Lüfter mit einem Sensor

Abstract

 Ein Lüfter hat einen Sensor (86; 186) zur Erfassung mindestens eines Wertes der Luft, welche den Lüfter (20; 120) durchströmt. Der Lüfter hat ein Lüftergehäuse (22, 24; 122, 124), einen in diesem angeordneten elektronisch kommutierten Außenläufermotor mit einem Innenstator (30; 130) und einem Außenrotor (46; 146), ein mit dem Außenrotor (46; 146) verbundenes Lüfterrad (56; 156), eine Lufteintrittsöffnung (58; 90; 158) für das Einströmen von Luft, welche durch das Lüfterrad (56; 156) gefördert wird, eine Leiterplatte (68; 185) mit einem ersten Abschnitt (66; 188), der sich im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung (58; 158) erstreckt, sowie auf diesem ersten Abschnitt (66; 188) angeordnete Leiterbahnen (82, 84; 182', 182"), mit denen der Sensor (86; 186) verbunden ist, insbesondere in SMD-Bauweise.

Beschreibung

[0001] Zur Luftmessung, z.B. für Klimaanlagen in Kraftfahrzeugen, werden Sensorlüfter verwendet. Diese haben z.B. einen Außendurchmesser von 30 mm, d.h. es handelt sich nach dem technischen Sprachgebrauch um Minilüfter.

[0002] Solche Minilüfter enthalten einen elektronisch kommutierten Motor, dessen Rotor ein Lüfterrad antreibt. Letzteres saugt Luft über eine Luftdurchtrittsöffnung an, und diese wird anschließend durch eine oder mehrere Öffnungen ausgeblasen.

[0003] Im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung werden ein oder mehrere Sensoren angeordnet, z.B. ein NTC-Widerstand, an welchem die aktuelle Lufttemperatur gemessen wird, oder ein Sensor für die Feuchtigkeit, Qualität, radioaktive Belastung etc. der Luft. Entsprechend diesen Sensordaten wird z.B. eine Klimaanlage gesteuert. Da der Lüfter so klein ist, ist es schwierig und auch mit erheblichen Kosten verbunden, einen solchen Sensor zu montieren, z.B. einen NTC-Widerstand. Außerdem muss von der Montagestelle des Sensors eine elektrische Verbindung zu einem Anschluss des Lüfters hergestellt werden, was zusätzliche Kosten verursacht.

[0004] Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen Lüfter bereit zu stellen.

[0005] Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Durch die Verwendung einer Leiterplatte wird die Herstellung wesentlich erleichtert, denn auf der Leiterplatte kann ein Sensor mit den Methoden der automatisierten Fertigung befestigt werden, z.B. als SMD-Bauteil. Dies ermöglicht es auch, den Lüfter weiter zu miniaturisieren, da ein Sensor, der auf einer Leiterplatte montiert ist, nur eine sehr geringe Bauhöhe hat. Durch die Erfindung wird es also möglich, die Baugröße eines solchen Lüfters weiter zu reduzieren.

[0006] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2, wobei die Leiterplatte mit Vorteil im Bereich ihrer Biegung eine reduzierte Dicke aufweist. Diese Dicke kann z.B. um mindestens 50 % reduziert sein, bevorzugt um 70 bis 85 %.

[0007] Dabei hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, die Leiterplatte im Bereich ihrer Biegung an einer Biegekante des Lüftergehäuses abzustützen, insbesondere formschlüssig. Diese Biegekante hat wichtige Vorteile:

• Sie stützt die Leiterplatte während des Biegevorgangs und vermeidet dadurch, dass die Leiterplatte während der Montage bricht.
• Sie stützt und schützt die Leiterplatte während der gesamten Lebensdauer des Lüfters, so dass der dünne Teil der Leiterplatte durch seine Auflage auf die Biegekante sehr gut abgestützt und dadurch gegen mechanische Beschädigungen geschützt ist.

[0008] Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispiel, sowie aus den übrigen Unteransprüchen. Es zeigt:

Fig. 1

einen sehr stark vergrößerten Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lüfters, gesehen längs der Linie I-I der Fig. 2,

Fig. 2

eine Draufsicht auf die Ansaugöffnung des Lüfters, gesehen in Richtung des Pfeiles II der Fig. 1,

Fig. 3

eine raumbildliche Darstellung einer bei Fig. 1 und 2 verwendeten Leiterplatte im Zustand, bevor sie gebogen wird,

Fig. 4

dieselbe Leiterplatte im gebogenen Zustand, und

Fig. 5

den Lüfter nach Fig. 1 und 2 in einer stark vergrößerten Explosionsdarstellung,

Fig. 6

eine Variante zu Fig. 1 bis 5; diese zeigt einen Lüfter, bei dem ein NTC-Widerstand 186 auf einer separaten Leiterplatte 185 befestigt ist, in perspektivischer Darstellung, und

Fig. 7

eine Explosionsdarstellung des Lüfters der Fig. 6.

[0009] Fig.1 zeigt einen Minilüfter 20. Dieser hat z.B. einen Außendurchmesser von 30 mm und eine Höhe von 20 mm und ist stark vergrößert dargestellt, um Einzelheiten genügend genau darstellen zu können. Fig. 1 zeigt beispielhaft eine Maßstabsangabe, um die Größenverhältnisse zu verdeutlichen.

[0010] Der Lüfter 20 hat ein unteres Gehäuseteil 22 und ein mit diesem mechanisch verbundenes oberes Gehäuseteil 24. Das untere Gehäuseteil 22 hat in der Mitte ein Lagertragrohr 26, in das ein Sinterlager 28 eingepresst ist und auf dessen Außenseite ein Innenstator 30 befestigt ist, der hier gemäß Fig. 5 Klauenpole 32, 34 mit zwei (nur schematisch angedeuteten) Ringspulen 36, 38 aufweist, die auf einem Träger 40 vormontiert sind. Die Ringspule 36 dient zum Antrieb des Motors, die Ringspule 38 als sogenannte Sensorspule zur Erfassung der Rotorstellung für die elektronische Kommutierung. Der Träger 40 hat vier Zapfen 42, mit denen er in entsprechende Löcher 44 des unteren Gehäuseteils 22 eingepresst wird.

[0011] Femer ist ein Außenrotor 46 vorgesehen, der eine Rotorglocke 48 hat, innerhalb deren ein ringförmiger Dauermagnet 50 angeordnet ist, der hier vierpolig magnetisiert ist, da auch der Klauenpolstator vier Pole hat.

[0012] In der Rotorglocke 48 ist eine Welle 52 befestigt, die wie dargestellt im Sinterlager 28 gelagert ist und mit ihrem freien Ende gegen das untere Gehäuseteil 22 anliegt. Da in Fig. 1 der Rotormagnet 50 gegenüber den Klauenpolen 32, 34 axial nach oben versetzt ist, wirkt auf den Rotor 46 eine Kraft K in Richtung zum unteren Gehäuseteil 22 und presst die Welle 52 gegen dieses (Axial-Gleitlager mit axialer Vorspannung).

[0013] Auf der Rotorglocke 48 sind Lüfterflügel 56 eines Radiallüfters angeordnet. Diese saugen Luft durch eine axiale Luftdurchtrittsöffnung 58 im oberen Gehäuseteil 24 und blasen diese Luft radial durch seitliche Öffnungen 60 wieder nach außen. Fig. 5 zeigt eine der zwei seitlichen Öffnungen 60.

[0014] Das obere Gehäuseteil 24 hat eine flache Oberseite 64, und auf dieser ist ein erster Abschnitt 66 einer Leiterplatte 68 befestigt, deren Form aus den Fig. 1 bis 5 klar hervorgeht. Diese Leiterplatte 68 hat generell eine Dicke d von etwa 1 mm, und diese ist im Bereich einer Biegestelle 70 durch eine Ausfräsung 72 auf ca. 0,22 mm reduziert, um dort ein leichteres Biegen zu ermöglichen. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise eine Biegung möglich ist, deren Biegewinkel zwischen 0° und etwa 180° liegen kann. Die Leiterplatte 68 hat unterhalb der Biegestelle 70 einen zweiten Abschnitt 54, auf dem die (nicht dargestellten) elektronischen Bauteile des Lüfters 20 angeordnet werden. Unten am zweiten Abschnitt 74 wird gemäß Fig. 1 ein Stecker 76 beliebiger Bauart angebracht, um eine einfache Montage zu ermöglichen.

[0015] Zur Befestigung der Leiterplatte 68 dienen Zapfen 78 aus Kunststoff, die an den Gehäuseteilen 22, 24 vorgesehen sind, durch Öffnungen 80 in der Leiterplatte 68 ragen, und dort dauerhaft befestigt sind, z.B. durch Erhitzen oder andere Arten einer formschlüssigen Verbindung. Femer befinden sich auf der Leiterplatte 68 gedruckte Leiterbahnen 82, die zu Kontaktflächen 84 führen, an denen ein Sensor im SMD-Verfahren festgelötet wird, hier ein NTC-Widerstand 86. Ein solcher Widerstand 86 hat eine sehr geringe Bauhöhe bei normaler Funktion.

[0016] Die Kontaktflächen 84 befinden sich auf einem dünnen Steg 88, der sich im Abschnitt 66 etwa diametral zu einer Öffnung 90 erstreckt, deren Form mit der der Luftdurchtrittsöffnung 58 übereinstimmt.

[0017] Im Bereich der Biegung 70 ist am Gehäuseteil 24 eine abgerundete Stützfläche 92 vorgesehen, deren Form am besten aus Fig. 1 hervorgeht. Wenn die Leiterplatte 68 gebogen ist, passt die Stützfläche 92 - bevorzugt formschlüssig - in die Ausfräsung 72, stützt daher die Leiterplatte 68 im Bereich ihrer Biegung 70 optimal ab, und formt gleichzeitig die Biegung 70 so, dass dort die Leiterbahnen 82 keine Risse bekommen. Zweckmäßig wird die Dicke der Kupferschicht, welche die Leiterbahnen 82 bildet, entsprechend groß gewählt, besonders im Bereich der Biegung 70, um die Duktilität des Kupfers auszunutzen.

[0018] Im unteren Gehäuseteil 22 sind zwei diametral gegenüberliegende Taschen 94 vorgesehen, in denen (nicht dargestellte) Positioniermagnete angeordnet werden, welche den Rotor 46 bei stromlosem Motor in eine vorgegebene Drehstellung drehen, aus der ein Start in der richtigen Drehrichtung problemlos möglich ist.

[0019] Die Anschlüsse der Spulen 36, 38 werden mit entsprechenden, nicht dargestellten Leiterbahnen der Leiterplatte 68 verbunden. Hierzu hat das untere Gehäuseteil 22 vier Schlitze 96, vgl. Fig. 5.

[0020] Fig. 6 und 7 zeigen als zweites Ausführungsbeispiel einen Sensorlüfter 120. Dieser hat ein Lüfterrad 156, das von einem elektronisch kommutierten Motor angetrieben wird. Ferner hat er ein unteres Gehäuseteil 122 und ein mit diesem verbundenes oberes Gehäuseteil 124. Letzteres ist an seiner in Fig. 6 oberen Seite mit einer Luftdurchtrittsöffnung 158 versehen, die von einem zylindrischen Kragen 159 gebildet wird und in welche im Betrieb Luft von oben einströmt. Der Kragen 159 hat zwei seitliche Durchbrechungen 161' und 161".

[0021] Der Motor 146 hat einen Innenstator 130, der hier Klauenpole 132, 134 und zwei Ringspulen 136, 138 hat. Ein Außenrotor 146 hat eine Rotorglocke 148, innerhalb. deren ein Magnetring angeordnet ist. In der Rotorglocke 148 ist eine Welle befestigt, die in einem Sinterlager 129 gelagert ist, das in einem Lagerrohr 128 angeordnet ist.

[0022] Seitlich an den Gehäuseteilen 122, 124 befindet sich ein Kontaktsatz mit sechs Kontakten K1 bis K6, die unten in Lötfahnen 176 übergehen, welche z.B. zur Verbindung mit (nicht dargestellten) Leiterbahnen einer Leiterplatte dienen. - Das Gehäuse 120, 124 ist mit federnden Befestigungszapfen 178 versehen.

[0023] Der Kontaktsatz K1 bis K6 ist fest mit den Gehäuseteilen 122, 124 verbunden, z.B. durch Kunststoffschweißen. Seine Kontakte K2 bis K5 dienen zur Verbindung mit vier Anschlussstiften 137 von zwei Statorspulen 136, 138. Seine Kontakte K1 und K6 dienen zur Verbindung mit zwei Anschlussleitungen eines NTC-Sensors 186, der sich etwa im Zentrum der Einlassöffnung 158 befindet, um dort die Temperatur der einströmenden Luft zu messen.

[0024] Der Rotor 146 ist mit den Flügeln des Lüfterrades 156 direkt verbunden.

[0025] Der NTC-Sensor 186 ist auf einem Quersteg 188 einer Leiterplatte 185 in SMD-Technik befestigt und dort mit zwei Leiterbahnen 182', 182" elektrisch verbunden, die zu Kontaktlöchem 183' bzw. 183" führen. Diese Kontaktlöcher werden direkt mit den Kontakten K6 bzw. K1 des Kontaktsatzes verlötet. Dadurch wird der NTC-Sensor 186 elektrisch angeschlossen, und die ringförmige Leiterplatte 185, deren Bestandteil der Steg 188 ist, welcher diagonal zu dieser ringförmigen Leiterplatte 185 verläuft, wird durch den Lötvorgang am Sensorlüfter 120 mechanisch befestigt.

[0026] Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Leiterplatte 185 bei einer Beschädigung leicht ausgetauscht werden kann. Auch kann man für NTC-Widerstände 186 mit unterschiedlichen Widerstandswerten denselben Sensorlüfter 120 verwenden, wobei nur die Leiterplatte 185 unterschiedlich ist. Dadurch, dass sich die ringförmige Leiterplatte 185 außerhalb des Kragens 159 befindet, behindert sie nicht das Einströmen von Luft durch die Öffnung 158, und der Steg 188 stellt ebenfalls keine wesentliche Behinderung dieser Luftströmung dar.

[0027] Die Luftauslassöffnungen sind in Fig. 6 und 7 mit 160 bezeichnet.

[0028] Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Ansprüche

1. Lüfter mit mindestens einem Sensor (86; 186) zur Erfassung mindestens eines Wertes der Luft, welche den Lüfter (20; 120) durchströmt, insbesondere von Temperatur, Feuchte, Luftgüte etc., welcher Lüfter aufweist:

Ein Lüftergehäuse (22, 24; 122, 124);

einen in diesem Lüftergehäuse (22, 24; 122, 124) angeordneten elektronisch kommutierten Außenläufermotor, welcher einen Innenstator (30; 130) und einen Außenrotor (46; 146) aufweist;

ein mit dem Außenrotor (46; 146) verbundenes Lüfterrad (56; 156);

eine Luftdurchtrittsöffnung (58; 90; 158) für den Durchtritt von Luft, welche durch das Lüfterrad (56; 156) gefördert wird;

eine Leiterplatte (68; 185) mit einem ersten Abschnitt (66; 188), der sich im Bereich der Luftdurchtrittsöffnung (58; 158) erstreckt;

auf diesem ersten Abschnitt (66; 188) angeordnete Leiterbahnen (82, 84; 182', 182"), mit denen der Sensor (86; 186) verbunden ist, insbesondere in SMD-Bauweise.

2. Lüfter nach Anspruch 1, bei welchem der erste Abschnitt (66) der Leiterplatte (68) über eine Biegung (70) in einen zweiten Abschnitt (74) übergeht, der zur Aufnahme von elektronischen Bauelementen des Motors dient.

3. Lüfter nach Anspruch 2, bei welchem die Leiterplatte (68) im Bereich der Biegung (70) eine reduzierte Dicke (72) aufweist, insbesondere eine um mindestens 50 % reduzierte Dicke.

4. Lüfter nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem die Leiterplatte (68) im Bereich ihrer Biegung (70) an einer abgerundeten Kante (92) des Lüftergehäuses (24) abgestützt ist.

5. Lüfter nach Anspruch 4, bei welchem die Biegekante (92) im wesentlichen formschlüssig in den Abschnitt (72) reduzierter Dicke der Leiterplatte (68) eingreift.

6. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Leiterplatte (68; 185) am Lüftergehäuse (22, 24; 122, 124) gehalten ist.

7. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der erste Abschnitt (66) der Leiterplatte (68) mit mindestens einer Luftdurchtrittsöffnung (90) versehen ist.

8. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem sich in die Luftdurchtrittsöffnung (90; 158) ein Trageteil (88; 188) der Leiterplatte (68; 185) erstreckt, auf welchem Trageteil der Sensor (86; 186) angeordnet ist.

9. Lüfter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welchem das Lüftergehäuse mindestens zweiteilig (22, 24) ausgebildet ist,
und der zweite Abschnitt (74) der Leiterplatte (68) an einer Mehrzahl von Teilen (22, 24) des Lüftergehäuses gehalten ist.

10. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem einstückig mit dem Lüftergehäuse (22, 24; 122, 124) ein Lagertragrohr (26; 128) ausgebildet ist, in welchem eine Lageranordnung (28; 129) zur Lagerung einer Welle (52) des Außenrotors (46; 146) vorgesehen ist.

11. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Sensor als NTC-Widerstand (86; 186) ausgebildet ist.

12. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Sensor (86; 186) zur Temperaturerfassung für eine Klimaanlage ausgebildet ist.

13. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem im Bereich der Lufteintrittsöffnung (158) ein Kragen (159) vorgesehen ist, welcher mit Durchbrechungen (161', 161") versehen ist, durch welche sich der erste Abschnitt (188) der Leiterplatte (185) in die Lufteintrittsöffnung (158) erstreckt.

14. Lüfter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ein Kontaktsatz (K1 bis K6) vorgesehen ist,
und die Leiterplatte (185) elektrisch und mechanisch mit Elementen (K1, K6) dieses Kontaktsatzes verbunden ist.

Zeichnung