Gebläse für einen Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft ein Gebläse für einen Verbrennungsmotor mit einem Elektromotor, der einen Stator und einen Rotor aufweist, der an einer Antriebswelle befestigt ist, einem Gehäuse, welches den Elektromotor umgibt, einem Förderkanal, welcher im Gehäuse ausgebildet ist, einem Ansaugstutzen, der einen Einlasskanal begrenzt und einem Auslassstutzen, der einen Auslasskanal begrenzt, einem Laufrad, welches auf der Antriebswelle befestigt ist, und über welches Fluid vom Einlasskanal über den Förderkanal zum Auslasskanal förderbar ist.

Derartige Gebläse werden beispielswiese zur Förderung von Sekundärluft in Verbrennungsmotoren, insbesondere in Ottomotoren verwendet, mit denen Luft während der Kaltstartphase zur thermischen Nachverbrennung in den Abgasstrang eingeblasen wird. Hierdurch werden Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide während der Warmlaufphase verringert, da die Luft exotherm mit unverbrannten Abgasbestandteilen reagiert, wodurch auch die Aufheizung des Katalysators unterstützt wird.

Sekundärluftgebläse sind allgemein bekannt und werden in den letzten Jahren zumeist als Seitenkanalgebläse ausgeführt. Ein solches Seitenkanalgebläse, wie es beispielsweise in der DE 10 2010 046 870 AI beschrieben wird, weist zumeist einen axialen Einlass sowie einen radialen Auslass auf, zwischen denen die als Förderkanal im Gebläsekopf dienenden Seitenkanäle ausgebildet sind, die gegenüber liegend zu einem antreibbaren Laufrad angeordnet sind, durch dessen Drehung die Förderung vom Einlass zum Auslass erfolgt. Aus der EP 1 152 134 Bl ist zusätzlich ein Sekundärluftgebläse bekannt, dessen Ansaugstutzen zwei 90°-Krümmer aufweist, so dass sich ein Abschnitt des Ansaugstutzens parallel zur Motorachse erstreckt. Entsprechend können die Motorsteuerung und ein Luftmassenmesser, über den ein Luftstrom im Ansaugstutzen gemessen wird, in einem gemeinsamen, separaten Gehäuse angeordnet werden, welches am Ansaugstutzen befestigt wird, wobei die Elektronik über ein Kabel mit den Statorwicklungen des Motors verbunden wird.

Zusätzlich werden derartige Gebläse auch zur Partikelfilterregeneration und zur Regenerierung der die Kohlenwasserstoffe aus dem Tank filternden Aktivkohlefilter genutzt, wodurch sich die Laufzeiten dieser Gebläse deutlich verlängern.

Problematisch an einer solchen Verlängerung der Laufzeiten ist es jedoch, dass die Gebläse hierdurch einer deutlich höheren thermischen Belastung ausgesetzt ist, da sich sowohl die Elektronikeinheiten als auch die Wicklungen der antreibenden Elektromotoren bei längeren Laufzeiten stetig weiter erwärmen. Hierdurch entsteht neben der reinen zu erwartenden thermischen Belastung, die zu einer Beschädigung der Wicklungen oder einem Ausfall der Elektronik führen können, zusätzlich ein erhöhter Druck in geschlossenen Räumen durch die steigende Temperatur. Daher müssen geschlossene Räume, wie der Elektronikraum eines solchen Gebläses entlüftet und belüftet werden können, um Schäden durch Druckschwankungen, die auch zu einem Kondensieren des Wasserdampfes in der umgebenden Luft im Elektronikraum führen können, zu verhindern und zusätzlich Wärme abführen zu können.

Um einen Druckausgleich zu erzielen, ist es daher bekannt geworden, die Elektronikräume derartiger Verdichter oder Gebläse mit einer Ent- beziehungsweise Belüftungsöffnung zu versehen, über die der ansonsten geschlossene Elektronikraum mit der Atmosphäre verbunden ist. Für diese Gebläse werden jedoch Salzsprühprüfungen oder Prüfungen mit Hochdruckreinigern vorgenommen, durch welche Schäden an der Elektronik durch eintretendes Wasser in den Elektronikraum über die Öffnung entstehen können. Auch sind Schäden im Betrieb durch eintretendes Spritzwasser, welches ebenfalls Salze oder andere Schmutzstoffe enthalten kann, nicht auszuschließen.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Gebläse für einen Verbrennungsmotor bereit zu stellen, bei dem Schäden an der Elektronik durch eintretendes Spritzwasser auch bei vorgenommenen Prüfungen zuverlässig verhindert werden kann und dennoch eine ausreichende Belüftung und Entlüftung des Elektronikraums zur Vermeidung von Druckschwankungen und Temperaturschwankungen, die zu einem Kondensieren von Wasser aus der umgebenden Luft führen können, und daraus folgenden Schäden sicher zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Gebläse mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass im Gehäuse ein Elektronikraum ausgebildet ist, in dem eine Platine mit Elektronikbauteilen angeordnet ist, über die der Elektromotor ansteuerbar ist, wobei das Gehäuse eine Öffnung aufweist, über die der Elektronikraum mit dem Einlasskanal fluidisch verbunden ist, kann der Druckausgleich über den Einlassstutzen erfolgen, welcher nicht im Bereich des Spritzwassers im Betrieb oder bei Prüfungen liegt. Zusätzlich wird sichergestellt, dass ein Gasaustausch lediglich mit gesäuberter Luft erfolgt, welche über den Stutzen, üblicherweise über einen Filter angesaugt wird, so dass neben der Vermeidung eines Kondensierens des in der Luft enthaltenen Wassers sowie zu großer Druckschwankungen auch Schäden durch Schutzstoffe vermieden werden. Eine derartige Entlüftung ist sowohl bei einem Antrieb des Gebläses durch einen elektronisch kommutierten Elektromotor als auch bei Bürstenmotoren verwendbar. Vorzugsweise weisen das den Elektronikraum begrenzende Gehäuse und der Ansaugstutzen eine gemeinsame Wandfläche auf, in welcher die Öffnung zur Verbindung des Einlasskanals mit dem Elektronikraum ausgebildet ist. Entsprechend kann auf zusätzliche Bauteile zur Herstellung der fluidischen Verbindung zwischen dem Elektronikraum und dem Ansaugstutzen verzichtet werden. Stattdessen kann der Druckausgleich beispielsweise über eine in der Wandfläche ausgebildete einfache Bohrung erfolgen.

In einer vorteilhaften Ausführung ist der Elektronikraum an einer zum Laufrad axial gegenüberliegenden Seite des Elektromotors angeordnet und der Ansaugstutzen erstreckt sich zumindest entlang der axialen Länge des Elektromotors und des Elektronikraums zum Förderkanal. Somit kann der Ansaugstutzen gleichzeitig zur Wärmeabfuhr durch Wärmeübergang über die Wandfläche zwischen der angesaugten kalten Außenluft und den Wicklungen des Stators sowie dem Elektronikraum dienen.

Dieser gute Wärmeübergang zur Abfuhr erhöhter thermischer Energie kann auf besonders einfache Weise dadurch erzielt werden, dass das den Stator und den Elektronikraum umgebende Gehäuse und der Ansaugstutzen eine gemeinsame Wandfläche aufweisen, an deren einen Seite der Stator anliegt und der Elektronikraum ausgebildet ist und an deren entgegengesetzter Seite der Einlasskanal ausgebildet ist.

Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn in der Öffnung eine in beide Strömungsrichtungen gasdurchlässige Membran angeordnet ist, so dass insbesondere trockenes Gas ausgetauscht werden kann, während eventuell doch vorhandene Schmutzstoffe oder Wasser die Membran nicht passieren können und somit nicht in den Elektronikraum eindringen können. Dadurch, dass stromaufwärts des Einlasskanals oder im Einlasskanal ein Filter angeordnet ist, kann ebenfalls vermieden werden, dass Schmutzstoffe über den Einlasskanal in den Elektronikraum gelangen, wodurch die Lebensdauer der elektronischen Leistungsbausteine im Vergleich zu Lüftungsbohrungen, die in die Umgebung des Gebläses führen, deutlich erhöht wird.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse mehrere Gehäuseteile aufweist, welche axial aufeinander angeordnet sind. Die Montage kann so unter Zwischenlage von Dichtungen von einer Montageseite erfolgen. Dies vereinfacht die Herstellung des Gebläses.

Ein bevorzugter Aufbau des Gebläses ergibt sich, wenn ein erstes zentrales Gehäuseteil den Elektromotor radial umgibt und einen axialen Abschnitt des Ansaugstutzens bildet, ein zweites Gehäuseteil den Förderkanal zur zum Elektromotor entgegengesetzten Seite verschließt, ein drittes Gehäuseteil den Elektronikraum radial umgibt und einen zum ersten Gehäuseteil stromaufwärtigen Abschnitt des Ansaugstutzens bildet und ein viertes Gehäuseteil den Elektronikraum verschließt und einen zum dritten Gehäuseteil stromaufwärtigen Abschnitt des Ansaugstutzens bildet. Eine solche Gehäuseteilung erleichtert die Montage, da keine zusätzlichen Rohrstutzen zur Herstellung des Ansaugstutzens verwendet werden müssen. Gleichzeitig bleiben die Einzelteile des Gebläses gut erreichbar. Zusätzlich kann sowohl die Wärmeabfuhr vom Stator als auch die Be- und Entlüftung sowie die Wärmeabfuhr aus dem Elektronikraum einfach hergestellt werden, da gemeinsame Wandflächen genutzt werden können. Alle Bauteile bleiben axial gut erreichbar und montier- oder austauschbar.

Vorzugsweise sind am vierten Gehäuseteil bezüglich des Elektronikraums nach außen weisende Rippen ausgebildet, wodurch eine zusätzliche Wärmeabfuhr aus dem Elektronikraum zur Umgebung stattfindet. Vorzugsweise ist am dritten Gehäuseteil eine Lagerstelle der Antriebswelle ausgebildet, welche zum Elektronikraum geschlossen ist. Somit findet über die Lagerstelle kein Luftaustausch zwischen dem Elektronikraum und dem Motorraum statt. Dennoch bleibt die Montage des Elektromotors einfach, dessen Welle mit dem Rotor montiert und anschließend die Lagerung durch Aufsetzen des dritten Gehäuseteils fertiggestellt werden kann.

Besonders gute Ergebnisse bei der Förderung von Luft zur Sekundärlufteinblasung oder Aktivkohlefilterregeneration durch einen sehr guten Wirkungsgrad für diese Anwendungsbereiche werden erzielt, wenn im ersten Gehäuseteil und im zweiten Gehäuseteil jeweils ein Förderkanal eines zweikanaligen Seitenkanalgebläses ausgebildet ist, dessen Laufrad zwischen den beiden Förderkanälen angeordnet ist.

Vorzugsweise sind im ersten Gehäuseteil am Ansaugstutzen in den Einlasskanal weisende Rippen ausgebildet, durch die die von kalter Luft umströmte Fläche des Einlassstutzens erhöht wird, was wiederum zu einer verbesserten Wärmeabfuhr aus dem Stator führt. Zusätzlich können diese Rippen zur Verbesserung der Anströmung des Laufrades genutzt werden.

Eine noch bessere Wärmeabfuhr wird erreicht, wenn der Stator fest gegen die radial begrenzende Wandfläche des Gehäuses anliegt, so dass die in den Statorwicklungen entstehende Wärme noch besser durch einen erhöhten Wärmeübergang in Richtung des Einlassstutzens abgeleitet werden kann.

Es wird somit ein Gebläse mit einer deutlich erhöhten Lebensdauer auch bei erhöhten Laufzeiten geschaffen, bei dem ein Ausfall der Elektronik oder ein Überhitzen des Gebläses vermieden wird, da alle thermisch überlastbaren Bauteile nicht nur mit einer deutlich verbesserten Wärmeabfuhr ausgestattet sind, sondern auch vor Schmutzstoffen geschützt sind. Ein Eindringen von Schmutzwasser wird zuverlässig vermieden, da die Belüftung und Entlüftung des Elektronikraums in den geschützten Bereich des Einlassstutzens erfolgt. Auch ein Kondensieren des in der Luft vorhandenen Wasserdampfes, der zu Schäden an der Elektronik führen könnte, wird zuverlässig vermieden. Entsprechend können auch Sprühprüfungen stattfinden ohne einen Ausfall des Gebläses befürchten zu müssen.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gebläses für einen Verbrennungsmotor wird anhand eines Seitenkanalgebläses, welches zur Sekundärluftzuführung oder zur Aktivkohlefilterreinigung geeignet ist, beschrieben und ist in der Figur dargestellt.

Die Figur zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Seitenkanalgebläses in geschnittener Darstellung.

Das erfindungsgemäße Gebläse weist ein auf einer Antriebswelle 10 befestigtes Laufrad 12 mit Laufradschaufeln 14 auf, welche über einen Elektromotor 16 in Drehung versetzbar sind. Der Elektromotor 16ist in vorliegendem Ausführungsbeispiel ein elektronisch kommutierter Elektromotor und besteht aus einem Stator 18, welcher ein auf Zähne eines Statorblechs 20 gewickelte Statorwicklungen 22 aufweist, und aus einem Rotor 24, in dem Magnete 26 befestigt sind, welche in bekannter Weise mit den Statorwicklungen 22 zur Erzeugung eines Drehmomentes bei Bestromung der Statorwicklungen 22 zusammenwirken. Der Rotor 24 ist auf der Antriebswelle 10 befestigt, so dass diese bei Drehung des Rotors 24 ebenfalls in Drehung versetzt wird.

Hierzu ist die Antriebswelle 10 über zwei Lager 28, 30 gelagert, von denen ein erstes Lager 28 axial zwischen dem Laufrad 12 und dem Rotor 24 angeordnet ist und ein zweites Lager 30 am vom Laufrad 12 abgewandten Ende der Antriebswelle 10 an der entgegengesetzten Seite des Rotors 24 angeordnet ist. Im radial Inneren eines Lagerschildes 32 ist an einem ringförmigen Vorsprung 34 des Lagerschildes 32 eine Lageraufnahme 36 ausgebildet, in der das erste Lager 28 aufgenommen ist, und welches eine zentrale Öffnung 38 aufweist, durch die die Antriebswelle 10 ragt. Das Lagerschild 32 begrenzt gleichzeitig einen Strömungsraum des Gebläses in Richtung des Elektromotors 16 und ist einstückig mit einem ersten Gehäuseteil 42 eines Gehäuses 44 ausgebildet, welches als Strömungs- und Motorgehäuse dient.

Das erste Gehäuseteil 42 erstreckt sich entlang einer Rückseite des Laufrades 12 und bildet im radial äußeren Bereich einen ersten Förderkanal 46 aus, der den Laufschaufeln 14 des Laufrades 12 axial gegenüberliegt. Dieses erste Gehäuseteil 42 ist über seinen Außenumfang an einem zum Gehäuse 44 gehörenden und als Gebläsekopf dienenden zweiten Gehäuseteil 48 befestigt, der das Gehäuse 44 des Seitenkanalgebläses axial begrenzt und in dem ein zweiter Förderkanal 40 ausgebildet ist, der sich mit Ausnahme eines Unterbrecherbereiches über den Umfang erstreckt und wie der erste Förderkanal 46 über einen Einlasskanal 50 Luft ansaugt, welche über die beiden Förderkanäle 46, 40 zu einem Auslasskanal 52 gefördert wird, der in einem sich tangential vom ersten Gehäuseteil 42 erstreckenden Auslassstutzen 54 ausgebildet ist. Das erste Gehäuseteil 42 umgibt den Elektromotor 16 radial und wird durch ein drittes Gehäuseteil 56, welches einen Elektronikraum 58 radial und zum Elektromotor 16 axial begrenzt, an der zum Laufrad 12 gegenüberliegenden Seite geschlossen.

Im dritten Gehäuseteil 56 ist das zweite Lager 30 in einer zentralen zweiten Lagerstelle 60 angeordnet, welche zum Elektronikraum 58 durch einen Lagerdeckel 61 verschlossen ist und von der aus sich das dritte Gehäuseteil 56 radial bis an Seitenwände des ersten Gehäuseteils 42 erstreckt und dort am ersten Gehäuseteil 42 befestigt ist. An der gegenüberliegenden axialen Seite wird der Elektronikraum 58 durch ein viertes Gehäuseteil 62, welches als Deckel dient, geschlossen. Der Einlasskanal 50 wird durch einen Ansaugstutzen 64 begrenzt, der sich entlang der axialen Länge des Stators 18 und des Elektronikraums 58 erstreckt und mit dem den Stator 18 umgebenden ersten Gehäuseteil 42 und dem den Elektronikraum 58 radial umgebenden dritten Gehäuseteil 56 eine gemeinsame Wandfläche 66 aufweist. Entsprechend werden in Strömungsrichtung hintereinander liegende Abschnitte des Ansaugstutzens 64 einstückig mit dem ersten, dritten und vierten Gehäuseteil 42, 56, 62 ausgebildet. Die zwischen dem Stator 18 beziehungsweise dem Elektronikraum 58 und dem Einlasskanal 50 angeordnete gemeinsame Wandfläche 66 dient somit einerseits als Begrenzungsfläche des ersten und des dritten Gehäuseteils 42, 56 und andererseits als Begrenzungsfläche des Einlasskanals 50.

Das Statorblech 20 ist in das erste Gehäuseteil 42 eingepresst und liegt entsprechend vollumfänglich über seine gesamte Länge gegen eine Innenwand 68 des ersten Gehäuseteils 42 an. Die Statorwicklungen 22 befinden sich auf Spulenträgern 70 aus Kunststoff.

In der gemeinsamen Wandfläche 66, welche einerseits den Elektronikraum 58 und andererseits den Ansaugstutzen 64 begrenzt, ist erfindungsgemäß eine Öffnung 74 ausgebildet, über die der Elektronikraum 58 mit dem Einlasskanal 50 stetig fluidisch verbunden ist. Die Wärme erzeugende, auf einer Platine 76 angeordnete Elektronikbauteilen 78 zur Ansteuerung des Gebläses, welche im Elektronikraum 58 angeordnet ist, kann somit mit Luft aus dem Einlasskanal 50 versorgt werden beziehungsweise kann Luft aus dem Elektronikraum 58 in den Einlasskanal 50 abgegeben werden. Diese mögliche Belüftung und Entlüftung des Elektronikraums 58 über die Öffnung 74 führt dazu, dass sich bei steigenden Temperaturen kein zusätzlicher Druck im Elektronikraum 58 aufbauen kann, was zu einem Kondensieren von Wasser und einer erhöhten pneumatischen Belastung der Bauteile führen kann. Entsprechend kann die Lebensdauer der Elektronik erhöht werden. Die Luft, die über den Ansaugstutzen 64 zum Förderkanal 46, 40 gefördert wird, bewirkt bei Drehung des Laufrades 12 eine aktive Kühlung sowohl des Stators 18 beziehungsweise der Statorwicklungen 22 als auch der Leistungselektronikbauteile 78 als auch der Lager 28, 30. So wird die in der Elektronik 78 entstehende Wärme unmittelbar in den Ansaugstutzen 64 abgeführt. Auch verbessert sich die Wärmeabfuhr aus den Lagern 28, 30 sowie den Statorwicklungen 22, aus denen die Wärme über das Statorblech 20 zum Gehäuse 44 beziehungsweise zur gemeinsamen Wandfläche 66, an der der Luftstrom zur aktiven Wärmeabfuhr vorbei führt, abgeleitet wird.

Diese Wärmeabfuhr wird noch dadurch verbessert, dass im Inneren des Ansaugstutzens 64 sich in den Einlasskanal 50 erstreckende Rippen 80 ausgebildet sind, durch die die zum Wärmeübergang dienende Fläche vergrößert wird. Auch am vierten Gehäuseteil 62 sind nach außen zur Umgebung weisende Rippen 82 ausgebildet, so dass über das vierte Gehäuseteil 62 zusätzlich Wärme aus dem Elektronikraum 58 abgeführt werden kann.

Die Anordnung der Öffnung 74 in der Wandfläche 66 zwischen dem Elektronikraum 58 und dem Ansaugstutzen 64 hat den großen Vorteil, dass der Elektronikraum vor eindringendem Spritzwasser und anderen Schmutzwasser zuverlässig geschützt ist. So kann weder im Betrieb entstehendes Schmutzwasser in den Einlasskanal 50 gelangen, in den frische Luft über einen Filter angesaugt wird, noch kann bei Tests mit Hochdruckreinigern oder bei Salzsprühprüfungen Spritzwasser in den Elektronikraum 58 strömen, da keine Öffnung zur Umgebung besteht und der Einlass zum Einlasskanal 50 so angeordnet werden kann, dass auch bei undichtem Filter kein Wasser entlang des Einlasskanals zum Gebläse strömen kann. Zusätzlich kann in der Öffnung 74 noch eine gasdurchlässige und Schmutzstoffe und Wasser abweisende Membran 84 montiert werden. So wird eine zuverlässige Be- und Entlüftung des Elektronikraums 58 ohne zusätzliche Bauteile ermöglicht, durch die die Elektronik zuverlässig vor schädigenden Stoffen geschützt wird.

Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Insbesondere können derartige Gebläse für verschiedene Anwendungen verwendet werden. Auch können beispielsweise andere Gebläsearten wie Radialgebläse oder ähnliches verwendet werden. Vor allem sind verschiedene konstruktive Varianten im Vergleich zum Ausführungsbeispiel denkbar, wie eine andere Anbindung der Lager an das umgebende Gehäuse oder die Verwendung einer anderen Gehäuseteilung. Der Antrieb eines derartigen Gebläses kann sowohl über elektronisch kommutierte Elektromotoren als auch über Bürstenmotoren erfolgen, wobei sowohl Innenläufer als auch Außenläufer verwendet werden können.