Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Ventilator-Filter-Einheit zur Lufteinbringung in

Reinräume, insbesondere für den Einsatz in oder an Reinraumdecken, mit einem Gehäuse und einem in diesem Gehäuse angeordneten Ventilator mit einem Lüfterrad, einem Elektromotor, der das Lüfterrad antreibt, einer Luftzuführung in das Gehäuse, einer Luftführung innerhalb des Gehäuses über das Lüfterrad, einer Luftabführung aus dem Gehäuse in den Reinraum und wenigstens einem Filter zur Luftfilterung. Ein Rein- oder Reinstraum ist ein Raum, in dem die Konzentration luftgetragener Teilchen so gering wie nötig gehalten wird. Rein- und Reinsträume werden für spezielle Fertigungsverfahren, vor allem in der Halbleiterfertigung, benötigt, wo in gewöhnlicher Umgebungsluft befindliche Partikel die Strukturierung integrierter Schaltkreise im Bereich von Bruchteilen eines Mikrometers stören würden.

Weitere Anwendungen von Reinräumen oder Reinraumtechnik finden sich in der Optik- und Lasertechnologie, der Luft- und Raumfahrttechnik, den

Biowissenschaften und der medizinischen Forschung und Behandlung, der Forschung und keimfreien Produktion von Lebensmitteln und Arzneimitteln und in der Nanotechnologie. Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Anordnungen bekannt, um Ventilator-Filter-Einheiten für die Belüftung von Reinräumen bereit zu stellen. Neben Rastermaßdecken gibt es speziell hierfür konstruierte Kästen, die die Ventilator-Filter-Einheit beherbergen. Derartige Ventilator-Filter-Einheiten weisen typischerweise ein kastenförmiges Gehäuse auf, das auf der Luftauslassseite durch einen Schwebstofffilter, einen HEPA-Filter, abgeschlossen ist und auf der entgegengesetzten Seite, auf der Lufteinlassseite, einen Vorfilter aufweist.

Hierbei handelt es sich in der Regel um aus einem Metall oder einer Metalllegierung bestehendes Gehäuse, sowie zumindest teilweise aus Metall bestehenden inneren Bauteilen und/oder Komponenten. In einem derartigen kastenartigen Gehäuse ist ein Ventilator angeordnet, dessen Lüfterrad als Radiallüfterrad ausgebildet ist. Weiter ist ein Elektromotor innerhalb des

Gehäuses vorgesehen, der über eine Wirkverbindung mit dem Lüfterrad des Ventilators verbunden ist und so für die Rotationsbewegung des Lüfterrads sorgt. Etwaige entstehenden Strömungsgeräusche oder Lüftergeräusche werden durch Dämmmaterialien innerhalb des Gehäuses absorbiert, zumindest jedoch verringert. Die EP 0 340 433 A offenbart ein Modul für die Luftzuführung für Reinräume. Das Modul weist hierzu im unteren Bereich einen Hochleistungsfilter und im oberen Bereich ein Mehrkammersystem und einen Ventilator auf.

Aus der DE 42 38 595 C2 ist eine modulare Lüftungseinheit mit integriertem Ventilator und Filtereinheit bekannt, die insbesondere für die Nutzung im Bereich der Reinraumbelüftung vorgesehen ist.

Die DE 203 01 652 U1 offenbart ein transportables Lüftungsgerät mit zwei Rohranschlüssen und einem innenliegenden Ventilator, der durch einen

Elektromotor angetrieben wird. Ein derartiges Gerät wird als Ventilatoreinheit in Klima- und Lüftungsanlagen verwendet und ist mit weiteren Einheiten

kombinierbar, wobei hier insbesondere Filtereinheiten zu nennen sind.

Der DE 20 2005 021 077 U1 ist ein Klimagerät für explosionsgefährdete Bereiche zu entnehmen, wobei die Lüftermotoren in Zündschutzart "EX E" ausgeführt sind.

Problematisch an den bisher bekannten Anordnungen ist die Anwesenheit von Metall bzw. die Anordnung des Elektromotors innerhalb des Gehäuses. Durch die Verwendung von metallischen Bauteilen innerhalb des Gehäuses kann die strömende Luft metallische Kleinstpartikel von diesen metallischen Bauteilen mitreißen und in den Reinraum transportieren. Weiter können metallische Partikel bzw. Metallionen von dem Elektromotor in den Luftstrom gelangen und ebenfalls in den Reinraum gelangen. In beiden Fällen verursachen derartige metallische Partikel bzw. Ionen hohe Ausschüsse insbesondere bei der Fertigung von Silizium Strukturen, da zum einen die Silizium-Strukturen beispielsweise bei der Silizium-Wafer Herstellung zerstört oder zumindest verschlechtert werden und zum anderen bei einigen speziellen Arbeitsschritten derartige Feinstteilchen die Herstellung von sensiblen Bauteilen gar behindern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilator-Filter- Einheit, insbesondere mit darin angeordnetem Elektromotor aufzuzeigen, die es ermöglicht, metallische Partikel bzw. Metallionen aus dem Reinraum

fernzuhalten.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Anordnung nach Anspruch 1 .

Dadurch, dass das Gehäuse, die Luftzuführung, die Luftführung, die

Luftabführung und das Lüfterrad aus Kunststoff bestehen und der Elektromotor in einem gekapselten Kunststoffgehäuse angeordnet ist, können keine metallischen Partikel oder Metallionen von den Luft umströmten Bauteilen der Einheit in den Luftstrom gelangen, der in den Reinraum geblasen wird. Hierdurch ist es möglich, die Fehlerquote bei der Fertigung von empfindlichen Bauteilen oder Substraten deutlich zu reduzieren und die Ausschussquote zu verringern. An keiner Stelle innerhalb der Ventilator-Filter-Einheit kommt die geförderte Luft mit Metall in Berührung oder wird mit Metall kontaminiert. Dies ist insbesondere der Vollkunststoffbauweise und dem gekapselten Kunststoffgehäuse für den Motor zu verdanken. Hierbei ist besonders bevorzugt auch eine eventuell vorgesehene und zumindest teilweise notwendige Wirkverbindung zwischen dem Lüfterrad des Ventilators und dem Elektromotor zum Übertragen der Rotationsbewegung in Kunststoff gefertigt, der beispielsweise durch bekannte Faserverstärkungen durabler ausgebildet sein kann. Bei einer Anordnung des Elektromotors direkt an dem Lüfterrad des Ventilators ist eine direkte Anbindung beider Komponenten möglich, was wiederum zur Reduzierung etwaiger Fehlerquellen führt. Insbesondere ist auch durch die Verwendung von Kunststoff als

Kapselungsmaterial gewährleistet, dass eine ausreichende und sogar sehr effiziente Wärmeabfuhr gewährleistet ist bzw. erst möglich wird, so dass der Elektromotor keinesfalls überhitzt. Die entstehende Wärme des Elektromotors kann so über den Luftstrom abtransportiert werden, da die transportierte Luft zumindest Teilflächen der Kapselung permanent an- bzw. umströmt.

Wenn der Ventilator ein Radialventilator ist und das Lüfterrad in radialbauweise ausgebildet ist, der Elektromotor ein Außenläuferelektromotor ist, der im

Lüfterrad angeordnet ist, wobei der Rotor mit dem Lüfterrad verbunden ist und der Stator mit einer Aufnahme an dem Gehäuse angeordnet ist, wobei das gekapselte Kunststoffgehäuse auf der Rotorseite durch das Lüfterrad als obere Kapsel und auf der Statorseite durch die Aufnahme als untere Kapsel gebildet ist, wird eine sehr kompakte Bauweise angegeben, die ein Verunreinigen der geförderten Luft mit Metallionen oder metallischen Partikeln verhindert. Hierbei bildet die Einheit aus dem Radiallüfterrad und dem im Zentrum des im Inneren hohl ausgebildeten Radiallüfterrads angeordneten Außenläuferelektromotor eine sehr kompakte, wartungsarme und durable Antriebs-Lüftereinheit innerhalb der Ventilator-Filter-Einheit. Diese Einheit aus Radiallüfterrad und dem

Außenläuferelektromotor, wobei der Rotor des Außenläuferelektromotors direkt mit der inneren Wandung des Radiallüfterrades kraftschlüssig verbunden ist, wird vor Einbau einmal ausgewuchtet und dann montiert. Die größtenteils gekapselte Antriebs-Lüftereinheit, nämlich gekapselte Mantelfläche und gekapselte

Deckfläche des Außenläuferelektromotors, muss lediglich nur noch von einer weiteren Seite, nämlich der Grundfläche, gekapselt bzw. abgedichtet werden. Insbesondere ist durch das Anordnen der Einheit auf der Aufnahme eine vollständige Kapselung gegeben, was effektiv eine Kontamination der

transportierten Luft verhindert. Die Aufnahme, die als eine Art Wanne ausgebildet sein kann, dient als untere Kapsel und als Widerlager für den Stator des

Außenläuferelektromotors. Die Aufnahme ist hierbei fest mit dem Gehäuse verbunden. Die Ausgestaltung des in radialbauweise gefertigten Lüfterrads als obere Kapsel stellt die Minimierung der Kapselung des Elektromotors und eine besonders bevorzugte Ausgestaltung dar.

Dadurch, dass der Übergang zwischen der oberen und unteren Kapsel als Minimalspalt ausgebildet ist, wird eine effektive Kapselung des Elektromotors, der als Außenläuferelektromotor ausgebildet ist, gewährleistet. Bereits durch diese Ausgestaltung des Übergangs als Minimalspalt wird gewährleistet, dass dieser Übergang die Schutzklasse IP44 erfüllt.

Um eine sehr hohe Dichtigkeit des Übergangs zwischen unterer und oberer Kapsel zu erzielen, ist der Übergang zwischen der oberen und unteren Kapsel mit einer schleifenden Dichtung luftdicht abgedichtet. Eine ausreichende

Dichtigkeit ist somit gewährleistet, so dass keine Metallionen oder metallischen Partikel aus dem Elektromotor in den Luftstrom eintreten können.

Eine ausreichende Wärmeabfuhr ist durch die Verwendung von wärmeleitenden Kunststoffen weitestgehend gewährleistet, so dass eine Überhitzung

ausgeschlossen ist. Als mögliche Dichtungsmaterialien sind beispielsweise Teflon-beschichtete Materialien oder Keramiken zu verwenden, zumindest jedoch durable und hitzebeständige Werkstoffe, die eine ausreichende

Gleitfähigkeit aufweisen, so dass zu hoher Verschleiß und zu hohe

Haftungswiderstände vermieden werden.

Dadurch, dass die Aufnahme und/oder das Lüfterrad im Bereich des

Minimalspalts mindestens eine weitere versetzte Kunststoffversprengung aufweist, die als Luftleitungselement ausgebildet ist, wird die Gefahr des Einbringens von Partikeln metallischer Art bzw. von Metallionen aus dem Inneren der Kapselung weiter minimiert. Durch die Verwendung von mindestens einer versetzten Kunststoffversprengung wird eine geänderte Führung im Bereich des Übergangs hergestellt, so dass etwaige austretende Partikel erst noch eine Schranke überwinden müssten, um in den Luftstrom zu gelangen. Bevorzugt können mehrere derartige versetzte Kunststoffversprengungen abwechselnd von der oberen und von der unteren Kapsel ausgehend angeordnet sein, um den Übergang weiter von dem Luftstrom zu isolieren.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Kunststoff Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid und/oder Polyvinylidenfluorid ist. Hierbei es ist vorteilhaft, wenn die materialspezifische Eigenschaft der Wärmeleitzahl bei etwa 0,2 bis 0,25

W/mK liegt. Eine Verstärkung der Kunststoffe mit Hilfe von Fasern ist gleichwohl vorteilhaft, wenn auch nicht immer unbedingt notwendig.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der

beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische räumliche Darstellung der erfindungsgemäßen

Ventilator-Filter-Einheit in einem halb offenen Schnitt durch die Mitte der Anordnung.

In Fig. 1 ist eine schematische räumliche Darstellung der erfindungsgemäßen Ventilator-Filter-Einheit in einem halb offenen Schnitt durch die Mitte der

Anordnung dargestellt.

Die Ventilator-Filter-Einheit 1 besteht aus einem Gehäuse 2 mit einer

Luftzuführung 21 und einer Luftabführung 23. In diesem Ausführungsbeispiel ist in der Luftzuführung 21 ein Vorfilter 24 angeordnet, der eine Vorfilterung der Zuluft übernimmt. In der Luftabführung 23 ist ein Schwebstofffilter angeordnet, der ein hochwertiges Reinluftergebnis gewährleistet. Im Weiteren befindet sich innerhalb des Gehäuses 2 ein Ventilator 3, der von einem Außenläuferelektromotor 4 angetrieben wird. Der Außenläuferelektromotor 4 ist auf einer Aufnahme 26 angeordnet, die den Außenläufermotor 4 innerhalb des Gehäuses 2 derart lagert, dass die Luft durch das Gehäuse 2 von der Luftzuführung 21 kommend an dem Außenläuferelektromotor 4 vorbeiströmen kann und an der Luftabführung 23 austreten kann. Die Aufnahme 26 ist mit Hilfe einer Halterung 261 an dem Gehäuse 2 angeordnet. Das Gehäuse 2 ist auf der Innenseite mit einer optionalen Dämmung 27 ausgestattet, die für entsprechende Schallisolierung sorgt. Das gesamte Gehäuse 2 ist auf den luftangeströmten Innenseiten aus Kunststoff gefertigt. Bevorzugt ist das gesamte Gehäuse 2 aus Kunststoff gefertigt. Ebenso sind die luftangeströmten weiteren Komponenten, wie

Luftzuführung 21 , Luftabführung 23, sowie Aufnahme 26 und Halterung 261 vollständig aus Kunststoff gefertigt. Als besonders bevorzugt zu verwendende Kunststoffe haben sich Kunststoffe wie Polyethylen, Polypropylen,

Polyvinylchlorid und/oder Polyvinylidenfluorid herausgestellt. Besonders bevorzugt wird für die gesamten Materialien der Ventilator-Filter-Einheit 1 derselbe Kunststoff verwendet.

Der Ventilator 3 besteht aus einem Lüfterrad 31. Das Lüfterrad 31 umfasst ein Oberteil 313, ein Bodenteil 312 und dazwischen angeordnete

Luftleitelemente 31 1 . Das Lüfterrad 31 ist als Radiallüfterrad gefertigt, wobei im Zentrum ein Innenraum gebildet ist, in dem der Außenläufermotor 4 angeordnet ist. Hierbei ist der Rotor des Außenläufermotors 4 kraftschlüssig mit der

Innenseite des im Zentrum ausgebildeten Innenraums des Lüfterrads 31 verbunden, so dass eine Rotation des Außenläufermotors derart auf das

Lüfterrad 31 in Radiallüfterbauweise übertragen wird. Als Gegenlager für den Außenläufermotor 4 dient die Aufnahme 26, die mittels einer Halterung 261 an dem Gehäuse 2 befestigt ist. Der gesamte Ventilator 3, sowie die Halterung 261 und die Aufnahme 26 sind wie bereits zuvor beschrieben aus Kunststoff gefertigt.

Der Ventilator 3 ist in der Lage, die zu transportierende Luft von der

Luftzuführung 21 anzusaugen und diese dann radial weiter zu transportieren, so dass diese im Anschluss durch das Gehäuse 2 weiter transportiert wird und an der Luftabführung 23 aus dem Gehäuse herausgedrückt wird. Je nach

Ansteuerung des Außenläufermotors 4, nämlich durch Variation der

Rotationsgeschwindigkeit, kann ein vorbestimmter Arbeits-Überdruck eingestellt werden. Innerhalb des Gehäuses 2 wird die Luft von der Luftzuführung 21 kommend in Luftströmungsrichtung X hin zu der Luftabführung 23 geleitet bzw. transportiert. Die Transportbewegung erfolgt hierbei über den Ventilator 3. An der stromaufwärtigen Seite des Ventilators 3 befindet sich eine Luftführung 22, die dazu dient, die Luft innerhalb des Gehäuses 2 besser zu leiten und in diesem Fall auf den Ventilator 3 zu fokussieren. Die Luftzuführung 22 ist ebenfalls aus einem Kunststoff gefertigt.

Der Außenläuferelektromotor 4 befindet sich in einem gekapselten

Kunststoffgehäuse 5. Das gekapselte Kunststoffgehäuse 5 umfasst eine obere Kapsel 51 und eine untere Kapsel 52, die an einem Übergang 53

zusammengeführt sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Übergang 53 mit Hilfe einer versetzten Kunststoffversprengung 54 auf einen Minimalspalt reduziert, wobei der Minimalspalt entsprechend der Schutzklasse IP44 ausgebildet ist. Durch diese Verkapselung des Außenläuferelektromotors 4 ist dieser weitgehend von der zu transportierenden Luft abgegrenzt, so dass kaum metallische Partikel, wie insbesondere Metallionen, des Elektromotors 4 in den Luftstrom gelangen können. Hierfür ist bereits die Ausgestaltung dieses Ausführungsbeispiels ausreichend, um den Luftstrom nicht zu kontaminieren. Eine alternative Möglichkeit ist die Verwendung von etwaigen Lagerdichtungen im Übergang 53 des gekapselten Kunststoffgehäuses 5.

Bezugszeichenliste

Ventilator-Filter-Einheit

Gehäuse

Luftzuführung

Luftführung

Luftabführung

Vorfilter

Schwebstofffilter

Aufnahme

Halterung

Dämmung

Ventilator

Lüfterrad

Luftleitelement

Bodenteil

Oberteil

Außenläuferelektromotor

gekapseltes Kunststoffgehäuse obere Kapsel

untere Kapsel

Übergang

versetzte Kunststoffversprengung

Luftströmungsrichtung