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Die Erfindung betrifft einen Ventilator und einen darin aufgenommenen Motor mit einem Stator und einem Rotor, der mit einem Ventilatorrad verbunden ist, wobei das Ventilatorgehäuse aus zumindest einem Gehäuseoberteil sowie einem Gehäuseunterteil gebildet ist.
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Bei mit elektronisch kommutierten Motoren angetriebenen Gebläsen wird üblicherweise ein Motor mit integrierter Motorsteuerelektronik eingesetzt. Die Motorsteuerelektronik ist dabei regelmäßig in einem Elektronikgehäuse aufgenommen, das sich direkt an den Motoraufbau anschließt. Dabei ist nachteilig, dass ein Austausch der Motorsteuerelektronik im Servicefall aufgrund ihrer Unzugänglichkeit nicht oder nur mit großem Montageaufwand möglich ist.
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Das Elektronikgehäuse wird bei einer direkten Anbindung zwischen Motor und Motorsteuerelektronik gedichtet ausgebildet, da es innerhalb des von dem Ventilator geförderten Mediums angeordnet wird. Die Kühlmöglichkeit der Motorsteuerelektronik ist somit stark eingeschränkt.
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Weiterhin führt ein Aufbau von Motor mit daran in einem Elektronikgehäuse angeschlossener und aufgenommener Motorsteuerelektronik zu einem erhöhten axialen Platzbedarf innerhalb des Ventilatorgehäuses.
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Auch ist die Herstellbarkeit eines für diesen Einsatz günstigen mit Kunststoff umpressten Stators auf geringe Baugrößen mit relativ kleinem Durchmesser beschränkt, wodurch die Größe der Leiterplatte für die Elektronik und die vorsehbare Anzahl von Elektronikbauteilen limitiert ist.
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Aus der Patentanmeldung
DE 10 2010 012 392 A1 ist beispielsweise ein den Stand der Technik darstellender Ventilator bekannt.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Ventilator bereit zu stellen, der zur Integration von Motor und Motorelektronik in das Ventilatorgehäuse einen geringeren axialen Bauraumbedarf aufweist und eine Zugänglichkeit zum Austausch der Elektronik im Servicebedarf bietet.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1.
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Erfindungsgemäß wird hierzu ein Ventilator vorgeschlagen, der ein aus zumindest einem Gehäuseoberteil sowie einem Gehäuseunterteil gebildetes Ventilatorgehäuse und einen darin aufgenommenen Motor mit einem Stator und einem Rotor, der mit einem Ventilatorrad verbunden ist, umfasst. Das Gehäuseoberteil weist ferner eine Axialöffnung auf, an deren zum Gehäuseunterteil weisenden axialen Innenseite der Stator und an deren axialer Außenseite zumindest eine Elektronik angeordnet ist. Die Axialrichtung ist dabei definiert als Erstreckung parallel zur Motorachse oder Ventilatorradachse.
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Der Motor ist insbesondere ein elektronisch kommutierter Außenläufermotor mit einem mit Kunststoff umpressten Stator, der sich im Inneren des Ventilatorgehäuses innerhalb des zu fördernden Mediums befindet und das Ventilatorrad antreibt. Die Elektronik wird vorzugsweise auf einer Leiterplatte aufgebracht, die sich senkrecht zur Axialrichtung erstreckt.
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Erfindungsgemäß werden der Stator und die Elektronik an dem Gehäuseoberteil von zwei axialen Seiten befestigt, die Elektronik von der axialen Außenseite, der Stator von der axialen Innenseite, die zum Gehäuseunterteil weist. Die Wandung des Gehäuseoberteils trennt die Elektronik zwar von dem Stator, jedoch wird über die Axialöffnung in dem Gehäuseoberteil eine unmittelbare Anschlussmöglichkeit an den Stator bereitgestellt. Durch die Anordnung der Elektronik außerhalb des Gehäuseoberteils, d. h. außerhalb des Ventilatorgehäuses und mithin außerhalb des von dem Ventilator zu fördernden Mediums, entfällt die Notwendigkeit der Verwendung eines abgedichteten Elektronikgehäuses. Zudem ist die Elektronik von der Außenseite des Ventilatorgehäuses zugänglich und austauschbar, ohne dass der Ventilator demontiert werden müsste.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ferner vorgesehen, dass die Elektronik eine Motorsteuerelektronik zum elektronisch kommutierten Antrieb des Motors oder eine Einheit aus Motorsteuerelektronik mit angrenzend angeordneter Elektronik zur Versorgung externer Verbraucher ist. Die Elektronik zur Versorgung externer Verbraucher umfasst Funktionen zum Betrieb eines externen Verbrauchers, insbesondere einen Ausgang zur Spannungsversorgung eines externen Verbrauchers sowie einen Eingang zur Kommunikation mit dem externen Verbraucher. Die Anschlussmöglichkeit der Elektronik zur Versorgung weiterer externer Verbraucher wird durch die Anbringung der Elektronik axial außenseitig am Gehäuseoberteil und die damit einhergehende Zugänglichkeit von außen ermöglicht.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist ferner günstig, dass das Gehäuseoberteil einen Teil des Elektronikgehäuses bildet und somit auf ein zusätzlich vorzusehendes Elektronikgehäuse verzichtet werden kann. Der axiale Bauraumbedarf für das Elektronikgehäuse wird eingespart, da es teilweise durch das Gehäuseoberteil selbst bereit gestellt wird. Zudem kann durch die Nutzung des Gehäuseoberteils als Elektronikgehäuse der Durchmesser der Elektronik bzw. der Leiterplatte vergrößert und ein flacherer axialer Aufbau der Elektronik realisiert werden.
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Ferner ist eine Ausführung vorteilhaft, bei der die Motorsteuerelektronik durch die Axialöffnung des Gehäuseoberteils leitungslos mit dem Stator kontaktiert und lösbar mit dem Stator verbunden ist. Die unmittelbare und beispielsweise über Kontaktpins leitungslose Kontaktierung der Motorsteuerelektronik an dem Stator bietet den Vorteil, dass die Wicklungserwärmung über Sensoren auf der Elektronik direkt erfasst werden kann und der Entstörungsaufwand reduziert ist, da keine zusätzlichen Verbindungsleitungen erforderlich sind.
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Der Stator weist in einer vorteilhaften Ausführungsvariante einen Anschlussring auf, über den er axial und/oder radial an einem umlaufenden Rand der Axialöffnung anliegend befestigt werden kann. Die Kontaktierung zwischen dem innenseitig zu dem Gehäuseoberteil angeordneten Stator und der außenseitig zu dem Gehäuseoberteil angeordneten Elektronik kann somit über die Axialöffnung erfolgen, während der Stator über den Anschlussring an dem umlaufenden Rand der Axialöffnung montiert ist.
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Günstig ist ferner eine Ausführungsform des Ventilators, bei welcher der Anschlussring eine umlaufende Stufe aufweist, die eine Axialanlagefläche und eine Radialanlagefläche zur Anlage an dem Rand der Axialöffnung darstellt. Ferner wird eine Auflagefläche parallel zur radialen Erstreckung der Axialöffnung gebildet, auf der die Elektronik unmittelbar befestigt werden kann. Die Auflagefläche erstreckt sich auf dem Anschlussring vorzugsweise radial einwärts zur Stufe. Die Auflagefläche ist günstigerweise eben, so dass die auf der Leiterplatte aufgebrachte Elektronik parallel angeordnet werden kann. Zudem ist die Stufe vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Auflagefläche des Anschlussrings bündig zu einer sich radial anschließenden Fläche des Gehäuseoberteils verläuft. Die Axial- und Radialanlageflächen des Anschlussringes bieten die Möglichkeit, den Anschlussring an den umlaufenden Rand der Axialöffnung anzusetzen, so dass die Axialanlagefläche axial innenseitig an der Wandung des Gehäuseoberteils und die Radialanlagefläche radial innenseitig an der Wandung der Axialöffnung des Gehäuseoberteils flächig anliegt. Der Anschlussring mit dem daran angeschlossenen Stator ragt in dieser Ausführung abschnittsweise in die Axialöffnung hinein.
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Die Erfindung ist in einer ferner vorteilhaften Ausführung, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseoberteil einen topfartig in axialer Richtung nach innen eingesenkten Zentralabschnitt aufweist, innerhalb dessen die Axialöffnung vorgesehen und die Elektronik angeordnet ist. Der eingesenkte Zentralabschnitt ist im Wesentlichen mittig in dem Gehäuseoberteil vorgesehen, wobei die Formgebung des Ventilatorgehäuses im sich radial anschließenden Außenrandbereich beliebig an die strömungstechnischen Anforderungen, beispielsweise spiralförmig, ausgebildet werden kann. In einer günstigen Ausführung ist die Elektronik in axialer und radialer Richtung vollständig in dem eingesenkten Zentralabschnitt aufgenommen, so dass das Gehäuseoberteil sowohl die Bodenfläche als auch die Seitenwände des Elektronikgehäuses bilden. Hierdurch ist die Elektronik geschützt und steht nicht axial von dem Ventilatorgehäuse hervor.
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Zur Abdeckung der Elektronik ist an dem Gehäuseoberteil vorzugsweise eine Platte angeordnet, die so dimensioniert ist, dass sie zumindest den eingesenkten Zentralabschnitt überdeckt. Die Platte bildet als eine Art Deckel zusammen mit dem Gehäuseoberteil das die Elektronik vollständig einschließende Elektronikgehäuse.
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Zur verbesserten Abführung der von der Elektronik erzeugten Wärme weist die Platte eine zumindest abschnittsweise axial in Richtung der Elektronik eingeprägte Kontur aufweist, welche thermisch an die Elektronik gekoppelt ist. Hierfür können zusätzlich zur Verbesserung der Wärmeleitung an der eingprägten Kontur der Platte oder der sich räumlich anschließenden Elektronik angebrachte Wärmeleitpads vorgesehen werden.
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Ferner ist günstig, wenn die Elektronik nicht vollständig gegenüber der Umwelt abgedichtet ist und eine Luftzirkulation an den Elektronikbauteilen bzw. entlang der Leiterplatte ermöglicht ist. Deshalb wird in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass die Platte Lüftungsöffnungen aufweist. Die Lüftungsöffnungen sind dabei vorzugsweise in Umfangsrichtung verteilt an dem Außenrand der Platte vorgesehen.
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Um die von der Elektronik abführbare Wärmemenge zu maximieren ist eine bevorzugtes Größenverhältnis des Durchmessers B der Platte gegenüber dem Durchmesser D der Leiterplatte auf B/D > 1,5 festgelegt. Die Platte erstreckt sich vorzugsweise in radialer Richtung über den eingesenkten Zentralabschnitt hinaus.
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Zur Reduzierung der Funkstörstrahlung und Verbesserung der elektromagnetischen Schutzwirkung (EMV-Schutzwirkung) ist die Platte vorzugsweise aus Metall gebildet. Das Ventilatorgehäuse ist beispielsweise aus Druckguss oder Kunststoff.
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Bei dem Ventilator ist in einer Weiterbildung ferner vorgesehen, dass zwischen dem Stator und dem Gehäuseoberteil eine Dichtung angeordnet ist, welche die Elektronik gegenüber einem innerhalb des Ventilatorgehäuses geförderten Medium dichtend trennt. Die Elektronik hat somit keinen Kontakt zum Fördermedium des Ventilators.
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Ferner ist günstig, wenn das Gehäuseoberteil einteilig ausgebildet ist und Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil über eine Nut-Feder-Verbindung aneinander befestigt werden können. Auch zwischen Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil ist im Bereich der Nut-Feder-Verbindung vorzugsweise eine Dichtung vorgesehen.
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Bezüglich der Bauform ist ferner vorteilhaft, wenn der maximale Durchmesser D der Leiterplatte größer ist, als der maximale Durchmesser d des Anschlussrings, so dass ausreichend Bauraum für die Vielzahl der Elektronikbauteil bereitgestellt ist. Ermöglicht wird dies durch die Anordnung der Elektronik außerhalb des Gehäuseoberteils und mithin außerhalb des gesamten Ventilatorgehäuses.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
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1 eine seitliche Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Ventilators,
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2 eine seitlich Explosionsdarstellung des Ventilators aus 1;
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3 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Ventilators aus 1;
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4 eine weitere perspektivische Explosionsdarstellung des Ventilators aus 1;
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5 eine vergrößerte Ansicht des Anschlussringes.
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Gleiche Bezugszeichen benennen gleiche Teile in allen Ansichten.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventilators 1 in einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt. Die 2 bis 4 zeigen dasselbe Ausführungsbeispiel in Explosionsdarstellungen aus unterschiedlichen Blickwinkeln. Die nachfolgende Beschreibung betrifft alle Figuren.
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Das in den 1–4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen Ventilator 1 mit einem Ventilatorgehäuse 2 gebildet aus einem einteiligen Gehäuseoberteil 7 und einem einteiligen Gehäuseunterteil 8 sowie einem darin aufgenommenen Motor 3 mit einem Stator 4 und einem Rotor 5, der mit dem Ventilatorrad 6 verbunden ist. Das Gehäuseoberteil 7 weist eine Axialöffnung 9 auf, an deren zum Gehäuseunterteil 8 weisenden axialen Innenseite der Stator 4 und an deren axialer Außenseite zumindest eine auf einer Leiterplatte 22 montierte Einheit 20 aus Motorsteuerelektronik mit angrenzend angeordneter Elektronik zur Versorgung eines oder mehrere externer Verbraucher angeordnet ist. Das Gehäuseoberteil 7 wird von beiden axialen Seiten bebaut, zum Einen mit dem Stator 4, zum Anderen mit der Leiterplatte 22. Das Ventilatorgehäuse 2 ist spiralförmig und bildet den Druckraum um den im Inneren des Ventilatorgehäuses 2 zentral angeordneten Motor 3.
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Der Motor 3 ist ein Außenläufer-Synchronmotor mit einem mit Kunststoff umpressten Stator 4, der von dem Rotor 5 außenseitig umgriffen wird. An dem Rotor 5 ist das Ventilatorrad 6 angeordnet und wird über den Motor 3 angetrieben. Der Motor 3 erstreckt sich in axialer Richtung im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Ventilatorgehäuses 2 in Richtung eines Ansaugbereichs des Ventilators 1.
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Die Kommutierung des Motors 3 erfolgt über die Motorsteuerelektronik auf der Leiterplatte 22. Zusätzliche externe Verbraucher sind nicht dargestellt.
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Die Motorsteuerelektronik wird durch die Axialöffnung 9 des Gehäuseoberteils 7 leitungslos mit dem Stator 4 über Kontaktpins 30 kontaktiert und ist dabei lösbar mit dem Stator 4 verbunden, so dass die Leiterplatte 22 austauschbar ist.
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An dem Stator 4 ist ein Anschlussring 11 vorgesehen, über den der Stator 4 axial und radial an dem umlaufenden Rand 10 der Axialöffnung 9 anliegend befestigt ist. Der Anschlussring 11 weist, wie verdeutlicht in 5 dargestellt, radial außenseitig zum Stator 4 eine Stufe 12 auf, so dass der Anschlussring 11 eine Axialanlagefläche 13 zur axialen Anlage an den Rand 10 des Gehäuseoberteils 7 und eine Radialanlagefläche 14 zur radialen Anlage an den Rand 10 des Gehäuseoberteils 7 bildet. Ferner umfasst der Anschlussring 11 eine Auflagefläche 15 parallel zur Axialöffnung 9 und bündig zu dem sich an die Axialöffnung 9 radial anschließenden Abschnitt des Gehäuseoberteils 7, auf der die Leiterplatte 22 mittels Schrauben befestigt ist.
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Um seine axiale Mitte weist das Gehäuseoberteil 7 den topfartig in axialer Richtung nach innen, d. h. in Richtung des Gehäuseunterteils 8 eingesenkten Zentralabschnitt 16 auf. Im Bodenbereich der topfartigen Einsenkung ist zentral die Axialöffnung 9 vorgesehen. In dem eingesenkten Zentralabschnitt 16 ist die Leiterplatte 22 mit der darauf angeordneten Einheit 20 aus mehreren Elektroniken eingesetzt, so dass sie von dem eingesenkten Zentralabschnitt 16 in axialer und radialer Richtung vollständig umschlossen ist. Der Boden und die Wände des eingesenkten Zentralabschnitts 16 bilden einen Teil des Elektronikgehäuses zur Aufnahme der Leiterplate 22 mit der Einheit 20 der Elektroniken. Geschlossen wird das Elektronikgehäuse mit der an dem Gehäuseoberteil 7 mittels Schrauben befestigten metallischen Platte 17, die den eingesenkten Zentralabschnitt 16 und mithin die Elektronik vollständig überdeckt. An der Platte 17 ist einstückig eine axial in Richtung der Leiterplatte 22 eingeprägte Kontur 18 ausgebildet, die thermisch an die Einheit 20 der Elektroniken gekoppelt ist, um. Wärme abzuführen. Die Kontur 18 weist an der Platte 17 einen im Wesentlichen elliptischen Querschnitt auf und verläuft in axialer Richtung von zwei Seiten konisch, so dass sich ihre Querschnittsfläche in Richtung der Leiterplatte 22 verringert. In Umfangsrichtung verteilt sind an dem Umfangsrand der Platte 17 Lüftungsöffnungen 19 vorgesehen, um eine Luftzirkulation entlang der Einheit 20 der Elektroniken sowie einen Luftaustausch mit Umgebungsluft zu ermöglichen. Die Lüftungsöffnungen 19 können alternativ auch auf der Platte 17 verteilt vorgesehen werden.
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Das Gehäuseoberteil 7 ist unmittelbar und über einen Dichtring abgedichtet an dem Gehäuseunterteil 8 befestigt. Zwischen dem Stator 4 und dem Gehäuseoberteil 7 ist ebenfalls eine Dichtung 21 angeordnet, so dass die Einheit 20 der Elektroniken gegenüber dem innerhalb des Ventilatorgehäuses 2 geförderten Medium getrennt ist.
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Das in dem Ausführungsbeispiel gezeigte Größenverhältnis des Durchmessers B der Platte 17 gegenüber dem Durchmesser D der Leiterplatte 22 beläuft sich auf einen Wert von 1,9. Der Durchmesser D der Leiterplatte 22 ist zudem um einen Faktor 1,1 größer als der maximale Durchmesser d des Anschlussrings 11.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Beispielsweise können auch mehrere sich axial einwärts erstreckende Konturen an der Platte vorgesehen werden. Auch sind andere Ventilatorgehäuseformen als die gezeigte Spiralform möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010012392 A1 [0006]
