DE10021067A1 - Elektromotorisch angetriebener Lüfter zum Belüften eines Sensors - Google Patents

Elektromotorisch angetriebener Lüfter zum Belüften eines Sensors

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Abstract

Bekannt ist wenigstens ein elektromotorisch angetriebener Lüfter zum Belüften eines Sensors, der beispielsweise Bestandteil einer geregelten Fahrzeugheizanlage ist, wobei der Lüfter ein Lüftergehäuse mit einem Einlaß und einem Auslaß aufweist. Innerhalb des Lüftergehäuses ist ein Lüfterrad antreibbar von einem bürstenlosen elektronisch kommutierten Elektromotor. Der Sensor, der beispielsweise ein Temperatursensor ist, ist beim oder im Einlaß des Lüftergehäuses angeordnet, so dass bei angetriebenem Lüfterrad der Sensor mit der Luft belüftet wird, die sich das Lüftergebläse aus der Umgebung ansaugt. Das Belüften des Sensors in dieser Weise wird durchgeführt, damit ein Regler der Fahrzeugheizanlage schnell den zu ermittelnden Istwert angezeigt bekommt. Wenn der sich selbst elektronisch kommutierende Elektromotor nicht anläuft, dann ist nicht ausgeschlossen, dass ein Fahrzeugführer von Hand die Fahrzeugheizanlage zu steuern hat. Dies käme einem störenden Mangel an Komfort gleich. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Induktionsmotor einzubauen, dessen antreibendes Drehfeld durch Fremdkommutierung erzwungen wird. Hierbei wird ausgenützt, dass unabhängig von der Stellung des jeweiligen Rotors des Induktionsmotors beim Einschalten ein konstruktiv bestimmbares Anlaufmoment zur Verfügung steht.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen elektromotorisch betriebenen Lüfter zum Belüften eines Sensors, der beispielsweise ein Temperatursensor eines Reglers einer Fahrzeugheizungsanlage ist.
Ein solcher die Gattung bildender elektromotorisch betriebe­ ner Lüfter mit einem Lüftergehäuse und einem einlaßseitig in dem Lüftergehäuse angeordneten Sensor ist bekannt durch die DE 38 23 447 A1. Der eingebaute Antriebsmotor ist ein elek­ tronisch kommutierter, also sogenannter bürstenloser Elek­ tromotor, auf dessen Ankerwelle ein Lüfterrad befestigt ist. Gemäß der DE 38 21 557 C1 ist für einen Lüfter der genannten Krt ein elektronisch kommutierbarer Gleichstrom-Kleinstmotor verwendbar mit einem Anker, der in Form einer vierpolig ma­ gnetisierten Scheibe ausgebildet ist, und mit einem Stator, der beispielsweise zwei räumlich um 90° gegeneinander ver­ dreht angeordnete Wicklungsstränge für zwei Phasen aufweist, wobei die Kommutierung durch Drehung des Ankers erfolgt mit­ telbar über einen Hall-Sensor, der entlang der Umlaufbahn der Pole des Ankers angeordnet ist. Die Ausbildung des Sta­ tors ist aber nicht eingeschränkt auf zwei um 90° gegenein­ ander verdreht angeordnete Wicklungsstränge für zwei Phasen, sondern die Anordnung kann auch erweitert werden durch we­ nigstens einen zusätzlichen Wicklungsstrang, so dass der Gleichstrom-Kleinstmotor beispielsweise mit drei Phasen be­ treibbar ist. Ein solcher sich selbst kommutierender Gleich­ strom-Kleinstmotor wird nur dann sicher anlaufen, wenn man durch besondere Mittel für eine günstige Drehausrichtung des Ankers beispielsweise vor dem Einschalten eines Wicklungs­ stranges sorgt. Hierfür weist der Gleichstrom-Kleinstmotor der DE 38 21 557 C1 einen Weicheisenring auf, der radial einwärts gerichtete Zähne hat, wobei diese Zähne ortsfest entlang des Umlaufweges der Magnetpole des Ankers angeordnet sind. Dabei ist die Zahl der Zähne gleich groß gewählt wie die Anzahl der Ankerpole, so dass bei ausgeschaltetem Gleichstrom-Kleinstmotor sich die Ankerpole auf die Zähne ausrichten und dabei der Anker eine günstige Startdrehaus­ richtung einnimmt. Eine weitere günstige Eigenschaft aus der Anordnung dieses Weicheisenringes ist diejenige, dass im Be­ trieb des Gleichstrom-Kleinstmotors die umlaufenden Pole des Ankers zwischen den Zähnen des weichmagnetischen Eisenringes befindliche Weicheisenabschnitte periodisch ummagnetisieren und dieserart für ein mit der Motordrehzahl ansteigendes Bremsmoment sorgen und dadurch als ein Drehzahlbegrenzer wirken. Als nachteilig kann allerdings angesehen werden, dass die Kräfte, die der Drehausrichtung des Ankers in seine Startdrehausrichtung dienen, im Betrieb des Gleichstrom- Kleinstmotors drehbeschleunigend und drehverzögernd auf den Anker wirken und so die Ursache für Geräuschentstehung sein können.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße elektromotorisch angetriebene Lüfter zum Belüften eines Sensors mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 hat den Vorteil, dass durch Fremdkommutie­ rung das Anlaufen des Ankers bzw. des Lüfters sicherer mög­ lich ist unabhängig davon, welche Drehausrichtung der Anker relativ zu seinem Stator vor dem Zeitpunkt des Einschaltens des Induktions-Kleinst-Motors hat. Desweiteren dreht sich der Anker des Induktionsmotors gleichmäßiger als der Anker des Gleichstrom-Kleinstmotors gemäß der DE 38 21 557 C1, so dass die erfindungsgemäße Verwendung des Induktionsmotors als eine geräuschmindernde Maßnahme anzusehen ist. Auch macht die erfindungsgemäße Verwendung eines Induktionsmotors eine Selbstkommutierung über einen Hall-Sensor im Gleich­ strom-Kleinstmotor überflüssig.
Durch die in den nachgeordneten Ansprüchen aufgeführten Maß­ nahmen sind vorteilhafte Ausbildungen des erfindungsgemäßen Lüfters möglich.
Das Ausführungsbeispiel mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 hat den Vorteil, dass bei einer Auslegung für den Betrieb des Lüfters mit etwa der Hälfte des maxima­ len Drehmomentes des Elektromotors bei Schwankungen von des­ sen Versorgungsspannung nur wenige Prozente von Drehzahlän­ derung auftreten mit dem Vorteil, dass ein Ankerlager des Induktionsmotors verschleißarm benützt wird und des weiteren durch eine in etwa gleichbleibende Tonhöhe des Geräusches des Lüfters die Aufmerksamkeit des Fahrzeugführers nicht störend in Anspruch genommen wird.
Die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 3 ergeben den Vorteil, dass der Anker des Induktionsmotors in technisch einfacher Weise herstellbar ist. Beispielsweise kann der An­ ker aus einem Kupferblech oder einem Aluminiumblech gestanzt werden.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele des elektromotorisch angetriebenen Lüfters zum Belüften eines Sensors sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 1 ein erstes Ausführungsbei­ spiel mit einem Anker in Form eines Ferraris-Läufers, Fig. 2 eine Drehzahldrehmomentkennlinie für einen solchen Motor mit Ferraris-Läufer und Fig. 3 zusätzlich noch eine Dreh­ zahldrehmomentkennlinie für ein zweites mit einem Käfigläu­ fer-Induktionsmotor ausgestattetes nicht gezeichneten Aus­ führungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Der erfindungsgemäße Lüfter 10 gemäß der Fig. 1 hat ein er­ stes Gehäuseteil 11, ein zweites Gehäuseteil 12, ein Lüfter­ rad 13, einen Elektromotor 14 und ist bestimmt zum Belüften eines Sensors 15.
Im Beispiel hat das erste Gehäuseteil 11 in gleichachsiger Ausrichtung zu einer Achse 16 des Lüfterrades 13 einen nach Art eines rohrartigen Stutzens ausgebildeten Einlaß 17 und im wesentlichen radial zum Lüfterrad 13 ausgerichtet wenig­ stens einen Auslaß 18 in Form eines Loches im ersten Gehäu­ seteil 11. Beispielsweise in Verlängerung der Achse 16 und damit auch vorzugsweise in der Längsachse des Einlasses 17 ist der Sensor 15 positioniert und von einer irgendwie im ersten Gehäuseteil fixierten Tragstange 19 gehalten. Wie be­ reits in der Beschreibungseinleitung angesprochen, kann die­ ser Sensor 15 ein Temperatursensor einer Regeleinrichtung einer Fahrzeugheizungsanlage sein. Dabei kann auch die Fahr­ zeugheizungsanlage eingerichtet sein zusätzlich zum Kühlen. Die Ausgestaltung des Reglers, der hier nicht dargestellt ist, gehört nicht zur Erfindung und braucht deshalb hier nicht beschrieben zu werden.
Der Elektromotor 14 weist einen Befestigungsansatz 20 auf, mittels dem er mittelbar unter Verwendung einer elastischen Spinne 21 innerhalb des zweiten Gehäuseteils 12 und dabei elastisch zu diesem aufgehängt ist. Ein Deckel 22 dient zum Verschließen des zweiten Gehäuseteils 12 und dabei zum Fi­ xieren der elastischen Spinne 21 an diesem zweiten Gehäuse­ teil.
Der Befestigungsansatz 20 ist hohl ausgebildet und nimmt ei­ ne Lagerbuchse 23 auf, in der die Achse 16 drehbar gelagert ist. Im Ausführungsbeispiel befindet sich das Lüfterrad 13 unterhalb des Elektromotors 14, so dass die Achse 16 senk­ recht ausgerichtet ist und ein Herausziehen der Achse 16 nach unten aus der Lagerbuchse 13 durch einen Anschlagring 24 verhindert wird. Dieser Anschlagring 24 ist beispielswei­ se per Preßpassung auf der Achse 16 fixiert. Zwischen dem Anschlagring 24 und der Lagerbuchse 23 ist beispielsweise eine verschleißmindernde Gleitscheibe 25 eingelegt.
An dem Befestigungsansatz 20 befestigt ist ein Stator 26 des Elektromotors 14. Ein Rotor 27 des Elektromotors 14 ist ver­ drehfest mit dem Lüfterrad 13 verbunden. Beispielsweise wird hierdurch mittelbar über das Lüfterrad 13 und die Achse 16 der Rotor von dem Anschlagring 24 getragen, der sich über die Gleitscheibe 25 auf der Lagerbuchse 23 abstützt.
Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 ist der Ro­ tor 27 nach Art eines Ferraris-Läufers ausgebildet und weist zu diesem Zweck eine Scheibe 28 aus Aluminium oder Kupfer und einen weichmagnetischen Rückschlußkörper auf, der nach Art einer Scheibe ausgebildet ist. Wie bereits in der Be­ schreibungseinleitung erwähnt, ist ein solcher Ferraris- Läufer als Rotor billig herstellbar durch Ausstanzen aus ei­ ner elektromagnetisch weichen Blechplatte, die mit Aluminium oder mit Kupfer plattiert ist. Der Stator 26 ist beispiels­ weise mit einem nicht dargestellten sogenannte Spaltpole aufweisenden Joch ausgerüstet, so dass bei einer periodi­ schen Bestromung wenigstens ein umlaufendes Drehfeld ent­ steht, das die Scheibe 28 durchflutet und in dieser Wirbel­ ströme erzeugt. Diese Wirbelströme ihrerseits erzeugen in der Scheibe 28 magnetische Kräfte, die die Scheibe 28 in Drehung versetzen. Diese Drehungen werden auf das Lüfterrad 13 übertragen, so dass dieses in an sich bekannter Weise ei­ nen Luftstrom 30 durch den Einlaß 17 und durch den Auslaß 18 des ersten Gehäuseteils 11 erzeugt und damit in gewollter Weise den Sensor 15 belüftet.
Weitere Einzelheiten des beschriebenen Elektromotors 14 kann man der DE-OS 23 52 028 entnehmen. Dort sind die Gestaltung eines Spaltpole aufweisenden Joches dargestellt und die Funktionsweise erläutert. Der sich dadurch ergebende Zusam­ menhang zwischen Drehmoment M und der jeweiligen Drehzahl b im möglichen Drehzahlbereich ist in der DE-OS 23 52 028 an­ gegeben als eine Kurve mit der Bezeichnung 30. Die Fig. 2 ist eine Kopie dieser Kurve der DE-OS 23 52 028. Erkennbar ist, dass bei der Drehzahl n gleich Null das Drehmoment M am größten ist mit dem Vorteil, dass der Elektromotor zu drehen anfängt, auch wenn die Achse 16 in der Lagerbuchse 23 einen Reibwiderstand hat, den man als außergewöhnlich gegenüber einem Durchschnittswert bezeichnen kann.
Das nicht gezeichnete zweite Ausführungsbeispiel weist einen Elektromotor auf, der im Unterschied zum Elektromotor 14 als einen Rotor einen sogenannten Käfigläufer aufweist. Elektro­ motoren mit Käfigläufern sind beispielsweise bekannt durch die US 3 394 276 A und die DE 34 04 960 A1, so dass auf eine Ausführungsbespielszeichnung verzichtet werden kann. Infolge des erwähnten Käfiges, der bekanntlich zu einer Drehmoment­ erzeugung führt bei Drehzahlen, die asynchron zu einer Höchstdrehzahl entsprechend einer Umlaufzahl des Statorfel­ des sind, entsteht in dem Drehzahlbereich ein an sich be­ kannter Zusammenhang zwischen einer jeweiligen Drehzahl n und einem Moment M, so wie es in der Fig. 3 per eine ge­ strichelte Kurve 40 qualitativ dargestellt ist.
In der Fig. 3 sind weitere Kurven 41 und 42 eingetragen. Die untere ununterbrochene Kurve 41 ist dabei einer Versor­ gungsspannung zugeordnet, von der man annimmt, dass sie die unterste zur Verfügung stehende Versorgungsspannung ist. Im Unterschied dazu ist die strichpunktiert dargestellte Kurve 42 einer höchsten zu befürchtenden Versorgungsspannung und demgemäß dem höchsten von dem Induktionsmotor abgebbaren Drehmoment zugeordnet. Aufgrund der unterschiedlichen Maxima der Kurven 40, 41 und 42, die bei beispielsweise etwa 70% der synchronen Drehzahl liegen, ist erkennbar, dass die je­ weilige Kennlinie um so steiler abfällt, je höher das in ihr enthaltene Maximum ist. Legt man nun die Lüfterkennlinie, damit ist der Drehmomentenbedarf des Lüfterrades 13 über der Drehzahl gemeint, über die Kennlinien 40, 41 und 42, so stellt man fest, dass variierende Versorgungsspannungen des Induktionsmotors nur sehr geringe Drehzahlveränderungen für das Lüfterrad 13 ergeben. Insoweit ergibt sich der Vorteil, dass trotz verhältnismäßig stark variierender Versorgungs­ spannung die Drehzahl des Lüfterrades 13 fast konstant bleibt. Folglich bleibt der Tonhöheneindruck, den ein von dem Lüfter verursachtes Geräusch wenigstens beim Fahrzeug­ führer verursacht, praktisch unverändert, so dass Versor­ gungsspannungsänderungen nicht mittelbar über Geräuschände­ rungen die Aufmerksamkeit des Fahrers auf sich ziehen und vom Verkehrsgeschehen ablenken. Des weiteren ist der Vorteil vorhanden, dass durch die im wesentlichen konstante Be­ triebsdrehzahl des Elektromotors der Konstrukteur eine Lage­ rung des Rotors besser optimieren kann. Dies kommt der Lauf­ ruhe und damit der Geräuscharmut des Lüfters zugute.
In der Fig. 3 ist Reibung einer nicht gezeichneten Elektro­ motorachse nicht berücksichtigt. Dies ist in der Fig. 3 daran erkennbar, dass die Lüfterkennlinie 43 im Ursprung der Drehzahlachse und der Drehmomentachse im Punkt Null beginnt und dabei im wesentlichen nach Art einer quadratischen Para­ bel nach oben gekrümmt verläuft.

Claims (3)

1. Elektromotorisch angetriebener Lüfter (10) zum Belüften eines Sensors (15), wobei der Lüfter (10) ein Lüftergehäuse (11, 12) mit einem Einlaß (17) und wenigstens einem Auslaß (18) aufweist, wobei der Sensor (15) in Ausrichtung zum Ein­ laß (17) angeordnet ist und ein im Lüftergehäuse (11, 12) angeordnetes Lüfterrad (13) antreibbar ist von einem Rotor (27) eines bürstenlosen Elektromotors (14), dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Elektromotor (14) als ein Induktionsmotor ausgebildet ist.
2. Elektromotorisch angetriebener Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) als ein Induktionsmotor mit einem einen Kurzschlußkäfig aufweisenden Rotor ausgebildet ist.
3. Elektromotorisch angetriebener Lüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) einen Ferraris-Läufer als Rotor (27) aufweist.
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WO2004017065A1 (de) * 2002-07-25 2004-02-26 T.E.M. Technische Entwicklungen Und Management Gmbh Zwangsbelüftete messeinrichtung zur erfassung lufttechnischer parameter
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