DE19501959C2 - Verfahren zum Auswuchten einer elektrisch angetriebenen Luftgebläseeinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten einer elektrisch angetriebenen Luftgebläseeinheit.

Aus GB 1 284 195 ist eine Auswuchtvorrichtung für einen Kreiselkompaß bekannt, bei der die Problematik von Unwuchterscheinungen in verschiedenen Ebenen einer zweiteiligen rotierenden Anlage beschrieben ist. Die in verschiedenen Ebenen vorgenommenen Auswuchtmaßnahmen erzeugen eine resultierende Kraft, welche durch Unwucht verursachte Vibrationen aufhebt. Hierzu wird ein Paar von dynamisch ausbalancierenden Massen benutzt, welche an verschiedenen Stellen der Anordnung wirksam sind.

Bei einer bekannten elektrisch betriebenen Luftgebläseeinheit (DE 43 07 798 A1), bei der es im Kern um ein Kombinationsventil geht, wird das Gebläse, insbesondere als hochdrehende Sekundärluftgebläseeinheit zum Einblasen zusätzlicher Luft in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine verwendet, von einem Gleichstrommotor angetrieben. Ein Gesichtspunkt bei diesem bekannten Gebläse ist der Aufbau des Motors und des Gebläses. Dabei ist der mit einem Kommutator versehene Rotor des Gleichstrommotors auf einer Welle angebracht. Diese Welle ragt weit über den Rotor hinaus. Auf diesem auskragenden Teil der Welle sind die Lüfterräder angeordnet. Somit sind Motor und Gebläse nebeneinander angeordnet und mit einer dementsprechenden erheblichen Baulänge versehen.

Eine andere Anordnung dieser Art ist in der nicht vorveröffentlichten DE 44 40 495 A1 beschrieben. Diese Lösung besteht im Kern darin, daß ein hochdrehender EC-Motor zusammen mit einem Radiallüfter verwendet ist. Der Inhalt dieser Schrift trägt zum besseren Verständnis vorliegender Erfindung bei.

Aufgrund der hohen Nenndrehzahl, die bei ca. 30 000 Umdrehungen pro Minute liegen kann, sind an den Rotor im Hinblick auf die Wuchtgüte extrem hohe Anforderungen gestellt. Allgemein bekannt durch bestehende Sekundärluftgebläse ist das Wuchten von Lüfterrädern durch Abtragen von Material an den Deckblechen des Lüfterrades. Andererseits ist das Einpressen von Kugeln in eine Nut zum Gewichtsausgleich beim Wuchten durch die DE-OS 15 73 678 bekanntgeworden. Problematisch beim Wuchten ist die Tatsache, daß der Rotor in den Unwucht verursachenden Bereichen sehr unterschiedlich gestaltet ist. Dies ist zum einen das Lüfterrad und zum anderen der rotierende Teil des elektromechanischen Wandlers des Gleichstrommotors. Weiterhin ist es aufgrund der kurzen Länge der Welle, auf der Motor und Lüfterrad sitzen, schwer bzw. kaum möglich, den Rotor separat in einer Wuchtaufnahme durch Fremdantrieb zu wuchten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Anordnung zum Wuchten einer Luftgebläseeinheit anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auswuchten einer elektrisch angetriebenen Luftgebläseeinheit hat den Vorteil der Komplettwuchtung der Luftgebläseeinheit in zusammengebautem Zustand bei vorteilhafter kombinatorischer Zusammenführung zweier Wuchtverfahren. Der Antriebsmotor der Luftgebläseeinheit wird dabei als Wuchtantrieb genutzt. Gemäß der Erfindung wird in der ersten Ausgleichsebene der Materialabtrag an einem oder beiden der zwei Abdeckbleche des Lüfterrades vorgenommen. In der zweiten Ausgleichsebene wird die Materialanbringung an der Stirnwand des Außenläuferrotors, vorzugsweise in einer dort vorgesehenen Nut vorgenommen.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind Weiterbildungen und Verbesserungen des Verfahrens zum Auswuchten einer elektrisch angetriebenen Luftgebläseeinheit möglich.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt der Auswuchtvorgang bei einer Drehzahl, die unterhalb der Nenndrehzahl des EC-Motors der Luftgebläseeinheit liegt. Hierdurch werden Schäden an der noch nicht ausgewuchteten Baugruppe vermieden.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung und Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß Ausgleichsgewichte, beispielsweise in Form von Kugeln, in eine Nut an der Stirnwand des Außenläuferrotors eingepreßt werden oder daß durch andere Techniken wie Kleben, Warmverprägen oder Verprägen mittels Ultraschall Ausgleichsgewichte genügender Masse und geeigneter Form im Bereich der Stirnseite des Außenläuferrotors angebracht werden. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit liegt darin, daß Wuchtkitt angebracht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß es insbesondere zum Wuchten einer elektrisch betriebenen Luftgebläseeinheit, wie insbesondere Sekundärluftgebläseeinheit für die Verwendung zum Einblasen von zusätzlicher Luft in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine verwendbar ist.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild der Anordnung zum Wuchten einer elektrisch angetriebenen Luftgebläseeinheit, Fig. 2 in Draufsicht, bei gestrichelt dargestelltem Gehäuse, eine zu wuchtende Luftgebläseeinheit und Fig. 3 in Seitenansicht entlang der Linie 23-23 aus Fig. 2 bei gestrichelt dargestelltem Gehäuse, die zu wuchtende Luftgebläseeinheit.

In der schematischen Darstellung entsprechend der Fig. 1 ist eine zu wuchtende Luftgebläseeinheit 1 und eine Wuchtvorrichtung 2 dargestellt. Die Luftgebläseeinheit 1 enthält einen bürstenlosen hochdrehenden elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, einen sogenannten EC-Motor, von dem innerhalb der in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Luftgebläseeinheit 1 zwei Wicklungen 3 und 4, ein mit Permanentmagneten versehener Außenläuferrotor 5 und eine Motorsteuerung 10 dargestellt sind. Die Motorsteuerung 10 wird über Anschlußklemmen 6 und 7 mit den Plus- und Minuspolen einer Versorgungsspannung U_batt verbunden. An einer Anschlußklemme 8, dem Steuereingang, werden der Motorsteuerung 10 von außen Steuersignale zum Ein- und Ausschalten der Luftgebläseeinheit 1 zugeführt. Die Motorsteuerung 10 selbst erzeugt die für den gewünschten Betrieb notwendige Versorgung der Wicklungen 3 und 4 mit Stromimpulsen. Bei der Verbindung der Luftgebläseeinheit 1 mit der Wuchtvorrichtung 2 wird für den Wuchtvorgang der Pluspol (Anschlußklemme 6) mittels eines Kurzschlußbügels 9 mit der Anschlußklemme 8 direkt verbunden. Dies kann mittels eines besonders gestalteten Steckers realisiert werden.

Die Wuchtvorrichtung 2 ist über drei Prüf- bzw. Anschlußkontakte 201, 202 und 203 mit entsprechenden, geeigneten Kontaktpunkten 101, 102 und 103 mit zu den Wicklungen 3 und 4 führenden Ausgangsleitungen der Motorsteuerung 10 verbindbar. Weiterhin ist die Wuchtvorrichtung 2 mit einer nicht gesondert dargestellten Steuerungsvorrichtung versehen, mit deren Hilfe beim Wuchtvorgang die Wicklungen 3 und 4 mit Stromimpulsen versorgt werden, damit sich der Außenläuferrotor 5 in Richtung des Pfeils w drehen kann. Während des Wuchtens wird also der elektromechanische Wandler des EC-Motors zum Antrieb der zu wuchtenden Teile verwendet. Die Wuchtvorrichtung 2 enthält weiterhin einen Winkelgeber 25 für die Winkellage des Außenläuferrotors 5, welcher für die Winkelbestimmung der Unwucht dient.

In den Fig. 2 und 3 ist in Draufsicht bzw. im Schnitt entlang der Linie 23 eine bevorzugte, besondere Ausführungsform der zu wuchtenden Luftgebläseeinheit 1 dargestellt. Dabei ist das Gehäuse 100 strichliniert angedeutet.

Die kompakt gestaltete Luftgebläseeinheit 1 saugt Luft über einen Ansaugstutzen 31 an, verdichtet die Luft mittels eines Lüfterrades 32 in einem einstufigen Radiallüfter, wird von dem bürstenlosen, elektronisch kommutierten und hochdrehenden Gleichstrommotor 36 angetrieben, und gibt die verdichtete Luft über einen Spiralkanal 33 an einem mit dem Bezugszeichen 34 angedeuteten Druckstutzen ab. Die Luftgebläseeinheit 1 enthält einen Grundkörper 35, der aus Metall besteht und vorzugsweise als Druckgußteil aus Al oder Mg gefertigt ist. Auf diesem Grundkörper 35 ist der Gleichstrommotor 36 und eine Leiterplatte 37, welche die Motorsteuerung 10 enthält, angeordnet. Weiterhin enthält der Grundkörper 35 drei flanschartig ausgebildete Befestigungsaugen 38, mit deren Hilfe die Luftgebläseeinheit 1, ggf. über geeignete Entkopplungselemente, befestigt werden kann, beispielsweise an der Karosserie eines Kraftfahrzeuges. Die Luftgebläseeinheit wird von dem angedeuteten Gehäuse 100 umschlossen, das ebenfalls auf dem Grundkörper 35 befestigt bzw. mit diesem verschraubt werden kann.

Die Leiterplatte 37 enthält die nicht näher dargestellte Steuerungs- und Leistungselektronik der Motorsteuerung 10 zur Ansteuerung des Gleichstrommotors 36 (EC-Motors) und zur drehzahlmäßigen Steuerung der Luftleistung. Der elektronisch kommutierte Gleichstrommotor 36 ist in Außenläuferbauweise ausgeführt. Sein geblechtes Statorpaket 12 ist auf eine geeignete Aufnahme des Grundkörpers aufgeschoben und festgepreßt. Auf Lagern 39 ist eine Welle 29 drehbar gelagert. Auf dem Ende der Welle 29 ist eine Buchse bzw. Nabe 28 befestigt, auf welcher das Lüfterrad 32 des einstufigen Radiallüfters und der Außenläuferrotor 5 befestigt ist.

Der Rotor des in Außenläuferbauweise ausgeführten EC-Motors besteht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie sie in der nicht vorveröffentlichten DE 44 40 125 A1 beschrieben ist, aus einem Polgehäuse 17 und darin befindlichem Ringmagnet 18, der dort mittels Federelementen 19 befestigt ist. Der Ringmagnet 18 kann in bevorzugter Bauweise aus einem kunststoffgebundenen Dauermagnetwerkstoff bestehen. Das Polgehäuse 17 hat die Form einer Tasse oder Glocke und ist vorzugsweise tiefgezogen. Das Polgehäuse 17 und das Lüfterrad 32 sind mittels der Buchse 28 zu einem nicht trennbaren Bauteil verbunden und zusammen auf dem einen Ende der Welle 29 befestigt. Die Buchse 28 ist stirnseitig, d. h. auf der Luftansaugseite des Lüfterrads 32 mit einer Krümmung versehen, die einem Kreisradius entsprechen kann. Durch diese Krümmung symmetrisch zur Welle 29 wird beim Übergang vom Ansaugstutzen 31 in das Lüfterrad 32 für eine gleichmäßige und damit auch verlustarme Strömungsführung am Eintritt der Luft in das Lüfterrad 32 gesorgt.

Bei der beschriebenen Anordnung wird der zu wuchtende Rotor 20 (Fig. 3), der aus rotierendem Teil des Gleichstrommotors 36 und Lüfterrad 32, die ja über die Buchse 28 zu einem gemeinsamen Bauteil fest verbunden sind, in zwei Ebenen, den Ausgleichsebenen 21 bzw. 22, gewuchtet. Die eine Ausgleichsebene 21 liegt dabei im Bereich des Lüfterrades 32 des Radialgebläses. In dieser Ausgleichsebene wird das Beseitigen der festgestellten Unwucht durch Abt ragen von Material durchgeführt. Das Material wird dabei von einem oder von beiden der Deckbleche 321 bzw. 322 des Lüfterrades 32 abgetragen. Die andere Ausgleichsebene 22 liegt parallel dazu und axial beabstandet gegenüber im Bereich der Stirnseite des Rotors des EC-Motors. In dieser Ebene wird der Unwuchtausgleich durch Anbringung von Material durchgeführt. Bei dem in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Außenläuferrotors 5 ist in der Stirnseite des Ringmagneten 18 eine umlaufende Nut 180 vorgesehen. In diese Nut 180 werden beispielsweise Kugeln 181 als Ausgleichsgewichte eingebracht.

Es ist klar, daß auch anders geformte Wuchtelemente geeigneter Form und Masse als Ausgleichsgewichte in der Ausgleichsebene 22 angebracht werden können. Die dabei verwendeten Techniken zum Befestigen der Ausgleichsmassen können vielfältig sein und beispielsweise Kleben, Einprägen oder Einpressen, Warmverprägen oder Warmverpressen, oder Verprägen mittels Ultraschall umfassen. Es ist auch die Verwendung von Wuchtkitt möglich um Unwucht in der Ausgleichsebene 22 durch Hinzufügen von Material zu eliminieren.

Zum Wuchten wird die, bis auf das Gehäuse 100, komplett montierte Luftgebläseeinheit 1 in die Wuchtvorrichtung 2 an den Befestigungsaugen 38 eingesetzt und festgemacht. Die Anschlußklemme 8 des Steuereingangs und die Anschlußklemme 6 der positiven Versorgungsspannung werden mittels des Kurzschlußbügels 9 überbrückt. An den beispielsweise aus Leiterstreifen gebildeten Kontaktpunkten 101, 102 und 103, siehe Fig. 1 und 2, sowie in Fig. 3 Leiterstreifen 102, kontaktiert die Wuchtvorrichtung 2 mit ihren Prüf- bzw. Anschlußkontakten 201, 202 und 203 diese Kontaktpunkte. Dadurch werden die Wicklungen 3 und 4 des EC-Motors mit der Steuervorrichtung in der Wuchtvorrichtung 2 verbunden. Diese Steuervorrichtung fährt den EC-Motor auf die Wuchtdrehzahl von z. B. 3000-5000 Umdrehungen pro Minute kurzzeitig hoch. Dabei ermittelt die Wuchtvorrichtung mit Hilfe des Winkelgebers 25 und der an den drei Befestigungsaugen 38 auftretenden Kräfte die für die beiden Ausgleichsebenen 21 und 22 benötigten Werte und Orte für Abtragung von Material und Anbringung von Material. Die Wuchtdrehzahl kann somit wesentlich niedriger als die Nenndrehzahl von z. B. 30 000 U/min gewählt werden, obwohl dabei der elektromechanische Wandler der Luftgebläseeinheit 1 selbst zum Antrieb des zu wuchtenden Rotors 20 (Fig. 3) benutzt wird. Die mögliche niedrige Wuchtdrehzahl vermeidet somit unnötige Schäden.

In vorteilhafter Weise ist somit durch die Erfindung die Möglichkeit geschaffen, auf einfache und sichere Weise eine Komplettwuchtung eines Radialgebläses in zusammengebautem Zustand unter Benutzung des gebläseeigenen elektromechanischen Wandlers durchzuführen. Dabei wird die Wuchtung in zwei Ausgleichsebenen ermöglicht und durchführbar gemacht. Da eine wesentlich niedrigere Wuchtdrehzahl verwendet werden kann, als es der Nenndrehzahl der Luftgebläseeinheit entspricht, erleidet diese beim Wuchten keine Schäden durch zu hohe Wuchtdrehzahlen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Auswuchten einer elektrisch angetriebenen Luftgebläseeinheit, mit einem Radialgebläse, insbesondere einem einstufigen Radialgebläse, und einem dieses antreibenden EC- Motor, als hochdrehendem in Außenläuferbauweise aufgebautem, elektronisch kommutiertem Gleichstrommotor, wobei die komplett montierte Luftgebläseeinheit ohne Gehäusedeckel in eine Auswuchtvorrichtung, die mit einer Steuervorrichtung für den EC- Motor der Luftgebläseeinheit und mit einer Vorrichtung zum überbrücken der Motorelektronik der Luftgebläseeinheit selbst versehen ist, einsetzbar und elektrisch kontaktierbar ist, und zum Antrieb der Luftgebläseeinheit beim Auswuchten der EC-Motor benutzt wird, der von der Steuervorrichtung zu diesem Zweck angesteuert wird, und wobei der Ausgleichsvorgang in zwei Ausgleichsebenen erfolgt, die axial voneinander beabstandet und zueinander parallel sind, wobei die eine Ausgleichsebene die Ebene ist, in der das Radialgebläse der Luftgebläseeinheit liegt und nur der Abtragung von Material dient, und die andere Ausgleichsebene die Ebene ist, die gegenüberliegend im Bereich der Stirnseite des Außenläuferrotors liegt und nur der Anbringung von Material dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswuchtvorgang bei einer Drehzahl erfolgt, die unterhalb der Nenndrehzahl des Gleichstrommotors (36) der Luftgebläseeinheit (1) liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialabtrag an einem oder beiden der zwei Deckbleche (321, 322) des Lüfterrades (32) des Radialgebläses vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialanbringung an der Stirnwand des Außenläuferrotors (5), vorzugsweise in einer dort vorgesehen Nut (180) vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgleichsgewichte in Form von Kugeln (181) in die Nut (180) eingepreßt werden, oder daß durch andere Techniken wie Kleben, Warmverprägen oder Verprägen mittels Ultraschall Ausgleichsgewichte genügender Masse und geeigneter Form im Bereich der Stirnseite des Außenläuferrotors (5) angebracht werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Wuchtkitt angebracht wird.