AT414064B

AT414064B - Pumpe für flüssige medien

Info

Publication number: AT414064B
Application number: AT0075901A
Authority: AT
Inventors: Markus Ing Heim; Herbert Ing Goesweiner
Original assignee: Tcg Unitech Ag
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2006-08-15
Also published as: EP1256722A2; US20020166520A1; EP1256722A3; US6835051B2; ATA7592001A; DE50209511D1; EP1256722B1

Description

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AT 414 064 B

Die Erfindung betrifft eine Pumpe für flüssige Medien, insbesondere Kühlwasserpumpe für Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung mit einem als Scheibenläufer ausgebildeten Elektromotor zum Antrieb der Pumpe, der mit einem Laufrad der Pumpe in unmittelbarer Verbindung steht. Je nach Einsatzzweck werden an Pumpen die unterschiedlichsten Anforderun-5 gen gestellt. So ist etwa bei elektrischen Kühlmittelpumpen ein wesentliches Kriterium die absolute Zuverlässigkeit, da bei Ausfall des Kühlsystems schwerwiegende Schäden an der Brennkraftmaschine auftreten können. Weiter wird im Sinne einer Kostenreduktion und der Erreichung einer weitest gehenden Wartungsfreiheit angestrebt, möglichst ohne die Abdichtung drehender Bauteile auszukommen. Weitere Vorgaben betreffen den zur Verfügung stehenden Einbau-io raum, der in vielen Fällen eingeschränkt ist.

Die DE 196 17 495 A betrifft eine Kraftstoffpumpe für Kraftfahrzeuge, die einen Rotor aufweist, der einerseits als Scheibenläufer eines Elektromotors und andererseits als Pumpenlaufrad dient. Zu diesem Zweck sind am äußeren Umfang des Rotors Schaufeln ausgebildet, um das 15 Medium zu fördern. Mit einer solchen Pumpe kann einerseits nur ein beschränkter Wirkungsgrad erreicht werden, da die Pumpengeometrie wenig optimal ist. Weiters ist es beim klassischen Scheibenläufer erforderlich, den Strom zu den elektrischen Wicklungen in der Scheibe über Bürsten zuzuführen, die gegenüber dem Strömungsmedium abgedichtet werden müssen. 20 Aus der DE 16 13 626 A oder der DE 25 56 631 A sind Elektromotoren bekannt, die Pumpen oder Lüfter antreiben und bei denen eine Wicklung im Bereich des Laufrads angeordnet ist. Das Drehmoment solcher Motoren ist jedoch beschränkt, und es können ausfallssichere Kühlwasserpumpen für Motoren von Kraftfahrzeugen nicht ohne weiteres dargestellt werden. 25 Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pumpe zu schaffen, bei der diese Nachteile vermieden werden und die bei möglichst kleiner Baugröße einen einfachen Aufbau aufweist und ausfallssicher betrieben werden kann.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass am äußeren Umfang des Lauf-30 rads der Pumpe ein Antriebsflansch in Radialrichtung nach außen vorragt, in dem Magnete oder Wicklungen eingeformt sind, um das Laufrad berührungslos anzutreiben. Eine solche Pumpe besitzt nur einen einzigen beweglichen Bauteil, nämlich das Laufrad mit dem angeformten Antriebsflansch. Aufgrund des großen Durchmessers des Antriebsflansches kann ein großes Antriebsdrehmoment erreicht werden, die Abmessung in Axialrichtung der Pumpe ist je-35 doch sehr gering. Der Elektromotor der erfindungsgemäßen Pumpe ist dabei nicht als klassischer Scheibenläufer ausgebildet, bei dem in dem scheibenförmigen Rotor flachgepresste Magnetspulen angeordnet sind, die über Bürsten mit Strom versorgt werden, sondern er ist als Permanentmagnet-Gleichstrommotor oder als Asynchron-Drehstrommotor ausgebildet. In beiden Fällen wird das Drehmoment durch ein äußeres Magnetfeld hervorgerufen, das im Stator 40 erzeugt wird. Wenn man davon ausgeht, dass der Motor der Pumpe grundsätzlich mit Gleichstrom angetrieben wird, so wird das Drehfeld jedenfalls durch eine elektronische Schaltung erzeugt. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Leistung der Pumpe sehr leicht an den jeweiligen Bedarf angepasst werden kann. 45 Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass der Elektromotor als Nassläufer ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass innerhalb der Pumpe die beweglichen Teile nicht abgedichtet sind, das heißt, dass auch der Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor der Pumpe mit dem zu fördernden Medium geflutet ist. so In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist das Laufrad als Axial-Radial-Laufrad ausgebildet, das an der Einströmseite gegenüberliegenden Seite eine Flanschfläche aufweist, an der Schaufeln angeformt sind, und der Antriebsflansch ist radial außerhalb der Flanschfläche angeordnet. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn der Antriebsflansch in Axialrichtung versetzt angeordnet ist. Auf diese Weise ist es 55 möglich, das Ausströmgehäuse radial außerhalb des Laufrades unbehindert auszubilden und 3

AT 414 064 B gleichzeitig zwischen dem Ausströmgehäuse und dem Antriebsflansch einen Teil des Stators vorzusehen.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpe wird insbesondere vereinfacht und kostengünstig gemacht, wenn das Laufrad aus Kunststoff hergestellt ist und die Magnete als Einlegeteile im Spritzgussverfahren eingeformt sind. Eine solche Lösung zeichnet sich auch durch einen robusten mechanischen Aufbau aus. Bei dem Spritzgussverfahren muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Magnete nur innerhalb der zulässigen Grenzen erwärmt werden, um die Entmagnetisierung zu verhindern. Alternativ dazu können die Magnete aber auch erst nach der Herstellung des Laufrads in situ magnetisiert werden, so dass der Spritzguss-Prozess keinen Beschränkungen unterliegt.

In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Pumpe, die eine elektrische Kühlmittelpumpe für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung ist, die ein übliches Kühlmittel fördert, das aus Wasser und Glykol zusammengesetzt ist, besteht aus einem Hydraulikdeckel 1, der den Ein-strömkanal 7 und zur Hälfte den Ausströmkanals 10 umschließt, einem Hydraulikboden 2, der die zweite Hälfte des Ausströmkanals 10 umschließt und eine Hälfte des Stators trägt, und einem Motordeckel 3, der das Gehäuse auf der dem Hydraulikdeckel 1 gegenüberliegenden Seite abschließt. Der Motordeckel 3 trägt im axialen Bereich eine Achse 5, auf der das Laufrad 6 gelagert ist. Die Achse 5 ist von einem Bund 4 des Motordeckels 3 gehalten und wird als Einlegeteil bei der Herstellung des Motordeckels 3 mitgespritzt. Das Laufrad 6 ist als Axial-Radial-Laufrad ausgebildet, das heißt, dass durch das vom Hydraulikdeckel 1 gebildete Zustromgehäuse 7 das zu fördernde Medium in Axialrichtung zuströmt. In den Strömungskanälen 8 des Laufrads 6 in denen Schaufeln 9 angeordnet sind, wird die Strömungsrichtung des Mediums radial nach außen umgelenkt, so dass dieses in das Abströmgehäuse 10 gefördert wird. Über ein schneckenförmig aus dem Hydraulikdeckel 1 herausgeführtes Ausströmrohr 11 wird das Medium abgeführt.

An der Nabe 15 des Laufrads 6 ist eine Gleitlagerbuchse 12 eingeformt, die bei der Herstellung umspritzt werden kann. Alternativ kann das Laufrad 6 im Zweikomponenten-Spritzguss hergestellt werden. Eine Schraube 13 sichert das Laufrad 6 auf der Achse 5.

Die Rückseite der Strömungskanäle 8 des Laufrads 6 bildet eine Scheibe 14, die sich innen zur Nabe 15 hin wölbt und außen im Wesentlichen in einer zur Achse 16 des Laufrads 6 senkrechten Achse liegt. Am äußeren Umfang der Scheibe 14 schließt ein rohrförmiger Abschnitt 17 an, der an seinem anderen Ende einen Antriebsflansch 18 trägt, der sich nach außen erstreckt.

In dem Antriebsflansch 18 sind Magnete 19 als Einlegeteile eingeformt, die den Rotor des Elektromotors bilden. Die Magnete 19 sind Selten-Erd-Magnete auf der Basis von Nd-Fe-B beziehungsweise Pr-Fe-B, die eine extrem hohe Feldstärke aufweisen. Es können auch kunststoffgebundene Magnete, sogenannte Polymermagnete verwendet werden, die durch Pulverpressen eines Gemisches aus Magnetpartikeln mit einem Bindemittel auf der Basis von Epoxid-hazen hergestellt werden, aber auch durch Spritzgießen eines Compounds. Auf diese Weise können hohe magnetische Eigenschaften mit geringen Kosten erzielt werden. Auf dem Bund 4 des Motordeckels 3 sind die Wicklungen 20 des Stators befestigt, der im Wesentlichen eine Scheibe parallel zum Antriebsflansch 18 bildet. An der dem Antriebsflansch 18 gegenüberliegenden Seite der Wicklung 20 ist eine Rückschlussscheibe 21 vorgesehen. Durch eine weitere Rückschlussscheibe 22', die am Hydraulikboden 2 befestigt ist, wird der magnetische Kreis geschlossen. Um die Spaltverluste zu verringern und die Leistungsdichte zu erhöhen, kann die weitere Rückschlussscheibe jedoch auch im Laufrad 6 eingeformt sein. Die Rückschlussscheiben 21 und 22 können in herkömmlicher Weise aus Blechen aufgebaut sein oder aus Kunststoffringen mit eingeformten Stahlpartikeln hergestellt werden. Die Rückschlussscheiben 21, 22

Claims

4 AT 414 064 B können auch selbst einen Antriebsflansch 18 bilden. Die Wicklung 20 des Stators selbst ist eisenlos ausgeführt, wodurch sich besonders kompakte Abmessungen erzielen lassen. Der Motor der erfindungsgemäßen Pumpe wird über einen 5 Stecker 23 mit Strom versorgt, die nicht dargestellte Motorelektronik zur elektronischen Kommutierung kann dabei im Bereich der Pumpe oder außerhalb untergebracht sein. Alternativ dazu kann die Motorelektronik beispielsweise gemeinsam mit der Wicklung 20 vergossen sein. Die erfindungsgemäße Kühlwasserpumpe kann wie eine herkömmliche Kühlmittelpumpe als io Steckmodul an der Brennkraftmaschine angebracht werden. Im Vergleich zu mechanisch angetriebenen Pumpen besteht jedoch dabei einerseits der Vorteil, dass der Ort der Anbringung unabhängig von Riementrieben oder dergleichen ist und dass die Steuerung der Pumpe wesentlich feinfühliger auf den jeweiligen Kühlbedarf der Brennkraftmaschine vorgenommen werden kann. Da die Pumpe als Nassläufer konzipiert ist, das heißt, dass der gesamte Innenraum 15 mit dem Kühlmittel beziehungsweise dem zu fördernden Medium geflutet ist, sind keinerlei Stopfbuchsen, Gleitringdichtungen, Simmerringe oder dergleichen erforderlich, was die Kosten senkt und die Betriebssicherheit erhöht. 20 Patentansprüche: 1. Pumpe für flüssige Medien, insbesondere Kühlwasserpumpe für Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung mit einem als Scheibenläufer ausgebildeten Elektromotor zum Antrieb der Pumpe, der mit einem Laufrad (6) der Pumpe in unmittelbarer Verbindung steht, da- 25 durch gekennzeichnet, dass am äußeren Umfang des Laufrads der Pumpe ein Antriebs flansch (18) in Radialrichtung nach außen vorragt, in dem Magnete (19) oder Wicklungen (20) eingeformt sind, um das Laufrad (6) berührungslos anzutreiben.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor elektronisch 30 kommutiert ist.
3. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor als Nassläufer ausgebildet ist.
4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (6) als Axial-Radial-Laufrad ausgebildet ist, das an der der Einströmseite gegenüberliegenden Seite eine Flanschfläche aufweist, an der Schaufeln angeformt sind, und dass der Antriebsflansch (18) radial außerhalb der Flanschfläche angeordnet ist.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsflansch (18) in Axial richtung versetzt angeordnet ist.
6. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (6) aus Kunststoff hergestellt ist und dass die Magnete (19) als Einlegeteile im Spritzgussver- 45 fahren eingeformt sind.
7. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (6) aus Kunststoff hergestellt ist und dass die Magnete (19) als kunststoffgebundene Magnete ausgebildet sind. 50 Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 55