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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Motorventilator-Gruppe. Das Anwendungsgebiet
erstreckt sich insbesondere auf Heiz- und/oder Klimatisierungsanlagen,
insbesondere für
Kraftfahrzeuge.
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Bei
derartigen Anwendungen ist es bekannt, eine Motorventilator-Gruppe
auszubilden, vom Typ mit einem Schneckengehäuse, einer in dem Schneckengehäuse aufgenommenen
Turbine zum Erzeugen eines Luftstroms in dieser, einem Motor zum
Antreiben der Turbine, einer Abstützung für den Motor, die zugleich eine
Verschlusshaube für
das Schneckengehäuse
auf einer Seite desselben bildet, und einem Modul zum Steuern des
Motors, mit dem die Geschwindigkeit des Motors je nach Bedarf variiert werden
kann.
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Das
Modul zum Steuern der Geschwindigkeit des Motors der Motorventilator-Gruppe enthält in bekannter
Weise eine Leiterplatte bzw. -karte, an der elektronische Komponenten
angeordnet sind, die über
elektrische Leiterbahnen miteinander verbunden sind.
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Ein
zu lösendes
Problem besteht im Abführen
von Wärme,
die durch Stromwärmeverluste
der elektronischen Komponenten erzeugt wird. Bei mangelnder Kühlung der
elektronischen Komponenten könnte
nämlich
die Gefahr bestehen, dass deren Zuverlässigkeit oder deren Leistung
sinkt oder sogar dass diese zerstört werden.
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Auch
ist bekannt (siehe beispielsweise FR-A-2 798 988), hierfür dem Steuermodul
einen Kühler
zuzuordnen, um die Wärme
abzuführen,
die von denjenigen elektronischen Komponenten erzeugt wird, die
durch Strahlung (von der Kühlerfläche) und/oder
durch Konvektion bzw. Zwangskonvektion thermisch mit den elektronischen
Komponenten gekoppelt sind.
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Aufgrund
der hohen Wärmemenge,
die bei einem Modul zum Steuern eines Motors einer Motorventilator-Gruppe
abzuführen
ist, ist es erforderlich, die Wärmekonvektion
des Kühlers
zu forcieren. Insbesondere wurde vorgeschlagen, den Kühler dem Luftstrom
auszusetzen, der im Schneckengehäuse erzeugt
wird. Aufgrund seiner großen
Abmessung wird jedoch der Kühler
am Auslass des Schneckengehäuses
montiert, wodurch eine Beabstandung zwischen diesen Komponenten
des Steuermoduls in thermischem Kontakt mit dem Kühler und
dem zu steuernden Motor auferlegt wird, was Ursache für unerwünschte elektromagnetische
Strahlungen ist.
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Ferner
werden durch vorhandene Kühlerrippen,
die in relativ großem
Abstand in den aus dem Schneckengehäuse ausströmenden Luftstrom treten, Strömungsstörungen und
Lärm erzeugt.
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Gegenstand
und Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung zielt darauf ab, eine optimale thermische Kopplung zwischen
zu kühlenden
elektronischen Komponenten und dem Kühler herzustellen, die eine
bessere Wärmeabführung und
einen verminderten Platzbedarf des Kühlers ermöglichen, wodurch dessen Anordnung
möglichst
nahe am Motor möglich
ist.
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Dieses
Ziel wird mit einer Motorventilator-Gruppe vom in der Einleitung
der vorliegenden Beschreibung definierten Typ erreicht, bei der
das Steuermodul einen einstückigen
Kühler
enthält,
der sich über
die gesamte untere Fläche
der Leiterkarte erstreckt und über
erste Kontaktzonen verfügt,
die sich in direktem thermischen Kontakt mit mehreren elektronischen
Komponenten befinden, und über zweite
Kontaktzonen, die sich in thermischem Kontakt mit äquipotentiellen
Zonen an der unteren Fläche der
Leiterkarte befinden.
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Vorteilhaft
weisen die elektrischen Leiterbahnen, die den Strom befördern, der
den Motor versorgen soll, einen Gesamtwiderstand auf, der unter
etwa 2 mΩ liegt.
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Die
ersten Kontaktzonen des Kühlers
weisen mindestens einen Materialaufstieg auf, der die Leiterkarte
durchquert, um sich der Form von mindestens einer elektronischen
Komponente anzupassen.
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Die
ersten Kontaktzonen weisen mindestens eine Kontaktzone auf, die
sich der Form von mindestens einer elektronischen Komponente anpasst,
die an die Leiterkarte angeschlossen ist und die sich außerhalb
einer Kante von ebendieser Karte befindet.
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Hierbei
dient eine Klemme dazu, für
einen Kontaktdruck gegen den Kühler
von der besagten elektronischen Komponente zu sorgen, die sich außerhalb
der Leiterkarte befindet.
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Eine
Haube ist derart am Kühler
befestigt, dass sie für
einen Kontaktdruck von der Leiterkarte gegen den Kühler sorgt.
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Die
Haube kann aus synthetischem Material sein.
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Vorzugsweise
ist der Kühler
aus Aluminium.
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Vorteilhaft
dient eine Einzelschraube dazu, die Leiterkarte am Kühler zu
befestigen.
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Die
Erfindung hat auch eine Heiz- und/oder Klimaanlage für Kraftfahrzeuge
mit einer Motorventilator-Gruppe zum Gegenstand, wie sie vorangehend definiert
ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Die
Erfindung wird beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung besser
verständlich,
die sich beispielhaft, aber nicht einschränkend versteht, und zwar anhand
der beiliegenden Zeichnung, worin zeigt:
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1 eine
sehr schematische Ansicht einer Heiz- und/oder Klimaanlage für Kraftfahrzeuge,
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2 eine
Draufsicht einer Motorventilator-Gruppe, welche ein erfindungsgemäßes Steuermodul
einschließt,
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3 eine
perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Steuermoduls,
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4 eine
Explosionsansicht des Steuermoduls aus 3, und
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5 eine
Ansicht der Leiterkarte des Steuermoduls aus 3.
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Nähere Beschreibung
der Ausführungsformen
der Erfindung
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird nachfolgend im Rahmen der Anwendung bei einer Heiz-
und/oder Klimaanlage für
Kraftfahrzeuge beschrieben. Eine erfindungsgemäße Motorventilator-Gruppe ist
jedoch auch für
andere Anwendungen verwendbar, welche das Erzeugen einer Luftströmung oder
einer Strömung
jeglichen anderen Gases erfordert.
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1 zeigt
sehr schematisch einen Teil einer Luftheiz- und Klimaanlage für Kraftfahrzeuge,
die in wohl bekannter Weise eine Motorventilator-Gruppe 1 bzw.
einen Lüfter
enthält,
die bzw. der eine Luftströmung 2 in
ein Luftverteiler- und Aufbereitungsgehäuse 3 abgibt.
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Der
Kanal des Luftverteilergehäuses 3 leitet diese
Luftströmung 2 unter
Druck durch einen Verdampfer 4 eines Kühlkreises (bei vorhandener
Luftklimatisierungsfunktion), einen Flüssigkeitswärmetauscher 5, der
von der Kühlflüssigkeit
des Fahrzeugmotors durchströmt
wird, und gegebenenfalls einen elektrischen Zusatzkühler 6.
Im Klimatisierungsmodus wird die Luft von Klappen (nicht dargestellt)
in einen Durchgang 7 in Ableitung vom Kühler 5 umgelenkt.
Den Kühlern 5 und 6 nachgeschaltet
geben die Leitungen des Gehäuses 3 die
Luft je nach Stellung der Misch- und Ausgabeklappen 8 selektiv
an Auslassmündungen 9 in
den Fahrgastraum des Fahrzeugs aus.
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Die
Motorventilator-Gruppe 1 enthält ein Schneckengehäuse 10,
in dem eine Turbine 12 aufgenommen ist (1 und 2).
An einer seiner Seiten 10a weist das Schneckengehäuse 10 eine Öffnung auf,
die von einer Haube 20 verschlossen ist, welche eine Abstützung für einen
Motor 14 zum Antreiben der Turbine 12 bildet.
Der Motor 14 (schematisch strichpunktiert in 1 und 2 gezeigt)
und die Turbine 12 verlaufen koaxial. Die Turbine 12 ist mit
radialen Schenkeln an der Abtriebswelle 14a des Motors 14 gelagert.
Die Motorabstützhaube 20 begrenzt
eine Aufnahme 22 für
den Motor, der seitlich an der Seite 10a des Schneckengehäuses 10 absteht.
Die der Seite 10a entgegengesetzte Seite des Schneckengehäuses weist
eine mittlere Lufteinlassöffnung
auf. Die von der Turbine angesaugte und umgewälzte Luft tritt aus dem Schneckengehäuse 10 über einen
Auslass 10c aus, der an die Leitung des Luftverteilergehäuses 3 angeschlossen
ist.
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Ein
Modul 30 zum Steuern des Motors, mit dem der Motor 14 mit
einer Geschwindigkeit angetrieben werden kann, die je nach gewünschtem
Luftdurchsatz am Auslass des Schneckengehäuses 10 veränderlich
ist, ist an der Motorabstützhaube 20 angebracht.
Insbesondere ist das Modul 30 an einem Teil 26 einer
Umrandung 24 der Motorabstützhaube 20 angebracht,
welche die Motoraufnahme 22 umgibt. Die Umrandung 24 hat
eine kreisförmige
Kontur 24a, die sich an die kreisrunde Öffnung 13 anpasst, welche
auf der ersten Seite 10a des Schneckengehäuses 10 ausgebildet
ist. Das Modul 30 ist mittels Stecker 54 und Leiter
(nicht dargestellt) mit einer Versorgungsspannungsquelle, einer
Steuerungseinheit für
die Heiz- und Klimaanlage und mit dem Motor verbunden.
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Bei
der in 3 bis 5 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform
enthält
das Steuermodul 30 eine Leiterkarte 40, an der
elektrische und elektronische Komponenten 50 und Stecker 54 angeordnet
sind, um eine Versorgungsspannung und Motorgeschwindigkeitssteuersignale
zu erhalten und um dem Motor 14 die erforderliche Stromversorgung zu
gewährleisten.
Die Komponenten 50 und Stecker 54 sind über elektrische
Leiterbahnen miteinander verbunden. Die Leiterkarte 40 und
die elektronischen Komponenten 50 sind thermisch mit einem
kompakten, einstückigen
Kühler 60 gekoppelt.
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Der
Kühler 60,
der aus Aluminium oder jeglicher anderen Legierung sein kann, erstreckt
sich über
die gesamte untere Fläche
der Leiterkarte 40 und weist erste Kontaktzonen 61, 62 und
zweite Kontaktzonen 63 auf. Die ersten Kontaktzonen 61, 62 befinden
sich in direktem thermischen Kontakt mit mehreren elektronischen
Komponenten 51 und 52, wobei unter diesen zumindest
eine Zone 61 die Leiterkarte 40 durchsetzt, um
sich an die Form zumindest einer elektronischen Komponente 51 anzuschmiegen.
Die zweiten Kontaktzonen 63 befinden sich in thermischem
Kontakt mit äquipotentiellen
Zonen an der unteren Fläche
der Leiterkarte 40.
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Bei
dem Beispiel aus 4 ist der Kühler 60 im wesentlichen
sichelförmig
ausgeführt
und begrenzt eine Ausnehmung 66, die dazu bestimmt ist, die
Leiterkarte aufzunehmen, welche eine dieser entsprechende Form hat.
In der Ausnehmung sind Materialanstiege bzw. Erhebungen 61 und 63 ausgebildet,
die den wärmsten
Stellen der Karte gegenüberliegen.
Somit durchsetzt beispielsweise der E-förmige Materialanstieg 61 die
Leiterkarte 40, um mit einer Drossel in Kontakt zu gelangen,
indem er sich an einen Teil ihrer zylindrischen Form anschmiegt,
während
der linienförmige
Materialanstieg 63 mit äquipotentiellen
Zonen an der unteren Fläche
der Leiterkarte 40 gegenüber den Kondensatoren 56 in
thermischem Kontakt steht.
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Die
Umrandung des Kühlers 60 weist
eine Kontaktzone 62 für
zumindest eine elektronische Komponente 52 auf, die mit
der Leiterkarte 40 verbunden ist. Beispielsweise sind Leistungstransistoren 52,
die sich außerhalb
einer Kante der Leiterkarte 40 befinden, über ihre
gesamten unteren Flächen
mit einer ebenen Zone 62 der Umrandung des Kühlers 60 in
thermischem Kontakt. Um die thermische Kopplung zwischen den Leistungstransistoren 52 und
dem Kühler 60 zu
verbessern, übt
eine Klemme 58, die in ein an der Umrandung des Kühlers 60 liegendes Langloch 68 eingreift,
einen Kontaktdruck auf die Transistoren 52 gegen die Kontaktzone 62 aus.
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Die
in 5 dargestellte Leiterkarte weist zwischen den
elektrischen und elektronischen Komponenten einen kompakten Aufbau
auf. Somit ist die Länge
der elektrischen Leiterbahnen (nicht dargestellt), welche die verschiedenen
Komponenten verbinden, optimal, so dass sie einen Gesamtwiderstand
unter etwa 2 mΩ definieren.
Folglich ist der durch die Stromleitung bedingte Stromwärmeverlust auf
ein Maß beschränkt, das
für die
aktuell gängigen Techniken
von Leiterkarten akzeptabel ist.
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Ferner
ist das Steuermodul 30 mit einer Haube 70 ausgestattet,
die aus Synthetikmaterial sein kann und die Leiterkarte 40 und
die von dieser getragenen Komponenten überdeckt. Beispielsweise sind die
Drossel 51, die Stecker 54 und die Kondensatoren 56 in
den jeweiligen Aufnahmen 71, 73 und 76 entsprechender
Form aufgenommen. Die Haube 70 ist mit Schnappklemmen 77 am
Kühler 60 befestigt, die
in entsprechende Vorsprünge 67 eingedrückt werden,
die sich an der Seitenwand des Kühlers 60 befinden.
Folglich gewährleistet
die Haube neben einem mechanischen Schutz der Karte und der Komponenten
vor Stößen oder
Staub auch einen Kontaktdruck der Leiterkarte 40 an den
Kühler 60,
wodurch die thermische Kopplung zwischen der Karte und dem letztgenannten
verbessert wird.
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Vorteilhaft
erfolgt das Anbringen der Karte 40 an den Kühler 60 mittels
einer Einzelschraube 55, welche die Karte durchsetzt, um
in einer Befestigungsbuchse 65 aufgenommen zu werden, die
sich in der Ausnehmung 66 des Kühlers 60 befindet.
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Der
Kühler 60 enthält an seiner
Unterseite vorspringende Abschnitte 69, wie etwa Rippen.
Die Rippen greifen in Öffnungen 28 des
Teils 26 der Umrandung 24 der Motorabstützhaube 20 ein
(2), an der das Modul 30 befestigt ist.
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Das
Steuermodul 30 ist beispielsweise mittels Schrauben 74 befestigt,
die in Laschen 64 an den Endabschnitten des Moduls eingreifen
und in Buchsen 27 eingeschraubt sind, die einstückig mit
der Motorabstützhaube 20 ausgebildet
sind (2).
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Selbstverständlich können die
Gesamtformen bzw. Materialien des Kühlers und der Haube und die
Anzahl bzw. Art von zu kühlenden
Komponenten variieren, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die
kompakte Form des Kühlers
begünstigt das
Einsetzen des Steuermoduls möglichst
nahe am Motor oder am anzusteuernden Organ und ermöglicht es,
Strömungsstörungen und
Geräusche
zu unterdrücken
und die Gesamtkosten einer Motorventilator-Gruppe zu senken.
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Durch
die bessere Abkühlung
der elektronischen Komponenten wird deren Zuverlässigkeit nachhaltig erhöht und es
können
stärkere
Lasten gesteuert werden, die dem steigenden Leistungsbedarf von
Heiz- und/oder Klimaanlagen für
Kraftfahrzeuge entsprechen. Augrund der verbesserten Abkühlung gemäß der Erfindung
können
die Komponenten mit einer Stromstärke bis etwa 30A und bei einer
Umgebungstemperatur der Außenluft
bis etwa 65°C
betrieben werden.
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Der
Kontakt der Leiterkarte mit dem Kühler über die Haube ermöglicht es,
die Befestigungsschrauben zwischen diesen beiden Teilen wegzulassen
und die Montagezeit und damit die Kosten des Steuermoduls zu senken.