DE3838367B4

DE3838367B4 - Sensorfühler

Info

Publication number: DE3838367B4
Application number: DE3838367A
Authority: DE
Inventors: Thomas Von Der Heydt; Fritz Schmider
Original assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1987-11-11
Filing date: 1988-11-11
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2008-11-12
Also published as: DE3838367A1

Abstract

Sensorfühler mit
einem Gehäuse (1),
einem in dem Gehäuse (1) angeordneten Ventilatorrad (7) zum Ansaugen von Luft aus der Umgebung, beispielsweise aus dem Innenraum eines Kraftfahrzeuges,
einem in dem Gehäuse (1) angeordneten kollektorlosen Gleichstrommotor (4) mit einem permanentmagnetischen Rotor (5), über den das Ventilatorrad (7) direkt angetrieben wird, und einem Stator (6), der eine motorisch wirkende Statorwicklung (21), welche ein- oder zweipulsig zur Erzeugung eines erregenden statorseitigen Wechselfeldes gespeist wird, sowie mindestens ein weichmagentisches und/oder permanentmagentisches statorseitiges Teil (15,22) zur Erzeugung einer definierten Startstellung des Rotors (5) und eines Reluktanzhilfsmomentes aufweist, und
einem Sensorelement (37) zur Regelung einer Klimaanlage, an dem der Luftstrom vorbeigeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
elastische Dämpfungsmittel (16,25) parallel zur Rotorachse wirkend zwischen einem am Gehäuse (1) fest angebrachten Motortragteil (26) und dem im Gehäuse (1) beweglichen Stator (6) über den Umfang des Stators (6) verteilt vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sensorfühler nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein solcher Sensorfühler ist beispielsweise aus der DE 8702271 U1 bekannt. Dieser Sensorfühler weist auch einen kollektorlosen Gleichstrommotor auf, der in einem Gehäuse angeordnet ist und ein Ventilatorrad antreibt, das einen Luftstrom erzeugt, in dem ein Sensorelement für die Steuerung bzw. Regelung beispielsweise einer KFZ-Klimaanlage angeordnet ist.

Die DE 10 95 059 B beschreibt einen schwingungsdämpfenden Träger für einen verhältnismäßig großen Raumventilator mit elektromotorischem Antrieb, der hauptsächlich der Dämpfung von Erschütterungen bei einem Stoß gegen einen festen Körper oder durch Stöße gegen ein Traggehäuse des Ventilators sowie von Drehschwingungen aufgrund des Motorantriebs dient. Der Träger weist dazu Gummikörper auf, die zwischen einem nur die Ventilatorflügel umgebenden Gehäuse und den Motor haltenden radialen Tragarmen angeordnet sind.

Sensorfühler sind in Kraftfahrzeugen oder in Bürogeräten, im allgemeinen in Blechwänden, montiert, welche mechanisch und akustisch zu Schwingungen neigen. Letztere sollen möglichst vermieden werden, obwohl eine wirtschaftlich günstige Herstellung gefordert ist, z. B. bei Sensorfühlern (Motor + Ventilator).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Geräusch- und Körperschallanregung vom Motor her bei einem preiswerten montagefreundlichen Sensorfühler zu beseitigen oder drastisch zu verringern.

Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegeben.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie aus den Unteransprüchen.

Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Sensorfühler im Schnitt in vergrößerter Darstellung,
2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in 1 und
3 ein Schaltbild zum Betrieb des Motors im erfindungsgemäßen Sensorfühler.
1 zeigt einen Elektromotor 4 umgeben von einem Gehäuse 1, das ein Oberteil 2 und ein Unterteil 3 aufweist. Der Elektromotor 4 besteht aus einem Rotor 5 und einem Stator 6. An einem axialen Ende des Rotors 5 ist ein Radialventilatorrad 7 befestigt. Eine Welle 8 des Motors 4 ist an einem Ende fest mit dem Rotor 5 verbunden, während das andere axiale Ende mit einer abgerundeten Kuppe 9 gegen eine Lagerklammer 10 anläuft. Eine in eine umlaufende Nut der Welle 8 eingesetzte Sicherungsscheibe 11 verhindert ein axiales Herauslaufen des Rotors 5. Ein Lagertragteil 13 enthält die Lagerung für die Welle 8.
Der Rotor 5 besteht aus einem Kunststoffspritzteil, das außer dem Ventilatorrad 7 eine weichmagnetische Rückschlußscheibe 14 enthält, auf der ein Rotormagnet 12 befestigt ist. Der Stator 6 ist konzentrisch um das Lagertragteil 13 angeordnet. Das Statoreisen 15 ist mit einem Weichplastikteil 16 umgeben und an einer Stirnseite mit einer Leiterplatte (PCB) 17 in geeigneter Weise verbunden. Die Lagerklammer 10 umgreift einen am Ende des Lagertragteils 13 radial nach außen ragenden Ansatz 18. Die Lagerklammer 10 läßt relativ große Toleranzen zu und bietet eine Montagevereinfachung. Das Weichplastikteil 16 ist vorteilhafterweise ein Spritzteil, das in axialer Richtung angespritzte Ansätze 19, 20 enthält. Die Statorspule 21 ist konzentrisch zum Lagertragteil 13 auf der oberen Seite des Weichplastikteiles 16 fixiert. Ein Steuermagnet 22 ist auch auf dieser oberen Seite angeordnet, wobei dieser direkt mit dem Statoreisen 15 verbunden ist und in einer angespritzten Ausnehmung des Weichplastikteiles 16 eingesetzt ist. Magnet 22 zieht den Rotor in eine definierte Startstellung und bewirkt in den Strompausen ein antreibendes Moment mit dem Rotormagneten 12 zusammen.
Der fertig montierte Motor 4 ist mittels nichtmagnetischer Federn 25 an einem nichtmagnetischen Motortragteil 26 weichaufgehängt. Das Motortragteil 26 ist fest mit dem Gehäuseoberteil 2, beispielsweise mittels Rastnasen 27, verbunden. Eine konzentrische Ausnehmung 42 in dem Motortragteil 26 gestattet axiale und radiale Schwingungsbewegungen des Motors 4. Sehr starke Ausschläge in axialer Richtung werden durch die weichplastischen Ansätze 19, 20 bedämpft. Die als Schraubenfedern ausgeführten Federn 25 (im Ausführungsbeispiel 4 Stück) sind aus Bronzedraht gewickelt. Sie können zur zusätzlichen Bedämpfung mit einer weichplastischen Masse befüllt oder umhüllt werden. An einem axialen Ende der Feder 25 ist mindestens eine Windung auf einen kleineren Durchmesser gewickelt, anschließend folgt in axialer Richtung ein Bereich mit beabstandeten und abschließend ein Bereich mit unter Vorspannung anliegenden Drahtwindungen. Das Federnde mit der Windung kleineren Durchmessers wird in die dafür vorgesehenen Bohrungen des Motortragteils 26 gesteckt und mit einem Kleber festgemacht, während der andere Endbereich der Feder 25 an seinem äußeren Umfang in Ausnehmungen 28 am Umfang des Statoreisens 15 geklebt wird.
Die Federn 25 sind am einen Ende im Durchmesser abgesetzt und dort auf Anlage eng gewickelt mit reduziertem Durchmesser, so daß dieses Ende mit dem reduzierten festen Wickel der Schraubenwindungen in Ausnehmungen des Motortragteils 26 greift und dort eingeklebt oder eingepreßt sind, während das andere Ende der Federn 25 in den Statoreisenkörper 15, der im allgemeinen lamelliert ist, in Ausnehmungen 28 dort auch eingeklebt sind.
Das Weichplastikteil 16 ist um das Statoreisen 15 herumgespritzt, also bei der Fertigung wird das Statoreisen in eine Form gelegt und das Weichplastikteil 16 wird darum herumgespritzt. Die in axialer Richtung vorstehenden Ansätze 19, 20 stoßen bei starker Erschütterung gegen das Motortragteil bzw. das Gehäuseunterteil 3. Diese Ansätze können natürlich auch in anderer Weise am Stator 6 befestigt sein und auf vorbestimmte Anschlagstellen im Gehäuse oder am Motortragteil 26 anschlagen. Der Rotor hat einen Permanentmagnetring 12, dessen koaxiale Welle in das einstückig als Sinterlager ausgebildete Lagertragteil 13 eingesteckt wird. Dieser Sinterlagerkörper ist axial verlängert und radial verdickt, so daß er am unteren Ende im Statoreisen 15 gehaltert wird. Das Ende der Rotorwelle 8 ragt aus dieser Statorlagerbuchse heraus und wird mit einem Sicherungsring 11 (0-Ring oder dergleichen) in einem Einstich gegen das einfache Wegziehen gesichert. Das abgerundete Ende 9 auf dieser Seite liegt an einer Lagerklammer 10 an, welche als eine Art Clip-Element um Ansätze 18 am Lagertragteil 13, der gleichzeitig als gesintertes Teil das Lager selbst bildet, herum geführt und sich selbst halternd einschnappt.
Die Federn 25 sind also aus relativ elastischer Federbronze gewickelt. Die Aufhängung und mechanische und akustische Entkopplung des gattungsgemäßen Motors über solche metallische Federn hat in der Praxis ein viel besseres Geräuschverhalten gebracht als verschiedene andere Maßnahmen, die man vorher versuchte. Überraschenderweise gelang es damit, auf Geräuschwerte von 15 dBA herunterzukommen, obwohl ein den Motor selbst umgebendes Gehäuseober- und Gehäuseunterteil, in welchem über das Motortragteil der Motor gehaltert ist, in ein resonanzfähiges Gerät, z. B. die Blechwand oder ein Formteil eines Kraftfahrzeugs oder einer Büromaschine, ohne dortige zusätzliche Resonanzdämpfungsmittel eingesetzt war.
Die Luft, beispielsweise aus dem Innenraum eines Kraftfahrzeuges, wird in Richtung eines Pfeiles 45 über einen Domschacht 30 angesaugt, an einem Sensorelement 37 vorbei und über das Ventilatorrad 7 über eine Gehäuseöffnung in Richtung des Pfeiles 46 weitergeführt. Das Sensorelement 37 dient beispielsweise zur Regelung einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug. Der Domschacht 30 ist beispielsweise über Rastnasen (nicht dargestellt) mit einer an einer Wand oder einem Formteil angeformten Buchse 41 verbunden. Durch diese starre Verbindung wird vom Motor 4 erzeugter Körperschall über diese Buchse auf andere Teile wie z. B. das Armaturenbrett oder die Deckenverkleidung in einem Kraftfahrzeug übertragen.
In der Praxis hat sich gezeigt, daß für einen im Sinne der Aufgabe günstigen Betrieb eine Betriebsschaltung vorteilhaft ist, die in der 3 dargestellt ist. Dabei wird die Eingangsspannung U, die in einem Bereich von z. B. 6–20 V arbeitet, im Betrieb längs des Spannungsteilers aus dem Widerstand 51 (von z. B. 12 kΩ) und der Tachowindung (z. B. 700 Windungen Kupferdraht von 0,07 mm Dicke) und der Diode 53 aufgeteilt. Zwischen dem Widerstand 51 und dem Eingang der Tachowindung 52 einer-seits und dem Eingang des Transistors 60 andererseits liegt ein Querwiderstand 54 (z. B. 1 kΩ). Eine Basis 55 eines Transistors 60 ist über einen Kondensator 56 von z. B. 100 nF mit dem Kollektor 58 des Transistors 60 verbunden, welcher seinerseits am einen Ende der Motorwicklung 21 liegt. Dieser Widerstand 54 bildet also einen Querzweig in einer H-Schaltung, deren linker Zweig die Elemente 51, 52, 53 und deren rechter Zweig die Schaltung aus der Wicklung 21 in Serie mit der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors bildet. Das andere Ende der Motorwicklung 21 liegt am Pluspol 70. Der Emitter 59 liegt auf Minuspotential 71. Die Motorwicklung hat 1100 Windungen aus Kupferdraht 0,07 mm Durchmesser. Parallel zur Kollektor-Emitterstrecke liegt ein Kondensator 61 zur Unterdrückung hochfrequenter Störspannungen und wiederum parallel zu diesem liegt eine Zenerdiode 62.
Aufgrund der Bauteiltoleranzen kann bei eingeschalteter Spannung der Transistor leitend oder auch gesperrt sein. Um dieses Dimensionierungsproblem zu verhindern, sieht man den Kondensator 56 vor, der beim Einschalten der Spannung einen positiven Spannungsimpuls über diesen Kondensator 56 an die Basis 55 des Transistors gibt. Dadurch wird dieser leitend und es fließt ein Strom durch die Arbeitsspule 21. Der Rotor erhält ein Antriebsmoment und führt eine Startbewegung aus. Schon dabei wird in der Tachospule 52 eine Wechselspannung induziert, welche phasenrichtig die weitere Steuerung des Transistors dann auf rechterhält. Über den Kondensator 56 wird ein Teil des Ausgangssignals auf den Transistoreingang zurückgekoppelt. Man erreicht dadurch einen ruhigeren Motorlauf. Auch die Höhe der Drehzahl läßt sich damit beeinflussen. Die am Eingang in der Plusleitung vorgesehene Falschpoldiode 64 dient nur dazu zu verhindern, daß die Schaltung mit dem Motor unter falscher Spannungspolung angeschlossen wird. Im einmal montierten Zustand kann diese auch weggelassen werden, d. h. sie ist je nach Umfeld der Anwendung überflüssig.
Diese Zenerdiode 62 parallel zum Kondensator 61 liegt parallel zur Kollektor-Emitterstrecke 58/59 des Transistors 60.
Die Diode 53, in Serie mit der Tachowindung 52, sorgt dafür, daß beim Einschalten an der Basis 55 des Transistors 60 die notwendige Schwellwertspannung von ca. 0,7 Milli-Volt auftritt, so daß der Transistor 60 dadurch leitend wird.
Die Zenerdiode 62 dient zum Schutz des Transistors 60. Dadurch daß die Zenerdiode 62 parallel zum Transistor 60 diesen ausreichend schützt, kann auf die Vorschrift einer Falschpolsicherung verzichtet werden und aus diesem Grund kann die Diode 64 entfallen. Anwender verlangen oft aus Sicherheitsgründen vorsorglich die sogenannte Falschpolsicherheit auch auch bei Einbaugeräten wo nicht falsch gepolt werden kann. Dieser Sicherheitsvorschrift wird also auf jeden Fall durch die Zenerdiode 62 parallel zum Transistor in dieser Schaltung Genüge getan.

Claims

Sensorfühler mit einem Gehäuse (1), einem in dem Gehäuse (1) angeordneten Ventilatorrad (7) zum Ansaugen von Luft aus der Umgebung, beispielsweise aus dem Innenraum eines Kraftfahrzeuges, einem in dem Gehäuse (1) angeordneten kollektorlosen Gleichstrommotor (4) mit einem permanentmagnetischen Rotor (5), über den das Ventilatorrad (7) direkt angetrieben wird, und einem Stator (6), der eine motorisch wirkende Statorwicklung (21), welche ein- oder zweipulsig zur Erzeugung eines erregenden statorseitigen Wechselfeldes gespeist wird, sowie mindestens ein weichmagentisches und/oder permanentmagentisches statorseitiges Teil (15,22) zur Erzeugung einer definierten Startstellung des Rotors (5) und eines Reluktanzhilfsmomentes aufweist, und einem Sensorelement (37) zur Regelung einer Klimaanlage, an dem der Luftstrom vorbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass elastische Dämpfungsmittel (16,25) parallel zur Rotorachse wirkend zwischen einem am Gehäuse (1) fest angebrachten Motortragteil (26) und dem im Gehäuse (1) beweglichen Stator (6) über den Umfang des Stators (6) verteilt vorgesehen sind.
Sensorfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Dämpfungsmittel als Schraubenfedern (25) ausgebildet sind, die an einem Ende stirnseitig mit dem Motortragteil (26) verbunden sind und am anderen Ende am Umfang, vorzugsweise in Ausnehmungen (28), des statorseitigen Teils (15) befestigt sind.
Sensorfühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass des Motortragteil (26) und die Schraubenfedern (25) aus nichtmagnetischem Material bestehen.
Sensorfühler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfedern (25) mit einer weichplastischen Masse befüllt oder umhüllt sind.
Sensorfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motortragteil (26) mittels Rastnasen (27) an einem Gehäuseoberteil (2) fest montiert ist.
Sensorfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Dämpfungsmittel ein Weichplastikteil (16) umfassen, das das statorseitige Teil (15) umgibt und in axialer Richtung parallel zur Rotorachse vorstehende Ansätze (19, 20) aufweist.
Sensorfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (6) nur eine einzige Statorwicklung (21) aufweist.
Sensorfühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (21) symmetrisch um die Rotationsachse angeordnet ist.
Sensorfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (21) im ebenen Luftspalt zwischen einem Rotormagneten (12) und dem vorzugsweise geblechten statorseitigen Teil (15) vorgesehen ist.
Sensorfühler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorwicklung (21) in Reihe mit einem Transistor (60) so liegt, dass der Emitter (59) des Transistors (60) am Minuspol (71) liegt und das Basispotential (55) des Transistors (60) beim Einschalten durch eine parallel zur Basis-Emitterstrecke (55, 59) liegende Diode (53) für ein Schwellwertverhalten des Transistors (60) bestimmend ist.
Sensorfühler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein relativ großer Kondensator (56) von ca. 100 nF zwischen der Basis (55) und dem Kollektor (58) liegt, so dass die Basis beim Einschalten einen positiven Spannungsimpuls erhält.
Sensorfühler nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zur Kollektor-Emitterstrecke des Transistors (60) eine Zenerdiode (62) mit ihrer Stromeingangsseite am Minuspol liegt.
Sensorfühler nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihenschaltung aus Statorwicklung (21) und Transistor (60) über einem parallel zur Eingangsspannung liegenden Spannungsteiler liegt, von dem ein Querwiderstand (54) zur Basis (55) führt.