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Die Erfindung geht aus von einem Stator für einen Lüfter mit einem Innenläufer sowie einem Herstellungsverfahren für einen solchen Stator nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus
DE 10 2017 0026001 A1 ist es bekannt, dass eine Kühlung im Inneren eines Steuergeräts durch einen Lüfter unterstützt werden kann.
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Der erfindungsgemäße Stator für einen Lüfter mit einem Innenläufer sowie das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für einen Stator mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass der erfindungsgemäße Stator einfacher hergestellt werden kann und damit kostengünstiger ist.
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Dazu wird ein Stator für einen Lüfter mit einem Innenläufer vorgeschlagen, der einen Hohlzylinder, eine Mehrzahl von Spulen, die auf dem Hohlzylinder angeordnet sind, wobei die Spulen jeweils einen T-Blechprofilstapel, der an dem Hohlzylinder befestigt ist, und einen Spulendraht, der um den Blechprofilstapel gewickelt ist, aufweisen. Weiterhin ist eine Platine vorgesehen, die als ein erster Kreisring und mehrlagig ausgebildet ist und die Anschlüsse für den jeweiligen Spulendraht aufweist. Weiterhin gibt es einen magnetischen Rückschluss, der als ein zweiter Kreisring ausgebildet ist und über den Hohlzylinder geschoben ist sowie Befestigungsmittel zur Befestigung mit dem Hohlzylinder und/oder der Platine aufweist.
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Weiterhin wird ein Herstellungsverfahren für einen solchen Stator vorgeschlagen mit folgenden Verfahrensschritten:
- - Bereitstellen eines Hohlzylinders
- - Anordnen einer Mehrzahl von Spulen auf dem Hohlzylinder, wobei zuvor ein Spulendraht um einen T-Blechprofilstapel gewickelt wird, wobei die Spulen jeweils den T-Blechprofilstapel mit dem umwickelten Spulendraht aufweisen
- - Vorsehen einer Platine, die als ein erster Kreisring ausgebildet ist und die jeweiligen Anschlüsse für den jeweiligen Spulendraht aufweist
- - Überschieben eines magnetischen Rückschlusses über den Hohlzylinder, wobei der magnetische Rückschluss als ein zweiter Kreisring ausgebildet ist
- - Befestigen des magnetischen Rückschlusses durch Befestigungsmittel am Hohlzylinder und/oder an der Platine.
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Bei dem erfindungsgemäßen Stator handelt es sich wie gemäß Patentanspruch 1 definiert um einen Hohlzylinder, an dem verschiedene Komponenten angebaut oder befestigt sind. Der Stator bewegt sich gemäß seiner Bezeichnung nicht, während der Innenläufer als Rotor sich dreht. Vorliegend soll diese Konfiguration für einen Lüfter vorgesehen sein. Daher sind eine einfache Herstellung und ein einfacher Aufbau notwendig. Der Hohlzylinder ist ein Gebilde beispielsweise mit Seitenwänden und einem Boden, der üblicherweise aus Kunststoff, Keramik oder einem metallischem Werkstoff hergestellt sein kann.
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In den Hohlzylinder wird eine Mehrzahl von Spulen angeordnet, wobei beispielsweise 12 oder 14 Spulen sich vorliegend als besonders geeignet gezeigt haben. Die Spulen bestehen selbst aus einem T-Blechprofilstapel, der aus vielen Blechen besteht, die voneinander isoliert, aber eben aufeinander gestapelt sind. Die Isolierung kann durch eine Lackierung mit einem isolierendem Lack erfolgen. Insbesondere weisen diese Blechprofile vorliegend eine T-Form auf, die sich für den Aufbau als besonders geeignet gezeigt hat.
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Der Hohlzylinder kann bspw. einen Ring mit zwei radial beabstandeten Wänden und einem Boden aufweisen, oder der Hohlzylinder ist wie ein offener Zylinderhut mit einer Auflagefläche für die Platine ausgebildet. Weitere geeignete Ausformungen sind vorliegend möglich.
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Es ist vorgesehen, dass die T-Blechprofilstapel mit dem Spulendraht umwickelt werden. Durch diesen Spulendraht wird der Strom fließen. In einem folgenden Arbeitsschritt wird der mit Spulendraht umwickelte T-Blechprofilstapel durch eine form-, kraft- oder stoffschlüssige Verbindung an dem Hohlzylinder befestigt.
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Bei dem Spulendraht handelt es sich um einen Kupferdraht, der eine Isolierung bspw. als ein Mantel aufweist. Weiterhin ist eine Platine in dem Stator vorgesehen, die als ein erster Kreisring ausgebildet ist und insbesondere auch mehrlagig ausgebildet ist, um mehrere Leitungen darauf und übereinander zu platzieren. Dieser Kreisring als die Platine wird beispielsweise auf dem Boden des Hohlzylinders aufgesetzt, wobei dann der Hohlzylinder zumindest einseitig offen ist, wenn man von einem Ring mit zwei Wänden und nur einem Boden ausgeht. Auf dem Boden kann die Platine dann beispielsweise durch Schrauben befestigt sein. Aber auch andere Verbindungsarten sind vorliegend möglich. Weiterhin weist die Platine Anschlüsse für den jeweiligen Spulendraht auf, auf den dann der Spulendraht dann auch entsprechend befestigt wird, beispielsweise aufgelötet, aufgeklebt, aufgewickelt oder mit weiteren Verbindungsmitteln. Über den Zylinder wird dann noch ein magnetischer Rückschluss geschoben, der als ein zweiter Kreisring ausgebildet ist oder auch als ein Hohlzylinder. Für die Befestigung an dem Hohlzylinder weist dann der magnetische Rückschluss Befestigungsmittel auf, die dann eine Befestigung am Hohlzylinder selbst und/oder an der Platine ermöglichen. Der magnetische Rückschluss ist aus einer ferromagnetischen Metalllegierung oder aus einem ferritmagnetischen Werkstoff ausgebildet, um auf die magnetische Flussdichte gezielt Einfluss zu nehmen und zugleich um eine hohe magnetische Permeabilität zu erreichen.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des in dem unabhängigen Patentanspruch angegebenen Stators für einen Lüfter mit einem Innenläufer möglich.
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Es ist vorgesehen, dass eine erste Fläche des ersten Kreisrings sich radial in Bezug auf eine Rotationsachse des Hohlzylinders und eine zweite Fläche des zweiten Kreisrings sich axial erstrecken. Das heißt, ausgehend von der Mittelachse des Hohlzylinders ist die Platine eben in radialer Richtung. Der magnetische Rückschluss dagegen befindet sich auf einem bestimmten Radius und erstreckt sich dann in axialer Richtung.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Befestigungsmittel wenigstens eine erste Lasche aufweisen. Diese Lasche kann dann vorteilhafterweise zur Befestigung umgebogen werden und an der Platine angelötet oder angeschweißt sein. Alternativ ist es möglich, dass dies auch an dem Hohlzylinder selbst erfolgt. Auch andere Befestigungsmethoden sind möglich.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass der T-Blechprofilstapel durch einen Deckel form- und/oder kraftschlüssig am Hohlzylinder befestigt ist. Damit ist eine einfache Befestigung im Fertigungsprozess, die auch noch lösbar sein kann, möglich, um einen Austausch später leicht zu ermöglichen. Der Deckel kann dann den T-Blechprofilstapel abschließen, sodass die T-Blechprofile festgehalten werden und beispielsweise mittels eines Klickverschlusses wird dann der Deckel am Hohlzylinder befestigt.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass die vom Deckel abgewandte Seite des T-Blechprofilstapels wenigstens eine zweite Lasche aufweist, die durch oder an der Platine vorbeigeführt ist. Mit dieser weiteren zweiten Lasche ist es dann möglich, durch ein entsprechendes Umbiegen und Anlöten oder Anschweißen den T-Blechprofilstapel auch an der Unterseite zu fixieren. Dies verringert die Belastung der Befestigung durch den Deckel. Ferner gestattet die Befestigung über Laschen einen Toleranzausgleich von Lage und Position der T-Blechprofilstapel und/oder von dessen Maßen.
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Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass der Spulendraht von innen nach außen in radialer Richtung gewickelt ist. Dies ist eine effiziente Methode, um den Spulendraht so eng wie möglich zu wickeln.
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Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass die Platine in einer Lage eine Metallfläche aufweist, um die elektromagnetische Abschirmung zu erreichen. Diese Maßnahme hilft, um die stromführenden Leitungen, die als Antennen wirken können, effektiv abzuschirmen. Es ist auch möglich, dass mehrere Metallflächen in der Mehrlagenplatine angeordnet sind. Die Metallisierung wird vorzugsweise durch Kupfer erreicht.
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Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass die Anschlüsse jeweils als Stab ausgebildet sind und in der Platine durchgesteckt sind und so, dass der jeweilige Stab zu beiden Seiten der Platine hinausragt. Damit ist eine einfache Verbindung von beiden Seiten mit der Platine und dem Spulendraht möglich.
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Weiterhin wird ein Lüfter mit einem solchen Stator und einem Innenläufer als Rotor vorgeschlagen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen
- 1 einen erfindungsgemäßen Lüfter,
- 2 eine Detailansicht des Stators mit einem T-Blechprofilstapel,
- 3 eine Draufsicht auf einen T-Blechprofilstapel mit dem Spulendraht,
- 4 eine Seitenansicht des T-Blechprofilstapels,
- 5 eine Ansicht des magnetischen Rückschlusses,
- 6 ein erstes Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens und
- 7 ein zweites Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Lüfter mit einem Rotor RO und einem Stator ST. Der Rotor RO als Innenläufer dreht sich unter dem Einfluss eines Magnetfelds, das durch den Stator und dabei die auf dem Stator befindlichen Spulen erzeugt wird. Dafür weist der Rotor Permanentmagnete auf, die in Wechselwirkung mit dem Feld durch die Spulen treten. Der Rotor wird dann saugend oder blasend auf eine Luft oder ein anderes Gas und sorgt dafür für einen Kühleffekt, indem die Wärme damit abtransportiert wird. Der erfindungsgemäße Stator ST ist dabei erfindungsgemäß ausgeführt.
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2 zeigt eine perspektivische Detailansicht eines solchen Stators. Der Innenläufer als Rotor RO mit einem Permanentmagnet PM ist durch einen Luftspalt LS von dem Hohlzylinder HZ, der Teil des Stators ist, getrennt. Der Hohlzylinder HZ weist vorliegend zwei Wände auf und einen Boden, wobei auf dem Boden eine Platine PL beispielsweise durch eine Schraubverbindung SV befestigt ist. Ein T-Blechprofilstapel BPS ist vorliegend in diesen Hohlzylinder eingebaut, indem ein Deckel KV als Klickverbindung diesen Blechprofilstapel BPS befestigt. Durch die Lasche LaB wird der Blechprofilstapel von der anderen Seite befestigt, indem beispielsweise diese Lasche LaB umgebogen wird und dann verlötet wird. Der Blechprofilstapel weist den Deckel KV auf, der an der Außenseite in eine Aussparung A ragt. Die Aussparung dient dazu, den T-Blechprofilstapel BPS zu befestigen.
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Ein magnetischer Rückschluss MR, ebenfalls als Kreisring oder als Hohlzylinder ausgebildet, ist über den Hohlzylinder HZ, ohne einen Luftspalt zwischen dem Hohlzylinder HZ und dem magnetischen Rückschluss vorzusehen, geschoben und ist als Metallkreisring ausgebildet, beispielsweise aus einer ferromagnetischen Metalllegierung, beispielsweise aus einer FeSi-Legierung.
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Der magnetische Rückschluss MR ist dazu gedacht, den magnetischen Fluss möglichst verlustarm zu bündeln und zu führen. Der magnetische Rückschluss weist auch eine Lasche La auf, die vorliegend umgebogen ist und dann mit dem Hohlzylinder HZ oder der Platine PL stoffschlüssig verbunden wird. In der Platine sind Elektroden EL vorgesehen, an die der Spulendraht, der vorliegend nicht dargestellt ist, dann befestigt wird, beispielsweise durch Verlöten. Diese Elektroden EL sind stabförmig ausgebildet und stecken durch die Platine PL und beispielsweise auch dem Boden des Hohlzylinders durch, sodass diese Elektroden EL von beiden Seiten an den Hohlzylinder bzw. die Platine leicht befestigt werden können, bzw. auch dann der Spulendraht. Auf der Platine PL sind auch Leiterbahnen LB gezeigt, die für die Bestromung der Spule gedacht sind. Ferner weist die Platine PL einen mehrpoligen Steckverbinder STV vorzugsweise vom Typ Wire-to-Board-Steckverbinder auf, der eine elektrische Kontaktierung der Spulen SP zu einer externen Steuereinheit SE erst ermöglicht.
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3 zeigt eine Draufsicht auf eine Spule im erfindungsgemäßen Stator. Wiederum ist der Deckel KV zu sehen, der den Blechstapel abdeckt. Nunmehr sind auch geschnitten die Spulenwicklungen zu sehen des Spulendrahts SP. Vorliegend wird von innen nach außen gewickelt. Auch der magnetische Rückschluss ist hier mit MR bezeichnet.
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4 zeigt einen Seitenschnitt durch den erfindungsgemäßen T-Blechprofilstapel BPS. Neben dem Luftkanal LK ist nun der Stator gezeigt mit dem T-Blechprofilstapel BPS, der durch den Deckel KV abgeschlossen ist und unten durch die Lasche LAB am Hohlzylinder bzw. der Platine befestigt ist. Weiterhin ist die Elektrode EL zu sehen sowie die Lasche La vom magnetischen Rückschluss MR.
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5 zeigt eine Ansicht des magnetischen Rückschlusses. Zu sehen ist die Aussparung 50 sowie die Lasche La, die später umgebogen wird.
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6 zeigt ein erstes Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens. In Verfahrensschritt 600 wird der Hohlzylinder bereitgestellt. Vorliegend ist der Hohlzylinder an einer Seite offen, sodass dann die Seitenwände und ein Boden vorhanden sind. In diesen Hohlzylinder werden die Spulen eingebracht, die oben genannten T-Blechprofilstapel. Verfahrensschritt 601 wird weiterhin, dies dann wie oben gezeigt, mit dem Hohlzylinder verbunden und die Spulen sind bereits vorher über den jeweiligen T-Blechprofilstapel gewickelt worden. In Verfahrensschritt 602 wird die Platine eingebracht, die auf dem Boden platziert wird und mit dem Boden des Hohlzylinders beispielsweise verschraubt wird. Der Spulendraht wird mit den Elektroden auf der Platine verbunden. In Verfahrensschritt 603 wird der magnetische Rückschluss über den Hohlzylinder geschoben und durch die Laschen La befestigt.
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7 zeigt ein zweites Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Verfahrensschritt 700 erfolgt die Bereitstellung des Hohlzylinders. Dann wird in Verfahrensschritt 701 den Spulendraht um einen jeweiligen Vierkantkörper gewickelt. Es liegen so viele Vierkantkörper vor, wie Spulen vorgesehen sind. In Verfahrensschritt 702 erfolgt ein Straffen, Ausrichten und Verdrillen der Spulenenden. In Verfahrensschritt 703 kommt es zu einem Abziehen der Spule vom jeweiligen Vierkantkörper und ein Überziehen der jeweiligen Spule um den jeweiligen T-Blechprofilstapel. Verfahrensschritt 704 sieht vor, dass die Isolationsschicht des Spulendrahts an seinen Enden durch Lötzinn oder etwas Entsprechendem abgelöst und verzinnt wird. Eventuell werden nun die Elektroden in Richtung Platine ausgerichtet. Nun in Verfahrensschritt 705 erfolgt das Zusammenführen der Elektroden und Spulenenden in einer vorbestimmten Lage. In Verfahrensschritt 706 kommt es zu einem Zusammenfügen des T-Blechprofilstapels mit der Platine in einer Schräglage. Weiterhin wird die Platine mit dem Steckverbinder zusammengefügt. In Verfahrensschritt 707 erfolgt ein Schwenken des T-Blechprofils von ca. 60° in eine 90°-Stellung. Es kommt zur einer Arretierung mittels eines Klickverschlusses. Das T-Blechprofil ist nun ohne Luftspalt mit dem Hohlzylinder verbunden. Die Verfahrensschritte 706 und 707 werden für jede Spule wiederholt, bspw. 14mal. In Verfahrensschritt 708 erfolgt das Wenden der ganzen Einheit, d.h. des Hohlzylinders mit angebauten Spulen. In Verfahrensschritt 709 erfolgt ein Umbiegen und Fixierung bzw. Anlöten von Laschen. Der Verfahrensschritt 710 sieht ein Verlöten der Elektroden mit der Platine mit einem Lötroboter vor. Dann erfolgt in Verfahrensschritt 711 ein Überziehen des magnetischen Rückschlusses. In Verfahrensschritt 712 werden auch die Laschen des magnetischen Rückschlusses umgebogen und verlötet oder anders fixiert.
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Bezugszeichenliste
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- ST
- Stator
- RO
- Rotor
- HZ
- Hohlzylinder
- LS
- Luftspalt
- PM
- Permanentmagnet
- MR
- magnetischer Rückschluss
- KV
- Deckel
- A
- Aussparung
- BPS
- T-Blechprofilstapel
- EL
- Elektrode
- LB
- Leiterbahn
- PL
- Platine
- La
- Lasche
- SV
- Schraubverbindung
- LaB
- Lasche des Blechprofilstapels
- SP
- Spulen
- STV
- mehrpoliger Steckverbinder
- SE
- Steuereinheit
- LK
- Luftkanal
- 50
- Aussparung
- 600 - 603
- Verfahrensschritte
- 700-712
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 1020170026001 A1 [0002]
