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Die
Erfindung betrifft einen elektromotorischen Antrieb mit einem anzutreibenden
Bauteil, insbesondere ein Lüfterrad,
und eine Lüftereinheit,
insbesondere als Kühlerlüfter für ein Kraftfahrzeug.
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Elektromotorische
Antriebe werden für
eine Vielzahl von Zwecken eingesetzt, so auch zum Antrieb von Lüftereinheiten
in Kraftfahrzeugen und insbesondere als Kühlerlüfter im Motorraum. Aufgrund der
immer kompakter werdenden Bauweise und den häufig verhältnismäßig engen Bauraumverhältnisse insbesondere
im Motorraum von Kraftfahrzeugen sind die Anforderungen an die einzubauenden
Komponenten bezüglich
ihrer Baulänge
sehr hoch. Es besteht daher auch ein Bedarf nach besonders kompakten
und axial kurzen elektromotorischen Antrieben, insbesondere zum
Einsatz in Lüftereinheiten
für Kraftfahrzeuge.
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Es
ist bereits bekannt, die Baulänge
eines elektromotorischen Antriebs und somit auch insgesamt die Baulänge einer
Lüftereinheit
durch den Einsatz von hochwertigen Materialien zu verkürzen, beispielsweise
in den Bereichen Magnete, Eisenpaketmaterial und Gehäusematerial.
Durch den Einsatz hochwertiger Materialien und dadurch gegebenenfalls
erforderliche weitere Bauteile, wie zum Beispiel Rückflussringe,
verteuert sich jedoch die Herstellung des elektromotorischen Antriebs.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Baulänge eines
elektromotorischen Antriebs und einer somit auch einer zugehörigen Lüftereinheit zu
verringern, ohne die Herstellkosten dadurch zu erhöhen. Diese
Aufgabe wird durch einen elektromotorischen Antrieb nach Anspruch
1 und eine Lüftereinheit
nach Anspruch 9 gelöst.
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Entsprechend
einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ist es hierzu vorgesehen,
das anzutreibende Bauteil, insbesondere ein Lüfterrad, als Teil des Motorgehäuses zu
nutzen. So kann beispielsweise ein anzutreibendes Lüfterrad
für den Kühlerlüfter in
einem Kraftfahrzeug den abtriebsseitigen Motordeckel des Motorgehäuses ersetzen.
Hierdurch lässt
sich die Baulänge
des elektromotorischen Antriebs wesentlich verkürzen, ohne dass Änderungen
am Motor selbst vorgenommen werden müssen. Es hat sich gezeigt,
dass dabei eine um ca. 25% verkürzte
Baulänge
erzielt werden kann. Mit anderen Worten ergibt sich bei gleicher
Motorleistung eine deutliche Reduzierung des erforderlichen Bauraums. Zudem
wird der durch das anzutreibende Bauteil ersetzte Teil des Motorgehäuses eingespart,
so dass sich auch die Material- und damit Herstellungskosten des
elektromotorischen Antriebs verringern. Insgesamt ergibt sich ein
auch den Anforderungen im Dauereinsatz in Kraftfahrzeugen genügender und
im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen preiswerter
Antrieb. Sämtliche
Vorteile lassen sich unter Verwendung konstruktiv einfacher Lösungen erzielen.
Der teure Einsatz von hochwertigeren Materialien ist nicht erforderlich.
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Dabei
spielt der prinzipielle Aufbau des elektromotorischen Antriebs keine
Rolle für
die Anwendung des Erfindungsgedankens.
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Die
Erfindung kann sowohl bei Elektromotoren mit permanenterregtem oder
gewickeltem Innenrotor und gewickeltem bzw. permanenterregtem Außenstator
als auch mit permanenterregtem oder gewickeltem Außenrotor
und gewickeltem bzw. permanenterregtem Innenstator zur Anwendung
kommen. Weiterhin ist die Erfindung sowohl bei mechanisch, mit Kommutator
und Bürsten,
als auch bei elektronisch, bürstenlos,
kommutierten Elektromotoren einsetzbar.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Wenn
das anzutreibende Bauteil zumindest teilweise in Vertiefungen des
Rotors hineinragt, kann der erforderliche Bauraum weiter verringert
werden. Insbesondere ist dies möglich,
da keine Relativbewegung zwischen dem anzutreibenden Bauteil und
dem Rotor stattfindet. So können
beispielsweise Versteifungsrippen des Lüfterrades der Lüftereinheit
in Vertiefungen eines Wickelkopfes einer Wicklung des Rotors eintauchen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei einem Elektromotor mit
Innenrotor der Rotor über
ein Trägerelement
mit dem anzutreibenden Bauteil verbunden ist. Mit anderen Worten
bilden der Rotor, das Trägerelement
und das anzutreibende Bauteil eine Bewegungseinheit. Durch diese
integrierte Bauart wird das enge Zusammenspiel von anzutreibendem
Bauteil und Motor besonders wirkungsvoll verwirklicht.
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Zusätzliche
konstruktiven Vorteile, u. a. eine besonders kompakte und integrierte
Bauform eines Elektromotors mit gewickeltem Innenläufer und
Bürstenkommutierung,
ergeben sich gemäß weiteren Ausführungsformen
der Erfindung aus der Anordnung des Kommutators auf dem Trägerelement
bzw. daraus, dass das Trägerelement
und das anzutreibende Bauteil eine bauliche Einheit bilden.
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Eine
besonders kostengünstige
mechanische Konstruktion für
die erfindungsgemäße Lösung wird
dadurch bereitgestellt, dass das vorzugsweise nach Art einer Trägerhülse oder
eines Trägerrohres ausgebildete
Trägerelement
auf einer Achse drehbar gelagert ist. Die Achse ist dabei entsprechend
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung mit dem Motorgehäuse,
oder mit einem, auf der dem Lüfterrad abgewandten
Seite des Elektromotors angeordneten, rückseitigen Deckel des Elektromotorgehäuses fest
verbunden oder bildet eine bauliche oder gar einstückige Einheit
mit diesem, so dass eine sichere Lagerung des Trägerelements gewährleistet
ist.
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Zur
Lagerung des Trägerelements
auf der Achse ist vorzugsweise zumindest ein Lager im Bereich des
anzutreibenden Bauteils vorgesehen. Dieses Lager ist vorzugsweise
als Wälzlager
ausgeführt. Mit
anderen Worten sind Rollen oder Kugeln zwischen den Laufflächen angeordnet.
Bei der Drehung tritt lediglich eine verhältnismäßig geringe Wälzreibung
auf.
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Insbesondere
bei Ausführung
des Elektromotors mit gewickeltem Innenläufer und Bürstenkommutierung kann durch
ein zweites, als Stützlager dienendes
Lager für
das Trägerelement
am gegenüberliegenden
Ende der Achse eine Radiallast aufgenommen werden. Dieses zweite
Lager ist vorzugsweise als Gleitlager ausgeführt. Mit anderen Worten sind
die Bauteile des Lagers so gestaltet und angeordnet, dass bei der
Drehung gleitende Reibung auftritt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird ein weiterer Teil
des Elektromotorgehäuses
von einer Zarge der Lüftereinheit
gebildet, die üblicherweise
als Trägerbauteil
für den
Elektromotor dient. Beispielsweise ist die mittig in der Zarge angeordnete Trägerplattform
für den
Elektromotor als rückseitiger Deckel
des Elektromotorgehäuses
ausgebildet. Dadurch wird zusätzlich
axialer Bauraum und auch ein separater rückseitiger Deckel eingespart
und die Lüftereinheit
weiter verkürzt.
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Bei
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Lüfterzarge ist auch zumindest
ein Teil des Außenmantels
des Elektromotorgehäuses
durch topfförmige
Ausgestaltung der Trägerplattform
der Lüfterzarge gebildet.
Dies ersetzt ein ggf. erforderliches zusätzliches Gehäuseteil
und reduziert dadurch die Herstellkosten der Lüftereinheit.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen elektromotorischen Antrieb mit gewickeltem Innenrotor
und Bürstenkommutierung,
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2 eine
perspektivische Explosionsdarstellung des elektromotorischen Antriebs
aus 1 und
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3 eine
Schnittdarstellung einer Lüftereinheit
mit einer weiteren Ausführung
des Elektromotors mit gewickeltem Innenstator, permanenterregtem
Außenläufer und
elektronischer Kommutierung.
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Funktions-
und Benennungsgleiche Teile sind durchgehend in allen Figuren mit
den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Der
elektromotorische Antrieb gemäß 1 und 2 umfasst
einen in einem Motorgehäuse 1 angeordneten
gewickelten Innenrotor 2. Von dem Rotor 2 wird
das Lüfterrad 3 einer
Lüftereinheit,
zum Beispiel für
ein Kraftfahrzeug, angetrieben.
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Das
Lüfterrad 3 besteht
im Wesentlichen aus einer Lüfternabe 4 und
daran angebrachten Lüfterblättern 5.
Die rotierenden Lüfterblätter 5 erzeugen bei
Betrieb der Lüftereinheit
einen Druckunterschied zwischen der Rückseite 6 und der
Vorderseite 7 des Antriebs. Hierdurch wird ein in Flussrichtung 8 strömender Kühlluftfluss,
zum Beispiel für
einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges (nicht abgebildet), welcher
sich auf der Rückseite 6 des
Antriebs befindet, erzeugt. Je nach Ausstellung der Lüfterblätter 5 kann
auch eine andere Flussrichtung eingestellt sein.
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Die
Lüfternabe 4 umfasst
topf- oder glockenartig das den Rotor 2 teilweise umgebende
Motorgehäuse 1.
Das Motorgehäuse 1 umfasst
einen rückseitigen
Deckel 9 und ist durch diesen nach hinten verschlossen.
Auf der gegenüberliegenden
Seite weist das Motorgehäuse 1 jedoch
keinen Gehäusedeckel auf.
Zu der Lüfternabe 4 hin
ist das Motorgehäuse 1 mit
anderen Worten offen und wird durch die Lüfternabe 4 abgedeckt.
Durch die gewählte
Bauform entfällt
der zwischen Rotor 2 und Gehäusedeckel beim Stand der Technik
erforderliche Luftspalt ebenso wie der Gehäusedeckel selbst und der beim
Stand der Technik erforderliche Luftspalt zwischen dem Gehäusedeckel
und der Lüfternabe 4.
Das bedeutet, dass das Lüfterrad 3 unter
Berücksichtigung
eines sehr viel geringeren Abstandes zum Rotor 2 angebracht
sein kann.
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Anstelle
der üblicherweise
mit dem Lüfterrad 3 verbundenen
Welle ist eine Achse 10 vorgesehen, die am rückseitigen
Deckel 9 fest angebracht ist. Die Achse 10 verläuft senkrecht
zum rückseitigen
Deckel 9 in Richtung Lüfterrad 3.
Sie ist mit ihrem einen Ende in einen verstärkten Haltebereich 11 des
als Stanzbiegeteil oder als Gussteil ausgeführten rückseitigen Deckels 9 fest
eingepresst.
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Auf
der Achse 10 ist eine Trägerhülse 14 drehbar gelagert.
Auf der Trägerhülse 14 sind
ein Kommutator 15 und ein Eisenpaket 16 befestigt.
In dieses Eisenpaket 16 ist eine Wicklung 17 eingebracht,
die mit dem Kommutator 15 auf bekannte Art und Weise verbunden
ist. Hierzu werden die Drähte 18 in
die Nuten des Eisenpaketes 16 gewickelt und dann über Haken
in den Kommutator 15 eingehängt. Zu diesem Zweck weist
der Kommutator 15 abgewinkelte Laschen 18 auf,
in welche die Drähte 18 eingehängt werden.
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Die
Trägerhülse 14 ist
an ihrem dem Lüfterrad 3 zuweisende
Ende mit der Lüfternabe 4 über einen
Flansch 13 mit Hilfe von Schraubverbindungen befestigt.
Sie kann jedoch mit der Lüfternabe 4 auch durch
Einpressen, also ohne zusätzliche
Befestigungselemente verbunden werden. Alternativ kann die Trägerhülse 14 auch
in die Lüfternabe 4 eingespritzt
sein. Dabei handelt es sich bei dem Lüfterrad 3 vorzugsweise
um ein Kunststoffteil. Die Trägerhülse 14 ist
vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff gefertigt.
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An
dem rückseitigen
Deckel 9 ist ein Bürstensystem
mit einer Bürstenkarte 20 befestigt.
Das Bürstensystem
ist dabei auf einer Trägerplattform 12 (vgl. 2)
fixiert, die mit dem rückseitigen
Deckel 9 verbunden ist. Die an der Bürstenkarte 20 angeordneten
Bürsten 21 haben
radialen Kontakt zum Kommutator 14. In der in 2 gezeigten
Ausführungsform
ist die Bürstenkarte 20 mit
einem Anschlussstecker 22 versehen, der mit der Bürstenkarte 20 über ein
aus dem Motorgehäuse 1 hinaus
verlaufendes Anschlusskabel 23 angeschlossen werden. Anschlussstecker 22 beziehungsweise
Anschlusskabel 23 können
dabei durch das Motorgehäuse 1 und/oder
den rückseitigen
Deckel 9 hindurchgeführt werden.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform
ist ein direkt an der Bürstenkarte 20 angeordneter
Anschlussstecker 24 vorgesehen.
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Das
Motorgehäuse 1 trägt Permanentmagnete 27 oder
andere flusserzeugende Elemente, die vorzugsweise paarig ausgeführt sind.
Der Rotor 2 ist über
ein erstes Lager 29, das als Kugellager ausgeführt ist,
mit der Achse 10 verbunden. Dieses Lager 29 dient
als Axial-/Radiallager und befindet sich in dem Endbereich der Trägerhülse 14,
an dem diese mit der Lüfternabe 4 verbunden
ist. Zu diesem Zweck weist das dem Lüfterrad 3 zuweisende
Ende der Trägerhülse 14 eine
radial Aufweitung 30 auf. Das Lager 29 ist an
der Innenseite der Aufweitung 30 angeordnet und vorzugsweise
auf die Trägerhülse 14 auf
gepresst.
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Durch
ein weiteres, als Stützlager
ausgebildetes Lager 31 kann eine Radiallast aufgenommen werden.
Dieses Lager 31 ist im Bereich des dem Lüfterrad 3 gegenüberliegenden
Endes der Achse 10 nahe des Haltebereichs 11 angeordnet
und bewegt sich mit dem Rotor 2 mit. Bei dem Lager 31 handelt es
sich um ein Sinter-Gleitlager in Form eines Kalottenlagers mit fester
Kugelpfanne 32. Die Kugelpfanne 32 wird mit Hilfe
von Klemmelementen 33 axial und radial in der Trägerhülse 14 fixiert.
Es ist möglich, anstelle
von zwei Lagern lediglich ein einziges im Bereich des Lüfterrades 3 angeordnetes
Lager einzusetzen.
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An
der Stelle des jetzt dort vorgesehenen Kugellagers würde dann
ein Walzenlager oder ein anderes großflächiges Lager verwendet werden.
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In
einer hier nicht abgebildeten Ausführungsform können Achse 10 und
Trägerhülse 14 noch
weiter verkürzt
sein, so dass Teile des Lüfterrads 3 in den
Rotor 2 hineinragen bzw. in die Wicklung 17 eintauchen.
Dies ist möglich,
da keine Relativbewegung dieser Teile zueinander besteht. Somit
kann die Baulänge
nochmals reduziert werden.
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Die
in 3 dargestellte Ausführung einer Lüftereinheit
weist eine Zarge 25 mit Speichen 26 und einer
Trägerplattform 36 für den elektromotorischen
Antrieb auf. Weiterhin weist diese Lüftereinheit ein Lüfterrad 3 mit
einer Lüfternabe 4 und
Lüfterblättern 5 auf.
Der das Lüfterrad 3 antreibende
Elektromotor ist ein bürstenlos,
elektronisch kommutierter Gleichstrommotor mit einem bewickelten
Innenstator und einem permanenterregten Außenläufer.
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Die
Trägerplattform 36 der
Zarge 25 bildet einstückig
mit der Zarge den rückseitigen
Deckel 9 und die Achse 10 des Elektromotors. Unmmittelbar auf
der dem Elektromotor zugewandten Oberfläche der Trägerplattform 36 bzw.
des Deckels 9 ist eine Steuer- und Kommutierungselektronik 34 des
Elektromotors angeordnet. Das Eisenpaket 16 mit der Wicklung 17 des
Innenstators ist drehfest auf der Achse 10 befestigt. Über ein
Kugellager 29 ist das Lüfterrad 3 im
Zentrum seiner Lüfternabe 4 auf
der Achse 10 drehbar gelagert. Die Nabe 4 bildet
gleichfalls den abtriebsseitigen Deckel sowie den Außenmantel
des Elektromotorgehäuses.
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Der
Außenrotor
des Elektromotors wird durch einen Rückflussring 28 und
in diesem angeordnete Permanentmagnetschalen 27 gebildet.
Der Außenrotor
ist drehfest auf der Innenseite des durch die Lüfternabe 4 gebildeten
Außenmantels
des Elektromotorgehäuses
angeordnet und treibt das Lüfterrad 3 an.