DE102007014466B4

DE102007014466B4 - Doppelgebläse auf einer Motorwelle

Info

Publication number: DE102007014466B4
Application number: DE102007014466.2A
Authority: DE
Inventors: Dr. Herrmann Frank; Dr. Göbel Christof; Stefan Franke; Wolfgang Wedler
Original assignee: Loewenstein Medical Technology SA
Current assignee: Loewenstein Medical Technology SA
Priority date: 2006-04-01
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2025-05-08
Anticipated expiration: 2027-03-23
Also published as: DE102007014466A1

Abstract

Gebläse für ein Beatmungsgerät, das einen Elektromotor mit einer Motorwelle aufweist, wobei im Bereich einander gegenüberliegender Enden der Motorwelle jeweils mindestens ein Gebläserad angeordnet ist, welches einen Bereich niedrigen Druckes im Ansaugstromverlauf vor dem Gebläserad und einen Bereich höheren Druckes im Ansaugstromverlauf hinter dem Gebläserad aufweist, wobei die beiden Gebläseräder einen unterschiedlichen Ansaugbereich haben und wobei die beiden Gebläseräder einen unterschiedlichen Ausgang haben und wobei das Gebläse zusätzlich zu einer für eine Beatmung verwendeten ersten Gebläsestufe eine zweite Gebläsestufe aufweist, wobei beide Gebläsestufen zur Erzeugung eines Beatmungsdruckes geeignet sind und wobei der Ausgang der zweiten Gebläsestufe in den Ausgangsbereich der ersten Gebläsestufe mündet, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gebläserad-Ausgang in mindestens einen ersten und einen zweiten Zweig getrennt wird, wobei mindestens einer der Zweige über eine Drossel verfügt und wobei mindestens ein Zweig zur Versorgung von Steuerdrücken genutzt wird oder zur Kühlung des Motors oder sonstigen Komponenten genutzt wird.

Description

In vielen Bereichen der Technik werden heutzutage Gebläse eingesetzt, welche aus einem Motor und einem auf seiner Welle aufgesetzten Gebläserad bestehen. Diese sogenannten Radialgebläse, bei denen der Luftstrom axial angesaugt und radial am Gebläseauslass herausgeschleudert wird, oder Axialgebläse, bei denen das angesaugte Gas axial angesaugt sowie ausgeworfen wird, finden zum Beispiel auch in Beatmungsmaschinen Einsatz.
Solche Gebläse sind beispielsweise in den folgenden Schriften offenbart; DE 102 34 345 A1 , DE 11 28 023 A , DE 697 019 A , US 1 080 763 A , US 3 102 483 A , US 5 388 956 A , EP 1 302 666 A1 , WO 98/ 05 867 A1 .
Der Ansaugbereich, welcher sich direkt vor dem Gebläserad befindet, hat in vielen Fällen Umgebungsdruck bzw. weist einen im Verhältnis zum Ausströmbereich niedrigeren Druck auf.
Auch ist in vielen Anwendungsfällen eine Motorkühlung nötig, um diesen vor schädlichen Betriebstemperaturen zu schützen.
Die Motoren und insbesondere deren Lager werden teils extremen Belastungen ausgesetzt. So variieren die Axialkräfte bei der Realisierung verschiedener, sich plötzlich ändernder Drehzahlen sehr und die Lager sind daher auch verschiedenen, sich plötzlich wechselnden Kraftverhältnissen ausgesetzt. So ist im Ansaugbereich meist ein geringerer Druck als direkt hinter dem Gebläserad vorhanden, welcher bei einem Eingebläsemotor, die gesamte rotierende Anordnung in Richtung Ansaugbereich drückt. So kann es insbesondere in den Lagern zu verschiedenen, nicht mehr zulässigen Auflagepunkten innerhalb der Wälzlager kommen. Auch haben durch die häufigen Laständerungen über die Drehzahlen eine materialermüdende Wirkung auf die Lager und die gesamte Anordnung.
Um die häufigen und teils schlagartig wechselnden Laständerungen abzufangen, sind in vielen Fällen die Lager vorgespannt eingesetzt. So kann entweder auf dem Innenring oder dem Außenring eine Feder angeordnet sein, welche die Ringe sich in ihrer Position bewegen lassen. Diese Anordnung benötigt teils sehr starke und kostenintensive Federn sowie fertigungsintensive Geometrien der Wellen und Lageraufnahmen.
Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik stellt die mit Eingebläsemotoren zusammenhängende automatische Entfettung der Lager dar. Diese sind geschmiert und das Fett wird durch die verschiedenen Druckverhältnisse vor und hinter dem Gebläserad aus den Lagern gepresst.
Um die Entfettung einzuschränken, sind bei vielen Motoranordnungen Lüftungsbohrungen in den Kugellager-tragenden Wänden angeordnet, um die Entfettungskraft durch einen kleinen Spülflow gering zu halten. Diese Entfettung ist in vielen Fällen der Grund für Lager- und daher auch Gebläseausfälle.
Ferner werden in vielen Geräten zusätzliche Gebläse als Kühlgebläse eingesetzt, um Leistungselektroniken, Motoren und andere temperaturempfindliche Komponenten zu kühlen. Auch ist im Bereich der Beatmungstechnik, in der ebenfalls Gebläse zu Generierung von Atemwegsdrücken eingesetzt werden, ein Aufbau von Steuerdrücken zum Betreiben von pneumatischen Ventilen nötig. Daher ist in diesen Geräten meist eine zweite Druck/Flowquelle eingesetzt, welche wiederum durch ein Gebläse realisiert wird. Dies benötigt zusätzlichen Bauraum und Ansteuerungselektronik und ist mit erhöhtem Kostenaufwand verbunden.
Ein weiterer Nachteil des Standes der Technik ist, dass bei hohen Drehzahlen und Trägheitsmomenten der Gebläseräder eine schlechte Beschleunigung (Dynamik) erreicht wird.
Die WO 2004/ 108 198 A1 offenbart ein Gebläse für ein Beatmungsgerät mit zwei Gebläsestufen, wobei der Ausgang der ersten Gebläsestufe in den Eingangsbereich der zweiten Gebläsestufe mündet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gebläse der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß bei einer kompakten Konstruktion verbesserte Betriebseigenschaften bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Gebläse mit den Merkmalen des einzigen Anspruchs.
Eine Ausführungsform beschreibt ein Gebläse, das einen Elektromotor mit einer Motorwelle aufweist, wobei im Bereich einander gegenüberliegender Enden der Motorwelle jeweils mindestens ein Gebläserad angeordnet ist, welches einen Bereich niedrigen Druckes im Ansaugstromverlauf vor dem Gebläserad und einen Bereich höheren Druckes im Ansaugstromverlauf hinter dem Gebläserad aufweist.
Ein Vorteil der Erfindung stellt bei gleicher Wahl der Gebläseräder die gleichmäßige Kräfteverteilung auf der Motorwelle dar. So erzeugen beide Gebläse die gleichen Kräfte in entgegen gesetzter Richtung. Dies erhöht die Lebensdauer der Lager und sonstiger Bestandteile, als dass diese nicht mehr mit Querkräften und plötzlichen Laständerungen, sondern mit gleichen, gegengerichteten axialen Kräften belastet werden. Die resultierende, auf die Welle wirkenden Gesamtkraft geht gegen Null; eine Feder zum Auffangen dieser Belastungen und Kräfte kann entfallen.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist die erhöhte Dynamik der Gebläse, da durch die Anordnung von zwei Gebläserädern im Vergleich zu einem Gebläserad bei gleicher Ausgangsleistung die Gebläseräder im Durchmesser verringert werden können. Dies wirkt sich positiv auf das Trägheitsmoment aus, da dies mit dem Quadrat des Radius eingeht.
Auch hier wirkt sich die gemeinsame Verwendung derselben Welle für zwei Gebläseräder positiv auf die Anwendung aus, da bei steigenden Drehzahlen die Abwärme des Motors ebenfalls steigt. Durch die gleichzeitige Steigerung des Kühlflusses kann diese Abwärme aber abtransportiert werden. Bei geschickter Ausgestaltung der Geometrien ist also keine separate Kühlelektronik nötig; die Kühlung findet immer je nach gemeinsamer Drehzahl der beiden Gebläseräder statt.
Die Erfindung sieht vor, dass beide Gebläseräder einen unterschiedliche Ansaugbereich haben.
Erfindungsgemäß haben die beiden Gebläseräder ebenfalls unterschiedliche Ausgänge. So kann das eine Gebläse beispielsweise zur Zuführung von Atemgas und das andere Gebläse zum Aufbringen eines Steuerdruckes sowie Kühlflüssen dienen.
Mindestens ein Ausgang teilt sich in mindestens zwei Zweige auf, wobei diese Verzweigung der Zusammenführung beider Ausgänge nachgelagert ist. Dies hat den Vorteil, dass Gase mit verschiedenen Flows und Drücken verschiedenen Anwendungen zur Verfügung gestellt werden können. Diese Anwendungen können die bereits oben erwähnten sein.
Um die Verzweigungen weiter derart zu gestalten, dass die für verschiedene Anwendungen benötigten Gaszustände erreicht werden, ist in mindestens enen der Zweige eine Drossel eingebaut.
Figurenbeschreibung

1: Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.

1 zeigt ein Doppelgebläse (1) mit zwei Ansaugbereichen und einem verzweigten Ausgang (17). Dabei teilt sich der zweite Ausgang (10) in zwei Zweige auf, wobei der erste Zweig (18) in den ersten Ausgang mündet. Der zweite Zweig (19) verfügt für eine andere Anwendung zudem über eine Drossel ( 20 ) zur Beeinflussung des Gasstromes.

Claims

Gebläse für ein Beatmungsgerät, das einen Elektromotor mit einer Motorwelle aufweist, wobei im Bereich einander gegenüberliegender Enden der Motorwelle jeweils mindestens ein Gebläserad angeordnet ist, welches einen Bereich niedrigen Druckes im Ansaugstromverlauf vor dem Gebläserad und einen Bereich höheren Druckes im Ansaugstromverlauf hinter dem Gebläserad aufweist, wobei die beiden Gebläseräder einen unterschiedlichen Ansaugbereich haben und wobei die beiden Gebläseräder einen unterschiedlichen Ausgang haben und wobei das Gebläse zusätzlich zu einer für eine Beatmung verwendeten ersten Gebläsestufe eine zweite Gebläsestufe aufweist, wobei beide Gebläsestufen zur Erzeugung eines Beatmungsdruckes geeignet sind und wobei der Ausgang der zweiten Gebläsestufe in den Ausgangsbereich der ersten Gebläsestufe mündet, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gebläserad-Ausgang in mindestens einen ersten und einen zweiten Zweig getrennt wird, wobei mindestens einer der Zweige über eine Drossel verfügt und wobei mindestens ein Zweig zur Versorgung von Steuerdrücken genutzt wird oder zur Kühlung des Motors oder sonstigen Komponenten genutzt wird.