DE102006008079A1

DE102006008079A1 - Verfahren zur Herstellung eines Minilüfters, und Minilüfter nach diesem Verfahren

Info

Publication number: DE102006008079A1
Application number: DE102006008079A
Authority: DE
Inventors: Rodica Peia
Original assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2006-08-31

Abstract

Es handelt sich um ein Verfahren zur Herstellung eines Minilüfters, welcher ein mit Lüfterflügeln (80) versehenes Lüfterrad und - zum Antrieb dieses Lüfterrads (64) - einen elektrischen Antriebsmotor (61) hat. Dieser hat einen Innenstator (90) und einen Außenrotor (62). Letzterer hat ein mit einer Welle (60) verbundenes Trageteil (64) aus Kunststoff, das einstückig mit den Lüfterflügeln (80) ausgebildet ist. Ferner hat der Außenrotor (62) mindestens einen Dauermagneten (72; 72') mit hart ferromagnetischen Partikeln (74). Das Kunststoff-Trageteil (64) wird durch Kunststoff-Spritzguss mit der Welle (60) und durch Zwei-Komponenten-Spritzguss mit einem Kunststoff verbunden, in dem die hart ferromagnetischen Partikel (74) des Rotor-Dauermagneten (72; 72') angeordnet sind, so dass mindestens ein Teil der Übergangszone (76) zwischen Trageteil (64) und Rotor-Dauermagnet (72; 72') durch eine stoffschlüssige Verbindung gebildet wird. Der so gebildete Rotor wird im Minilüfter montiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Minilüfters, und es betrifft einen Minilüfter, der nach diesem Verfahren erhältlich ist. Solche Lüfter werden auch als Klein- oder Kleinstlüfter bezeichnet.

Zur Luftmessung, z.B. für Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen, werden Sensorlüfter verwendet. Diese haben z.B. einen Außendurchmesser von 30 mm, d.h. es handelt sich nach dem technischen Sprachgebrauch um Minilüfter.

Derartige Minilüfter dienen auch zur Kühlung von Prozessoren in Computern, zur Gerätekühlung bei kleinen Geräten, etc., und ihre Abmessungen sind sehr klein. Z.B. haben
die Lüfter der ebm-papst-Serie 250 Abmessungen von 8 × 25 × 25 mm,
die der ebm-papst-Serie 400F Abmessungen von 10 × 40 × 40 mm,
die der ebm-papst-Serie 400 von 20 × 40 × 40 mm,
und die Lüfter der ebm-papst-Serie 600 von 25 × 60 × 60 mm.

Die Leistungsaufnahme solcher Lüfter liegt bei der Serie 250 bei 0,4 ... 0,6 W, bei der Serie 400F bei 0,7 bis 0,9 W, und bei der Serie 400 und 600 bei 0,9 ... 3,4 W. Das Gewicht beträgt z.B. bei der Serie 250 etwa 5 g, bei der Serie 400/400F zwischen 17 und 27 g, und bei der Serie 600 etwa 85 g.

Bei Lüftern dieser Miniaturgröße die sehr preiswert sein müssen, ist es wichtig, Herstellung und Montage äußerst einfach zu machen, damit ein hoher Automatisierungsgrad möglich wird und man eine gleichmäßige, hohe Qualität und Geräuscharmut solcher Lüfter erhält.

Bei solchen extrem kleinen Lüftern kommt erschwerend hinzu, dass ihre Bauteile, durchaus vergleichbar mit denen eines mechanischen Uhrwerks, sehr zierlich und deshalb wenig robust sind. Die Rotorwelle hat z.B. oft nur die Dicke einer Stricknadel und kann deshalb bei sorglosem Umgang leicht verbogen werden, wodurch der Lüfter unbrauchbar wird.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Verfahren zur Herstellung eines Minilüfters und einen Minilüfter nach diesem Verfahren, bereit zu stellen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und einen Minilüfter gemäß Patentanspruch 3. Dadurch, dass man den Rotor im Zweikomponenten-Spritzguss herstellt, wird er sehr stabil, weil auch der eingespritzte Dauermagnet zur Stabilität des Lüfterrads beiträgt, so dass in überraschender Weise der Motorlauf sehr ruhig wird. Ferner gibt es keinen Ausschluss wegen falscher Montage oder wegen unerwünschter Geräusche, da durch diese Art der Herstellung die Motoren von sehr hoher, gleich bleibender Qualität sind. Außerdem wird die Miniaturisierung solcher Teile durch diese Art der Herstellung sehr erleichtert.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:
1 eine teilweise im Schnitt dargestellte raumbildliche Darstellung eines Minilüfters nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, in sehr stark vergrößerter Darstellungsweise,
2 eine Variante zu 1,
3 eine Darstellung eines Kontaktstiftes, mit welchem der Minilüfter auf eine Leiterplatte aufgesteckt werden kann, wobei dieses Befestigungsteil sowohl eine elektrische wie eine mechanische Verbindung des Lüfters mit der Leiterplatte ermöglicht, und
4 einen Schnitt, gesehen längs der Linie IV–IV der 3.
1 zeigt einen Minilüfter 10, der in der Praxis gewöhnlich einen Durchmesser von 30 bis 35 mm haben kann, aber aus Gründen der Anschaulichkeit stark vergrößert dargestellt ist. Er hat ein Außengehäuse 12 aus einem isolierenden Kunststoff, und dieses Gehäuse hat oben eine Lufteintrittsöffnung 14 und seitlich Luftaustrittsöffnungen 16, von denen in 1 nur die hintere sichtbar ist.
Ausgehend von der Lufteintrittsöffnung 14 erweitert sich das Gehäuse 12 über einen ringförmigen Abschnitt 18 zu einem zylindrischen Abschnitt 20.
Auf dem ringförmigen Abschnitt 18 liegt eine Leiterplatte 22 auf, und auf dieser ist ein Dichtring 24 aus Moosgummi in der dargestellten Weise befestigt.
Die Leiterplatte 22 ist im wesentlichen rund und hat in ihrer Mitte einen Quersteg 26, von dem in 1 nur die hintere Hälfte sichtbar ist und auf dem ein NTC-Widerstand 28 angeordnet ist, der als Temperatursensor für Luft dient, welche in Richtung von Pfeilen 30, 32 von oben durch die Öffnung 14 einströmt und durch die seitliche Öffnung 16 abströmt.
Der NTC-Widerstand 28 ist durch Leiterbahnen 34 mit Kontaktstiften 36, 38 verbunden, die im zylindrischen Teil 20 des Außengehäuses 12 in der dargestellten Weise angeordnet sind. Diese Kontaktstifte 36, 38 haben unten jeweils einen Kontaktierungsfuß 36' bzw. 38', von denen jeder zwei federnde Elemente 40, 42 hat, die in 4 dargestellt sind. Die Kontaktierungsfüße 36' bzw. 38' werden gemäß 3 und 4 in eine Öffnung 44 einer Leiterplatte 46 gesteckt. Diese Öffnung 44 ist mit einer Metallschicht 47 verbunden, die sich durch die Öffnung 44 erstreckt und mit einer Leiterbahn 48 der Leiterplatte 46 verbunden ist. Die Kontaktierungsfüße 36', 38' stellen also elektrische Verbindungen von der Leiterplatte 46 zum Lüfter 10 bzw. dessen Temperatursensor 28 her. Besonders bei sehr kleinen Lüftern ist es denkbar, dass sich die Elektronik für die Kommutierung nicht im Lüfter 10 selbst befindet, sondern auf der zugehörigen Leiterplatte 46. Jedoch ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, diese Bauteile im Lüfter 10 selbst anzuordnen.
Der zylindrische Teil 20 des Außengehäuses 12 wird nach unten abgeschlossen durch eine Platine 50, in deren Mitte eine Metallbuchse 52 angeordnet ist. Diese wird umgeben von einem zylindrischen Abschnitt 54, der mit der Platine 50 einstückig ist und der an seinem oberen Ende in eine Ringscheibe 56 übergeht, welche zusammen mit den Teilen 50 und 54 einen Spulenkörper 57 für eine Statorwicklung 58 bildet. Die Platine 50 hat an ihrem Außenrand Einkerbungen 51, durch welche die Kontaktstifte 36 und 38 sowie andere Kontaktstifte 53 ragen.
Innerhalb der Buchse 52 befindet sich ein (nicht dargestelltes) Sinterlager für die Welle 60 des Außenrotors 62 eines Elektromotors 61. Der Rotor 62 hat ein Trageteil 64 aus Kunststoff, das in seiner Mitte eine Nabe 66 hat, in welche das obere Ende der Welle 60 eingespritzt ist, das zwecks besserer Verankerung eine Rändelung 68 hat. Der Außenrotor 62 hat etwa die Form einer auf dem Kopf stehenden Schale und hat an seiner Peripherie einen Randabschnitt 70, der etwa parallel zur Welle 60 verläuft.
Wie dargestellt, ist in diesem Randabschnitt 70 ein Permanentmagnet 72 im Zweikomponenten-Spritzverfahren direkt eingespritzt. Der Magnet 72 enthält Hartferrite in einer Matrix aus Kunststoff, und deshalb kann dieser Kunststoff mit seinen Hartferritteilchen 74, die naturgemäß nur schematisch dargestellt werden können, z.B. als Ring in das Trägerteil 64 eingespritzt werden, wobei sich die Grenzflächen, welche durch strichpunktierte Linien 76 symbolisiert ist, durch Anschmelzen der Kunststoffe innig verbinden.
Anschließend an das Einspritzen des Magnetrings 72 wird dieser in einer geeigneten Vorrichtung radial magnetisiert, wie das in 1 durch die Buchstaben N (Nordpol) und S (Südpol) in der üblichen Weise symbolisch dargestellt ist.
Einstückig mit dem Trägerteil 64 sind radial verlaufende Lüfterflügel 80 ausgebildet, d.h. es handelt sich bevorzugt um einen Radiallüfter.
Von großem Vorteil bei der Erfindung ist, dass bei dieser Art der Herstellung der Außenrotor 62 nach dem Einspritzen der Kunststoffe bereits weitgehend ausgewuchtet ist, so dass allenfalls noch kleinere Wuchtarbeiten notwendig werden. Auch ergibt sich eine Einsparung bei der Montage, da gerade solche extrem kleinen Teile schwierig zu handhaben und zu montieren sind, und da deshalb bei der Montage leicht Fehler auftreten könnten. Durch die Erfindung vermeidet man Ausschuss, da der Rotor mit seinem Rotormagnet bei der Montage als fertiges und geprüftes Teil vorliegt, das nur noch im Lager montiert werden muss, was gewöhnlich durch Einstecken der Welle in das Lager geschieht.
Bei dem Lüfter gemäß 1 bildet das freie Ende 82 der Welle 60 ein Axiallager mit dem dortigen Abschnitt 83 der Platine 50, der diesem Ende 82 gegenüber liegt. Dabei wird das Ende 82 der Welle 60 nach unten gegen den Abschnitt 83 gepresst, und dies geschieht dadurch, dass der Magnetring 72 relativ zu den in 1 dargestellten zylindrischen Abschnitten 84, 86 eines Klauenpolteils 88 in axialer Richtung versetzt ist. Auf diese Weise wird der Magnetring 72 durch eine axiale Kraft F nach unten gezogen.
2 zeigt eine Variante der Erfindung. Das Trägerteil 64' hat hier einen axialen Vorsprung 90, und der Magnetring 72' wird beim Einspritzen um diesen Vorsprung 90 herum gespritzt, so dass dort eine noch innigere Verbindung der Kunststoffe erfolgen kann. Naturgemäß sind hier viele Varianten möglich, z.B. Noppen, Rillen, Zähne etc., um die Verbindung möglichst gut zu machen. Jedoch wird die Variante nach 1 bevorzugt, da dort das Volumen des Ringmagnets 72 größer ist als bei 2, was die Motorleistung verbessert.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Minilüfters, welcher ein mit Lüfterflügeln (80) versehenes Lüfterrad und einen elektrischen Antriebsmotor (61) zum Antrieb dieses Lüfterrads aufweist, welcher Antriebsmotor (61) einen Innenstator (90) und einen Außenrotor (62) aufweist, welch letzterer ein mit einer Welle (60) verbundenes Trageteil (64) aus Kunststoff aufweist, das einstückig mit den Lüfterflügeln (80) ausgebildet ist, und welcher Außenrotor (62) ferner mindestens einen Dauermagneten (72; 72') mit hartferromagnetischen Partikeln (74) aufweist, mit folgenden Schritten: Das Kunststoff-Trageteil (64) wird durch Kunststoff-Spritzguss mit der Welle (60) und durch Zweikomponenten-Spritzguss mit einem Kunststoff verbunden, in dem die hartferromagnetischen Partikel (74) des Rotor-Dauermagneten (72; 72') angeordnet sind, so dass mindestens ein Teil der Übergangszone (76) zwischen Trageteil (64) und Rotor-Dauermagnet (72; 72') durch eine stoffschlüssige Verbindung gebildet wird; der so gebildete Außenrotor (62) wird im Minilüfter montiert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem gleichzeitig mit dem Trageteil (64) Lüfterflügel (80) durch Kunststoff-Spritzguss erzeugt werden, welche mit dem Trageteil (64) einstückig ausgebildet sind.
Minilüfter, welcher ein mit Lüfterflügeln (80) versehenen Lüfterrad und einen elektrischen Antriebsmotor (61) zum Antrieb dieses Lüfterrades aufweist, welcher Antriebmotor (61) einen Innenstator (90) und einen Außenrotor (62) aufweist, welch letzterer ein mit einer Welle (60) verbundenes Trageteil (64) aus Kunststoff aufweist, das einstückig mit den Lüfterflügeln (80) ausgebildet ist, welcher Außenrotor (62 ferner mindestens einen Dauermagneten (72; 72') mit hartferromagnetischen Partikeln (74) aufweist, welche Partikel in einer Matrix aus einem spritzgussfähigen Kunststoff angeordnet sind, welcher Dauermagnet (72; 72') als Spritzgussteil am Trageteil (64) angespritzt ist, wobei mindestens ein Teil der Übergangszone (76) zwischen Trageteil und Dauermagnet (72; 72') durch Anschmelzen von benachbarten Kunststoffen als stoffschlüssige Verbindung ausgebildet ist.
Minilüfter nach Anspruch 3, bei welchem zwischen Trageteil (64) und Dauermagnet (72; 72') eine mechanische Verzahnung (90) vorgesehen ist.
Minilüfter nach Anspruch 3 oder 4, welcher als Sensorlüfter ausgebildet ist und einen Temperatursensor (28) aufweist.
Minilüfter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welchem zwischen dem Außenrotor (62) und dem Innenstator (90) ein Axiallager (82, 83) vorgesehen ist, und der Dauermagnet (72; 72') des Außenrotors (62) gegenüber weichferromagnetischen Teilen (84, 86) des Innenstators (90) axial versetzt ist, um eine zwischen Innenstator (90) und Außenrotor (62) wirkende Magnetkraft (F) zu bewirken, welche in Richtung zu diesem Axiallager (82, 83) wirksam ist.