AT521284B1

AT521284B1 - Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: AT521284B1
Application number: ATA50414/2018A
Authority: AT
Original assignee: Tcg Unitech Systemtechnik Gmbh
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2022-08-15
Also published as: AT521284A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe (1), insbesondere für eine Brennkraftmaschine, die ein Pumpengehäuse (5) aufweist, innerhalb dem ein um eine Drehachse (A) drehbar gelagertes Pumpenlaufrad (2) angeordnet ist, das mit einem Elektromotor (4) zum Antrieb verbunden ist, wobei zumindest ein Elektronik- Bauteil (6) innerhalb des Pumpengehäuses (5) angeordnet ist und wobei ein im Wesentlichen senkrecht auf die Drehachse (A) angeordnetes Trennelement vorgesehen ist, das einen flüssigkeitsführenden Teil der Kühlmittelpumpe (1) und den Antrieb räumlich trennt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine einfache Möglichkeit der Kühlung für die hitzeempfindlichen Elektronik-Bauteile anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Trennelement ein Kühlverteilring (9) angeordnet ist, der einen Kühlkanal (10) abschließt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, die ein Pumpengehäuse aufweist, innerhalb dem ein um eine Drehachse drehbar gelagertes Pumpenlaufrad angeordnet ist, das mit einem Elektromotor zum Antrieb verbunden ist, wobei zumindest ein Elektronik-Bauteil innerhalb des Pumpengehäuses angeordnet ist und wobei ein im Wesentlichen senkrecht auf die Drehachse angeordnetes Trennelement vorgesehen ist, das einen

flüssigkeitsführenden Teil der Kühlmittelpumpe und den Antrieb räumlich trennt.

Unter flüssigkeitsführenden Teilen verstehen sich hier das Pumpenlaufrad, sowie

Spirale und Zuleitung zum Pumpenlaufrad.

Derartige Kühlmittelpumpen versorgen die Brennkraftmaschine mit Kühlmittel und sorgen für ausreichenden Durchsatz, um den Wärmehaushalt der Brennkraftmaschine zu regulieren. In der Regel ist das Kühlmittel Wasser, das mit Zusätzen versehen wird, um unerwünschte Eigenschaften von Wasser

hintanzustellen.

Zur Steuerung und zur Überwachung der Kühlmittelpumpe wird auf ElektronikBauteile zurückgegriffen. Diese Bauteile sind flüssigkeitsempfindlich und können aufgrund der hohen Lasten überhitzen.

Die EP 2476914 A1 zeigt eine Kühlmittelpumpe, die ein Elektronik-Bauteil innerhalb des Pumpengehäuses aufweist und bei der eine Wand als Trennelement vorgesehen ist. Dabei sind um das Trennelement Bereiche vorgesehen, in denen die LeistungsHalbleiter angeordnet sind. Das Kühlmittel wäre dort unerwünscht, daher wird hier die Kühlmittelpumpe unterteilt in einen Trockenbereich und Nassbereich. Dadurch besteht eine räumliche Trennung des Nassbereichs vom Trockenbereich, der zu einer größeren Temperatur im Trockenbereich führt, in dem jedoch die Elektronik verortet ist. Das birgt die Gefahr des Überhitzens, um die Elektronikbauteil vor Schädigung durch Flüssigkeitseintritt sicher zu schützen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Möglichkeit der Kühlung für die hitzeempfindlichen Elektronik-Bauteile anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch eine eingangs erwähnte Kühlmittelpumpe

erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an dem Trennelement ein Kühlverteilring

Kühlverteilring angeordnet ist und so einen Kühlkanal bildet.

Die Anordnung an dem Trennelement bietet geometrischen Spielraum und genug Möglichkeiten, um die ideale Anordnung einer Kühlung in der Kühlmittelpumpe zu finden. So ist eine günstige und einfache Lösung des Kühlungsproblems möglich. Weiters ist dadurch der Zusammenbau der Kühlmittelpumpe mit Kühlung besonders

einfach.

Dieses Trennelement kann auch ein Teil des Motorgehäuses sein oder durch eine

Abdeckung gebildet sein.

Es ist in einer vorteilhaften Ausführung vorgesehen, dass die Nut eine Tiefe aufweist, die im Wesentlichen einer Höhe des Kühlverteilrings entspricht und dass der Kühlverteilring und das Trennelement gemeinsam eine im Wesentlichen plane Fläche aufweisen. Dabei versteht sich unter einer Tiefe, die im Wesentlichen einer Höhe des Kühlverteilrings entspricht und unter einer im Wesentlichen planen Fläche, dass die Maße unter Abweichung der üblichen Fertigungstoleranzen als

gleich anzusehen sind.

Um den Elektromotor gezielter und besser kühlen zu können, ist es günstig, wenn der Kühlverteilring an der zum Elektromotor gewandten Seite des Trennelements angeordnet ist.

Zur Verbesserung der Kühlwirkung auf den Elektromotor ist in einer besonderen Ausführung vorgesehen, dass der Kühlverteilring an den Elektromotor angrenzt und/oder dass der Kühlverteilring radial im Bereich von Statorwicklungen des Elektromotors angeordnet ist.

Um die flüssigkeitsempfindlichen Bauteile, wie Elektromotor und Elektronik-Bauteile vor Flüssigkeitseintritten zu schützen und ein Versagen aufgrund von Flüssigkeitseintritt weitestgehend zu verhindern, ist es günstig, wenn der Kühlverteilring an der zum Pumpenlaufrad gewandten Seite des Trennelements

angeordnet ist.

Um das Elektronik-Bauteil ideal kühlen zu können, ist es günstig, wenn das

zumindest eine Elektronik-Bauteil an das Trennelement angrenzt.

größer ist, als dieser Abstand.

Aus Gründen der Dichtheit und der Sicherheit gegen unerwünschte Flüssigkeitsaustritte, und um für eine möglichst große Kühlfläche sorgen zu können ist es günstig, wenn der Kühlkanal zwischen Kühlverteilring und Trennelement

angeordnet ist.

Besonders gut vor Leckagen schützt eine Ausführung in der vorgesehen ist, dass der Kühlkanal innerhalb - vorzugsweise zur Gänze innerhalb - des Kühlverteilrings

angeordnet ist.

Zur einfacheren Herstellung ist es vorteilhaft, wenn der Kühlkanal vom

Kühlverteilring und von dem Trennelement gebildet ist.

Die Dichtheit des Kühlverteilrings wird weiter gesteigert, wenn der Kühlverteilring zumindest eine Dichtung zur Abdichtung des Kühlkanals aufweist und wenn der Kühlverteilring vorzugsweise zwei Dichtungen aufweist. Diese Dichtungen können als O-Ringe ausgeführt sein. So ist besonders einfach und günstig für ausreichende

Dichtheit gesorgt. Außerdem ist dadurch der Zusammenbau besonders einfach.

Um für eine bessere Kühlwirkung zu sorgen, ist es günstig, wenn der Kühlkanal zur Aufnahme eines Kühlmediums - vorzugsweise Wasser - mit einem Einlass und einem Auslass strömungsverbunden ist. Dadurch ist es möglich, Kühlmedium zirkulieren zu lassen und durch den ständigen Austausch für ausreichenden

Wärmeabtransport zu sorgen.

Besonders gut lässt sich das erreichen, wenn Einlass und Auslass am Kühlverteilring So angeordnet sind, dass sie mit der Drehachse des Pumpenlaufrads einen Winkel einschließen, der kleiner ist als 90° und der vorzugsweise kleiner ist als 60°.

Es ist günstig, wenn das Pumpengehäuse zumindest ein Laufradgehäuse und ein

Motorgehäuse umfasst und wenn das Trennelement fest - vorzugsweise einstückig,

beispielsweise als Gussteil - mit dem Laufradgehäuse verbunden ist und/oder, wenn das Trennelement fest - vorzugsweise einstückig - mit dem Motorgehäuse verbunden ist und ein Abschnitt des Motorgehäuses ist.

In der Folge wird die Erfindung anhand der nicht einschränkenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt entlang der Drehachse eines Pumpenlaufrads durch eine

erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe in einer ersten Ausführung;

Fig. 2 einen Ausschnitt gemäß Detail II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schrägansicht der Kühlmittelpumpe in der ersten Ausführung;

Fig. 4 eine geschnittene Schrägansicht der Kühlmittelpumpe in der ersten

Ausführung;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Drehachse eines Pumpenlaufrads durch eine

erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe in einer zweiten Ausführung;

Fig. 6 einen Ausschnitt gemäß Detail VI in Fig. 1;

Fig. 7 eine Schrägansicht der Kühlmittelpumpe in der zweiten Ausführung; und

Fig. 8 eine geschnittene Schrägansicht der Kühlmittelpumpe in der zweiten Ausführung.

Eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe 1 weist ein Pumpenlaufrad 2 auf, wie in Fig. 1 gezeigt ist, dessen Drehachse mit A bezeichnet ist. Das Pumpenlaufrad 2 ist über eine Welle 3 mit einem Elektromotor 4 verbunden. Die Kühlmittelpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 5 auf, das aus mehreren Teilen besteht. Zum einen weist das Pumpengehäuse 5 einen Teil um das Pumpenlaufrad 2 auf, der hier als Laufradgehäuse 5a bezeichnet wird. Weitere Teile wie ein Motorgehäuse 5b und ein Deckel 5c nehmen den Elektromotor 4 und ein Elektronik-Bauteil 6 auf. Zwischen Pumpenlaufrad 2 und Elektromotor 4 ist ein Trennelement vorgesehen. Dieses Trennelement als eine Abdeckung 7 ausgebildet. Diese ist in der gezeigten

Ausführung an das Motorgehäuse 5b angeschraubt und trennt die wasserführenden

wie dem Elektromotor 4 und dem Elektronik-Bauteil 6.

In anderen nicht gezeigten Ausführungen ist das Trennelement fest mit dem Motorgehäuse 5b oder fest mit dem Laufradgehäuse 5a verbunden oder sogar einstückig.

In Fig. 4 besitzt die Abdeckung 7 zum Pumpenlaufrad 2 hin eine Nut 8 mit einer Tiefe t. In dieser Nut 8 ist ein Kühlverteilring 9 mit einer Höhe h angeordnet. Die Höhe h und die Tiefe t sind gleich groß. Es ergibt sich daher zum Pumpenlaufrad 2

eine ebene Fläche F.

Der Kühlverteilring 9 erstreckt sich mit einem inneren Radius r und einem äußeren Radius R um die Drehachse A. An der Seite des Kühlverteilrings 9, die zum Boden der Nut 8 und in Richtung des Elektromotors 4 orientiert ist, weist der Kühlverteilring 9 einen Kühlkanal 10 auf. Dieser ist im Wesentlichen eine Nut mit rechteckigem Querschnitt, die sich zum Boden der Nut 8 der Abdeckung 7 hin erweitert. Von diesem Kühlkanal 10 zum Pumpenlaufrad 2 hin sind in der gezeigten Ausführung zwei Dichtungen 11 am Kühlverteilring 9 vorgesehen, die als O-Ringe ausgeführt sind.

In Fig. 2 ist ein Detail gemäß II in Fig. 1 gezeigt. Darin ist die Geometrie des Kühlverteilrings 9 genauer ersichtlich.

Fig. 3 zeigt die Kühlmittelpumpe 1 in einer Schrägansicht ohne Pumpenlaufrad 2, Welle 3 und ohne den Teil des Pumpengehäuses 5, der um das Pumpenlaufrad 2

angeordnet ist.

Dabei ist zu erkennen, dass der Kühlverteilring 9 zwei Wasseranschlüsse 12 als Einlass und Auslass für das Kühlmedium aufweist. Diese zwei Wasseranschlüsse 12

schließen mit der Drehachse A einen Winkel a von etwa 60° oder weniger ein.

In Fig. 4 ist die Kühlmittelpumpe 1 wieder mit all ihren Bestandteilen abgebildet. Gut zu erkennen ist dabei die Abdeckung 7, die mit Schrauben am Pumpengehäuse 5 fixiert ist. In der Nut 8 ist ringförmig um die Achse der Kühlverteilring 9 angeordnet. Die Wasseranschlüsse 12 sind nicht sichtbar, aber es ist zu erkennen, dass der Kühlverteilring 9 von außerhalb der Kühlmittelpumpe 1 zugänglich ist und

Außerdem kann das Kühlmedium für den Kühlkanal 10 einfach zugebracht werden, da die Wasseranschlüsse 12 daher ebenfalls leicht zugänglich sind und ein Schlauch oder ein Rohr einfach mit einem der Wasseranschlüsse 12 - beispielsweise über ein

Gewinde - verbunden werden kann.

In den Fig. 5 bis 8 ist eine Kühlmittelpumpe 1 in einer zweiten Ausführung gezeigt. Dabei weisen funktionsgleiche Elemente gleiche Bezugszeichen auf. Die erste Ausführung und die zweite Ausführung der Kühlmittelpumpe 1 entsprechen einander in weiten Teilen. In der Folge wird nur auf die Unterschiede der beiden Ausführungen eingegangen.

Der Kühlverteilring 9 ist in der Kühlmittelpumpe 1 in der zweiten Ausführung ebenfalls in einer Nut 8 eines Trennelements angeordnet. Das Trennelement ist dabei ein Abschnitt des Motorgehäuses 5b. Die Nut 8 ist in einen Innenraum des Motorgehäuses 5b angeordnet und der Kühlverteilring 9 ist in dieser Nut 8 im Inneren des Motorgehäuses 5b angeordnet. Der Kühlkanal 10 wird von zwei Dichtungen 11 zum Elektromotor 4 hin abgedichtet und ist im Kühlverteilring 9 zu dem Abschnitt des Motorgehäuses 5b hin offen angeordnet. Der Kühlkanal 10 wird also von drei Seiten U-förmig vom Kühlverteilring 9 begrenzt und an einer vierten Seite von dem Abschnitt des Motorgehäuses 5b begrenzt.

An der anderen Seite des Abschnitts des Motorgehäuses 5b, dem Kühlverteilring 9 gegenüber ist das Elektronik-Bauteil 6 angeordnet. Um den Elektromotor 4 möglichst gut zu kühlen ist der Kühlverteilring 9 radial in der Nähe der Statorwicklungen W des Elektromotors 4 angeordnet. Dabei ist ein äußerer Radius der Statorwicklung W in etwa so groß wie der äußere Radius R des Kühlverteilrings 9 und der innere Radius der Statorwicklung W ist etwas kleiner als der innere Radius r des Kühlverteilrings 9.

Die Wasseranschlüsse 12 reichen in der zweiten Ausführung durch den Abschnitt des Motorgehäuses 5b nach außen und sind wiederum leicht zugänglich, wie in Fig.

7 gezeigt ist.

Durch diese Anordnung des Kühlverteilrings 9 zwischen dem Elektromotor 4 und

dem Elektronik-Bauteil 6 wird die vom Elektromotor 4 erzeugte Wärme vom

hitzeempfindliche Elektronik-Bauteil 6 wird so vor zu großer Abwärme geschützt.

15. Juni 2021 AP/

Claims

(neue) PATENTANSPRÜCHE

Kühlmittelpumpe (1), insbesondere für eine Brennkraftmaschine, die ein Pumpengehäuse (5) aufweist, innerhalb dem ein um eine Drehachse (A) drehbar gelagertes Pumpenlaufrad (2) angeordnet ist, das mit einem Elektromotor (4) zum Antrieb verbunden ist, wobei zumindest ein ElektronikBauteil (6) innerhalb des Pumpengehäuses (5) angeordnet ist und wobei ein im Wesentlichen senkrecht auf die Drehachse (A) angeordnetes Trennelement vorgesehen ist, das einen flüssigkeitsführenden Teil der Kühlmittelpumpe (1) und den Antrieb räumlich trennt, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Trennelement ein Kühlverteilring (9) angeordnet ist, wobei das Trennelement eine Nut (8) aufweist, in der der Kühlverteilring (9) angeordnet ist und so einen Kühlkanal (10) bildet.

Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement als eine Abdeckung (7) ausgeführt ist.

Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das

Trennelement ein Abschnitt eines Motorgehäuses (5b) ist.

Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (8) eine Tiefe (t) aufweist, die im Wesentlichen einer Höhe (h) des Kühlverteilrings (9) entspricht und dass der Kühlverteilring (9) und das Trennelement gemeinsam eine im Wesentlichen plane Fläche (A)

aufweisen.

Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlverteilring (9) an der zum Elektromotor (4)

gewandten Seite des Trennelements angeordnet ist.

Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlverteilring (9) an den Elektromotor (4)

angrenzt.

11.

12.

13.

14.

21533ATv1p Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass der Kühlverteilring (9) radial im Bereich von Statorwicklungen (W) des Elektromotors (4) angeordnet ist.

Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlverteilring (9) an der zum Pumpenlaufrad (2)

gewandten Seite des Trennelements angeordnet ist.

Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Elektronik-Bauteil (6) an das

Trennelement angrenzt.

Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlverteilring (9) einen inneren Radius (r) aufweist, der kleiner ist als ein Abstand (a) eines Punktes des zumindest einen Elektronik-Bauteils (6) von der Drehachse (A) des Pumpenlaufrads (2), und dass ein äußerer Radius (R) des Kühlverteilrings (9) größer ist als dieser Abstand (a).

Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (10) zwischen Kühlverteilring (9) und

Trennelement angeordnet ist.

Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (10) innerhalb - vorzugsweise zur Gänze innerhalb - des Kühlverteilrings (9) angeordnet ist.

Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (10) vom Kühlverteilring (9) und von dem

Trennelement gebildet ist.

Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlverteilring (9) zumindest eine Dichtung (11) zur Abdichtung des Kühlkanals (10) aufweist und dass der Kühlverteilring (9)

vorzugsweise zwei Dichtungen (11) aufweist.

gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (10) zur Aufnahme eines Kühlmediums —vorzugsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch - mit einem Einlass und einem

Auslass strömungsverbunden ist.

16. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass Einlass und Auslass am Kühlverteilring (9) so angeordnet sind, dass sie mit der Drehachse (A) des Pumpenlaufrads (2) einen Winkel (a) einschließen, der kleiner ist als 90° und der vorzugsweise kleiner ist als 60°.

17. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (5) zumindest ein Laufradgehäuse

(5a) und ein Motorgehäuse (5b) umfasst.

18. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das

Trennelement als ein Abschnitt des Laufradgehäuses (5a) ausgebildet ist.

1. April 2019 WR