinheit
gesprochen. Vorteilhafterweise ist der Elektromotor dabei als bürstenloser
Außenläufermotor
ausgeführt.
Es können
jedoch auch andere Arten von Elektromotoren zum Einsatz kommen.
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Die
Lüfterflügel können in
bekannter Art und Weise in beliebiger Anzahl in gleichmäßig oder
ungleichmäßig über den
Umfang verteilten Abständen an
der Nabe angeordnet sein. Dabei können die Lüfterflügel in einfachen Ausführungsformen
geradlinig, insbesondere radial verlaufen oder sie können vollständig oder
teilweise kurvenförmig
gebogen ausgebildet sein. Außerdem
können
die Lüfterflügel entlang
ihrer Längsachse
verdreht ausgeführt
sein.
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Neben
Axiallüftern
der eingangs genannten Art sind auch Ventilatoren zur Erzeugung
von kühlenden
Luftströmen
bekannt, die üblicherweise
bei hohen Temperaturen in Gebäuden
verwendet werden. So ist beispielsweise aus der
DE 37 16 717 A1 ein Hochgeschwindigkeits-Propellerventilator
bekannt, der zur Kühlluftversorgung
von Kraftfahrzeugmotoren dient. Die Blätter dieses Ventilators haben
auf der Saugseite eine fein gerauhte Oberfläche, die insbesondere von einer
satinierten Fläche
gebildet sein kann. Diese Oberflächen
haben daher eine nur im Mikrobereich wahrnehmbare Struktur. Neben
diesen extrem kleinen Erhebungen und Vertiefungen einer satinierten
oder gerauhten Fläche,
die in der Größenordnung
weniger Mikrometer liegen, können
auch durchgehende Öffnungen
in den Blättern
vorgesehen sein, wie beispielsweise in
6 der
DE 37 16 717 A1 dargestellt ist.
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Auch
aus der Patentschrift
GB
580 806 A1 sind Blätter
von Kompressoren, oder Turbinen bekannt, die eine Mikrostruktur
mit einer satinierten Oberfläche
aufweisen. Diese Struktur wird hier durch Sandgussverfahren erzielt,
wobei auf ein anschließendes
Glättungsverfahren
der Oberflächen
verzichtet wird.
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Ventilatoren,
Kompressoren und Turbinen unterscheiden sich nicht nur in ihrer
Baugröße, sondern
vor allem auch in ihrem Aufbau erheblich von Axiallüftern, die
innerhalb von Computergehäusen eingesetzt
werden. Aufgrund der steigenden Prozessorleistungen bei Computern
und der damit einhergehenden steigenden Wärmeerzeugung, insbesondere
auch bei sogenannter Übertaktung
der CPU, wächst
der Bedarf an effektiver Kühlung
und somit auch die Anforderungen an die Leistung von Computer-Lüftern. Die
Lüfter
müssen
daher zunehmend mit höheren
Umdrehungszahlen betrieben werden. Gleichzeitig besteht jedoch ein
verstärkter
Bedarf an geräuscharmen
Kühlmethoden
und leiseren Lüftern.
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Die
hohen Umdrehungszahlen des Lüfterrades
von 1000 bis zu über
4000 Umdrehungen pro Minute führen
dabei zu einer erheblichen Geräuschentwicklung.
Eine hohe Lautstärke
beim Betrieb des Lüfters
wird jedoch als störend
empfunden und stellt somit einen erheblichen Nachteil der Lüfter mit
bekannten Lüfterrädern dar.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein konstruktiv einfaches
und preiswert herzustellendes Lüfterrad
der eingangs genannten Art zu schaffen, das auch bei hohen Umdrehungsgeschwindigkeiten
nur eine geringe Geräuschentwicklung
hat und somit einen leiseren Betrieb ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Axiallüfter
nach Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Wesentlich
bei der erfindungsgemäßen Lösung ist
es, dass mindestens ein Teilbereich der Oberfläche mindestens eines Lüfterflügels mit
einer Vielzahl von lokalen Erhebungen und/oder lokalen Vertiefungen
versehen ist. Dabei handelt es sich im Gegensatz zu den vorangehend
genannten Mikrostrukturen nicht um extrem kleine Rauhigkeiten, die jede
Oberfläche
aufweist, sondern um mit bloßem Auge
sichtbare Erhebungen bzw. Vertiefungen, die eine Makrostruktur der
betroffenen Lüfterflügel darstellen.
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Der
Hauptvorteil liegt dabei darin, dass auf diese Weise besonders leise
laufende Axiallüfter
ermöglicht
werden, da der Luftwiderstand der rotierenden Lüfterflügel gegenüber satinierten Oberflächen besonders
wirksam gesenkt wird. Ein geringerer Luftwiderstand führt insbesondere
bei sehr hohen Drehgeschwindigkeiten zu einer geringeren Geräuschentwicklung
des erfindungsgemäßen Lüfters. So
wird auf konstruktiv einfache Weise ein Lüfterrad geschaffen, das einen
sehr leisen Betrieb eines Axiallüfters ermöglicht.
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Ein
geringerer Luftwiderstand der Lüfterflügel ermöglicht vorteilhafterweise
auch den Einsatz schwächerer
Elektromotoren, was ebenfalls zu einer Reduzierung der Laufgeräusche beim
Betrieb des Lüfters
führt.
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Vorzugsweise
wird das Lüfterrad
aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt, wobei die lokalen
Erhebungen und/oder die lokalen Vertiefungen in der Gießform als
Negativform vorhanden sind und so in die Oberfläche des Lüfter rades eingeformt werden.
Auf diese Weise ist das erfindungsgemäße Lüfterrad besonders kostengünstig herstellbar.
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Besonders
vorteilhaft ist es dabei, wenn eine Seite oder beide Seiten eines
oder mehrerer Lüfterflügel vollständig mit
einer Vielzahl von lokalen Erhebungen und/oder lokalen Vertiefungen
versehen ist, da die vorteilhafte Wirkung dann an größeren Flächenbereichen
erzielt wird.
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Ein
besonders leiser Betrieb ist vorteilhafterweise auch erzielbar,
wenn die teilweise oder vollständig
mit einer Vielzahl von lokalen Erhebungen und/oder lokalen Vertiefungen
versehene Seite eines Lüfterflügels zumindest
teilweise konvex oder konkav gebogen ist. Dabei ist vorzugsweise
die in Drehrichtung vordere Seite eines Lüfterflügels konkav gewölbt.
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Besonders
vorteilhaft ist es ferner, wenn ein Lüfterflügel zwischen 5 und 200, insbesondere
zwischen 10 und 150, vorzugsweise zwischen 20 und 100, lokale Erhebungen
und/oder lokale Vertiefungen aufweist. Bei einer Anzahl von Erhebungen
bzw. Vertiefungen in diesen Bereichen wird ein besonders leiser
Lüfterbetrieb
ermöglicht.
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Zur
Erreichung besonders leiser Lüfter
wird weiterhin vorgeschlagen, dass zumindest einige, vorzugsweise
alle lokalen Erhebungen und/oder lokalen Vertiefungen in der Aufsicht
auf die Oberfläche
des Lüfterflügels jeweils
die Form eines regelmäßigen N-Ecks
oder eines Kreises oder einer Ellipse haben.
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Besonders
vorteilhaft ist es ferner, wenn Vertiefungen durch kalottenförmige Einbuchtungen
oder Eindellungen gebildet sind. Die Ausnehmungen haben dann eine
kugelkappenförmige
Form. Allgemein ist es günstig,
wenn zumindest einige, vorzugsweise alle Erhebungen und/oder Vertiefungen
die Form einer Kalotte oder einer Kugelkappe oder einer Pyramide
oder eines Pyramidenstumpfs oder eines Kegels oder eines Kegelstumpfs
haben.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Erhebungen und/oder
Vertiefungen einen mittleren Durchmesser zwischen 0,5 mm und 8 mm, vorzugsweise
zwischen 1 mm und 3 mm haben. Diese Größe, die erheblich oberhalb
der Größe der Erhebungen
und Vertiefungen einer satinierten oder gerauhten Oberfläche liegt,
gestattet besonders leise laufende Axiallüfter. Die einzelnen Erhebungen
bzw. Vertiefungen sind dabei so groß, dass sie im Gegensatz zu
satinierten Oberflächen,
mit bloßem
Auge deutlich sichtbar sind.
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Besonders
vorteilhaft ist es ferner, wenn der Abstand zwischen zwei lokalen
Erhebungen bzw. Vertiefungen mindestens so groß ist wie ihr mittlerer Durchmesser.
Die einzelnen Erhebungen bzw. Vertiefungen sind dabei deutlich voneinander
getrennt angeordnet. Ebenso ist es jedoch möglich, dass der Abstand zwischen
zwei lokalen Erhebungen bzw. Vertiefungen geringer ist als ihr mittlerer
Durchmesser oder dass sich zwei lokalen Erhebungen bzw. Vertiefungen
zumindest annähernd
berühren.
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Gemäß einer
weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass die lokalen Erhebungen und/oder Vertiefungen gleichmäßig auf
einem Lüfterflügel verteilt
sind. Dennoch können
die erfindungsgemäßen Vorteile
auch bei einer ungleichmäßigen Verteilung
der Erhebungen bzw. Vertiefungen erreicht werden. Dabei können alle
Erhebungen bzw. Vertiefungen in Form und/oder Größe unterschiedlich oder vorzugsweise gleich
ausgeformt sein.
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Besonders
vorteilhaft ist es ferner, wenn die Oberfläche eines oder aller Lüfterflügel eine
golfballähnliche
Struktur aufweist. Eine golfballähnlich
ausgebildete Oberfläche
führt bei
den Lüfterflügeln eines Lüfters zu
einem besonders geringen Luftwiderstand und ermöglicht damit eine besonders
leise laufende Ausführungsform
eines Axiallüfters.
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Als
günstige
und leise laufende Alternative wird weiterhin vorgeschlagen, dass
zumindest einige Erhebungen und/oder Vertiefungen in der Aufsicht auf
die Oberfläche
des Lüfterflügels eine
im wesentlichen U-förmige
oder fischschuppenförmige
Form haben, wobei die Oberfläche
der Erhebungen und/oder die Bodenfläche der Vertiefungen in einen Winkel
schräg
zur Oberfläche
des die Erhebungen bzw. Vertiefungen umgebenden Bereichs des Lüfterflügels verläuft.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung haben alle Lüfterflügel die
gleiche Oberflächenstruktur,
insbesondere auch auf beiden Seiten. Günstig ist dabei ferner, wenn
auch die Nabe des Lüfterrades
die gleiche Oberflächenstruktur
wie einige oder alle Lüfterflügel aufweist.
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Die
Erfindung betrifft ferner auch ein Lüfterrad für einen Lüfter der vorangehend beschriebenen Art.
Ein derartiges Lüfterrad
hat eine Nabe und mindestens zwei sich ausgehend von der Nabe geradlinig
und/oder gebogen nach außen
erstreckende Lüfterflügel. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es wesentlich, dass mindestens ein Teilbereich der Oberfläche mindestens
eines Lüfterflügels mit
einer Vielzahl von lokalen Erhebungen und/oder lokalen Vertiefungen
versehen ist.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Computer, insbesondere
ein PC, der mindestens ein erfindungsgemäßes Lüfterrad bzw. mindestens einen
erfindungsgemäßen Lüfter der
voranstehend beschriebenen Art enthält.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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Es
zeigen:
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1:
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lüfterrades;
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2:
Darstellung eines erfindungsgemäßen Axiallüfters mit
einer alternativen Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Lüfterrades;
und
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3 bis 9:
schematische Darstellungen unterschiedlicher Varianten eines Flügels von
einem erfindungsgemäßen Lüfterrad.
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Das
in 1 schematisch dargestellte Lüfterrad 1 ist aus
Kunststoff als einteiliges Spritzgussteil gefertigt. Es hat als
wesentliche Bestandteile eine zentrale Nabe 2, von der
aus sich sieben Lüfterflügel 3 annähernd radial
nach außen
erstrecken. Zur Reduzierung des Luftwiderstands der rotierenden
Oberflächen
und somit zur Reduzierung der Lautstärke eines mit diesem Lüfterrad 1 ausgestatteten
Lüfters sind
in der Oberfläche
der Nabe 2 und in den Oberflächen aller Lüfterflügel 3 jeweils
eine Vielzahl kleiner, lokal begrenzter Vertiefungen 4 eingeformt.
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Die
Vertiefungen 4 sind jeweils durch in etwa kalottenförmige Einbuchtungen
gebildet, so dass die Oberflächen
der Lüfterflügel 3 und
der Nabe 2 jeweils der Oberfläche eines Golfballs ähnelt. Hier
sind alle Vertiefungen 4 mit gleicher Form und gleicher
Größe ausgeführt, wobei
der Durchmesser der Vertiefungen 4 zwischen 0,5 mm und
5 mm, vorzugsweise zwischen 1 mm und 3 mm liegen kann. Auch sind
hier alle Lüfterflügel 3 beidseitig
vollständig
mit Vertiefungen 4 versehen, so dass die Nabe 2 und
alle Lüfterflügel 3 an
allen Oberflächen
die gleiche Struktur aufweisen.
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In
dem in 2 dargestellten Axiallüfter 5 ist ein erfindungsgemäßes Lüfterrad 1 mit
gewölbten Lüfterflügeln 3 von
einem nicht näher
dargestellten Elektromotor angetrieben. Dabei wird das Lüfterrad 1 radial
außen
von einem Lüftergehäuse 6 umgeben, das
mittels Montagebohrungen 7 in einem hier nicht dargestellten
Computergehäuse
oder an einem zu kühlenden
Bauteil befestigt werden kann. Gleichzeitig dienen die Wandungen
des Lüftergehäuses 6 mit einem
kegelstumpfförmig
ausgebildeten Bereich 8, an den sich ein zylinderförmiger Bereich 9 anschließt, als
Luftleitrahmen für
den durch das drehende Lüfterrad 1 hervorgerufenen
Luftstrom. Insofern sind Axiallüfter 5 allgemein
bekannt.
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Als
Lagermittel können
bei Axiallüftern 5 vorzugsweise
Gleitlager und/oder Wälzlager,
insbesondere Kugellager zum Einsatz kommen. Dabei können die
Lagermittel vorteilhafterweise in den Elektromotor integriert sein,
so dass die Lagermittel nicht separat montiert werden müssen sondern
praktisch durch den Elektromotor gebildet werden.
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Im
folgenden werden die Varianten aus den 3 bis 9 beschrieben,
wobei zur Vereinfachung jeweils nur ein Lüfterflügel 3 dargestellt
ist. Diese hier vereinfacht dargestellten Lüfterflügel 3 können in
unterschiedlicher Anzahl, abweichenden Formen und unterschiedlichen
Ausrichtungen an einem erfindungsgemäßen Lüfterrad, das auch als Impeller
bezeichnet wird, angeordnet sein. In den 3 bis 7 sind
im rechten Bereich zusätzlich
zu der jeweils links abgebildeten Aufsicht auch zwei Querschnitte
durch die Lüfterflügel 3 gezeigt,
die jeweils zwei verschiedene Varianten des jeweiligen Lüfterflügels 3 darstellen.
Dabei bezieht sich der jeweils in der Mitte angeordnete Querschnitt
auf eine Ausführungsform,
bei der sowohl die Oberseite als auch die Unterseite mit der erfindungsgemäßen Struktur
versehen ist. Demgegenüber
zeigt der jeweils rechts dargestellte Querschnitt eine Ausführungsform,
bei welcher der Lüfterflügel 3 nur
einseitig die erfindungsgemäße Struktur
aufweist, während
die andere Oberfläche
in herkömmlicher
Weise glatt ausgebildet ist.
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In 3 ist
ein Lüfterflügel 3 dargestellt,
der 18 lokale Vertiefungen 4 aufweist, die alle mit kreisrundem
Querschnitt in der Form einer Kugelkappe in die Oberfläche des
Lüfterflügels 3 hineingeformt sind.
Der Abstand zwischen den einzelnen Vertiefungen 4 ist deutlich
geringer als ihr Durchmesser.
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4 entspricht
im wesentlichen der Ausführung
von 3, wobei es sich hierbei jedoch um 18 Erhebungen 4 handelt,
die lokal in der Form einer Kugelkappe aus der Oberfläche des
Lüfterflügels 3 herausstehen.
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In 5 ist
ein Lüfterflügel 3 dargestellt,
der eine Vielzahl lokaler Vertiefungen 4 aufweist, die ebenfalls
alle mit kreisrundem Querschnitt in der Form einer Kugelkappe in
die Oberfläche
des Lüfterflügels 3 hineingeformt
sind. Im Unterscheid zu 3 berühren sich die Ausnehmungen
hier jedoch an ihren äußeren Rändern.
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6 entspricht
wiederum der Ausführung von 5,
wobei es sich jedoch auch hier eine Vielzahl von Erhebungen 4 handelt,
die jeweils lokal in der Form einer Kugelkappe aus der Oberfläche des Lüfterflügels 3 herausstehen
und sich an ihren Umfangsrändern
berühren.
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In 7 ist
ein Lüfterflügel 3 dargestellt,
der 35 lokale Erhebungen 4 aufweist, die jeweils eine elliptische
Grundfläche
haben. Die Längsachse
der Erhebungen verläuft
dabei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
in tangentialer Richtung bzw. in Umfangsrichtung.
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8 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der eine Vielzahl von Erhebungen 4 mit jeweils sechseckiger
Grundfläche
vorgesehen sind. Die Oberfläche der
Erhebungen 4 verläuft
dabei in einen geringen Winkel leicht schräg zur Oberfläche des
die Erhebungen 4 umgebenden Bereichs des Lüfterflügels 3.
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9 entspricht
im wesentlichen 8, wobei jedoch die Erhebungen 4 hier
jeweils eine U-förmige
oder fischschuppenförmige
Grundfläche
haben, die gegenüber
der Ebene des die Erhebungen 4 umgebenden Bereichs des
Lüfterflügels 3 ebenfalls leicht
ansteigend ausgerichtet ist.
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Selbstverständlich können auch
die Strukturen gemäß den 8 und 9 entweder
einseitig oder beidseitig auf den Lüfterflügeln 3 aufgebracht sein.