DE102009002416A1

DE102009002416A1 - Gebläsemodul

Info

Publication number: DE102009002416A1
Application number: DE102009002416A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schiel; Matthias Ludwig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-04-16
Filing date: 2009-04-16
Publication date: 2010-10-21
Also published as: JP2012524200A; WO2010118999A1; KR20120003887A; CN102395795A; EP2419643A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gebläsemodul 13, insbesondere für Klimageräte in Fahrzeugen, aufweisend eine Druckerhöhungsspirale 1, die ein erstes Lüfterrad 14 auf einem Gebläserotor zumindest teilweise radial umfasst, und einen Elektromotor (24) der den Gebläserotor 9 antreibt, wobei der Gebläserotor 9 eine Ansaugeinheit 4 aufweist, die ausgelegt ist, Kühlluft in den Elektromotor 24 zu fördern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gebläsemodul, insbesondere für Klimageräte in Fahrzeugen, aufweisend eine Druckerhöhungsspirale, die ein erstes Lüfterrad auf einem Gebläserotor zumindest teilweise radial umfasst, und einen Elektromotor, der den Gebläserotor antreibt.
Stand der Technik
Der Fahrgastraum in Fahrzeugen wird zur Klimatisierung, zur Erhöhung des Komforts und der Fahrsicherheit durch ein Lüftungssystem belüftet, an welchem ein Heizungs- und/oder ein Klimagerät angeschlossen ist. Um die Luft in dem Fahrgastraum zu fördern, ist an das Lüftungssystem ein Gebläsemodul angeschlossen, welches Frischluft aus der Umgebung des Fahrzeugs ansaugt und durch das Heizungs- bzw. Klimagerät leitet, um so die angesaugte Luft auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Die durch den Fahrzeuginnenraum strömende Luft wird meist durch Lüftungsschlitze, z. B. an der Hutablage über die Radkästen, aus dem Fahrzeuginnenraum geführt.
Das an das Lüftungssystem angeschlossene Gebläsemodul ist üblicherweise als Radialverdichter aufgebaut, welcher durch einen Elektromotor angetrieben wird. Der Elektromotor ist dabei in seiner Bauart in das Gebläsemodul integriert. Um den Elektromotor, vor allem seine temperaturkritischen Komponenten wie Spulen oder Magnete, zu kühlen, wird üblicherweise Luft aus dem bereits verdichtetem Luftstrom für den Fahrzeuginnenraum zu Kühlzwecken abgezweigt. Dies hat den Nachteil, dass der Arbeitspunkt aber auch der Wirkungsgrad des Gebläsemoduls negativ beeinflusst wird. Insbesondere bei kritischen Arbeitspunkten z. B. wenn das Gebläsemodul überblasen wird, erhält der Elektromotor und seine temperaturkritischen Bauteile nicht ausreichend Kühlluft. Unter dem Überblasen des Ge bläsemoduls wird verstanden, wenn der durch das Gebläsemodul erzeugbare Druck geringer ist als die zwischen Einlass und Auslass des Gebläsemoduls anliegende Druckdifferenz. Dieser Betriebszustand tritt auf, wenn das Fahrzeug mit hoher Fahrgeschwindigkeit bewegt wird und/oder die Fahrzeugscheiben weit geöffnet sind. Wird das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt, so wird der Druck am Einlass des Gebläsemoduls durch die hohe Fahrgeschwindigkeit erhöht. Ein Öffnen der Fahrzeugscheiben resultiert in einer Druckreduzierung im Fahrzeuginnenraum. Dies hat zur Folge, dass die am Ein- und Ausgang des Gebläsemoduls anliegende Druckdifferenz vergrößert wird und das Gebläsemodul in einen überblasenen Zustand gerät, sofern die Druckdifferenz größer als der durch das Gebläsemodul erzeugte Druck ist. Der überblasene Zustand hat für das Gebläsemodul zur Folge, dass der Elektromotor trotz erhöhter Beanspruchung nur einen reduzierten Kühlluftstromanteil enthält. Dies führt zu einer Überhitzung der temperaturkritischen Komponenten des Elektromotors.
Offenbarung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung ein Gebläsemodul zur Verfügung zu stellen, das darauf ausgelegt ist, den Elektromotor auch in kritischen Arbeitspunkten mit ausreichend Luft zur Kühlung zu versorgen.
Diese Aufgabe wird durch ein Gebläsemodul gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein Überhitzen von temperaturkritischen Komponenten des Elektromotors eines Gebläsemoduls dadurch vermieden werden kann, indem das Gebläsemodul eine Ansaugeinheit aufweist, die darauf ausgelegt ist, Kühlluft in den Elektromotor zu fördern.
Durch eine Ansaugeinrichtung zur Förderung von Kühlluft in den Elektromotor kann der Elektromotor weitgehend unabhängig von den Arbeitspunkten des Gebläsemotors gekühlt werden, sodass eine Überhitzung der kritischen Komponenten wie etwa den Spulen oder den Magneten auch bei einem überblasenen Zustand des Gebläsemoduls vermieden wird. Dabei ist der Kühlluftstrom weitgehend entkoppelt von den Arbeitspunkten des Gebläsemoduls.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Ansaugeinheit des Gebläserotors ein zweites Lüfterrad auf das dazu ausgelegt ist, einen Kühlkreislauf zu bilden, der Kühlluft aus der Druckerhöhungsspirale durch den Elektromotor wieder durch die Druckerhöhungsspirale fördert. Dies hat den Vorteil, dass der Elektromotor mit höheren Drehzahlen betrieben werden kann, so dass der durch das Gebläsemodul geförderte Massenstrom des Luftstroms erhöht wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Ansaugeinheit ausgelegt mittels des zweiten Lüfterrads die Kühlluft durch einen Spalt zwischen dem Gebläserotors und der Druckerhöhungsspirale über den unterhalb des Gebläserotors vorhandenen Gebläseinnenraum an den Spulen und den Magneten des Elektromotors zu dem zweiten Lüfterrad zu saugen. Dabei ist eine Leitgeometrie oberhalb des zweiten Lüfterrads dazu angeordnet, den Strom der Kühlluft oberhalb des zweiten Lüftungsrades so umzuleiten, dass der Strom der Kühlluft durch das erste Lüfterrad radial nach außen zurück in die Druckerhöhungsspirale geführt wird. Auf diese Weise wird keine verdichtete Luft aus der Druckerhöhungsspirale abgelassen, sodass das Gebläsemodul an seiner maximalen Förderleistung auslegbar ist und daher einen geringeren Bauraum benötigt als ein Gebläsemodul, bei welchem die Kühlluft aus der geförderten Luft abgezweigt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das erste Lüfterrad, das zweite Lüfterrad und der Gebläserotor einstückig ausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass das erste Lüfterrad, das zweite Lüfterrad und der Gebläserotor in einem Herstellungsschritt z. B. durch Spritzgießen herstellbar sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Schnittzeichnung durch ein erfindungsgemäßes Gebläsemodul entlang der Rotorachse;
2 eine schematische 3D-Schnittdarstellung eines Gebläserotors eines erfindungsgemäßen Gebläsemoduls;
3 eine Draufsicht auf die Unterseite des Gebläserotors eines erfindungsgemäßen Gebläsemoduls; und
4 eine Draufsicht auf die Oberseite des Gebläserotors eines erfindungsgemäßen Gebläsemoduls.
1 zeigt eine Schnittansicht durch ein Gebläsemodul 13 entlang der Rotorachse 20. Der Kühlluftstrom ist in der Darstellung mittels Pfeilen symbolisiert, wobei die Strömungsrichtung durch die Pfeilrichtung aufgezeigt ist. Das Gebläsemodul 13 weist ein Gehäuse 10 auf, welches die Komponenten des Gebläsemoduls 13 radial umfassen. Das Gehäuse 10 des Gebläsemoduls 13 ist mittels Befestigungsöffnungen 11 im Fahrzeug befestigbar. Das Gehäuse 10 weist an seinen inneren Umfangsflächen eine kammerförmige Druckerhöhungsspirale 1 auf, die den beschleunigten Luftstrom aus einem ersten Lüfterrad 14 aufnimmt. Die Mittelachse des Gehäuses 10 ist auf einer Rotorachse 20 angeordnet.
Des Weiteren sind auf der Rotorachse 20 ein Gebläserotor 9 sowie ein Elektromotor 24 zum Antrieb des Gebläserotors 9 angeordnet. Der Elektromotor 24 ist als Außenläufer aufgebaut, wobei die Spulen 7 auf einem Stator 8 angeordnet sind. Der Stator 8 weist innenseitig eine zwei Lager 25 für eine Rotorwelle 21 des Gebläserotors 9 auf. Der Gebläserotor 9 ist unterseitig glockenartig ausgebildet und umfasst mit einer Aufnahme 12 eine Mehrzahl von Magneten 6 des Elektromotors 24. Die Rotorwelle 21 ist mittig durch den Stator 8 geführt und mittels zweier Lager 25 gelagert. Umfangsseitig zur Aufnahme 12 für die Magnete 6 bildet der Gebläserotor 9 zusammen mit dem Gehäuse 10 unterhalb der glockenförmigen Kontur des Gebläserotors 9 einen Gebläseinnenraum 2 aus.
Der Gebläseinnenraum 2 ist mit einem ersten Spalt 23 mit der Druckerhöhungsspirale 1 verbunden. Im Bereich der oberen Aufnahme des Gebläserotors 9 ist ein zweites Lüfterrad 4 angebracht. Oberhalb des zweiten Lüfterrades 4, welches einstückig mit Gebläserotor 9 verbunden ist, ist eine Leitgeometrie 5 auf der Rotorwelle 21 angeordnet. Die Leitgeometrie 5 ragt dabei in seiner Außenkontur in den Bereich des ersten Lüfterrades 14. Das erste Lüfterrad 14 ist als Radialverdichter ausgebildet und einstückig mit dem Gebläserotor 9 verbunden. Das Gehäuse 10 des Gebläsemoduls 13 umfasst mit seiner nach oben hin offenen Seite und einer daran angeordneten Dichtlippe 22 die Oberkante des Gebläserotors 9. Der Elektromotor des Gebläserotors 9 verfügt auf der Unterseite des Gehäuses 10 über einen elektrischen Anschluss 18, der mit Hilfe eines Steckbereiches 19 kontaktiert wird.
In Rotation versetzt, saugt der Gebläserotor 9 mit Hilfe des ersten Lüfterrades 14 Luft von der Oberseite des Gehäuses 10 in das Gebläsemodul 13 ein. Durch die Rotation wird der Luftstrom nach außen geführt und radial beschleunigt. Ist der Luftstrom in der Druckerhöhungsspirale 1 angelangt, so wird der dynamisch vorhandene Druck in statischen Druck umgewandelt. Die Drehzahl des Elektromotors wird üblicherweise durch den Fahrer des Fahrzeuges oder durch eine Regelanlage der Lüftungsanlage des Fahrzeuges gesteuert. Aus der Druckerhöhungsspirale 1 wird der Luftstrom durch einen nicht dargestellten Anschluss in die in der Lüftung angeschlossenen Gerätschaften wie Heizung oder den Verdampfer der Klimaanlage geführt.
Bei höheren Drehzahlen des Elektromotors benötigt der Elektromotor an seinen temperaturkritischen Elementen wie den Spulen oder den Magneten eine Kühlung. Diese wird dadurch erreicht, in dem ein Luftstrom aus der Druckerhöhungsspirale 1 über einen ersten Spalt 23 in den unterhalb des Gebläserotors 9 sitzenden Gebläseinnenraums 2 geführt wird. Von dort wird der Luftstrom durch das zweite Lüfterrad 4 zwischen den Magneten 6 und den Spulen 7 hindurch nach oben hin angesaugt. Durch das zweite Lüfterrad 4 angesaugt, wird der Luftstrom durch die oberhalb des zweiten Lüfterrads 4 sitzende Leitgeometrie 5 in seiner Flussrichtung abgelenkt. Dabei wird der Luftstrom durch einen zweiten Spalt 17 zwischen der Kontur des Gebläserotors 9 und der Leitgeometrie 5 in den Bereich des ersten Lüfterrades 14 gefördert. Das erste Lüfterrad 14 pumpt den erwärmten Luftstrom zusammen mit dem frisch angesaugten Luftstrom aus der Umgebung des Fahrzeuges wieder zurück in die Druckerhöhungsspirale 1.
Ferner wird der Luftstrom für die Kühlung des Elektromotors 24 unabhängig von den Arbeitspunkten des ersten Lüfterrades 14 durch den Elektromotor 24 geleitet. Auf diese Weise wird eine zuverlässige Kühlung auch bei hoher Leistungsabnahme des Gebläserotor 9 bewerkstelligt. Insbesondere wird durch das Ansaugen von Kühlluft aus der Druckerhöhungsspirale 1 auch im überblasenen Zustand eine zuverlässige Kühlung der Magneten 6 und der Spulen 7 gewährleistet. Da keine Luft aus dem verdichtete Luftstrom zur Kühlung des Elektromotors 24 abgeblasen wird, wird der Wirkungsgrad des Gebläsemoduls 13 erhöht. Durch die axiale Lüfteranordnung des zweiten Lüfterrades 4 wird unabhängig von den Arbeitspunkten eine Druckdifferenz zwischen dem Gebläseinnenraum und dem Raum oberhalb des zweiten Lüfterrades 4 zur Verfügung gestellt, sodass der Luftstrom über die kritischen Bauteile des Elektromotors strömt.
2 zeigt eine schematische 3D-Schnittdarstellung eines Gebläserotors 9 des erfindungsgemäßen Gebläsemoduls 13, wobei der Gebläserotor 9 in der Ausführungsform ohne die Magnete 6 des in 1 gezeigten Gebläsemoduls 13 dargestellt ist. Die Magnete 6 sind im Gebläserotor 9 innenseitig entlang des Umfangs in der Aufnahme 12 angeordnet. Des Weiteren ragt die Rotorwelle 21 unterseitig aus dem Gebläserotor 9 heraus. Die Rotorwelle 21 wird im Bereich des zweiten Lüfterrades 4 durch den Gebläserotor 9 umfasst und dort am Gebläserotor 9 befestigt. Ebenso ist auf der Rotorwelle 21 die Leitgeometrie 5 zur Umlenkung des Luftstroms nach dem zweiten Lüfterrad 4 angeordnet.
Das erste Lüfterrad 14, das zweite Lüfterrad 4, die Aufnahme 12 sowie der Gebläserotor 9 sind in der Ausführungsform einstückig ausgebildet und aus Kunststoff gefertigt. Insbesondere eignet sich zur einstückigen Herstellung ein Spritzgussverfahren. Um die Zentrifugalkräfte der Magnete 6 in der Aufnahme 12 abzustützen weist die Aufnahme 12 an ihren Außenseiten radial Abstützungselemente 16 auf. Die Abstützungselemente 16 stellen sicher, dass die Aufnahme 12 sich unter erhöhten Drehzahlen nicht aufbiegt, sodass die Magnete 6 einen gleichmäßigen Abstand zu den Spulen 7 des Stators 8 aufweisen.
3 zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite und 4 zeigt eine Draufsicht auf die Oberseite des Gebläserotors 9 eines erfindungsgemäßen Gebläsemoduls 13. Der einstückig ausgebildete Gebläserotor 9 weist ein dreiblättig ausgebildetes zweites Lüfterrad 4 auf, welches im oberen Bereich der glockenförmigen Unterseite des Gebläserotors 9 angeordnet ist. Das Lüfterrad kann aber auch eine andeszahlige Anzahl von Lüfterschaufeln aufweisen, die der Fachmann je nach Luftmengenbedarf in Form und Anzahl anpasst. Das zweite Lüfterrad 4 weist des Weiteren eine Aufnahme 23 für die Rotorwelle 21 auf. Ebenso sind die Abstützungselemente 16 für die Aufnahme 12 der Magnete des Elektromotors auf der Unterseite des Gebläsemoduls 9 angeordnet.
Dem Fachmann ist selbstverständlich geläufig, dass die Führung des Luftstroms durch das Gebläsemodul 13 beispielhaft ist, wesentlich dabei ist jedoch, dass der Elektromotor und dessen temperaturkritischen Komponenten durch Kühlluft gekühlt werden, die separat durch das Gebläsemodul 13 durch eine Ansaugeinrichtung durch den Elektromotor gefördert wird.

Claims

Gebläsemodul (13), insbesondere für Klimageräte in Fahrzeugen, aufweisend eine Druckerhöhungsspirale (1), die ein erstes Lüfterrad (14) auf einem Gebläserotor zumindest teilweise radial umfasst, und einen Elektromotor (24), der den Gebläserotor (9) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Gebläserotor (9) eine Ansaugeinheit (4) aufweist, die ausgelegt ist, Kühlluft in den Elektromotor (24) zu fördern.
Gebläsemodul (13) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugeinheit des Gebläserotors (9) ein zweites Lüfterrad (4) aufweist, das ausgelegt ist, einen Kühlluftkreislauf zu bilden, der aus der Druckerhöhungsspirale (1) Kühlluft durch den Elektromotor (24) wieder in die Druckerhöhungsspirale (1) fördert.
Gebläsemodul (13) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gebläserotor (9) als Radialverdichter ausgeführt ist.
Gebläsemodul (13) nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das die Ansaugeinheit ausgelegt ist, mittels des zweiten Lüfterrad (4) die Kühlluft durch einen Spalt zwischen dem Gebläserotor (9) und der Druckerhöhungsspirale (1) über den unterhalb des Gebläserotors (9) vorhandenen Gebläseinnenraum an den Spulen (7) und den Magneten (6) des Elektromotors (24) zu dem zweiten Lüfterrad (4) zu saugen, wobei eine Leitgeometrie (5) oberhalb des zweiten Lüfterrads (4) dazu angeordnet ist, den Strom der Kühlluft oberhalb des zweiten Lüfterrads (4) umzuleiten und den Strom der Kühlluft durch das ersten Lüfterrads (14) radial nach außen zurück in die Druckerhöhungsspirale (1) zu führen.
Gebläsemodul (13) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lüfterrad (4) dreiblättrig ausgeführt ist.
Gebläsemodul (13) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lüfterrad (14), das zweite Lüfterrad (4) und der Gebläserotor (9) einstückig ausgeführt sind.
Gebläsemodul (13) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lüfterrad (4) im Wesentlichen aus Kunststoff gefertigt ist.