WO2011045110A1 - Vollintegriertes gebläsemodul - Google Patents

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Klaus Linnenbrock
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the rotor may have a coil element with coils on a plastic body, wherein a part of the plastic body is offset with metal elements, so that this part forms a magnetic return element for the coils.
  • the magnetic return element can be produced together with the plastic body, so that further production costs can be saved.
  • the metal elements are well fixed in the molded plastic, so that a noise of the current fan module can be minimized by moving in an alternating magnetic field parts of the magnetic return element.
  • Figure 2 is a plan view of the coil element of Figure 1;
  • FIG. 4 shows a flow diagram of a method for producing the fan module from FIG. 1.
  • the base member 120 is preferably constructed so that it can be removed after a Anspritzvorgang the third Kunststoffanspritzung 180 to the second support member 170 and the axis 175 as a separate unit from a device for spraying plastic.

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Abstract

Ein Gebläsemodul umfasst einen Rotor mit Magneten und einen Stator mit Spulen, wobei die Magnete durch Anspritzen eines Kunststoffs an einem ersten Trägerelement des Rotors befestigt sind.

Description

Beschreibung
Titel
Vollintegriertes Gebläsemodul
Die Erfindung betrifft ein Gebläsemodul. Insbesondere betrifft die Erfindung ein vollintegriertes Gebläsemodul zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Für Gebläsemodule, insbesondere zur Förderung von Luft in einem Kraftfahrzeug, sind unterschiedliche Bauweisen bekannt. Manche bekannten Gebläsemodule bestehen aus einer Vielzahl von Bauelementen, die während einer Herstellung des Gebläsemoduls aufwändig zusammen gesetzt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gebläsemodul und ein Verfahren zur Montage des Gebläsemoduls anzugeben, so dass das Gebläsemodul einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung löst dieses Problem durch ein Gebläsemodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines Gebläsemoduls mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Unteransprüche geben Ausgestaltungen an.
Ein Gebläsemodul umfasst einen Rotor mit Magneten und einen Stator mit Spulen, wobei die Magnete durch Anspritzen mit einem Kunststoff an einem ersten Trägerelement des Rotors befestigt sind. Dadurch kann eine zuverlässige und kostengünstige Befestigung der Magneten erreicht werden. Außerdem kann durch schwingungsdämpfende Eigenschaften des Kunststoffs einer Geräuschentwicklung des Gebläsemoduls entgegengewirkt werden. Der Rotor kann ein äußeres magnetisches Rückschlusselement aufweisen, das durch eine Schicht des angespritzten Kunststoffs von den Magneten getrennt ist, so dass eine weitere Geräuschdämpfung realisiert sein kann. Das äußere magnetische Rückschlusselement kann ebenfalls durch Anspritzen des Kunststoffs am ersten Trägerelement befestigt sein, wodurch auch hier eine schnelle und sichere Befestigung gewährleistet werden kann.
Der Rotor kann ein Spulenelement mit Spulen auf einem Kunststoffkörper aufweisen, wobei ein Teil des Kunststoffkörpers mit Metallelementen versetzt ist, so dass dieser Teil ein magnetisches Rückschlusselement für die Spulen bildet. So kann das magnetische Rückschlusselement gemeinsam mit dem Kunststoffkörper hergestellt werden, so dass weitere Produktionskosten eingespart werden können. Darüber hinaus sind die Metallelemente im angespritzten Kunststoff gut fixiert, so dass eine Geräuschentwicklung des laufenden Gebläsemoduls durch sich in einem wechselnden Magnetfeld bewegende Teile des magnetischen Rückschlusselements minimiert werden kann.
Die Luftschaufeln des Rotors können aus an das erste Trägerelement angespritztem Kunststoff bestehen. Ferner kann der Stator des Gebläsemoduls ein Basiselement umfassen, das durch Anspritzen eines Kunststoffs an ein zweites Trägerelement hergestellt ist, wobei der Kunststoff ein Zargenelement bilden kann. Dadurch können auch diese Elemente als Verbundelemente hergestellt werden, was eine Herstellung der Elemente vereinfachen und durch verringerten Materialeinsatz reduzierte Herstellungskosten verursachen kann. Auch kann durch den Einsatz von Verbundelementen eine Gesamtmasse des Gebläsemoduls minimiert sein.
Die Anspritzvorgänge der Verbundelemente können in einem gemeinsamen Arbeitsgang und in einer gemeinsamen Spritzgussform durchgeführt werden, so dass eine Verarbeitungszeit minimiert und zusammengehörige Elemente des Gebläsemoduls gemeinsam weiterverarbeitet werden können. Außerdem kann dadurch eine verbesserte Auslastung der Spritzvorrichtung erzielt werden, die weiter verringerte Herstellungskosten des Gebläsemoduls bewirken kann.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Montage des beschriebenen Gebläsemoduls. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:
Figur 1 eine Explosionsdarstellung eines Längsschnitts durch ein Gebläsemodul;
Figur 2 eine Draufsicht auf das Spulenelement aus Figur 1 ;
Figur 3 eine Draufsicht auf das Basiselement aus Figur 1 ; und
Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung des Gebläsemoduls aus Figur 1 darstellt.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Figur 1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Längsschnitts durch ein Gebläsemodul 100. Das Gebläsemodul 100 umfasst einen Rotor 105 und einen Stator 1 10, der durch ein Spulenelement 1 15 und ein Basiselement 120 gebildet ist. Der Rotor 105 umfasst ein erstes Trägerelement 125, ein Lager 135, Magneten 140, ein äußeres magnetisches Rückschlusselement 145 und eine erste Kunststoff- anspritzung 150 mit einer Luftschaufel 130.
Das erste Trägerelement 125 kann aus einem beliebigen anspritzbaren Material, vorzugsweise aus dem Kunststoff der ersten Kunststoffanspritzung 150, bestehen. Insbesondere kann das erste Trägerelement 125 aus einem Blech gefertigt sein, beispielsweise in einem kostengünstigen Press- Stanz- und/oder Tiefziehverfahren. Das erste Trägerelement 125 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass das Lager 135, das äußere magnetische Rückschlusselement 145 und/oder die Magneten 140 beispielsweise mit Rast- oder Klemmsitz am ersten Trägerelement 125 gehalten werden, bevor die erste Kunststoffanspritzung 150 aufge- bracht ist. An Stelle des äußeren magnetischen Rückschlusselements 145 kann auch das erste Trägerelement 125 als äußeres magnetisches Rückschlusselement für die Magneten 140 dienen.
Die erste Kunststoffanspritzung 150 wird vorzugsweise im Spritzgussverfahren an das erste Trägerelement 125 angespritzt. Weiter vorzugsweise sind während des Anspritzvorgangs das Lager 135, das äußere magnetische Rückschlusselement 145 und die Magneten 140 am ersten Trägerelement 125 fixiert, so dass sie ihre endgültige Verbindung untereinander bzw. mit dem ersten Trägerelement 125 während des Spritzgussvorgangs durch die erste Kunststoffanspritzung 150 erlangen. In einer Ausführungsform werden die Magnete 140 mit einer dünnen Schicht der ersten Kunststoffanspritzung 150 hinterspritzt, so dass zusätzlich zu einer Haltewirkung auch eine gewisse mechanische Dämpfung durch die Kunststoffanspritzung 150 erzielt werden kann, um Laufgeräuschen des Gebläsemoduls 100 entgegen zu wirken. Der Rotor 105 kann nach dem Spritzgussvorgang als separat handhabbare Einheit aus einer Vorrichtung zum Anspritzen der ersten Kunststoffanspritzung 150 entnommen werden.
Das Spulenelement 1 15 umfasst einen Kunststoff körper bzw. eine zweite Kunststoffanspritzung 155, Spulen 160 und ein inneres magnetisches Rückschlusselement 165. In einer ersten Ausführungsform des Spulenelements 1 15 wird die zweite Kunststoffanspritzung 155 an bereits fertig gewickelte Spulen 160 angespritzt. Dabei kann die zweite Kunststoffanspritzung 155 gleichzeitig an das innere magnetische Rückschlusselement 165 angespritzt werden.
In einer zweiten Ausführungsform des Spulenelements 1 15 wird der Kunststoffkörper 155 allein oder, wie oben beschrieben, zusammen mit dem inneren magnetischen Rückschlusselement 165 hergestellt. Die Spulen 160 werden erst danach auf den Kunststoff körper 155 aufgeschoben. In diesem Fall kann es erforderlich sein, einzelne Spulen 160 anschließend elektrisch miteinander zu verbinden.
In einer Variante der Erfindung ist ein Teil des eingespritzten Kunststoffs mit Metallelementen, beispielsweise Metallfasern, versehen, so dass dieser Teil das innere magnetische Rückschlusselement 165 bildet. In einer alternativen Variante wird das innere magnetische Rückschlusselement 165 nach einem Herstellen der zweiten Kunststoffanspritzung 155 an der Kunststoffanspritzung 155 befestigt, beispielsweise durch Einpressen oder Einkleben.
Das Basiselement 120 umfasst ein zweites Trägerelement 170, eine Achse 175 und eine dritte Kunststoffanspritzung 180 mit einem Zargenelement 1 10. Das zweite Trägerelement 170 besteht vorzugsweise aus Metall, dient hauptsächlich der Lagerung der Achse 175 und ist vorzugsweise auf eine andere Weise als mittels der dritten Kunststoffanspritzung 180 mit der Achse 175 verbunden. Die Achse 175 ist vorzugsweise aus einem Stahl gefertigt und kann beispielsweise durch Löten, Pressen, Schweißen, Vernieten, Verstemmen, Einpassen oder eine andere bekannte Verbindungstechnik mit dem zweiten Trägerelement 170 verbunden sein, so dass sich ein ausreichend stabiler Halt der Achse 175 am Basiselement 120 ergibt.
Die Struktur des Basiselements 120 wird hauptsächlich durch die dritte Kunststoffanspritzung 180 bestimmt, die durch Anspritzen von Kunststoff an das zweite Trägerelement 170 ausgebildet wird. Das von der dritten Kunststoffanspritzung 180 umfasste Zargenelement 1 10 erstreckt sich in radialer Richtung nach außen und weist vorzugsweise Befestigungselemente (nicht dargestellt), etwa Laschen, Rastelemente oder Aussparungen, zur Befestigung des Gebläsemoduls 100 an einer externen Struktur auf. Darüber hinaus kann das Basiselement 120 Elemente (nicht dargestellt) zur Aufnahme einer elektrischen Leitung zu den Spulen 160 des Spulenelements 1 15 und/oder für eine Ansteuerelektronik des Gebläsemoduls 100 umfassen. Ähnlich wie der Rotor 105 ist das Basiselement 120 vorzugsweise derart aufgebaut, dass es nach einem Anspritzvorgang der dritten Kunststoffanspritzung 180 an das zweite Trägerelement 170 und die Achse 175 als separat handhabbare Einheit aus einer Vorrichtung zum Anspritzen von Kunststoff entnommen werden kann.
Das Gebläsemodul 100 kann aus dem Rotor 105, dem Spulenelement 1 15 und dem Basiselement 120 zusammengesetzt werden, indem das Spulenelement 1 15 drehmomentschlüssig mit dem Basiselement 120 verbunden wird, beispielsweise durch Einrasten in dafür vorgesehene Ausformungen (nicht gezeigt) der dritten Kunststoffanspritzung 180, und der Rotor 105 auf die Achse 175 des Basiselements 120 aufgeschoben und vorzugsweise an dieser gegen Herausfallen gesichert wird. Gegebenenfalls sind noch elektrische Anschlussleitungen zu den Spulen 160 und/oder eine Steuerelektronik für das Gebläsemodul 100 am Basiselement 120 zu befestigen bzw. zu verlegen, um das Gebläsemodul 100 fertig zu stellen.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf das Spulenelement 1 15 des Gebläsemoduls 100 aus Figur 1. Die Spulen 160 sind in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen um das Spulenelement 1 15 verteilt angeordnet. Jede Spule 160 ist mit der zweiten Kunststoffanspritzung 155 entweder durch Anspritzen von Kunststoff oder durch Aufschieben auf den Kunststoffkörper 155 befestigt. Das innere magnetische Rückschlusselement 165 ist ringförmig und kann, wie oben mit Bezug auf das innere magnetische Rückschlusselement 165 beschrieben ist, aus mit Metallelementen versetztem Kunststoff des Kunststoffkörpers 155 bzw. der zweiten Kunststoffanspritzung 155 hergestellt sein. Die Anzahl der Spulen 160 ist exemplarischer Natur und kann variieren.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf das Basiselement 120 des Gebläsemoduls 100 aus Figur 1. Nicht in Figur 3 dargestellt ist das Zargenelement 1 10 der dritten Kunststoffanspritzung 180. Die dritte Kunststoffanspritzung 180 umfasst einen äußeren Umfangsbereich, der an dem zweiten Trägerelement 170 angebracht ist. Ferner umfasst die dritte Kunststoffanspritzung 180 radiale Elemente, die sich vom äußeren Umfangsbereich zu einem Zentralbereich der dritten Kunststoffanspritzung 180 um die Achse 175 erstrecken. Die Anzahl und Ausformung der radialen Elemente der dritten Kunststoffanspritzung 180 ist ebenfalls exemplarischer Natur und kann variieren.
Figur 4 zeigt ein Verfahren 400 zur Herstellung des Gebläsemoduls 100 aus Figur 1 . In einem ersten Schritt 405 befindet sich das Verfahren 400 im Startzustand. Danach wird in einem Schritt 410 das erste Trägerelement 125 in eine Vorrichtung zum Spritzen bzw. Anspritzen von Kunststoff, z.B. eine Spritzgussform, eingelegt. Anschließend wird in einem Schritt 415 die erste Kunststoffanspritzung 150 des Rotors 105 angespritzt. Darauf wird in einem folgenden Schritt 420 der Rotor 105 aus der Vorrichtung zum Anspritzen von Kunststoff entnommen und gegebenenfalls entgratet, von Gusskanälen befreit oder in anderer Weise nachbearbeitet. In einem Schritt 425 werden Spulen 160 und gegebenenfalls das innere magnetische Rückschlusselement 165 in eine Vorrichtung zum Anspritzen von Kunststoff eingelegt. Anschließend wird in einem Schritt 430 die zweite Kunststoffan- spritzung 155 des Spulenelements 1 15 angespritzt. Danach wird das Spulenelement 1 15 in einem Schritt 435 aus der Vorrichtung zum Anspritzen von Kunststoff entnommen und gegebenenfalls nachbearbeitet, wie oben mit Bezug auf Schritt 420 beschrieben ist.
In einem Schritt 440 wird das zweite Trägerelement 170 zusammen mit der Achse 175 in eine Vorrichtung zum Anspritzen von Kunststoff eingelegt. In einem folgenden Schritt 445 wird die dritte Kunststoffanspritzung 180 angespritzt. Danach wird das Basiselement 120 aus der Vorrichtung entnommen und gegebenenfalls nachbearbeitet, wie oben mit Bezug auf Schritt 420 beschrieben ist.
Vorzugsweise werden der Rotor 105, das Spulenelement 1 15 und das Basiselement 120 in einem gemeinsamen Arbeitsgang in derselben Vorrichtung zum Anspritzen von Kunststoff hergestellt, so dass die Schritte 410, 425 und 440 des Einlegens von Elementen in die Vorrichtung, die Schritte 415, 430 und 445 des Anspritzens von Kunststoff bzw. die Schritte 420, 435 und 450 des Entnehmens der Rotor 105, des Spulenelements 1 15 bzw. des Basiselements 120 aus der Vorrichtung, und gegebenenfalls des Nachbearbeitens des entnommenen Elements jeweils parallel zueinander stattfinden bzw. zusammenfallen. Dazu wird vorzugsweise eine einzige Vorrichtung zum Anspritzen von Kunststoff verwendet.
In einer Ausführungsform ist es auch möglich, die beschriebenen Elemente derart in die Vorrichtung einzulegen, dass nach einem gemeinsamen Anspritzvorgang 415, 430, 445 das Gebläsemodul als bereits fertig montierte Einheit aus der Vorrichtung entnehmbar ist. Auf eine Verschraubung oder eine andere bekannte Montageart der Elemente kann dann verzichtet werden. Das Gebläsemodul kann dann unmittelbar einer Verwendung bzw. Anbringung in einem Kraftfahrzeug zugeführt werden.
Alternativ dazu kann der Rotor 105 in den Schritten 410 bis 420, das Spulenelement 1 15 in den Schritten 425 bis 435 und das Basiselement 120 in den Schritten 440 bis 450 jeweils separat und in einer beliebigen Reihenfolge hergestellt werden. In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens 400 werden die Schritte 425 bis 435 durch Schritte 455 bis 465 ersetzt. In einem Schritt 455 wird der Kunststoffkörper 160 durch Spritzen von Kunststoff in eine entsprechende Vorrichtung hergestellt. Anschließend wird der Kunststoffkörper 155 in einem Schritt 460 aus der Vorrichtung entnommen und gegebenenfalls nachbearbeitet, wie oben mit Bezug auf Schritt 420 beschrieben ist. Danach werden im Schritt 465 die Spulen 160 auf den Kunststoff körper 155 aufgeschoben oder aufgewickelt und gegebenenfalls elektrisch miteinander verbunden. Der Kunststoffkörper 155 kann in der selben Vorrichtung wie der Rotor 105 und das Basiselement 120 hergestellt werden.
Schließlich wird in einem Schritt 470 das Gebläsemodul 100 montiert, indem das Spulenelement 1 15 an dem Basiselement 120 befestigt und der Rotor 105 auf die Achse 175 des Basiselements 120 aufgeschoben und gegen Herausfallen gesichert wird. Dieser Schritt kann beispielsweise von einer Person durchgeführt werden, die den Rotor 105, das Spulenelement 1 15 und das Basiselement 120 aus der Vorrichtung zum Anspritzen von Kunststoff entnimmt. Danach geht das Verfahren 400 in einen Endzustand 475 über.
Die Erfindung ermöglicht es, das Gebläsemodul 100 mittels weniger und einfacher Prozessschritte herzustellen. Durch Zusammenführen von Funktionen, beispielsweise der Formgebung der Luftschaufeln 130 und der Fixierung der Magnete 140 durch die erste Kunststoffanspritzung 150, kann ein Materialeinsatz zur Herstellung des Gebläsemoduls 100 reduziert werden. Dadurch können ein Gewicht des Gebläsemoduls 100 und Kosten für das Gebläsemodul 100 reduziert werden.
Durch die gute Parallelisierbarkeit einander entsprechender Arbeitsabläufe bei der Herstellung von Elementen des Gebläsemoduls 100 kann ferner eine Produktionsgeschwindigkeit gesteigert und ein Auslastungsgrad einer Produktionslinie zur Herstellung der Gebläsemoduls 100 optimiert werden. Schließlich kann durch die parallele Produktion zusammengehöriger Elemente in einem kombinierten Arbeitsgang bereits eine Zuordnung zusammengehöriger Elemente für eine weitere Verarbeitung, insbesondere eine Endmontage des Gebläsemoduls 100, getroffen werden.

Claims

Ansprüche
1 . Gebläsemodul (100) mit:
- einem Rotor (105) mit Magneten (140) und
- einem Stator (1 10) mit Spulen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (140) durch Anspritzen eines Kunststoffs (150) an einem ersten Trägerelement (125) des Rotors (105) befestigt sind.
2. Gebläsemodul (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (105) ein äußeres magnetisches Rückschlusselement (1 15) umfasst und dass die Magneten (140) durch eine Schicht des Kunststoffs (150) von dem äußeren magnetischen Rückschlusselement (1 15) getrennt sind.
3. Gebläsemodul (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1 10) ein Spulenelement (1 15) mit Spulen (160) auf einem Kunststoff körper (155) umfasst, dass wenigstens ein Teil des Kunststoff körpers (155) mit Metallelementen versetzt ist und dass dieser Teil ein magnetisches Rückschlusselement (165) des Spulenelements (1 15) bildet.
4. Gebläsemodul (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Spulenelement (1 15), das durch Aufschieben von Spulen (160) auf einen Kunststoffkörper (155) hergestellt ist.
5. Gebläsemodul (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Spulenelement (1 15), das durch Anspritzen von Kunststoff (155) an Spulen (160) hergestellt ist.
6. Gebläsemodul (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftschaufeln (130) des Rotors (105) aus an das erste Trägerelement (125) angespritztem Kunststoff (150) bestehen.
7. Gebläsemodul (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1 10) ein Basiselement (120) mit einem zweiten Trägerelement (170) und einem Zargenelement (185) umfasst, wobei das Zargenelement (185) aus einem Kunststoff (180) an das zweite Trägerelement (170) angespritzt ist.
8. Verfahren (400) zur Herstellung eines Gebläsemoduls (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, folgende Schritte umfassend:
- Herstellen (410 - 420) des Rotors (105) mit Magneten (140) und
- Montieren (470) des Rotors (105) an einem Stator (1 10),
dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen (410 - 420) des Rotors (105) ein Anspritzen (415) von Magneten (140) mittels eines Kunststoffs (150) an ein erstes Trägerelement (125) des Rotors (105) umfasst.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1 10) ein Spulenelement (1 15) umfasst und dass ein Herstellen (425 - 435; 455 - 465) des Spulenelements (1 15) ein Anspritzen (430) von Kunststoff (155) an Spulen (160) umfasst.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1 10) ein Basiselement (120) umfasst und dass das Herstellen (440 - 450) des Basiselements (120) ein Anspritzen (445) von Kunststoff (155) an ein zweites Trägerelement (170) umfasst.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anspritzen (415) von Kunststoff (150) an das erste Trägerelement (125) und das Anspritzen (445) von Kunststoff (180) an das zweite Trägerelement (170) von einem gemeinsamen Anspritzvorgang (415, 445) umfasst sind.
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