DE102017002865A1

DE102017002865A1 - Aufbau eines Axiallüfters

Info

Publication number: DE102017002865A1
Application number: DE102017002865.6A
Authority: DE
Inventors: Axel Böttger; Karl-Heinz Glatz; Alexander Elsässer; Patrik Schretzlmaier; Stefan Raggan; Dominic Thomae
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2017-03-24
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2037-03-25
Also published as: DE102017002865B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lüfteranordnung, umfassend ein Lüftergehäuse, einen Antriebsmotor, der in dem Lüftergehäuse aufgenommen ist, und eine Steuerplatine für den Antriebsmotor, wobei an der Steuerplatine ein Anschlussbauteil angebracht ist, wobei die Steuerplatine und das Anschlussbauteil an einer Außenseite des Lüftergehäuses an drei Auflagepunkten befestigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lüfteranordnung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Erfindung ist anwendbar zum Beispiel auf Axialventilatoren und Radialventilatoren, auch als Lüfter bezeichnet.
Ein Beispiel eines Axialventilators ist in der US 2015/0064024 A1 beschrieben. Der Lüfter umfasst einen elektrischen Motor, der als Außenläufer konfiguriert ist, wobei der Rotor einen Impeller trägt. Motor und Impeller sind in einem Gehäuse aufgenommen. An der von dem Impeller abgewandten Seite des Motors ist der Stator des Antriebsmotors mit einer Steuerplatine gekoppelt, die zwischen dem Antriebsmotor und einer Gehäusewand liegt.
Ein Beispiel eines Radiallüfters ist in der DE 10 2009 018 117 A1 dargestellt. Auch dieser Lüfter umfasst einen Antriebsmotor, der als Außenläufer konfiguriert ist. Ein Impellerrad ist mit dem Rotor des Antriebsmotors gekoppelt, wobei Antriebsmotor und Impellerrad in einem Gehäuse untergebracht sind. Der Stator des Antriebsmotors ist mit einer Steuerplatine gekoppelt, die ebenfalls innerhalb des Gehäuses liegt.
Die beschriebenen Lüfteranordnungen werden in der Regel so montiert, dass zunächst die Steuerplatine in das Gehäuse eingesetzt und dann der Stator mit der Steuerplatine verbunden wird, oder dass eine Baugruppe aus Steuerplatine und Stator gemeinsam in das Gehäuse eingebracht und daran befestigt werden. Anschließend werden die Rotoreinheit und das Lüfterrad, auch als Impeller bezeichnet, oder eine Baugruppe aus Rotor und Impeller auf den Stator aufgebracht. Während des Montagevorgangs kann es kaum vermieden werden, dass auf die Steuerplatine Kräfte ausgeübt werden, die zu mechanischen Spannungen führen. Hierdurch besteht die Gefahr der Beschädigung der Steuerplatine, die sich sofort oder im Lauf des Betriebs der Lüfteranordnung auswirken kann.
An der Steuerplatine kann ein Anschlussbauteil angebracht oder mit dieser verbunden sein, um eine Energieversorgung anzuschließen, z. B. um den Lüfter mit dem Stromnetz, einem Netzteil oder einer Batterie zu verbinden. Das Anschlussbauteil kann auch zur Verbindung mit Steuerleitungen genutzt werden. Durch die in der Regel starre Verbindung zwischen der Steuerplatine und dem Anschlussbauteil werden im Gebrauch Spannung auf die Steuerplatine ausgeübt, wenn z. B. ein Steckkontakt mit dem Anschlussbauteil verbunden und von ihm getrennt wird. Auch ist es nicht einfach, die Steuerplatine in dem Gehäuse ohne mechanische Spannungen zu montieren und gleichwohl spielfrei in dem Gehäuse zu fixieren. In den Lüfteranordnungen des Standes der Technik kann es daher aufgrund mechanischer Spannungen, die auf die Steuerplatine ausgeübt werden, zu einer Verformung der Platine und dadurch beispielsweise zur Unterbrechung von Leitungen oder Beschädigung von Bauteilanschlüssen kommen, so dass ihr Kontaktwiderstand steigt. Dies wiederum kann zu einem vorzeitigen Ausfall der Elektronik und dadurch der gesamten Lüfteranordnung führen. Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, die Verbindung zwischen der Steuerplatine und dem Anschlussbauteil mittels flexiblen Kabeln auszuführen. Solch eine Ausgestaltung ist jedoch insbesondere bei kleinen Lüfteranordnungen vergleichsweise teuer und aufwendig in der Herstellung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lüfteranordnung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben, die eine Beschädigung der Steuerplatine während der Montage und im Gebrauch vermeiden oder die Gefahr der Beschädigung jedenfalls reduzieren. Die Lüfteranordnung soll dabei möglichst einfach herzustellen sein und entsprechend niedrige Herstellungskosten aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch eine Lüfteranordnung gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung sieht eine Lüfteranordnung vor, die ein Lüftergehäuse, einen Antriebsmotor in dem Lüftergehäuse und eine Steuerplatine für den Antriebsmotor umfasst. Vorzugsweise ist an der Steuerplatine ein Anschlussbauteil angebracht, um der Lüfteranordnung Energie und gegebenenfalls externe Steuersignale zuführen zu können. Erfindungsgemäß ist die Steuerplatine nicht innerhalb des Lüftergehäuses, sondern an einer Außenseite des Lüftergehäuses an drei Auflagepunkten befestigt. In manchen Ausgestaltungen ist das Anschlussbauteil ebenfalls an einer Außenseite des Lüftergehäuses angebracht. Durch die Dreipunkt-Auflage der Steuerplatine an der Außenseite des Lüftergehäuses kann die Steuerplatine spannungsfrei mit der Lüfteranordnung verbunden werden, wodurch eine Beschädigung der Steuerplatine während der Montage vermieden wird. Ferner ist durch die Dreipunkt-Auflage im Gebrauch eine stabile und gleichwohl Spannungen ausgleichende Lagerung der Steuerplatine gewährleistet.
Die Steuerplatine kann einen Steuerelektronikbereich und einen Anschlussbereich aufweisen, wobei sich der Anschlussbereich nach Art eines Steges von dem Steuerelektronikbereich weg erstreckt. Der Anschlussbereich kann das Anschlussbauteil tragen oder mit diesem verbunden sein. Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, dass das Anschlussbauteil an der Außenseite des Gehäuses angebracht ist, beispielsweise einstückig mit diesem ausgeformt ist. In dem Falle, dass das Anschlussbauteil auf der Steuerplatine aufgebracht ist, kann das Anschlussbauteil auf dem Anschlussbereich der Steuerplatine sitzen, ohne diesen zu überragen, oder über den Anschlussbereich vorstehen. Die Dreipunkt-Auflage zwischen der Steuerplatine und gegebenenfalls dem Anschlussbauteil einerseits und der Außenseite des Lüftergehäuses andererseits ist vorzugsweise so ausgebildet, dass zwischen dem Anschlussbereich bzw. dem Anschlussbauteil und der Außenseite des Lüftergehäuses zwei Auflagepunkte gebildet sind und dass der dritte Auflagepunkt zwischen dem Steuerelektronikbereich der Steuerplatine und der Außenseite des Lüftergehäuses gebildet ist. Dadurch wird eine stabile und spannungsfreie Befestigung der Steuerplatine an der Außenseite des Lüftergehäuses sichergestellt, wobei diese Befestigung dort, wo im Betrieb besonders hohe Kräfte auf die Steuerplatine ausgeübt werden können, nämlich im Bereich des Anschlussbauteils, durch die zwei Auflagepunkte besonders stabil ist. Das Anschlussbauteil kann in einer Ausgestaltung mit einem Steckkontakt in Verbindung gebracht werden, wobei das Ein- und Ausstecken des Steckkontaktes Zug- und Druckkräfte auf die Steuerplatine ausübt, die ohne die Zweipunkt-Auflage im Bereich des Anschlussbauteils zu einem Verbiegen der Steuerplatine und dadurch zu einer Beschädigung der von ihr getragenen Elektronik führen könnten. In solchen Ausgestaltungen der Erfindung, in denen das Anschlussbauteil an einer Außenseite des Gehäuses angebracht ist, kann es das Anschlussbauteil zum Einen elektrische Kontakte zur elektrischen Verbindung mit einer Stromquelle und zum Anderen Kontaktpins zur elektrischen Verbindung mit der Steuerplatine aufweist. Dabei können die Kontaktpins mit der Steuerplatine verlötet sein und/oder diese über eine Steck- oder Klemmverbindung elektrisch kontaktieren. Gleichzeitig kann dadurch eine sichere mechanische Verbindung hergestellt werden.
Zusätzlich zu der Ausbildung der Auflagepunkte, können die Außenseite des Lüftergehäuses und das Anschlussbauteil bzw. der Anschlussbereich der Steuerplatine so ausgestaltet sein, dass das Anschlussbauteil und/oder der Anschlussbereich der Steuerplatine an der Außenseite des Lüftergehäuses formschlüssig gehalten werden. Dadurch ergibt sich eine besonders stabile Lagerung des Anschlussbauteils an der Außenseite des Lüftergehäuses. Eine formschlüssige und/oder kraftsschlüssige Verbindung kann beispielsweise durch Quetschrippen erreicht werden, die beim Aufbringen der Steuerplatine auf die Auflagepunkte deformiert werden, so dass eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung hergestellt wird. Die Quetschrippen sind vorzugsweise im Bereich des Tragteils und/oder an der Außenseite des Lüftergehäuses ausgeformt.
Die Steuerplatine kann in manchen Ausgestaltungen der Erfindung noch mit einem Deckel abgedeckt werden, beispielsweise mit einem Deckel, der zur Abschirmung elektromagnetischer Felder geeignet ist. Solch ein Deckel kann beispielsweise auf mehreren Auflagepunkten auf der Gehäuseaußenseite aufliegen und mittels einer Klebe-, Schweiß oder Schraubverbindung am Gehäuse befestigt sein. Zum Bereitstellen eines Schutzes vor elektrostatischen Entladungen (ESD-Schutz) ist der Deckel vorzugsweise als Abschirmplatte ausgebildet und beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Oberflächenwiderstand der Abschirmplatte kleiner als 100 kΩ, besonders vorteilhaft kleiner als 100 Ω ist. Die Abschirmplatte ist mit einem Masseanschluss der Steuerplatine oder mit einem mit der Steuerplatine gekoppelten Erdungsstift verbunden. Zu diesem Zweck kann die Abschirmplatte ein Federelement umfassen, mittels dessen eine elektrische Verbindung zwischen der Abschirmplatte und dem Masseanschluss der Steuerplatine oder dem Erdungsstift bereitgestellt wird. Die Abschirmplatte und das Federelement können einteilig miteinander ausgebildet sein.
In manchen Ausgestaltungen der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Steuerplatine und die Abschirmplatte jeweils eine Öffnung aufweisen, in welche eine drehgelagerte Welle der Lüfteranordnung hineinragt oder darüber hinausragt. Dadurch kann ein zusätzlicher ESD-Schutz bereitgestellt werden. Insbesondere kann eine elektrostatische Aufladung der Welle über die Abschirmplatte abgeleitet werden. Die Abschirmplatte ist daher möglichst nahe an der Welle angeordnet, so dass eine mögliche Entladung über die Abschirmplatte erfolgt. Die Welle kann einen oder mehrere Impeller der Lüfteranordnung tragen. Vorteilhafterweise ist der mindestens eine Impeller auf der der Abschirmplatte entgegenliegenden Seite der Welle angeordnet. Die axiale Ausdehnung der Welle reicht also wenigstens bis zur Öffnung der Abdeckplatte oder ragt über diese hinaus. Dabei ist es vorteilhaft, wenn an der Öffnung der Abdeckplatte ein Kragen ausgebildet ist, die Abdeckplatte also in Richtung der Welle umgebogen ist. In diesem Fall erstreckt sich die Welle in ihrer axialen Ausdehnung mindestens bis zum Kragen der Öffnung. Idealerweise erstreckt sich die Welle über die gesamte Länge des Kragens oder ragt über diesen hinaus. Der Kragen kann eine axiale Erstreckung in einer Richtung parallel zur Welle im Bereich von 0,2 mm bis 3 mm, insbesondere im Bereich von 0,3 mm bis 2 mm haben. Der Abstand der Welle zur Abschirmplatte, beziehungsweise zum Kragen der Abschirmplatte, in einer Richtung senkrecht zur Drehachse, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,2 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt im Bereich 0,3 mm bis 1 mm.
Die Abschirmplatte ist elektrisch leitend mit einem Masseanschluss der Steuerplatine verbunden und kann somit über externe Anschlüsse der Steuerplatine mit einer externen Erdung verbunden sein. Wie oben erwähnt, kann die Abschirmplatte über einen Erdungsstift, beispielsweise mittels des Federelementes der Abschirmplatte, mit einem Masseanschluss der Steuerplatine verbunden sein. Der Erdungsstift kann dabei auch mit anderen Bauteilen, insbesondere mit einer Statoranordnung eines Antriebsmotors der Lüfteranordnung verbunden sein.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerplatine eigene Leiterbahnstrukturen oder eine elektrisch leitende Beschichtung aufweisen, die elektrostatische Entladungen der Welle oder anderer Bauteile aufnehmen und zur externen Erdung ableiten können. Die Leiterbahnen, beziehungsweise die Beschichtung, können beispielsweise aus Kupfer gebildet sein, wobei diese verzinnt sind. Beispielsweise können solche Kupferleiterbahnen heißluftverzinnt sein. Die Steuerplatine kann mit Lötstopplack bedeckt sein, wobei die zum ESD-Schutz aufgebrachten Leiterbahnen von der Bedeckung des Lötstopplacks ausgenommen sind. Die Leiterbahnen sind niederohmig ausgebildet und haben einen elektrischen Widerstand kleiner als 100 Ω, beispielsweise in der Größenordnung 1 Ω.
In manchen Ausgestaltungen ist daher um die Öffnung der Steuerplatine, durch welche die Welle hindurchgeführt ist, eine mit dem Massepotential der Steuerplatine verbundene Leiterbahn angeordnet. Es können eine oder mehrere Leiterbahnen beispielsweise konzentrisch um die Öffnung der Steuerplatine angeordnet sein. Die Leiterbahnen können auf einer Ober- oder Unterseite der Leiterplatte oder auf beiden Seiten angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass die Öffnung der Steuerplatine auf ihrer Innenseite, also im Verlauf parallel zur Welle, eine elektrisch leitende Beschichtung aufweist. Die Beschichtung auf der Innenseite der Öffnung der Steuerplatine, auf der Oberseite und der Unterseite der Steuerplatine können auf der Steuerplatine miteinander verbunden sein. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass im Bereich der Öffnung der Steuerplatine jeweils auf der Oberseite (der dem Stator abgewandten Seite der Steuerplpatine) und auf der Unterseite (der dem Stator zugewandten Seite der Steuerplatine) der Steuerplatine jeweils eine konzentrisch angeordnete Leiterbahn ausgebildet ist. Diese beispielsweise ringförmigen Leiterbahnen können über eine Durchkontaktierung der Steuerplatine miteinander verbunden sein. Die Leiterbahnen sind schließlich, beispielsweise über einen Stecker, mit einer externen Erdung verbunden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Lüfteranordnung ist es vorgesehen, dass zwischen der Abschirmplatte und der Steuerplatine ein Isolationselement angeordnet ist, um eine ungewollte elektrische Verbindung zwischen der Steuerplatine und der Abschirmplatte oder zwischen mit der Steuerplatine verbundenen Anschlüssen und der Abschirmplatte zu verhindern.
Die Montage der erfindungsgemäßen Lüfteranordnung kann derart erfolgen, dass zunächst ein Stator des Antriebsmotors in das Lüftergehäuse von einer ersten offenen Seite des Lüftergehäuses eingebracht wird. Dabei können Anschlusspins des Stators von der ersten Seite des Lüftergehäuses durch Öffnungen in dem Lüftergehäuse zu seiner Außenseite geführt werden. Anschließend wird die Steuerplatine an dem Lüftergehäuse an einer zweiten, gegenüberliegenden und geschlossenen Seite des Lüftergehäuses außen positioniert, wobei die Steuerplatine Steuerelektronik für den Antriebsmotor der Lüfteranordnung und ein Anschlussbauteil trägt. Die Steuerplatine wird mit oder ohne dem Anschlussbauteil an der Außenseite des Lüftergehäuses an drei Auflagepunkten befestigt, bevor die Steuerplatte mit den Anschlusspins des Stators elektrisch gekoppelt wird. Das Anschlussbauteil kann wiederum auf der Steuerplatine angebracht sein oder an das Gehäuse angeformt sein. Die Steuerplatine kann beispielsweise mit der Außenseite des Lüftergehäuses an den Auflagepunkten verschweißt oder verschraubt werden. Erst danach wird die elektrische Verbindung zwischen den Anschlusspins und der Steuerplatine hergestellt, indem diese beispielsweise verlötet werden, wobei vor dem Verlöten, die Steuerplatine relativ zu den Anschlusspins vorzugsweise mit Spiel montiert ist, so dass sich keine mechanischen Spannungen ergeben. Eine Lötverbindung ist insbesondere bei kleinen Lüftern, mit einem Durchmesser von einigen Zentimetern vorteilhaft. Alternativ kann eine Steckverbindung, gegebenenfalls in Kombination mit einer Lötverbindung, vorgesehen sein.
Anschließend können Lager, Rotor und Impeller in das Lüftergehäuse eingesetzt werden.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. In den Figuren zeigen:
1 eine Schnittdarstellung durch eine Lüfteranordnung gemäß einem Beispiel der Erfindung;
2 eine Explosionsdarstellung der Lüfteranordnung der 1;
3 eine Seitenansicht des Lüftergehäuses mit Steuerplatine;
4 eine ähnliche Seitenansicht wie 3, ohne die Steuerplatine;
5 eine Explosionsdarstellung einer Lüfteranordnung gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung; und
6 eine Schnittdarstellung der Lüfteranordnung der 5;
7 eine Schnittdarstellung der Lüfteranordnung der 5; und
1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Lüfteranordnung gemäß einem Beispiel der Erfindung. 2 zeigt dieselbe Lüfteranordnung in Explosionsdarstellung. Die Lüfteranordnung umfasst ein Gehäuse 10 mit einem Gehäusemantel 14 und einer geschlossenen Seitenwand 12 und einer gegenüberliegenden offenen Seite. Das Gehäuse und die Seitenwand grenzen in dem gezeigten Beispiel einen zylindrischen Raum zur Aufnahme eines Impellers ein, ohne Beschränkung auf die gezeigte Struktur. Die geschlossen Seitenwand 12 ist nicht geschlossen in dem Sinne, dass sie luftundurchlässig wäre, sondern sie bildet eine begrenzende Seitenwand des Lüftergehäuses 10 und ist mit dem Gehäusemantel fest verbunden oder einteilig ausgebildet. Das Gehäuse kann insbesondere ein einteiliges oder mehrteiliges Spritzgussbauteil sein. In der Seitenwand 12 können Luftdurchlässe, ein Lagersitz 16 und andere an sich bekannte Baugruppen angeformt oder angebracht sein. An der Seitenwand können Luftleitplatten 18 angeformt sein. Im Beispiel sind die Luftleitplatten zum Führen der Luftströmung zwischen der Seitenwand 12 und dem Gehäusemantel 14 ausgebildet.
Die Lüfteranordnung umfasst ferner einen Antriebsmotor 20 und einen Impeller 40, der mit einer Welle 22 zur Drehlagerung des Impellers 40 gekoppelt ist. Der Antriebsmotor 20 umfasst einen Stator 24, eine Lagerhülse 26, ein erstes und ein zweites Kugellager 28, 30 und in dem gezeigten Beispiel eine Spiralfeder 32 zum Verspannen der Kugellager. Der Stator ist in dem gezeigten Beispiel mit einem Rückschlussring und bewickelten Statorpolen aufgebaut, wobei Rückschlussring und Pole auf an sich bekannte Art durch ein Blechpaket gebildet sein können. Die Lagerhülse 26 und der Stator 24 können mit dem Gehäuse fest verbunden sein, beispielsweise in einen entsprechenden Lagersitz eingepresst oder an das Gehäuse durch Spritzgießen angeformt sein. Die Welle 22 ist in den Kugellagern 28, 30 gelagert und trägt den Impeller, der um den Stator 24 umläuft. Der Impeller hat in dem gezeigten Beispiel die Form eines Doms, der den Stator 24 umgibt. An der Innenwand des Impellers 40 sind weitere Rotorbauteile ausgebildet oder integriert, z. B. durch Einfügen von Rotormagneten (nicht gezeigt) in die Impellerwand. Der Antriebsmotor 20 ist somit als Außenläufermotor konfiguriert. In manchen Ausgestaltungen kann der Impeller aus magnetischem Material bestehen und derart magnetisiert sein, dass kein zusätzlicher Rotormagnet nötig ist.
An der Außenseite der Seitenwand 12 des Gehäuses 10 ist eine Steuerplatine 50 angebracht, die eine Steuerelektronikbereich 52 und einen Anschlussbereich 54 umfasst. In dem gezeigten Beispiel ist der Steuerelektronikbereich 52 kreisförmig oder ungefähr kreisförmig und die Steuerplatine setzt sich in dem Anschlussbereich nach Art eines Steges, der von dem Anschlussbereich vorsteht, fort. Der Steuerelektronikbereich 52 kann z. B. Steuer- und Sensorbauteile 56 enthalten, z. B. einen Ansteuerschaltkreis, Leistungstransistoren, einen oder mehrere Hall-Sensoren etc., wie im Stand der Technik grundsätzlich bekannt ist. Der Steuerelektronikbereich 52 kann ferner Anschlusspads und/oder Anschlussöffnungen zur Verbindung mit Spulendrähten des Stators 24 aufweisen. Versorgungsleitungen und optionale Steuerleitungen führen von dem Steuerelektronikbereich 52 zu dem Anschlussbereich 54. Im Beispiel sind auch am Übergang zwischen dem Steuerelektronikbereich 52 und dem Anschlussbereich Komponenten der Steuerelektronik angeordnet.
Der Anschlussbereich 54 der Steuerplatine 50 trägt in dem gezeigten Beispiel eine Buchse 58 oder eine Stecker zum Anschließen von externen Versorgungsleitungen und optional externen Steuerleitungen. Im Folgenden wird der Einfachheit halber Bezug genommen auf einen Stecker 58, wobei dieser stellvertretend für jeden anderen Anschluss steht, wie eine Buchse, eine Klemme, o. ä. Alternativ zu der gezeigten Anordnung der Buchse 58, kann diese auch an der Außenseite des Gehäuses befestigt oder mit diesem einstückig ausgeformt sein. Die Buchse kann beispielsweise durch eine Klebverbindung, Steckverbindung, Heißverstemmen, eine Schweißverbindung oder Schraubverbindung an dem Gehäuse befestigt sein. In der Buchse 58 angeordnete elektrische Kontakte können dann beispielsweise mittels einer Steck-, Klemm- und/oder Lötverbindung mit der Steuerplatine 50 verbunden sein.
Der Stecker 58 sitzt in dem gezeigten Beispiel vollständig oder nahezu vollständig auf dem Anschlussbereich 54 der Steuerplatine 50 und ist mit dieser fest verbunden, beispielsweise durch Löten, Kleben und/oder Stecken. Der Stecker kann aber auch als Verlängerung der Steuerplatine ausgebildet sein und den Anschlussbereich 54 gar nicht oder nur teilweise überlappen.
Die Steuerplatine, einschließlich der Bauteile 56 und des Steckers 58, wird an der Seitenwand 12 des Gehäuses 10 und an einer Stirnseite des Gehäusemantels 14 in einer Dreipunkt-Auflage gelagert. Dies ist am besten in den 3 und 4 zu erkennen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird. Gleiche Komponenten wie in den 1 und 2 sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. 3 zeigt die Seitenwand 12 des Lüftergehäuses 10 mit aufgesetzter Steuerplatine 50, und 4 zeigt die Seitenwand 12 ohne Steuerplatine. Erfindungsgemäß sind an der Seitenwand 12 drei Auflagepunkte 60, 62, 64 für die Steuerplatine 50 ausgebildet. Einer der Auflagepunkte 60 liegt im Bereich einer kreisförmigen Aufnahme 66 an der Außenseite der Seitenwand 12, wobei die Aufnahme 66 durch eine entsprechende Vertiefung gebildet sein kann, so dass die Steuerplatine 50 in der Seitenwand 12 versenkt ist. Am Umfang der kreisförmigen Aufnahme 66 ist eine halbzylindrischer Pfosten 68 mit einem zugeordneten Sockel (nicht gezeigt) ausgebildet, der mit einer entsprechenden halbkreisförmigen Aussparung am Außenumfang des Steuerelektronikbereichs 52 der Steuerplatine in Eingriff kommt, wobei die Steuerplatine in diesem Auflagepunkt 60 auf dem Barunterliegenden Sockel ruht. Die beiden anderen Auflagepunkte 62, 64 sind an einem Tragteil 70 ausgebildet, wobei das Tragteil 70 in dem Beispiel der 3 und 4 an das Gehäuse 10 angeformt ist und von diesem seitlich absteht. In dem Beispiel der 1 und 2 ist kein separates Tragteil für den Anschlussbereich 54 der Steuerplatine 50 vorgesehen, und die beiden Auflagepunkte 62, 64 können direkt an der Seitenwand 12 oder an der entsprechenden Stirnwand des Gehäusemantels 14 gebildet sein. Die Auflagepunkte 62, 64 sind ähnlich ausgestaltet wie der Auflagepunkt 60, mit zylindrischen oder zylinderähnlichen Pfosten 72, 74 und entsprechend geformten Ausnehmungen an den Außenkanten des Anschlussbereichs 54 der Steuerplatine 50. Anstelle der halbzylindrischen oder zylindrischen Pfosten können auch Pfosten mit einer anderen Grundfläche eingesetzt werden, z. B. mit einer ovalen oder mehreckigen, z. B. dreieckigen, viereckigen, sechseckigen, achteckigen Grundfläche, nach Art eines allgemeinen Zylinders. Auch im Bereich der beiden Auflagepunkte 62, 64 liegt die Steuerplatine 50 auf Sockeln auf, welche im Fußbereich der Pfosten 72, 74 liegen.
Grundsätzlich können die Auflagepunkte auch ohne die Pfosten 68, 72, 74 realisiert werden, beispielsweise nur durch entsprechende Sockel (nicht gezeigt); die Pfosten 68, 72, 74 helfen jedoch bei der Ausrichtung und korrekten Positionierung der Steuerplatine 50.
Wenn die Steuerplatine 50 an der Außenseite der Seitenwand 12 auf den Auflagepunkten 60, 62, 64 positioniert ist, wird sie in diesen Auflagepunkten an der Seitenwand 12 fixiert, z. B. durch Nieten, Schrauben, Kleben, Heißverstemmen oder eine Kombination dieser Verbindungsverfahren. Vor dem Aufbringen der Steuerplatine auf die Seitenwand 12 können die Spulendrähte der Statorspulen durch die Stirnwand aus dem Gehäuse 10 nach außen geführt und durch Anschlussöffnungen 76 in der Steuerplatine 50 gefädelt werden. Die Spulendrähte werden jedoch an der Steuerplatine noch nicht angeschlossen und sind in den Anschlussöffnungen 76 mit Spiel gehalten, so dass die Verbindung der Steuerplatine 50 mit der Seitenwand 12 in den drei Auflagepunkten 60, 62, 64 vollständig spannungsfrei erfolgen kann. Erst nach dem Fixieren der Steuerplatine 50 an der Seitenwand 12 werden die Spulendrähte mit den Anschlussöffnungen durch Löten verbunden. Dabei können die Spulendrähte entweder direkt mit der Steuerplatine verbunden oder die Verbindung ist jeweils mittels eines Anschlusspins realisiert
Die Steuerplatine 12 mit dem Stecker 58 ist durch die Dreipunkt-Auflage gemäß der Erfindung dort am meisten unterstützt, nämlich durch zwei Auflagepunkte 62, 64, wo sie der größten Belastung ausgesetzt ist, nämlich im Bereich des Steckers 58 bzw. des Anschlussbereichs 54, wo zu erwarten ist, dass die Steuerplatine durch Ein- und Ausstecken eines entsprechenden Gegenstücks Druck- und Zugkräfte erfährt. Einer möglichen Verformung der Steuerplatine in diesem Bereich kann durch die zwei Auflagepunkte entgegengewirkt werden.
In dem gezeigten Beispiel ist in den Auflagepunkten 62 und 64 der Anschlussbereich 54 der Steuerplatine 50 gelagert. In einer alternativen Ausgestaltung ist es auch möglich, den Stecker 58 in diesen zwei Auflagepunkten 62, 64 direkt zu lagern, wenn der Stecker nicht auf der Steuerplatine 50 sitzt, sondern seitlich an dieser angebracht ist. Es ist ferner möglich, einen der zwei Auflagepunkte bzw. -pfosten 72, 74 dem Stecker 58 und einen dem Anschlussbereich 54 der Steuerplatine 50 zuzuordnen.
Die Lüfteranordnung kann wie folgt aufgebaut werden. Zunächst wird der Stator 24 mit der Lagerhülse 26 und den Kugellagern 28, 30 in dem Gehäuse 10 montiert, wobei der Stator 24 und die Lagerhülse 26 in der Seitenwand 12 des Gehäuses 10 gehalten sein können. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Lagerhülse 26 und die Seitenwand 12 einstückig miteinander ausgeformt sind und in einem Kunststoff Spritzgussprozess hergestellt werden. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Seitenwand 12 in einem Spritgussprozess an die Lagerhülse 26 angeformt wird. In solchen Ausgestaltungen sind auch unterschiedliche Materialpaarungen möglich, wobei die Lagerhülse 26 beispielsweise aus Metall besteht, während die Seitenwand 12 aus Kunststoff besteht. Die Anschlussenden der Spulendrähte der Statorspulen werden durch Öffnungen in der Stirnwand zur Außenseite des Statorgehäuses 10 geführt. Dann kann die Steuerplatine 50 an der Außenseite des Gehäuses 12 angebracht werden, wobei sie zunächst mithilfe der Pfosten 68, 72, 74 und den zugehörigen Ausnehmungen an der Steuerplatine in Eingriff gebracht und positioniert wird. Gleichzeitig können die Anschlussenden der Spulendrähte durch Anschlussöffnungen 76 in der Steuerplatine 50 geführt werden.
Die Steuerplatine 50 wird dann im Bereich der drei Auflagepunkte 60, 62, 64 fixiert, zum Beispiel indem sie an den Anschlusspfosten 68, 72, 74 heiß verstemmt wird, wobei auch andere Verbindungsarten, wie Kleben, Nieten und Schrauben möglich sind. Erst dann werden die Anschlussenden der Spulendrähte im Bereich der Anschlussöffnungen 76 verlötet.
Anschließend wird die Welle 22 in den Kugellagern 28, 30 montiert, wobei die Kugellager 28, 30 mithilfe der Feder 32 verspannt werden und gleichzeitig der Impeller 40 um die Statoranordnung herum angeordnet wird. Entgegen der Darstellung der 2 können der Impeller 40 und die Welle 22 einstückig ausgeformt sein, so dass kein weiterer Montageschritt zum Verbinden der Welle 22 mit dem Impeller 40 nötig ist. In dem gezeigten Beispiel ist der Rotor des Elektromotors 20 in den Impeller integriert.
Während der Montage der Lüfteranordnung werden auf die Steuerplatine 50 keine Spannungen ausgeübt, einerseits weil diese außen an dem Gehäuse 10 gelagert ist und andererseits weil sie durch die Dreipunkt-Auflage spannungsfrei gehalten wird.
Die 5 zeigt eine Explosionsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Lüfteranordnung gemäß der Erfindung. In dieser Ausgestaltung ist an der dem Lüfter abgewandten Seite der Steuerplatine 50 eine elektrisch leitende Abschirmplatte 84 angeordnet. Die Abschirmplatte 84 kann beispielsweise aus Metall gefertigt sein und ist geeignet, elektrostatische Entladungen abzuleiten. Desweiteren umfasst die Abschirmplatte 84 ein Federelement 88, um einen elektrischen Kontakt zu einem Massepotential der Steuerplatine der Lüfteranordnung herzustellen. Im Beispiel ist die Abschirmplatte elektrisch mit einem Erdungsstift 92 verbunden, wobei der Erdungsstift 92 mit einem Masseanschluss der Steuerplatine 50 gekoppelt ist. Der Erdungsstift 92 wird auch zum Erden des Stators verwendet und ist zu diesem Zweck in einer Bohrung oder dergleichen im Stator 24 befestigt.
Im Beispiel der 5 ist die Steuerplatine 50 mittels einer elektrisch isolierenden Platte als Isolationselement 82 gegen die Abschirmplatte 84 elektrisch isoliert. Das Isolationselement 82 weist eine Öffnung 90 auf, durch die der Erdungsstift 92 der Lüfteranordnung geführt ist. Der Erdungsstift 92 kontaktiert das Federelement 88 der Abschirmplatte 84 elektrisch leitend. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass das Federelement gegen eine entsprechende leitende Fläche der Steuerplatine 50 drückt, wobei die leitende Fläche mit Masse verbunden ist. Dagegen werden über die Steuerplatine hinausragende Anschlussstifte 94 zum elektrischen Verbinden der Phasen der Motorwicklung mit der Steuerplatine durch das Isolationselement 82 gegen die Abschirmplatte 82 elektrisch isoliert. Die Abschirmplatte 84 weist im Beispiel zwei Löcher 86 auf, um genügend Freiraum für über die Steuerplatine 50 hinausragende Anschlussstifte 94 bereitzustellen. Die Anschlussstifte 94 dienen zum Verbinden der Phasen der Motorwicklung mit der Steuerplatine, wobei die Anschlussstifte 94 über die Steuerplatine 50 hinausragen und durch die Löcher 86 geführt sind. Dabei werden die Anschlussstifte 94 mittels des Isolationselements 82 gegen die Abschirmplatte 84 elektrisch isoliert.
Desweiteren sind im Ausführungsbeispiel der 5 am Tragteil 70 und an der Außenseite des Lüftergehäuses 10, im Bereich des Tragteils 70, Quetschrippen 78, 80 zur Befestigung der Steuerplatine 50 ausgebildet. Die Quetschrippen 78, 80 sind also im Bereich der zwei am Tragteil 70 angeordneten Auflagepunkte 62, 64 zur Befestigung der Steuerplatine angeordnet. Durch diese Quetschrippen kann, in Verbindung mit den drei Auflagepunkten 60, 62, 64, eine spielfreie Befestigung der Steuerplatine erreicht und ein Vibrieren der Steuerplatine unterbunden werden.
Die 6 zeigt eine Schnittansicht der Lüfteranordnung aus 5. In dieser Ansicht ist gut zu erkennen, wie der im Stator 24 befestigte Erdungsstift 92 durch die Öffnung 90 des Isolationselements 82 geführt ist und gegen das Federelement 88 der Abschirmplatte drückt, wodurch diese elektrisch leitend kontaktiert wird. Der Erdungsstift 92 ist seinerseits in elektrischem Kontakt mit einem Masseanschluss der Steuerplatine 50 verbunden. Ebenso ist gut zu erkennen, wie das Isolationselement 82 den Anschlussstift 94, der eine Phase der Motorwicklung mit der Steuerplatine 50 verbindet, gegen die Abschirmplatte 84 isoliert.
Die in der 6 gezeigte Abschirmplatte 84 weist einen Kragen 100 auf, der in Richtung der Statoranordnung gebogen ist. Die Welle 22 erstreckt sich in radialer Richtung durch die Öffnung der Abschirmplatte 84 und durch eine entsprechende Öffnung der Steuerplatine. Die Abschirmplatte 84 ist in einem Abstand D1 zur Welle der Lüfteranordnung angeordnet. Beispielsweise liegt der Abstand D1 im Bereich von 0,2 mm bis 3 mm, insbesondere im Bereich 0,3 mm bis 1 mm. Der Innenrand der Öffnung der Steuerplatine weist einen Abstand D2 zur Welle 22 auf, wobei der Abstand D2 im Bereich von 0,3 mm bis 5 mm, insbesondere Im Bereich von 0,4 mm bis 2 mm liegt. Die Welle 22 ist mittig in den Öffnungen der Abschirmplatte 84 und der Steuerplatine 50 angeordnet. Somit kann eine elektrostatische Aufladung der Welle 22 über die Abschirmplatte 84 abgeleitet werden, wobei die Ladung über das Federelement 88, den Statorstift 92 zu einem Masseanschluss der Steuerplatine 50 geleitet wird. Der Masseanschluss der Steuerplatine kann seinerseits über den Stecker 58 mit einer externen Erdung verbunden sein. Somit kann ein sicherer ESD-Schutz gewährleistet ist.
Die 7 zeigt eine weitere ESD-Schutz-Maßnahme, die alternativ oder zusätzlich zur Abschirmplatte 84 vorgenommen werden kann. Dazu sind auf der Steuerplatine 50 zusätzliche Leiterbahnstrukturen 110 im Bereich der Wellendurchführung vorhanden. Im Beispiel ist auf der Oberseite der Steuerplatine 50 eine konzentrisch zur Öffnung der Steuerplatine angeordnete ringförmige Leiterbahn 110 ausgebildet. Analog kann eine weitere ringförmige Leiterbahn auf der Unterseite der Steuerplatine ausgebildet sein. Beide ringförmigen Leiterbahnen sind beispielsweise über eine Durchkontaktierung 112 miteinander verbunden und über eine oder mehrere Leiterbahnen 114 mit dem Stecker 58 der Steuerplatine 50 verbunden. Über den Stecker kann somit ein Anschluss für eine externe Erdung bereitgestellt werden. Das Isolationselement 82 weist in dieser Variante eine entsprechende Öffnung zur Durchführung der Welle 22 auf. Die Leiterbahnstrukturen sind beispielweise in einem Abstand von 0,1 mm bis 0,6 mm vom Rand der Öffnung angeordnet. Die Leiterbahnstrukturen können aber auch bis zum Rand der Öffnung hin ausgebildet sein.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale, sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination, können für die Verwirklichung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
Bezugszeichenliste

10: Gehäuse
12: Seitenwand
14: Gehäusemantel
16: Lagersitz
18: Luftleitplatten
20: Antriebsmotor
22: Welle
24: Stator
26: Lagerhülse
28, 30: Kugellager
32: Spiralfeder
40: Impeller
50: Steuerplatine
52: Steuerelektronikbereich
54: Anschlussbereich
56: Steuer- und Sensorbauteile
58: Buchse, Stecker
60, 62, 64: Auflagepunkte
66: kreisförmige Aufnahme
68: Pfosten
70: Tragteil
72, 74: Pfosten
76: Anschlussöffnungen
78, 80: Quetschrippen
82: Isolationselement
84: Abschirmplatte
86: Löcher
88: Federelement
90: Öffnung/Loch
92: Erdungsstift
94: Anschlussstift
100: Kragen
110, 112: Leiterbahnen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2015/0064024 A1 [0002]
DE 102009018117 A1 [0003]

Claims

Lüfteranordnung, umfassend ein Lüftergehäuse (10), einen Antriebsmotor (20), der in dem Lüftergehäuse (10) aufgenommen ist, und eine Steuerplatine (50) für den Antriebsmotor (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerplatine (50) an einer Außenseite des Lüftergehäuses (10) an drei Auflagepunkten (60, 62, 64) befestigt ist.
Lüfteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerplatine (50) und das Anschlussbauteil (58) an der Außenseite des Lüftergehäuses (10) an genau drei Auflagepunkten (60, 62, 64) befestigt sind.
Lüfteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Steuerplatine (50) ein Anschlussbauteil (58) angebracht ist.
Lüfteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerplatine (50) einen Steuerelektronikbereich (52) und einen Anschlussbereich (54) aufweist, wobei sich der Anschlussbereich (54) nach Art eines Steges von dem Steuerelektronikbereich (52) weg erstreckt.
Lüfteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussbauteil (58) auf dem Anschlussbereich (54) der Steuerplatine (50) montiert ist.
Lüfteranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der drei Auflagepunkte (62, 64) zwischen dem Anschlussbereich (54) und/oder dem Anschlussbauteil (58) und der Außenseite des Lüftergehäuses (10) gebildet sind.
Lüfteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Auflagepunkt (60) zwischen dem Steuerelektronikbereich (52) der Steuerplatine (50) und der Außenseite des Lüftergehäuses (10) gebildet ist.
Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlussbereich (54) der Steuerplatine (50) an der Außenseite des Lüftergehäuses (10) formschlüssig gehalten ist.
Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussbauteil (58) an der Außenseite des Lüftergehäuses (10) formschlüssig gehalten ist.
Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussbauteil (58) mit der Außenseite des Lüftergehäuses (10) an den Auflagepunkten (60, 62, 64) verschweißt, verklebt, heißverstemmt oder verschraubt ist.
Lüfteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerplatine (50) mit der Außenseite des Lüftergehäuses (10) an den Auflagepunkten (60, 62, 64) verschweißt, verklebt, heißverstemmt oder verschraubt ist.
Lüfteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Antriebsmotor (20) Anschlusspins ausgebildet sind, die durch Öffnungen in dem Lüftergehäuse (10) zu der Außenseite des Lüftergehäuses (10) geführt sind, wobei die Steuerplatine (50) relativ zu den Anschlusspins mit Spiel positioniert ist, bevor sie mit den Anschlusspins elektrisch gekoppelt wird.
Lüfteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Lüfter abgewandten Seite der Steuerplatine (50) eine elektrisch leitende Abschirmplatte (84) angeordnet und mit einem Masseanschluss der Steuerplatine elektrisch leitend gekoppelt ist.
Lüfteranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmplatte ein Federelement (88) umfasst, wobei das Federelement (88) einen Masseanschluss der Steuerplatine (50) oder einen mit der Steuerplatine (50) gekoppelten Erdungsstift (92) elektrisch leitend kontaktiert.
Lüfteranordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Steuerplatine (50) und der Abschirmplatte (84) ein elektrisch isolierendes Isolationselement (82) angeordnet ist, wobei das Isolationselement (82) eine Öffnung (90) oder Aussparung aufweist, durch welche hindurch die Abschirmplatte (84) und das Massepotential der Steuerplatine (50), beziehungsweise die Abschirmplatte (84) und der Erdungsstift (92), elektrisch leitend miteinander gekoppelt sind.
Lüfteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Tragteil (70) und/oder an der Außenseite des Lüftergehäuses (10) im Bereich des Tragteils (70) Mittel (78, 80) zum Herstellen einer kraftschlüssigen und/oder formschlüssigen Verbindung mit der Steuerplatine (50) ausgebildet sind.
Lüfteranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Herstellen der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung eine oder mehrere Quetschrippen umfassen.
Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmplatte (84) eine Öffnung aufweist, in welche die Welle der Lüfteranordnung hineinragt oder durch welche die Welle (22) der Lüfteranordnung hindurchragt.
Lüfteranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung der Abschirmplatte (84) einen in eine Richtung parallel zur Welle (22) hingebogenen Kragen (100) aufweist.
Lüfteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerplatine (50) eine Öffnung aufweist, durch welche die Welle (22) der Lüfteranordnung hindurchgeführt ist, wobei die Steuerplatine (22) im Bereich dieser Öffnung konzentrisch zur Öffnung angeordnete Leiterstrukturen (110) zum Ableiten einer elektrostatischen Aufladung der Welle aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Lüfteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Verfahrensschritten: Bereitstellen eines Lüftergehäuses (10), das eine erste offene und eine zweite, gegenüberliegende Seite aufweist; Einbringen eines Stators eines Antriebsmotors (20) in das Lüftergehäuse (10) von der ersten Seite des Lüftergehäuses; Positionieren einer Steuerplatine (50) an dem Lüftergehäuse (10) von der zweiten Seite des Lüftergehäuses; und Befestigen der Steuerplatine (50) an der Außenseite des Lüftergehäuses (10) an drei Auflagepunkten (60, 62, 64).