DE102020124233A1

DE102020124233A1 - Verbindung eines Lüfterrads mit einem rotierenden Motorbauteil eines Lüftermotors

Info

Publication number: DE102020124233A1
Application number: DE102020124233.6A
Authority: DE
Inventors: Oliver Vogt; Tobias Kirchmeier
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2021-04-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindung eines Lüfterrads (32), vorzugsweise bestehend aus Kunststoff oder Leichtmetall, mit einem rotierenden Motorbauteil (16) eines Lüftermotors, wobei das Lüfterrad (32) unmittelbar oder mit Hilfe eines Verbindungsbauteils (34) am rotierenden Motorbauteil (16) befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung eines Lüfterrads mit einem rotierenden Motorbauteil eines Lüftermotors gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Lüftermotor mit niedriger Bauhöhe.
Ein Problem bei flachen Motoren mit einer Bauhöhe von 5 mm oder weniger ist, dass eine stabile Verbindung zwischen dem rotierenden Motorbauteil, beispielsweise der Welle des Lüftermotors, und dem Lüfterrad schwer zu realisieren ist.
Grund dafür ist, dass das rotierende Motorbauteil in der Regel aus Metall besteht, während das Lüfterrad in der Regel aus Kunststoff besteht. Insbesondere bei einer geringen Verbindungslänge ist es schwierig, Kunststoff mit Metall zu verbinden, beispielsweise mittels einer Press- oder Klebeverbindung. Bei einer Pressverbindung ist das Problem die geringe zur Verfügung stehende Verbindungslänge, bei einer Klebeverbindung ist das Problem die geringe Klebefläche. Ferner scheidet eine Schweißverbindung zum Befestigen eines Kunststoffteils auf einem Metallteil aus.
Die DE 10 2014 213 132 A1 offenbart einen Läufer für eine Turbine oder einen Verdichter, welcher eine Welle und ein Flügelrad aufweist, wobei das Flügelrad mittels eines am Flügelrad angeordneten Gewindezapfens in eine Gewindebohrung der Welle eingeschraubt ist.
Die DE 10 2018 006 553 A1 offenbart eine Montagestruktur für ein Kühlgebläse, welches ein Lüfterrad aufweist, das mittels eines Verbindungsbauteils in Form eines Federrings mit dem Rotor des Gebläsemotos verbunden ist.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Verbindung eines Lüfterrads, insbesondere aus Kunststoff oder auch aus Leichtmetall, mit einem rotierenden Motorbauteil eines Lüftermotors anzugeben, die auch bei Motoren mit niedriger Bauhöhe und geringer Verbindungslänge eine stabile und sichere Verbindung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindung des Lüfterrads mit einem rotierenden Motorbauteil des Lüftermotors dadurch gelöst, dass das Lüfterrad mittels einer Schraubverbindung oder Zapfenverbindung auf dem rotierenden Motorbauteil befestigt ist. Insbesondere wird für die Schraubverbindung keine separate Schraube benötigt, sondern die Schraube ist im Lüfterrad integriert.
Hierzu ist es vorgesehen, dass das Lüfterrad einen Gewindezapfen aufweist, der in eine Gewindebohrung des rotierenden Motorbauteils eingeschraubt ist, wobei es sich bei dem rotierenden Motorbauteil vorzugsweise um die Welle des Motors handelt. Nach dem Einschrauben des Gewindezapfens liegt die Unterseite des Lüfterrads vorzugsweise auf der Stirnseite der Welle auf.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Lüfterrad einen Zapfen aufweist, der mittels einer Fügeverbindung, vorzugsweise in Form einer Presspassung, Übergangspassung oder Spielpassung und/oder einer Klebeverbindung in einer Bohrung der Welle befestigt ist. Der Zapfen kann vorzugsweise eine durchgehende axiale Durchgangsbohrung aufweisen, die zur Entlüftung eines Hohlraums dient, der sich unterhalb der Fügeverbindung zwischen Welle und Zapfen bildet.
Da die Länge der Welle im Vergleich zur Bauhöhe des Elektromotors relativ groß ist, ist es möglich, die Gewindebohrung bzw. die Zapfenbohrung der Welle ausreichend lang zu dimensionieren, sodass die Verbindungslänge zwischen dem Gewindezapfen des Lüfterrads und der Gewindebohrung der Welle bzw. dem Zapfen des Lüfterrads und der Zapfenbohrung in der Welle ausreichend groß bemessen sein kann.
Der Zapfen kann vorzugsweise eine durchgehende axiale Durchgangsbohrung aufweisen, die zur Entlüftung eines Hohlraums dient, der sich unterhalb der Fügeverbindung zwischen Welle und Zapfen bildet. Die Fügelänge des Zapfens reicht vorzugsweise mindestens bis zu einem Apex der Lagerrillenstrukturen eines zwischen der Welle und der Lagerbuchse des Lüftermotors angeordneten fluiddynamischen Radiallagers, und vorzugsweise über den Apex hinaus
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verbindung des Lüfterrads mit dem rotierenden Motorbauteil des Lüftermotors dadurch gelöst, dass das Lüfterrad mit Hilfe eines Verbindungsbauteils an dem rotierenden Motorbauteil befestigt ist.
Bei dem Verbindungsbauteil handelt es sich um ein zusätzliches Bauteil, das die Verbindungen zwischen dem Lüfterrad und dem rotierenden Motorbauteil herstellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das rotierende Motorbauteil als Welle des Motors ausgebildet bzw. umfasst eine Welle.
So ist es in einer vorteilhaften Ausführungsform in der Erfindung vorgesehen, dass das Verbindungsbauteil eine zentrale Bohrung aufweist und auf ein freies Ende der Welle aufgepresst ist. Gegebenenfalls kann diese Pressverbindung durch eine Klebeverbindung unterstützt sein.
Das Verbindungsbauteil zwischen dem Lüfterrad und der Welle kann entweder durch eine Nabe des Lüftermotors oder durch ein im Lüfterrad eingebundenes Einlegeteil gebildet sein. Ist das Verbindungsbauteil eine Nabe, so wird das Lüfterrad vorteilhaft am Außenumfang der Nabe befestigt. Ist das Verbindungsbauteil ein Einlegeteil, so wird dieses mit dem Werkstoff des Lüfterrads umspritzt.
Das Verbindungsbauteil in Form einer Nabe oder eines Einlegeteils des Lüfterrads kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung einen Gewindezapfen aufweisen, der in eine Gewindebohrung der Welle eingeschraubt ist. Nach dem Einschrauben des Gewindezapfens liegt die Unterseite der Nabe bzw. des Einlegeteils des Lüfterrads vorzugsweise auf der Stirnseite der Welle auf.
In ähnlicher Weise kann das Verbindungsbauteil lediglich einen Zapfen aufweisen, der in eine Zapfenbohrung der Welle eingefügt und/oder eingeklebt ist. Die Fügeverbindung kann eine Presspassung, Übergangspassung oder Spielpassung sein. Der Zapfen kann vorzugsweise eine durchgehende axiale Durchgangsbohrung aufweisen, die zur Entlüftung eines Hohlraums dient, der sich unterhalb der Fügeverbindung zwischen Welle und Zapfen bildet. Die Fügelänge des Zapfens reicht vorzugsweise mindestens bis zu einem Apex der Lagerrillenstrukturen eines zwischen der Welle und der Lagerbuchse des Lüftermotors angeordneten fluiddynamischen Radiallagers, und vorzugsweise über den Apex hinaus.
Das Verbindungsbauteil und die Welle als rotierendes Motorbauteil sind vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt. Es kann sich dabei vorteilhaft um einen metallischen Werkstoff aus derselben Werkstoffgruppe handeln, beispielsweise um Stahl.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann das rotierende Motorbauteil eine Lagerbuchse aufweisen. In dieser Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungsbauteil mittels einer Fügeverbindung und/oder einer Schweißverbindung an der Lagerbuchse befestigt. Vorzugsweise kann die Schweißverbindung dabei mittels Laserschweißen hergestellt werden, besonders bevorzugt mittels des in dem Patent US 7,790,999 B2 beschriebenen Laserschweiß-Verfahrens. Die Fügeverbindung kann eine Presspassung oder Übergangspassung umfassen.
Bei dem Lüftermotor handelt es sich vorzugsweise um einen Spindelmotor, der mittels eines fluiddynamischen Lagersystems drehgelagert ist.
Nachfolgend werden mehrere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Hieraus ergeben sich weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung.

1 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung.
1A zeigt eine vergrößerte Ansicht des Verbindungsbereichs zwischen Lüfterrad, Einlegeteil und Welle von 1.
2 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
2A zeigt eine vergrößerte Ansicht des Verbindungsbereichs zwischen Lüfterrad und Nabe von 2.
2B zeigt eine vergrößerte Ansicht des Verbindungsbereichs zwischen Nabe und Welle von 2.
3 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung.
3A zeigt eine vergrößerte Ansicht des Verbindungsbereichs zwischen Lüfterrad und Nabe von 3.
3B gezeigt eine vergrößerte Ansicht des Verbindungsbereichs zwischen Nabe und Welle von 3.
4 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung.
5 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer fünften Ausgestaltung der Erfindung.
6 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung.
6A zeigt eine vergrößerte Ansicht des Verbindungsbereichs zwischen Einlegeteil und Welle von 6.
7 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer siebten Ausgestaltung der Erfindung.
7A zeigt eine vergrößerte Ansicht des Verbindungsbereichs zwischen Lüfterrad und Nabe von 7.
8 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer achten Ausgestaltung der Erfindung.
9 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer neunten Ausgestaltung der Erfindung.
10 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung.
11 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer elften Ausgestaltung der Erfindung.
11A zeigt eine vergrößerte Ansicht des Verbindungsbereichs zwischen Lüfterrad und Nabe von 11
12 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer zwölften Ausgestaltung der Erfindung.
13 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer dreizehnten Ausgestaltung der Erfindung.
14 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer vierzehnten Ausgestaltung der Erfindung.
15 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer fünfzehnten Ausgestaltung der Erfindung.
16 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer sechzehnten Ausgestaltung der Erfindung.
16A gezeigt eine vergrößerte Ansicht des Verbindungsbereichs zwischen Lüfterrad, Einlegeteil und Lagerbuchse in 16.
17 zeigt einen Schnitt durch einen Lüftermotor gemäß einer siebzehnten Ausgestaltung der Erfindung.
18 zeigt eine gegenüber 17 abgewandelte Ausgestaltung eines Lüftermotors.
18A zeigt das Detail X aus 18.
19 zeigt eine Ausgestaltung eines Lüftermotors ähnlich wie in 10
19A zeigt eine Aufsicht auf die Abdeckplatte mit Lagerrillenstrukturen.
19B zeigt eine Unteransicht der Lagerbuchse mit Lagerrillenstrukturen.

Die nachfolgende Beschreibung der Bauteile des Lüftermotors und deren gegenseitige Anordnung und Verbindung gilt übergreifend für alle gezeigten Ausgestaltungen des Lüftermotors. Gleiche Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Soweit es technisch möglich ist, sind die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen des Lüftermotors untereinander austauschbar und/oder können sich gegenseitig ergänzen.
In 1 ist ein Schnitt durch einen Lüftermotor in einer ersten Ausgestaltung der Erfindung dargestellt. Der Lüftermotor ist als fluiddynamisch gelagerter Spindelmotor ausgebildet. Die axiale Höhe des gesamten Lüftermotors beträgt weniger als 5 mm, vorzugsweise 4,5 mm.
Der Spindelmotor umfasst eine Motorbasis 10, die eine Befestigung des Spindelmotors erlaubt und welche eine Haltebuchse 12 aufweist, in welcher ein fluiddynamisches Lagersystem zur Drehlagerung des Lüftermotors aufgenommen ist. Die Haltebuchse 12 ist vorzugsweise mittels Laserschweißen an der Motorbasis 10 befestigt. Besonders bevorzugt kann dabei das in dem Patent US 7,790,999 B2 beschriebene Laserschweiß-Verfahren angewendet werden.
Das fluiddynamische Lagersystem umfasst eine etwa zylindrische Lagerbuchse 14, die in der Haltebuchse 12 angeordnet und beispielsweise mittels Klebstoff befestigt ist. Die Lagerbuchse 14 umfasst eine Lagerbohrung, in welcher eine zylindrische Welle 16 drehbar angeordnet ist.
An ihrem unteren Ende weist die Welle 16 eine scheibenförmige Druckplatte 18 auf, die vorzugsweise einteilig mit der Welle 16 ausgebildet ist. Die Druckplatte 18 kann jedoch auch als separates ringförmiges Bauteil ausgebildet und an der Welle 16 befestigt sein. Die Druckplatte 18 hat einen deutlich größeren Außendurchmesser als die Welle 16 und ist in einer zugeordneten Aussparung der Lagerbuchse 14 angeordnet, sodass sie sich zusammen mit der Welle 16 in der Lagerbuchse 14 drehen kann. An ihrem unteren Ende ist die Lagerbuchse 14 durch eine Abdeckplatte 20, beispielsweise mittels einer Schweißverbindung, luftdicht verschlossen. Die Lagerbauteile bestehen aus Metall, vorzugsweise Stahl und/oder einer Messinglegierung.
Da die Welle 16 einen etwas geringeren Durchmesser aufweist als die Lagerbohrung in der Lagerbuchse 14 und auch die Druckplatte 18 einen geringeren Durchmesser und eine geringere axiale Höhe aufweist als die Aussparung der Lagerbuchse, verbleibt zwischen den feststehenden Teilen des Lagersystems, nämlich der Lagerbuchse 14 und der Abdeckplatte 20, sowie den drehbaren Teilen des Lagersystems, nämlich der Welle 16 und der Druckplatte 18, ein schmaler Lagerspalt 28.
Der Lagerspalt 28 umfasst einen zwischen der Welle 16 und der Lagerbuchse 14 axial verlaufenden Abschnitt sowie zwei entlang der Druckplatte 18 verlaufende radial verlaufende Abschnitte, die alle miteinander verbunden und mit einem Lagerfluid, beispielsweise mit einem Lageröl, gefüllt sind. Die Spaltbreite des Lagerspalts 28 in seinem axial verlaufenden ringförmigen Abschnitt zwischen der Welle 16 und der Lagerbuchse 14 beträgt typischerweise wenige Mikrometer, während das axiale Spiel, d. h. die Summe der Spaltbreiten der radial verlaufenden Abschnitte des Lagerspalts unterhalb und oberhalb der Druckplatte 18, einige zehn Mikrometer betragen kann.
Der Lagerspalt 28 ist an einem Ende des axial verlaufenden Abschnitts geöffnet und durch einen Dichtungsspalt 30, beispielsweise einen kapillaren Dichtungsspalt 30, abgedichtet. Der kapillare Dichtungsspalt 30 ist anteilig mit Lagerfluid gefüllt und hält das Lagerfluid durch Kapillarkräfte im Lagerspalt 28.
Das fluiddynamische Lagersystem gemäß 1 umfasst mindestens ein fluiddynamisches Radiallager, vorzugsweise aber zwei in einem axialen Abstand voneinander angeordnete fluiddynamische Radiallager 22a, 22b, die durch Radiallagerrillen gekennzeichnet sind, die sich auf der Oberfläche der Welle 16, aber vorzugsweise auf der inneren Umfangsfläche der Lagerbuchse 14, befinden.
Die Rillenstrukturen der fluiddynamischen Radiallager 22a, 22b sind sinusförmig oder parabelförmig ausgebildet und erzeugen bei sich in der Lagerbuchse 14 drehender Welle 16 einen hydrodynamischen Druck im axial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 28, durch welchen die Welle 16 in der Lagerbohrung der Lagerbuchse 14 zentriert wird. Die überwiegende Pumpwirkung der beiden Radiallager 22a, 22b ist nach unten in Richtung der Druckplatte 18 gerichtet.
Im Bereich der Druckplatte 18 sind zwei fluiddynamische Axiallager 24, 26 angeordnet. Ein erstes Axiallager 24 ist entlang des zwischen der oberen Stirnfläche der Druckplatte 18 und einer unteren Stirnfläche der Lagerbuchse 14 radial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 28 angeordnet. Die Lagerrillenstrukturen des ersten Axiallagers 24 sind vorzugsweise fischgrätenartig ausgebildet und erzeugen im Lagerspalt 28 einen hydrodynamischen Druck durch Pumpwirkung der Lagerrillenstrukturen bei Drehung der Druckplatte 18 in der Aussparung der Lagerbuchse 14. Die Lagerrillenstrukturen sind auf der Druckplatte 18 bzw. vorzugsweise auf der unteren Stirnfläche der Lagerbuchse 14 angeordnet.
Ein zweites fluiddynamisches Axiallager 26 ist zwischen der Unterseite der Druckplatte 18 und der Oberseite der Abdeckplatte 20 angeordnet und verläuft entlang des unteren radial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 28. Auch hier sind auf der Druckplatte 18 bzw. vorzugsweise auf der Oberseite der Abdeckplatte 20 vorzugsweise fischgrätenförmige Axiallagerrillen angeordnet, die bei Drehung der Druckplatte 18 einen hydrodynamischen Druck im entsprechenden radial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 28 erzeugen.
Wie man 1 und insbesondere auch 1A entnehmen kann, umfasst der Lüftermotor ein Lüfterrad 32, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht und als Spritzgussteil gefertigt ist. Das Lüfterrad 32 kann alternativ aus Aluminiumspritzguss bestehen. Im Zentrum des Lüfterrads 32 ist ein Verbindungsbauteil 34 aus Metall angeordnet, das vorzugsweise als Einlegeteil ausgebildet und mit dem Kunststoff des Lüfterrads 32 umspritzt ist. Dazu kann das Verbindungsbauteil 34 an seinem Außenumfang eine oder mehrere umlaufende und/oder axial verlaufende Rillen 34a aufweisen, in welche der Kunststoff des Lüfterrads 32 eindringt. Dadurch ergibt sich eine verbesserte axiale bzw. radiale Verbindung zwischen Lüfterrad 32 und Verbindungsbauteil 34. Das Verbindungsbauteil 34 hat die Form eines Rings mit zentraler Bohrung und ist auf das obere Ende der Welle 16 aufgepresst. Zusätzlich kann das Verbindungsbauteil 34 mittels einer Schweißverbindung 46 an der Welle 16 befestigt sein. In diesem Fall bestehen die Welle 16 und das Verbindungsbauteil 34 aus demselben Metall, vorzugsweise aus Stahl.
Der gesamte Verbindungsbereich zwischen Lüfterrad 32, Verbindungsbauteil 34 und Welle 16 kann durch eine dünne Abdeckscheibe 42 nach oben abgedeckt sein. Die Abdeckscheibe 42 kann aus optischen Gründen schwarz ausgebildet sein und aus Kunststoff bestehen. Als Abdeckscheibe 42 kann auch eine dünne Kunststofffolie dienen, die auf die Oberseite der miteinander verbundenen Bauteile aufgeklebt wird.
Der Drehantrieb des Lüfterrads 32 erfolgt über ein elektromagnetisches Antriebssystem, das eine Statoranordnung 36 umfasst, die auf einem Absatz der Haltebuchse 12 feststehend angeordnet ist. Auf der Motorbasis 10 ist eine elektrische Leiterplatte 44 angeordnet, an welcher die Wicklungsdrähte der Statorwicklungen angeschlossen sind.
Ein Magnet 38 ist an einer inneren Umfangsfläche des Lüfterrads 32 angeordnet und umgibt die Statoranordnung 36 unter Bildung eines schmalen radialen Luftspalts. Da das Lüfterrad 32 vorzugsweise aus Kunststoff besteht, kann radial außerhalb des Magneten 38 ein magnetischer Rückschlussring vorgesehen sein, wie es in einigen anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben ist.
Es kann bei allen Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein, dass die magnetische Mitte des Magneten 38 in axialer Richtung gesehen versetzt zur magnetischen Mitte der Statoranordnung 36 positioniert ist, d. h. der Magnet 38 ist zu der Statoranordnung 36 versetzt angeordnet. Dadurch wird eine magnetische axiale Kraft erzeugt, die in Richtung zur Motorbasis 10 gerichtet ist und das untere Axiallager 24 unterstützt.
2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, bei der das Verbindungsbauteil zwischen dem Lüfterrad 132 und der Welle 16 als Nabe 134 des Lüftermotors ausgebildet ist, wobei die Nabe 134 eine bekannte topfförmige Ausgestaltung aufweist. Die Nabe 134 weist eine zentrale Bohrung auf und ist mittels einer Pressverbindung auf das freie Ende der Welle 16 aufgepresst. Gemäß 2B kann die Pressverbindung durch eine Schweißverbindung 46 ersetzt oder ergänzt werden, da die Nabe 134 ebenso wie die Welle 16 vorzugsweise aus Stahl besteht. Der Magnet 38 des Antriebssystems befindet sich an einer inneren Umfangsfläche der Nabe 134. Die Nabe 134 dient als magnetischer Rückschluss für den Magneten 38.
Wie man 2 und insbesondere auch 2A entnehmen kann, umfasst der Lüftermotor ein Lüfterrad 132, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht und als Spritzgussteil gefertigt ist. Das Lüfterrad 132 ist an den Außenumfang der Nabe 134 angespritzt. Vorzugsweise weist die Nabe 134 an ihrem Außenumfang eine oder mehrere in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung verlaufende Rillen 134a auf, in welche der Kunststoff des Lüfterrads 132 eindringt. Dadurch ergibt sich eine bessere axiale bzw. radiale Verbindung zwischen Lüfterrad 132 und Nabe 134.
Um ein Entweichen von verdunstetem Lagerfluid aus dem Bereich des fluiddynamischen Lagers zu verringern, ist es in dieser Ausgestaltung des Lüftermotors vorgesehen, dass im Anschluss an den Dichtungsspalt 30, der den axial verlaufenden Abschnitt des Lagerspalts 28 abdichtet, ein Luftspalt 48 in Form einer Labyrinthdichtung vorhanden ist. Vorzugsweise ist an der Unterseite der Nabe 134 eine von der Oberfläche der Nabe 134 nach unten abstehende, ringförmige Rippe 134b vorgesehen. Die Rippe 134b greift unter Bildung des Luftspalts 48 in eine ringförmige Aussparung ein, die durch eine am Außenumfang der Lagerbuchse 114 vorgesehene Stufe und den Innendurchmesser der Haltebuchse 12 gebildet wird. Der Luftspalt 48 hat zumindest im Bereich seiner axialen Spaltabschnitte eine Spaltbreite von 20 bis 200 Mikrometer. Somit kann aus dem Dichtungsspalt 30 verdunstetes Lagerfluid nur schwer durch den Labyrinthspalt 48 nach außen dringen und wird im Lagersystem gehalten. Dies verlängert die Lebensdauer des Lagersystems.
Die Ausgestaltung des Lüftermotors gemäß den 3, 3A und 3B entspricht im Wesentlichen der Ausgestaltung der 2, 2A und 2B, wobei nur die Befestigung des Lüfterrads unterschiedlich ausgebildet ist.
Bei den 3, 3A und 3B ist das Lüfterrad 132 beispielsweise als ringförmiges Spritzgussteil aus Kunststoff oder Aluminium ausgebildet und auf den Außenumfang der Nabe 134, die das Verbindungsbauteil mit der Welle 16 bildet, aufgepresst. Die Pressverbindung zwischen dem Lüfterrad 132 und der Nabe 134 kann durch eine Klebeverbindung ergänzt oder ersetzt werden. Die Nabe 134 besteht vorzugsweise aus Stahl.
4 offenbart einen Lüftermotor, bei dem ein scheibenförmiges Verbindungsbauteil 234 aus Metall vorgesehen ist, das in der Mitte einen nach unten abstehenden Gewindezapfen 234c aufweist.
Der Lüftermotor umfasst ein Lüfterrad 32, ähnlich wie in 1, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht und als Spritzgussteil gefertigt ist. Im Zentrum des Lüfterrads 32 ist das Verbindungsbauteil 234 angeordnet, das vorzugsweise als Einlegeteil ausgebildet und mit dem Kunststoff des Lüfterrads 32 umspritzt ist.
Die Welle 116 weist eine axiale Gewindebohrung 116a auf, in welche der Gewindezapfen 234c des Verbindungsbauteils 234 eingeschraubt ist, sodass die Unterseite des Verbindungsbauteils auf der oberen Stirnseite der Welle 116 aufliegt. Diese Schraubverbindung kann zusätzlich durch Klebstoff gesichert sein. Die Drehrichtung der Gewinde des Gewindezapfens 234c des Verbindungsbauteils 234 und der Gewindebohrung 116a der Welle 116 ist entgegengesetzt zur Drehrichtung des Lüftermotors, sodass sich die Schraubverbindung bei Rotation des Lüftermotors nicht selbstständig lösen kann.
Die Druckplatte 118 ist als einteiliges Bauteil mit der Welle 116 ausgebildet. Im Bereich des Innendurchmessers der Druckplatte 118 kann vorzugsweise mindestens eine Durchgangsbohrung 118a vorgesehen sein, welche die beiden Stirnflächen der Druckplatte 118 und die radial verlaufenden Abschnitte des Lagerspalts 28 miteinander verbindet, sodass zwischen diesen radial verlaufenden Abschnitten des Lagerspalts im Bereich der fluiddynamischen Axiallager 24, 26 ein direkter Austausch von Lagerfluid und ein Druckausgleich ermöglicht wird. Die Druckplatte 118 kann auch als separates, ringscheibenförmiges Bauteil ausgebildet sein, und die Welle 116 kann am Ende eine Stufe aufweisen, auf welche die Druckplatte 118 aufgepresst ist.
Der Lüftermotor von 5 entspricht der Ausgestaltung von 4, wobei hier das Verbindungsbauteil 234 anstelle eines Gewindezapfens einen runden Zapfen 234b ohne Gewinde aufweist, der in die axiale Bohrung 116b der Welle 116 eingefügt und zusätzlich mit Klebstoff befestigt ist. Die Fügeverbindung zwischen Zapfen 234b und Bohrung 116b kann eine Übergangspassung, Presspassung oder Spielpassung mit Klebeverbindung sein. Der Zapfen 234b kann in Längsrichtung geriffelt sein, um einerseits das Einpressen in die Bohrung 116b der Welle 116 zu erleichtern und andererseits die Benetzung mit Klebstoff zu verbessern. Der Zapfen 234b kann außerdem eine dünne axiale Durchgangsbohrung aufweisen, um beim Einpressen des Zapfens einen Lufteinschluss in der Bohrung 116b der Welle 116 zu vermeiden.
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Lüftermotors, ähnlich der Ausgestaltung von 1. Im Unterschied zu 1 ist das Verbindungsbauteil 334 etwa topfförmig ausgebildet und umfasst am Außenumfang einen Rand in Form einer nach unten abstehenden ringförmigen Rippe 334b. Die Rippe 334b greift unter Bildung des Luftspalts 48 in eine ringförmige Aussparung ein, die durch eine am Außenumfang der Lagerbuchse 114 vorgesehene Stufe und den Innendurchmesser der Haltebuchse 12 gebildet wird. Dadurch wird durch den Luftspalt 48 eine Labyrinthdichtung gebildet, die ein Austreten von verdunstetem Lagerfluid aus dem Lager verhindert. Das Verbindungsbauteil 334 ist wiederum als metallisches Einlegteil des Lüfterrads 32 ausgebildet.
Wie man in 6A erkennt, ist das Verbindungsbauteil 334 auf die Welle 16 aufgepresst und/oder durch eine Schweißverbindung 46 auf der Welle 16 befestigt.
7 offenbart eine Ausgestaltung eines Lüftermotors, bei der das Verbindungsbauteil als Nabe 134 des Lüftermotors ausgebildet ist, die anstelle einer mittigen Bohrung (vgl. 3) zur Befestigung auf der Welle 116 nun geschlossen ist und einen zentralen Gewindezapfen 134c aufweist. Der Gewindezapfen 134c der Nabe 134 wird in eine Gewindebohrung 116a der Welle 116 eingeschraubt, sodass die Unterseite der Nabe 134 auf der oberen Stirnseite der Welle 116 aufliegt. Die Schraubverbindung zwischen Nabe 134 und Welle 116 kann zusätzlich durch Klebstoff gesichert sein. Die Drehrichtung der Gewinde des Gewindezapfens 134c der Nabe 134 und der Gewindebohrung 116a der Welle 116 ist entgegengesetzt zur Drehrichtung des Lüftermotors, sodass sich die Schraubverbindung im Betrieb des Lüftermotors nicht selbstständig lösen kann.
Gemäß 7A ist das Lüfterrad 132 auf den Außenumfang der Nabe 134 aufgepresst und/oder mittels Klebstoff mit der Nabe 134 verbunden. Das Lüfterrad 132 kann an seinem Innendurchmesser axial verlaufende Rippen aufweisen, die ein Aufpressen des Lüfterrads 132 auf die Nabe 134 erleichtern und ferner die Benetzung der Verbindungsflächen mit Klebstoff verbessern.
8 zeigt eine Ausgestaltung eines Lüftermotors, bei der die Nabe 134 anstelle eines Gewindezapfens einen Zapfen 134d ohne Gewinde aufweist. Der Zapfen 134d ist in eine axiale Bohrung 116a der Welle 116 eingefügt und zusätzlich mit Klebstoff in der Bohrung 116a befestigt. Die Fügeverbindung zwischen Zapfen 134d und Bohrung 116a kann eine Übergangspassung, Presspassung oder Spielpassung mit Klebeverbindung sein. Der Zapfen 134d kann in Längsrichtung geriffelt sein, um einerseits das Einpressen in die Bohrung 116a der Welle 116 zu erleichtern und andererseits die Benetzung mit Klebstoff zu verbessern. Das Lüfterrad 132 ist auf den Außenumfang der Nabe 134 aufgepresst und/oder mittels Klebstoff mit der Nabe 134 verbunden.
9 zeigt die Ausgestaltung des Lüftermotors gemäß 8, wobei zusätzlich der Zapfen 134d der Nabe 134 eine dünne axiale Durchgangsbohrung 135 aufweist, um beim Einführen des Zapfens einen Lufteinschluss in der Bohrung 116b der Welle 116 zu vermeiden. Die Nabe 134 kann vorzugsweise schwarz eloxiert sein oder eine vorzugsweise schwarze Beschichtung aufweisen, die beispielsweise mit einer elektrochemischen Tauchlackierung aufgebracht wird. Wie bei 12 handelt es sich hier um eine Ausgestaltung, bei der das Lüfterrad 132 das komplette Rotorbauteil des Lüftermotors bildet.
10 zeigt die Ausgestaltung eines Lüftermotors gemäß 9, wobei der an der Nabe 134 angeordnete Magnet 38 zusätzlich von einem magnetischen Rückschlussring 50 umgeben ist. Der magnetische Rückschlussring 50 reduziert den magnetischen Widerstand im Magnetkreis und steigert den Wirkungsgrad des Motorantriebs. Der magnetische Rückschlussring 50 kann mittels Klebstoff mit der Nabe 134 verbunden sein. Die Nabe 134 ist vorzugsweise schwarz eloxiert oder tauchlackiert.
11 offenbart eine Ausgestaltung eines Lüftermotors gemäß 10, wobei die Nabe 134 in dieser Ausgestaltung nicht eloxiert oder tauchlackiert, sondern bis über den Verbindungsbereich zwischen Nabe 134 und Lüfterrad 142 hinaus vollständig von einer vorzugsweise schwarzen Abdeckscheibe 142 abgedeckt ist.
12 offenbart eine Ausgestaltung eines Lüftermotors, bei dem das Lüfterrad 232 das komplette Rotorbauteil des Lüftermotors bildet und unmittelbar - ohne Verwendung eines Verbindungsbauteils - an der Welle 116 befestigt ist. Das Lüfterrad 232 besteht vorzugsweise aus einem Spritzgussteil aus Kunststoff oder Leichtmetall, beispielsweise Aluminium. Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst das Lüfterrad 232 einen zentralen Gewindezapfen 232a, der von der Unterseite des Lüfterrads 232 nach unten absteht. Die Welle 116 weist eine axiale Gewindebohrung 116a auf, in welche der Gewindezapfen 232a des Lüfterrads 232 eingeschraubt ist, sodass die Unterseite des Lüfterrads 232 auf der oberen Stirnseite der Welle 116 aufliegt. Diese Schraubverbindung kann zusätzlich durch Klebstoff gesichert sein. Die Drehrichtung der Gewinde des Gewindezapfens 232a des Lüfterrads 232 und der Gewindebohrung 116a der Welle 116 ist entgegengesetzt zur Drehrichtung des Lüftermotors, sodass sich die Schraubverbindung im Betrieb des Lüftermotors nicht selbstständig lösen kann. An einer inneren Umfangsfläche des Lüfterrads 232 ist der Magnet 38 des Antriebssystems angeordnet.
Der Lüftermotor von 13 entspricht der Ausgestaltung von 12, wobei hier das Lüfterrad 232 anstelle eines Gewindezapfens einen runden Zapfen 232b ohne Gewinde aufweist, der in die axiale Bohrung 116b der Welle 116 eingefügt und zusätzlich mit Klebstoff befestigt ist. Die Fügeverbindung zwischen dem Zapfen 232b und der Bohrung 116b kann eine Übergangspassung, Presspassung oder Spielpassung mit Klebeverbindung sein. Der Zapfen 232b des Lüfterrads 232 kann ferner in Längsrichtung geriffelt sein, um einerseits das Einpassen in die Bohrung 116b der Welle 116 zu erleichtern und andererseits die Benetzung mit Klebstoff zu verbessern.
Der Lüftermotor von 14 entspricht im Wesentlichen der Ausgestaltung von 12, wobei hier das Lüfterrad 332 zusätzlich zum Gewindezapfen 332a eine umlaufende ringförmige Rippe 332c aufweist. Die Rippe 332c ist an der Unterseite des Lüfterrads 332 angeordnet und steht von der Oberfläche des Lüfterrads 332 ab. Die Rippe 332c greift unter Bildung des Luftspalts 48 in eine ringförmige Aussparung ein, die durch eine am Außenumfang der Lagerbuchse 114 vorgesehene Stufe und den Innendurchmesser der Haltebuchse 12 gebildet wird. Durch den Luftspalt 48 kann aus dem Dichtungsspalt 30 verdunstetes Lagerfluid nur schwer durch den Labyrinthspalt 48 nach außen dringen und wird im Lagersystem gehalten. Dies verlängert die Lebensdauer des Lagersystems.
Zusätzlich ist ein magnetischer Rückschlussring 50 vorgesehen, der an einer inneren Umfangsfläche des Lüfterrads 332 angeordnet ist. Der Rückschlussring 50 kann mittels Klebstoff mit dem Lüfterrad 332 verbunden sein oder mit dem Material des Lüfterrads 332, vorzugsweise Kunststoff oder Aluminium, umspritzt sein. Der Magnet 38 des Antriebssystems ist an der inneren Umfangsfläche des Rückschlussrings 50 angeordnet und mit diesem vorzugsweise verklebt.
Der Lüftermotor von 15 entspricht im Wesentlichen der Ausgestaltung von 14, wobei hier das Lüfterrad 332 anstelle eines Gewindezapfens einen Zapfen 332b ohne Gewinde aufweist, der in die axiale Bohrung 116b der Welle 116 eingefügt und zusätzlich mit Klebstoff befestigt ist. Die Fügeverbindung zwischen dem Zapfen 332b und der Bohrung 116b kann eine Übergangspassung, Presspassung oder Spielpassung mit Klebeverbindung sein. Der Zapfen 232b des Lüfterrads 232 kann ferner in Längsrichtung geriffelt sein, um einerseits das Einpassen in die Bohrung 116b der Welle 116 zu erleichtern und andererseits die Benetzung mit Klebstoff zu verbessern.
Der Zapfen 332b kann außerdem eine dünne axiale Durchgangsbohrung aufweisen, um beim Einpressen des Zapfens einen Lufteinschluss in der Bohrung 116b der Welle 116 zu vermeiden.
Der mittlere Teil des Lüfterrads 332, insbesondere der Bereich der Bohrung des Zapfens 332b, kann nach dem Einfügen des Zapfens 332b in die Bohrung 116b der Welle 116 durch eine dünne Abdeckscheibe 42 nach oben abgedeckt werden. Die Abdeckscheibe 42 kann aus optischen Gründen schwarz ausgebildet sein.
16 zeigt eine Ausgestaltung eines Lüftermotors, bei dem die Welle 416 als feststehendes Motorbauteil ausgebildet ist, und die Lagerbuchse 414 ein Teil des drehbaren Motorbauteils bildet.
Eine etwa becherförmige und unten verschlossene Haltebuchse 412 ist in einer Motorbasis 10 angeordnet und beispielsweise mit dieser verschweißt. Die Haltebuchse 412 hat in der Bodenwand eine Öffnung, in welcher die Welle 416 eingepresst ist. Die Welle 416 sitzt in einer Lagerbohrung einer Lagerbuchse 414, die mittels eines fluiddynamischen Lagersystems drehbar um die Welle 416 gelagert ist. Am oberen Ende weist die Welle 416 eine Druckplatte 418 auf, die in einer gegenüber der Lagerbohrung im Durchmesser etwas größeren Aussparung der Lagerbuchse 414 angeordnet ist, sodass sich die Lagerbuchse 414 auch um die Druckplatte 418 drehen kann. Die Aussparung ist mit einer Abdeckplatte 420 dicht verschlossen, die vorzugsweise mit der Lagerbuchse 414 verschweißt ist.
Die Welle 416 hat einen etwas geringeren Durchmesser als die Lagerbohrung in der Lagerbuchse 414, und auch die Druckplatte 418 ist in der im Durchmesser und ihrer axialen Höhe größeren Aussparung der Lagerbuchse 414 angeordnet, sodass zwischen den drehbaren Teilen des Lagersystems, nämlich der Lagerbuchse 414 und der Abdeckplatte 420, sowie den feststehenden Teilen des Lagersystems, nämlich der Welle 416 und der Druckplatte 418, ein schmaler Lagerspalt 428 verbleibt, der mit Lagerfluid gefüllt ist.
Das fluiddynamische Lagersystem gemäß 16 umfasst mindestens ein fluiddynamisches Radiallager, vorzugsweise aber zwei zwischen der Lagerbuchse 414 und der Welle 416 in einem gegenseitigen axialen Abstand angeordnete fluiddynamische Radiallager 422a, 422b, und mindestens zwei im Bereich der Druckplatte 418 angeordnete und gegeneinander wirkende fluiddynamische Axiallager 424, 426.
Wie man 16 und insbesondere auch 16A entnehmen kann, umfasst der Lüftermotor ein ringförmiges Lüfterrad 432, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht und als Spritzgussteil gefertigt ist. Am Innendurchmesser des Lüfterrads 432 ist ein Verbindungsbauteil 434 aus Metall angeordnet, das vorzugsweise als Einlegeteil ausgebildet und mit dem Kunststoff des Lüfterrads 432 umspritzt ist. Hierbei kann das Verbindungsbauteil 434 an seinem Außenumfang eine oder mehrere umlaufende und/oder axial verlaufende Rillen 434a aufweisen, in welche der Kunststoff des Lüfterrads 432 eindringt. Dadurch ergibt sich eine verbesserte axiale bzw. radiale Verbindung zwischen Lüfterrad 432 und Verbindungsbauteil 434. Das Lüfterrad 432 kann alternativ aus einem Aluminiumspritzgussteil bestehen.
Das Verbindungsbauteil 434 hat die Form eines Rings mit zentraler Bohrung und ist an einer Stufe am Außendurchmesser der Lagerbuchse 414 befestigt. Die Befestigung des Verbindungsbauteils 434 mit der Lagerbuchse 414 ist vorzugsweise eine Pressverbindung und/oder Schweißverbindung 446. Vorzugsweise bestehen die Lagerbuchse 414 und das Verbindungsbauteil 434 aus Stahl.
17 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Lüftermotors, ähnlich der Ausgestaltung von 16, bei dem die Welle 516 ebenfalls als feststehendes Motorbauteil ausgebildet ist und die Lagerbuchse 514 ein Teil des drehbaren Motorbauteils bildet. Im Unterschied zu 16 ist die Abdeckplatte 420 nicht als separates Bauteil ausgeführt, sondern die Funktion der Abdeckplatte 420 wird von der Nabe 534 übernommen. Dadurch kann die Bauhöhe des Lüftermotors besonders klein ausgeführt werden.
Die Welle 516 sitzt in einer Lagerbohrung einer Lagerbuchse 514, die mittels eines fluiddynamischen Lagersystems drehbar um die Welle 516 gelagert ist. Am oberen Ende weist die Welle 516 nun eine Nabe 534 mit einer etwas größeren Aussparung auf, in der die Lagerbuchse 514 angeordnet ist, sodass sich die Lagerbuchse 514 auch um die Druckplatte 518 drehen kann. Die Lagerbuchse 514 ist mit der Nabe 534 dicht verschlossen, die vorzugsweise mit der Lagerbuchse 514 verschweißt ist.
Die Welle 516 hat einen etwas geringeren Durchmesser als die Lagerbohrung in der Lagerbuchse 514, und auch die Druckplatte 518 ist in der im Durchmesser und ihrer axialen Höhe größeren Aussparung der Lagerbuchse 514 angeordnet, sodass zwischen den drehbaren Teilen des Lagersystems, nämlich der Lagerbuchse 514 und der Nabe 534, sowie den feststehenden Teilen des Lagersystems, nämlich der Welle 516 und der Druckplatte 518, ein schmaler Lagerspalt 528 verbleibt, der mit Lagerfluid gefüllt ist.
Das fluiddynamische Lagersystem gemäß 17 umfasst vorzugsweise mindestens ein fluiddynamisches Radiallager 522a und mindestens zwei im Bereich der Druckplatte 518 angeordnete und gegeneinander wirkende fluiddynamische Axiallager 524, 526. Es kann aber auch zwei zwischen der Lagerbuchse 514 und der Welle 516 in einem gegenseitigen axialen Abstand angeordnete fluiddynamische Radiallager aufweisen.
Wie man 17 entnehmen kann, umfasst der Lüftermotor ein ringförmiges Lüfterrad 532, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht und als Spritzgussteil gefertigt ist. Das Lüfterrad 532 ist auf den Außenumfang der Nabe 534 aufgepresst und/oder mittels Klebstoff mit der Nabe 534 verbunden.
Es kann an seinem Innendurchmesser axial verlaufende Rippen aufweisen, die ein Aufpressen des Lüfterrads 532 auf die Nabe 534 erleichtern und ferner die Benetzung der Verbindungsflächen mit Klebstoff verbessern.
Das Lüfterrad 532 kann alternativ aus einem Aluminiumspritzgussteil bestehen.
18 zeigt eine Ausgestaltung eines Lüftermotors ähnlich wie in 17, bei der die Welle 516' als feststehendes Motorbauteil ausgebildet ist und die Lagerbuchse 514' ein Teil des drehbaren Motorbauteils bildet.
In der Motorbasis 10 ist eine etwa becherförmige Haltebuchse 412 angeordnet und beispielsweise mit der Motorbasis verschweißt. Die Haltebuchse 412 hat in der Bodenwand eine Öffnung, in welcher die Welle 516' eingepresst ist. Die Welle 516' sitzt in einer Lagerbohrung einer Lagerbuchse 514', die mittels eines fluiddynamischen Lagersystems drehbar um die Welle 516' gelagert ist. Am oberen Ende weist die Welle 516' eine Druckplatte 518' auf, die in einer gegenüber der Lagerbohrung im Durchmesser größeren Aussparung der Lagerbuchse 514' angeordnet ist, sodass sich die Lagerbuchse 514' auch um die Druckplatte 518' drehen kann. Die Oberseite der Aussparung für die Druckplatte 518' ist von einer Nabe 534' dicht verschlossen, die an einer Stirnseite der Lagerbuchse 514' befestigt ist, vorzugsweise mittels einer Schweißverbindung 546. Die Welle 516' hat einen etwas geringeren Durchmesser als die Lagerbohrung in der Lagerbuchse 514', und auch die Druckplatte 518' hat kleinere Abmaße als die Aussparung der Lagerbuchse 514', sodass zwischen den drehbaren Teilen des Lagersystems, nämlich der Lagerbuchse 514' und der Nabe 534', sowie den feststehenden Teilen des Lagersystems, nämlich der Welle 516' und der Druckplatte 518', ein schmaler Lagerspalt 528 verbleibt, der mit Lagerfluid gefüllt ist. Das nach unten offene Ende des Lagerspalts 528 ist durch einen kapillaren Dichtungsspalt 530' abgedichtet, der von einer äußeren Umfangsfläche der Welle 516' und einer inneren Umfangsfläche der Lagerbuchse 514' begrenzt wird und anteilig mit Lagerfluid gefüllt ist.
Das fluiddynamische Lagersystem umfasst vorzugsweise ein fluiddynamisches Radiallager 522a und mindestens zwei im Bereich der Druckplatte 518' angeordnete und gegeneinander wirkende fluiddynamische Axiallager 524, 526.
Am Außenumfang der Nabe 534' ist ein ringförmiges Lüfterrad 532 befestigt, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht und als Spritzgussteil gefertigt sein kann. Es kann an seinem Innendurchmesser axial verlaufende Rippen aufweisen, die ein Aufpressen des Lüfterrads 532 auf die Nabe 534' erleichtern und ferner die Benetzung der Verbindungsflächen mit Klebstoff verbessern. Das Lüfterrad 532 kann alternativ aus einem Aluminiumspritzgussteil bestehen.
18A zeigt eine vergrößerte Ansicht des Lüftermotors im Bereich des Dichtungsspalts 530'. Der Dichtungsspalt 530' ist als ringförmiger kapillarer Dichtungsspalt ausgebildet und hat vorzugsweise einen konischen Querschnitt, der sich ausgehend vom Lagerspalt 528 in Richtung der Öffnung des Dichtungsspalts 530' aufweitet.
Die Lagerbohrung der Lagerbuchse 514' ist im Bereich des Dichtungsspalts 530' zylindrisch ausgebildet, während die äußere Umfangsfläche der Welle 516' im Bereich des Dichtungsspalts 530' eine schräg nach innen verlaufende Einschnürung aufweist, sodass sich der Querschnitt des Dichtungsspalts 530' radial nach innen konisch aufweitet. Wenn sich das Lagersystem dreht, wirken Fliehkräfte auf das im Dichtungsspalt 530' befindliche Lagerfluid, die das Lagerfluid radial nach außen drängen. Durch die zylindrische äußere Begrenzungswand des Dichtungsspalts 530' wirkt auf das Lagerfluid jedoch keine axiale Kraftkomponente, sodass das Lagerfluid auch bei hohen Drehzahlen des Lagersystems im Dichtungsspalt 530' gehalten wird.
19 zeigt eine Ausgestaltung eines Lüftermotors ähnlich wie der Lüftermotor von 10, bei der die Nabe 134' einen relativ langen Zapfen 134d' ohne Gewinde aufweist, der in eine axiale Bohrung 116b' der Welle 116' eingefügt ist und zusätzlich mit Klebstoff in der Bohrung 116b' der Welle 116' befestigt werden kann. Die Fügeverbindung zwischen dem Zapfen 134d' und Nabe 134' kann eine Übergangspassung, Presspassung oder Spielpassung mit zusätzlicher Klebeverbindung sein. Der Zapfen 134d' kann in Quer- oder Längsrichtung geriffelt sein, um einerseits das Einpressen in die Bohrung 116b' der Welle 116' zu erleichtern und andererseits die Benetzung mit Klebstoff zu verbessern.
Der Zapfen 134d' der Nabe 134' weist vorzugsweise eine dünne axiale Durchgangsbohrung 135' auf, um beim Einführen des Zapfens 134d' einen Lufteinschluss in der Bohrung 116b' der Welle 116' zu vermeiden. Ferner ist der Zapfen 134d' relativ lang, vorzugsweise 2/3 der Länge der Welle 116' inklusive Druckplatte 118'.
Das fluiddynamische Lagersystem weist vorzugsweise lediglich ein fluiddynamisches Radiallager 122' auf, das zwischen dem Außenumfang der Welle 116' und der inneren Umfangsfläche der Lagerbohrung der Nabe 114' angeordnet ist. Das fluiddynamische Radiallager 122' ist asymmetrisch ausgebildet und weist sinus- oder parabelförmige Lagerrillenstrukturen 122a' auf, deren obere, der Nabe 134' zugewandten Äste länger ausgebildet sind als die unteren, der Druckplatte 118' zugewandten Äste, was man gut an der Lage des Apex 123' (Scheitelpunkt) der Lagerrillenstrukturen erkennt. Durch die längeren oberen Äste erzeugt das Radiallager 122' eine auf das Lagerfluid wirkende nach unten gerichtete Pumpkraft, die größer ist als die durch die kürzeren unteren Äste erzeugte nach oben gerichtete Pumpkraft. Das Lagerfluid wird demnach überwiegend in Richtung der Druckplatte 118' in den Bereich der beiden fluiddynamischen Axiallager 124' und 126' gepumpt.
Das erste Axiallager 124' ist entlang des zwischen der oberen Stirnfläche der Druckplatte 118' und einer unteren Stirnfläche der Lagerbuchse 114' radial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 128' angeordnet.
Wie es in 19B dargestellt ist, sind die Lagerrillenstrukturen des ersten Axiallagers 124' vorzugsweise fischgrätenartig ausgebildet und sind vorzugsweise auf der unteren Stirnfläche der Lagerbuchse 114' angeordnet. Sie können aber auch auf der oberen Stirnfläche der Druckplatte 118' angeordnet sein.
Das zweite fluiddynamische Axiallager 126' ist zwischen der Unterseite der Druckplatte 118' und der Oberseite der Abdeckplatte 120' angeordnet und verläuft entlang des unteren radial verlaufenden Abschnitts des Lagerspalts 128'. Wie es in 19A dargestellt ist, sind auch die Lagerrillenstrukturen des zweiten Axiallagers 126' vorzugsweise fischgrätenförmig ausgebildet und befinden sich vorzugsweise auf der Oberseite der Abdeckplatte 120'. Sie können aber auch auf der Unterseite der Druckplatte 118' angeordnet sein.
Die Druckplatte 118' ist vorzugsweise als einteiliges Bauteil mit derWelle 116' ausgebildet. Im Bereich des Innendurchmessers der Druckplatte 118' kann vorzugsweise mindestens eine Durchgangsbohrung 118a' vorgesehen sein, welche die beiden Stirnflächen der Druckplatte 118' und die radial verlaufenden Abschnitte des Lagerspalts 128' miteinander verbindet, sodass zwischen diesen radial verlaufenden Abschnitten des Lagerspalts im Bereich der fluiddynamischen Axiallager 124', 126' ein direkter Austausch von Lagerfluid und ein Druckausgleich ermöglicht wird. Die Druckplatte 118' kann auch als separates, ringscheibenförmiges Bauteil ausgebildet sein und die Welle 116' kann am Ende eine Stufe aufweisen, auf welche die Druckplatte 118' aufgepresst ist.
Ein weiteres Merkmal dieses Ausführungsbeispiels ist, dass der Zapfen 134d' der Nabe 134' so lang ist und so weit in die Bohrung 116b' der Welle 116' hineinragt, dass dessen Fügelänge mindestens bis zum Apex 123' des fluiddynamischen Radiallagers 122' reicht, und vorzugsweise nach unten bis über den Apex 123' hinausreicht. Dadurch wird eine möglichst feste Verbindung zwischen der Nabe 134' und der Welle 116' gewährleistet.
Die Nabe 134' kann vorzugsweise schwarz eloxiert sein oder eine vorzugsweise schwarze Beschichtung aufweisen, die beispielsweise mit einer elektrochemischen Tauchlackierung aufgebracht wird. Das Lüfterrad 132' ist auf den Außenumfang der Nabe 134' aufgepresst und/oder mittels Klebstoff mit der Nabe 134' verbunden. An ihrer Umfangsfläche kann die Nabe 134' eine Auflagefläche für das Lüfterrad 132' aufweisen.
Bezugszeichenliste

10: Motorbasis
12: Haltebuchse
14: Lagerbuchse
16: Welle
18: Druckplatte
18a: Durchgangsbohrung
20: Abdeckplatte
22: fluiddynamisches Radiallager
22a,b: fluiddynamische Radiallager
23: Apex (Scheitelpunkt)
24: fluiddynamisches Axiallager
26: fluiddynamisches Axiallager
28: Lagerspalt
30: Dichtungsspalt
32: Lüfterrad
34: Verbindungsbauteil
36: Statoranordnung
38: Magnet
40: Drehachse
42: Abdeckscheibe
44: Leiterplatte
46: Schweißverbindung
48: Luftspalt
50: Rückschlussring
110': Motorbasis
112': Haltebuchse
114, 114': Lagerbuchse
116, 116': Welle
116a: Gewindebohrung
116b, 116b': Bohrung
118, 118': Druckplatte
118a, 118a': Durchgangsbohrung
120': Abdeckplatte
122': Radiallager
122a': Lagerrillenstrukturen
123': Apex (Scheitelpunkt)
124': Axiallager
126': Axiallager
130': Dichtungsspalt
132, 132': Lüfterrad
134.134': Nabe
134a: Rille
134b: Rippe
134c: Gewindezapfen
134d, 134d': Zapfen
135, 135': Durchgangsbohrung (Zapfen)
136': Statoranordnung
138': Magnet
142: Abdeckscheibe
148': Luftspalt
144': Leiterplatte
232: Lüfterrad (einteilig)
232a: Gewindezapfen
232b: Zapfen
234: Verbindungsbauteil
234b: Zapfen
234c: Gewindezapfen
235: Durchgangsbohrung (Zapfen)
332: Lüfterrad (einteilig)
332a: Gewindezapfen
332c: Rippe
334: Verbindungsbauteil
335: Durchgangsbohrung (Zapfen)
412: Haltebuchse
414: Lagerbuchse
416: Welle
418: Druckplatte
418a: Durchgangsbohrung
420: Abdeckplatte
422a,b: fluiddynamische Radiallager
424: fluiddynamisches Axiallager
426: fluiddynamisches Axiallager
428: Lagerspalt
432: Lüfterrad
434: Verbindungsbauteil
442: Abdeckscheibe
514, 514': Lagerbuchse
516, 516': Welle
518, 518': Druckplatte
522a: fluiddynamisches Radiallager
524: fluiddynamisches Axiallager
526: fluiddynamisches Axiallager
528: Lagerspalt
530': Dichtungsspalt
532: Lüfterrad
534, 534': Nabe
546: Schweißverbindung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014213132 A1 [0004]
DE 102018006553 A1 [0005]
US 7790999 B2 [0022, 0027]

Claims

Verbindung eines Lüfterrads (232, 332) mit einem rotierenden Motorbauteil eines Lüftermotors, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (232, 332) mittels einer Schraubverbindung oder Zapfenverbindung auf dem rotierenden Motorbauteil (116) befestigt ist, 12-15.
Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Motorbauteil eine Welle (116) umfasst, 1-11.
Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (232, 332) einen Gewindezapfen (232a, 332a) aufweist, der in eine Gewindebohrung (116a) der Welle (116) eingeschraubt ist, 12, 14.
Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (232, 332) einen Zapfen (232b, 332b) aufweist, der mittels einer Pressverbindung und/oder Klebeverbindung in einer Bohrung (116b) der Welle (116) befestigt ist, 13, 15.
Verbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügelänge des Zapfens (234b, 332b) mindestens bis zu einem Apex (23) der Lagerrillenstrukturen eines zwischen einer Welle (116) und einer Lagerbuchse (14, 114) des Lüftermotors angeordneten fluiddynamischen Radiallagers (22a) reicht, und vorzugsweise über den Apex (23) hinaus, 5, 13, 15.
Verbindung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (332b) eine durchgehende axiale Durchgangsbohrung (335) aufweist, 15.
Verbindung eines Lüfterrads mit einem rotierenden Motorbauteil eines Lüftermotors, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (32, 132, 432) mittels eines Verbindungsbauteils (34, 134, 234, 334, 434) am rotierenden Motorbauteil (16, 116, 414) befestigt ist, 1-11, 16.
Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil (134, 234) eine Nabe des Lüftermotors umfasst, 2, 3, 7-11.
Verbindung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil (34, 234, 334, 434) ein im Lüfterrad eingebundenes Einlegeteil umfasst, 1, 4-6, 16.
Verbindung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil (34, 134, 334) eine zentrale Bohrung aufweist und auf die Welle aufgepresst ist, 1-3, 6.
Verbindung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil (234) einen Gewindezapfen (234c) aufweist, der in eine Gewindebohrung (116a) der Welle (116) eingeschraubt ist, 4, 7.
Verbindung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil (134, 234) einen Zapfen (134d, 134d', 234b) aufweist, der in eine Bohrung (116b) der Welle (116) eingepresst und/oder eingeklebt ist, 5, 8-11, 19.
Verbindung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zapfen (134d, 134d', 234b) eine durchgehende axiale Durchgangsbohrung (135, 135', 235) aufweist, 5, 9-11, 19.
Verbindung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügelänge des Zapfens (134d') mindestens bis zu einem Apex (123') der Lagerrillenstrukturen eines zwischen einer Welle (116') und einer Lagerbuchse (114') des Lüftermotors angeordneten fluiddynamischen Radiallagers (122') reicht, und vorzugsweise über den Apex (123') hinaus, 19.
Verbindung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil (34, 134, 234, 334, 434) und das rotierende Motorbauteil (16, 116, 414) aus einem metallischen Werkstoff bestehen, 1-11, 16.
Verbindung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil (34, 134, 234, 334, 434) und das rotierende Motorbauteil (16, 116, 414) aus einem metallischen Werkstoff derselben Werkstoffgruppe bestehen, 1-11, 16.
Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Motorbauteil eine Lagerbuchse (414) aus Metall umfasst, 16.
Verbindung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil (434) aus Metall besteht und mittels einer Pressverbindung und/oder Schweißverbindung an der Lagerbuchse (414) befestigt ist, 16.
Verbindung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsbauteil (434) ein im Lüfterrad (432) eingebundenes Einlegeteil umfasst, 16.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Lüfterrad (32, 132, 232, 432) ein Spritzgussteil ist und aus Kunststoff oder Leichtmetall besteht, 1-16.
Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Verbindungsbereich zwischen dem Verbindungsbauteil (34, 134, 234, 334) und der Welle (16, 116), oder der Verbindungsbereich zwischen dem Lüfterrad (132) und dem Verbindungsbauteil (134), oder der Verbindungsbereich zwischen der Abdeckplatte (420), der Lagerbuchse (414), dem Verbindungsbauteil (434) und dem Lüfterrad (432) durch eine dünne Abdeckscheibe (42, 142, 442) abgedeckt ist.
Lüftermotor mit einem rotierenden Motorbauteil und einem damit verbundenen Lüfterrad, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Lüfterrad (32, 132, 232, 432, 532) und dem rotierenden Motorbauteil (16, 116, 414. 514, 514') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22 ausgebildet ist.
Lüftermotor nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Motorbauteil eine rotierende Welle (16, 116) oder eine rotierende Lagerbuchse (414, 514, 514') umfasst.
Lüftermotor nach einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüftermotor mittels eines fluiddynamischen Lagersystems drehgelagert ist, welches mindestens ein zwischen der Lagerbuchse (14, 114, 414, 514, 514') und einer Welle (16, 116, 416, 516, 516') des Lüftermotors gebildetes fluiddynamisches Radiallager (22a, 22b, 422a, 422b, 522a, 522b) und mindestens zwei im Bereich von Stirnseiten einer mit der Welle (16, 116, 416, 516, 516') verbundenen Druckplatte (18, 118, 418, 518, 518') angeordnete fluiddynamische Axiallager (24 26, 424, 426, 524) aufweist.
Lüftermotor nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das fluiddynamische Lagersystem einen Lagerspalt (28, 428, 528) aufweist, der mittels eines kapillaren Dichtungsspalts (30, 130', 530') abgedichtet ist, welcher durch die Lagerbuchse (14, 114, 414, 514, 514') und die Welle (16, 116, 416, 516, 516') begrenzt ist.
Lüftermotor nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass jenseits der Öffnung des kapillaren Dichtungsspalts (30, 130', 530') ein Luftspalt (48, 48', 148') in Form einer Labyrinthdichtung angeordnet ist, welcher zumindest teilweise durch das Verbindungsbauteil (134, 134', 334) und die Lagerbuchse (114, 114') oder das Lüfterrad (332) und die Lagerbuchse (114) begrenzt ist.
Lüftermotor nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Lüfterrad (32, 132, 132', 232, 332) und dem rotierenden Motorbauteil (116, 116') eine Zapfenverbindung umfasst, wobei die Fügelänge der Zapfenverbindung mindestens bis zu einem Apex (23, 123') der Lagerrillenstrukturen des fluiddynamischen Radiallagers (22a, 122') reicht, und vorzugsweise über den Apex (23, 123') hinaus.