CN113994093A - 集成螺杆冷却剂泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于集成到待温控组件(5)的温控回路(50)中的电动螺杆主轴冷却剂泵(1)。容纳壳体(15)包括该温控回路(50)的通向腔体(11)的送流管路(57)和回流管路(56)。腔体(11)的一部分围绕主轴壳体(10)并与主轴壳体(10)中的出口开口(17)和送流管路(57)连通。在吸入侧和压力侧之间提供密封的密封元件(4)朝向插入的主轴壳体(10)的轴向端的端面布置。

Description

集成螺杆冷却剂泵
技术领域
本发明涉及一种电动螺杆冷却剂泵，其整体构造可集成到温度控制回路中。此外，还提出了一种用于待控制温度的组件的温度控制装置，该装置被集成到其温度控制回路中。
背景技术
螺杆泵包括坚固的旋转活塞机构，其对污垢不敏感，并且在运行时不需要诸如截止阀之类的精细元件。相对于预设的旋转速度而言，不能进行容积调整。机械驱动螺杆泵大多是在大型应用中使用，例如固定设施中的油泵或船舶发动机，其中机械驱动螺杆泵在相对稳定的操作点上运行。
申请文件DE 10 2005 025 816 A1和EP 2 765 311 A2公开了带有多部件壳体的螺杆泵。
在车辆的燃料输送泵领域，较小的电驱动螺杆泵最近已经成为已知的。文件US2018/0216614 A1、DE 10 2015 101 443 B3、WO 2014/138519 A1和DE 10 2017 210 771A1描述了这种燃料输送泵，其湿式运行的电动机没有分离罐的设计，因此转子和定子都与燃料接触。然而，已知的螺杆燃料泵不能转移到作为电动冷却剂泵的应用中，这些电动冷却剂泵暴露在腐蚀性的冷却剂中。
纯电动汽车的冷却回路非常复杂，具有大量的管路分支、流体连接以及各种泵和阀。管路分支的各节点或过渡点都会导致用于组装管路和密封件的费用增加。为此，管路分支的各节点或过渡点都需要可利用的安装空间。此外，将整个冷却回路的通道横截面划分为具有对应的小通道横截面的管路分支，需要在冷却回路中增加输送压力。因此，泄漏或较大的密封故障的风险增加。由于管路和密封件中的弹性元件的老化，管路分支的各节点或过渡点也会导致维护成本的增加。
因此，纯电动汽车的发展包括试图实现热管理系统的集成构造，其在运行时减少了软管连接和流体联接的数量。存在经济上的考虑，即集成管路分支的替代构造不应大为超过传统的节点或过渡点的成本。
发明内容
本发明的目的是避免软管连接和流体联接。
根据本发明，该目的是通过具有权利要求1的特征的电动螺杆冷却剂泵实现的。该电动螺杆冷却剂泵的特征在于，容纳壳体包括温度控制回路的送流管路和回流管路，该温度控制回路通入腔体；腔体的一部分围绕着主轴壳体，并与主轴壳体的出口开口和回流管路相通；以及在吸入侧和压力侧之间提供密封的密封元件，其布置朝向主轴壳体的插入腔体中的轴向端的端表面。
本发明首次提供了一种可插入式电动螺杆泵，它与温度控制回路形成集成构造。
因此，在泵和回路之间的过渡处产生了替代的接口，从而省去了传统的部件，诸如软管连接或流体联接。
根据本发明，整体构造的设计也可以经济地大规模生产，在安装空间方面进行优化，以模块化的方式进行，并且对制造公差不敏感，下面将详细说明。
内部管路，诸如回路的进流管路和回流管路，或腔体可以通过使用铸造技术制造壳体部件来经济地生产。
围绕主轴壳体的腔体被用作泵的出口腔。在构造壳体期间，对于泵的回流管路的径向布置因此可以有360°的自由度。因此，可以根据系统环境选择一种最优化的尽可能小的安装空间的布置。
在一侧，泵有可插入腔体的泵头，其形状与主轴壳体相同，而另一侧上具有位于腔体外部的电机壳体。尽管采用了集成构造，但使用不同尺寸的电动机是可能的。
在生产壳体的铸造部件期间可能会出现制造公差。特别是当属于不同功能或起源的两个组件的壳体部件之间形成配合时，会出现制造公差。在后加工配合件或孔的情况下，径向尺寸稳定性通常不如轴向尺寸稳定性关键。在根据本发明的构造的情况下，入口和密封元件在其端表面处分配到插入的主轴壳体的端部。因此，承担泵的密封功能的元件同时用于补偿容纳壳体的腔体的轴向尺寸的制造公差和插入的主轴壳体的轴向尺寸的制造公差。
此外，泵的吸入侧和压力侧之间的密封要受到很大的压力差。借助于壳体凸缘和容纳壳体之间的紧固扭矩，可以通过按压密封件来调整以确保足够的密封效果。
所述方面作为整体促成了集成构造，与泵和回路之间借助软管连接或流体接头的传统接口相比，确保了更高的操作可靠性和更长的使用寿命。
电动螺杆式冷却剂泵的选择提供了一种泵型，与离心泵或径向叶轮泵相比，可以实现更高的输送压力。与传统的冷却剂泵相比，根据本发明的泵类型可以为冷却回路或具有管路分支和对应限制的温度控制回路提供更高的输送压力。
此外，与传统的离心泵类型的冷却剂泵相比，螺杆式冷却剂泵包括相对于周围壳体的较小的声学有效表面。叶轮叶片的旋转运动在泵室的室壁处产生与转速相关的旋转压力波动，这些压力波动可能在壳体部件的共振频率范围内。相比之下，螺杆主轴的旋转运动产生了更均匀的输送行为，其中只有小的壳体侧端表面暴露向压力侧脉动的螺杆主轴。因此，根据本发明的泵类型确保了较低的噪音发展，这在容纳壳体包括进一步的腔体时尤其有利，该腔体例如作为在温度控制回路中进一步组装的一体式部件。
本发明的有利发展在附属的技术方案中提供。
根据本发明的一个方面，回流管路可以通入腔体的端表面，该端表面位于插入的主轴壳体的轴向端的端表面对面。这种布置有助于在容纳壳体和主轴壳体之间实现最短的吸水侧输送路径。
根据本发明的一个方面，密封元件可以在径向上环绕回流管路的口部和主轴壳体的入口开口。这种布置有助于在泵的吸入侧和压力侧之间实现尽可能小的密封表面。
根据本发明的一个方面，容纳壳体可以集成地形成在组件的壳体处，该组件的温度由温度控制回路控制。这种形成提供了泵侧壳体和此后在温度控制回路中附接的模块的壳体部分之间的进一步构造集成。因此，在温度控制回路的进水和回水以及待控制温度的组件之间的接口处，进一步的节点或连接点可以借助软管连接或流体联接分配，且为此目的的对应安装空间可以借助软管连接或流体联接分配。
根据本发明的一个方面，螺杆主轴可以借助间隙配合以浮动方式安装在主轴壳体内部中。在离心泵类型的冷却剂泵情况下，对于密封，叶轮和泵室之间的轴向空隙构成了泵的吸入侧和压力侧之间的最大薄弱点。在较高的输送压力下，轴向空隙的泄漏和对应的输送性能损失会增加。密封有效空隙尺寸的调整取决于组装后叶轮和壳体之间轴向配合的尺寸稳定性。在螺杆泵的情况下，吸入侧和压力侧之间的有效密封空隙延伸到螺杆主轴的整个长度上。通过形成空隙配合，浮动安装的螺杆主轴在吸入侧按压抵靠壳体侧运行表面。通过这种方式，在螺杆主轴的端表面和主轴壳体中的入口的区域之间自动产生防止泄漏的有效的轴向密封空隙。轴向密封空隙的形成不受制造公差的影响。在螺杆主轴的相对端处保持轴向空隙尺寸是没有必要的。
根据本发明的一个方面，螺杆主轴和电动机轴可以借助插入式连接器以间隙配合来连接。通过使用至少允许轴向间隙的插入式连接器，可以尽可能地减少对用于受驱动的螺杆主轴的浮动安装的间隙配合的损害。此外，产生了用于不同电动机的轴的联接的接口，使模块化驱动概念成为可能。
根据本发明的一个方面，主轴壳体可以由通过径向组装空隙插入的导向键在入口开口的区域中界定。通过导向键的形成简化了螺杆主轴的安装和插入，该导向键可以以简化的方式形成具有入口开口的轴承护罩。
根据本发明的一个方面，密封元件可以径向环绕主轴壳体的轴向端的轴向区域，并密封导向键的径向组装空隙。在这种情况下，密封元件在进一步的开口处承担密封功能。通过对入口开口和组装槽使用密封元件，确保了低组装成本。
根据本发明的一个方面，在压力侧和外环境之间提供密封的密封环可以布置在主轴壳体和容纳壳体之间的径向空隙中。压力侧对外部的密封受到比吸入侧和压力侧之间更低的压力差的影响。借助壳体部件的径向尺寸稳定性，可以容易地、充分地确保密封环的按压和密封效果。如上所述，就加工技术而言，径向尺寸稳定性不如轴向尺寸稳定性关键。因此，再一次确保了低的组装成本。
根据本发明的一个方面，壳体凸缘可以具有用于轴轴承的轴承座。这种结构使得使用单轴轴承成为可能，并有助于实现泵的紧凑轴向尺寸。
根据本发明的一个方面，轴轴承可以是滑动的轴承衬套，周围填充有密封的润滑油。这种形成使得轴的轴承有可能是紧凑和持久的。轴承的密封润滑可以抵抗任何冷却剂的冲刷或沉淀。与待输送的油基介质，诸如润滑油或燃料相比，滑动轴承和冷却剂之间的接触会对轴轴承的滑动性能产生不利影响。
根据本发明的一个方面，动力电子件可以布置在电机壳体内部中，与壳体凸缘热接触。壳体凸缘与容纳壳体接触并处于热交换关系中，温度控制回路的冷却剂流动通过该容纳壳体。动力电子件与壳体凸缘的热接触的该布置提供了用于转移来自动力电子件的废热的有效结构。
附图说明
下文将借助实施例并参考附图来解释本发明，
图1示出了通过根据本发明的一个实施例的螺杆冷却剂泵的示意性剖视图。
具体实施方式
就本公开而言，术语“温度控制回路”应理解为用于冷却剂的输送回路，该冷却剂与组件热接触以吸收组件的废热并将其输出到冷却介质，比如大气。然而，温度控制回路的操作方式不限于冷却功能。因此，温度控制回路还可以在待控制温度的组件的启动阶段期间借助热源提供加温功能。
温度控制回路的术语“送流管路”和“回流管路”涉及如何观察待控制温度的组件。因此，温度控制回路的送流管路连接到泵的出口开口，并且温度控制回路的回流管路连接到泵的入口开口。
在温度控制回路中，可以将多个待控制温度的具有相同或不同功能的组件并入多个模块中，这些模块具有串联或并联通过它们的流。此外，温度控制回路可以包括多个泵。
就本公开而言，术语“容纳壳体”涉及形成为壳体部件或壳体的一体式壳体部分，并且构成泵或待控制温度的组件的壳体结构的部件的壳体主体。
在本公开内容中，术语“螺杆泵”理解为斜向旋转活塞泵，具有用于待输送介质的位移的螺距。这种类型的泵通常包括受驱动的螺杆主轴和经由齿啮合与之联动的至少一个进一步的螺杆主轴。
图1中所示的电动螺杆冷却剂泵1以集成的方式布置在温度控制回路50中。温度控制回路50用于控制组件5的温度，比如借助螺杆泵1输送的冷却剂来排放来自组件5的运行的废热。在以下应用中，未详细显示的组件5是用于纯电动汽车的动力电池。这种温度控制回路50包括具有小横截面的多个通道，这些通道与多个电池单体进行热接触。
在图1的示意图的实施例中，在主轴壳体10中，受驱动的螺杆主轴2a和联动的螺杆主轴2b以可旋转的方式接收到主轴壳体10的主轴室12中。主轴室12的横截面轮廓由主轴箱10中的两个孔形成，其半径重叠，以确螺杆主轴2a、2b的啮合。主轴室12的开放侧由导向键18界定。导向键18作为主轴室12的端表面室壁平坦地形成，并具有主轴箱10的入口开口16。导向键18穿过垂直于螺杆主轴2a、2b的安装槽插入主轴壳体10中。
螺杆主轴2a、2b通过相对于主轴室12的横截面轮廓的径向间隙配合和主轴室12的轴向间隙配合以浮动方式安装。在泵的运行期间，主轴通过位移过程压抵于导向键18。导向键18起了轴向滑动轴承的相对于螺杆主轴2a、2b的端表面的轴承护罩的作用。
主轴室12的与主轴壳体10的出口开口17连通的压力侧位于螺杆主轴2a、2b的驱动侧上，该侧被描述处于右侧上。主轴室12的吸入侧位于螺杆主轴2a、2b的另一侧上，导向键18配置在该侧上。主轴室12的吸入侧与主轴壳体10的入口开口17相连通。
主轴壳体10与螺杆主轴2a、2b形成可插入的泵头，该泵头从主轴壳体10的轴向端插入到容纳壳体15(入口开口16朝向该容纳壳体)中直至与主轴壳体10的相对轴向端相连接的壳体凸缘14。容纳壳体15是螺杆泵1和温度控制回路50的部件。容纳壳体15同时可以是待控制温度的组件5的一体式部件，比如组件5的模块壳体，其中温度控制回路50以集成通道的形式继续存在。
容纳壳体15包括开放腔体11，其接收主轴壳体10直至壳体凸缘14。温度控制回路50的回流管路56和送流管路57通入腔体11中。送流管路57通入腔体11的周边表面。腔体11围绕着主轴壳体10，使腔体11的环形部分暴露在其与出口开口17和送流管路57的口部重叠的地方。图1示出了出口开口17和送流管路57的口部方向向下，并且朝向彼此定向。与此不同的是，出口开口17和送流管路57的口部二者都可以以任何角度定向朝向彼此。腔体11的暴露部分在主轴壳体10和温度控制回路50之间产生压力侧连接。
回流管路56通到开放的腔体11的端面基部表面，并以相对的布置分配到插入的主轴壳体10的轴向端的入口口部16。密封元件4围绕着回流管路56的口部和入口口部16，使得在温度控制回路50和主轴壳体10之间产生吸入侧连接。
密封元件4也构成了螺杆泵1的吸入侧和压力侧之间的壳体侧密封。在螺杆泵1的组装期间，密封元件4通过壳体凸缘14对容纳壳体15的紧固扭矩，以有效密封的方式压入，并补偿主轴壳体10和腔体11之间的轴向制造公差。密封元件4在组装槽的区域中进一步围绕着主轴壳体10的周边，导向键18通过该组装槽引入。因此，可能的泄漏流沿着导向键18的插入配合被密封。在暴露的腔体11中，密封环19引入壳体凸缘14上游的沟槽状径向自由空间，以便将螺杆泵1的压力侧对于外部密封。
受驱动的螺杆主轴2a与电动机3相连接。在主轴室12的压力侧上，主轴壳体10包括用于轴32的孔，该轴32由电动机3驱动。在壳体凸缘14的相对侧上连接着电动机壳体13，电动机3布置在该电动机壳体13中。电动机3的内定子33位于壳体凸缘14的突环部分上。外桶形转子35围绕着定子33，并与轴32的一个端部连接。用于轴轴承31的轴承座在壳体凸缘14的突环部分上于内部形成。轴轴承31是滑动轴承，其在两个轴向端处都是密封的，并填充有润滑剂。轴32的另一端借助允许轴向间隙的插入式连接器23与受驱动的螺杆主轴2a相连接。
电机壳体13包括分离的电机室，在该电机室中接收干式运行的电动机3和电子系统，特别是用于在电动机3处切换电力的动力电子件34。定子33包括由动力电子件34激活并提供电力的场线圈。定子33与壳体凸缘14的突环部分的周边表面处于热接触中。因此，来自定子33的场线圈的废热经由壳体凸缘14转移到容纳壳体15和主轴壳体10，并被穿过其的温度控制回路所吸收。动力电子件34同样布置在与壳体凸缘14的端表面的热接触中，从而将电子部件的废热排放进入温度控制回路的区域中，有流穿过该区域通过。
在此，认为螺杆泵1处在温度控制回路50的输送方向上，从而控制组件5的温度。液体输送介质或冷却剂从温度控制回路50的回流管路56通过密封件4和主轴壳体10的在吸入侧上的入口开口16吸入主轴室12。旋转螺杆主轴2a、2b的啮合的螺杆轮廓的旋转运动在主轴室12的吸入侧产生负压，在主轴室12的对压侧产生正压。冷却剂通过沿啮合的螺杆轮廓的螺距的连续位移来输送，并通过主轴壳体10的出口开口17从主轴室12中喷射。在出口开口17的下游，冷却剂经由腔体11流入温度控制回路50的送流管路57，并流入组件5。
附图标记列表
1 螺杆泵
2a 受驱动的螺杆主轴
2b 联动的螺杆主轴
3 电动机
4 密封件
5 待控制温度的组件
10 主轴壳体
11 腔体
12 主轴室
13 电机壳体
14 壳体凸缘
15 容纳壳体
16 主轴壳体的入口开口
17 主轴壳体的出口开口
18 导向键
19 密封环
23 插入式连接器
31 轴轴承
32 轴
33 定子
34 动力电子件
35 转子
50 温度控制回路
56 温度控制回路的回流管路
57 温度控制回路的送流管路

Claims (14)

1.一种电动螺杆冷却剂泵(1)，用于集成到待控制温度的组件(5)的温度控制回路(50)中，包括：
电机壳体(13)，其中容纳有电动机(3)，
主轴壳体(10)，其中容纳了螺杆主轴(2a、2b)，所述主轴壳体(10)具有轴向的入口开口(16)和径向的出口开口(17)；
壳体凸缘(14)，所述壳体凸缘(14)连接所述电机壳体(13)和所述主轴壳体(10)，
具有开放腔体(11)的容纳壳体(15)，所述主轴壳体(10)可从轴向端插入到所述开放腔体(11)直至所述壳体凸缘(14)；
其特征在于，
所述容纳壳体(15)包括所述温度控制回路(50)的送流管路(57)和回流管路(56)，所述送流管路(57)和回流管路(56)通入所述腔体(11)中；
所述腔体(11)的一部分围绕着所述主轴壳体(10)，并与所述出口开口(17)以及所述送流管路(57)连通；以及
在吸入侧和压力侧之间提供密封的密封元件(4)，所述密封元件(4)布置朝向插入的主轴壳体(10)的所述轴向端的端表面。
2.根据权利要求1所述的电动螺杆冷却剂泵(1)，其特征在于，
所述回流管路(56)通入位于插入的主轴壳体(10)的所述轴向端的所述端表面对面的所述腔体(11)的端表面。
3.根据权利要求1或2所述的电动螺杆冷却剂泵(1)，其特征在于，
所述密封元件(4)径向围绕着所述回流管路(56)的口部和所述主轴壳体(10)的所述入口开口(16)。
4.根据前述权利要求之一所述的电动螺杆冷却剂泵(1)，其特征在于，
所述容纳壳体(15)是在所述组件(5)的壳体处一体式形成的，所述组件(5)的温度由所述温度控制回路(50)控制。
5.根据前述权利要求之一所述的电动螺杆冷却剂泵(1)，其特征在于，
所述螺杆主轴(2a、2b)借助间隙配合以浮动方式安装在所述主轴壳体(10)内。
6.根据前述权利要求之一所述的电动螺杆冷却剂泵(1)，其特征在于，
螺杆主轴(2a)和所述电动机(3)的轴(32)借助插入式连接器(23)以间隙配合的方式连接。
7.根据前述权利要求之一所述的电动螺杆冷却剂泵(1)，其特征在于，
所述主轴壳体(10)在所述入口开口(16)的区域中由通过径向组装空隙所插入的导向键(18)所界定。
8.根据权利要求7所述的电动螺杆冷却剂泵(1)，其特征在于，
所述密封元件(4)径向围绕着所述主轴壳体(10)的所述轴向端的轴向区域，并密封所述导向键(18)的所述径向组装空隙。
9.根据前述权利要求之一所述的电动螺杆冷却剂泵(1)，其特征在于，
在所述压力侧和外环境之间提供密封的密封环(19)布置在所述主轴壳体(10)和所述容纳壳体(15)之间的径向间隙中。
10.根据前述权利要求之一所述的电动螺杆冷却剂泵(1)，其特征在于，
所述壳体凸缘(14)具有用于轴轴承(31)的轴承座。
11.根据前述权利要求之一所述的电动螺杆冷却剂泵(1)，其特征在于，
所述轴轴承(31)是滑动轴承衬套，周围填充有密封润滑剂。
12.根据前述权利要求之一所述的电动螺杆冷却剂泵(1)，其特征在于，
动力电子件(34)布置在所述电机壳体(13)内部，与所述壳体凸缘(14)热接触。
13.一种用于控制组件(5)的温度的温度控制装置(1)，包括：
容纳壳体(15)，所述容纳壳体(15)中容纳所述组件(5)；
温度控制回路(50)，所述温度控制回路(50)形成于所述容纳壳体(15)中，且所述容纳壳体(15)与所述组件(5)热接触；
根据权利要求1至12中任何一项所述的电动螺杆冷却剂泵(1)，所述电动螺杆冷却剂泵(1)集成到所述温度控制回路(50)中，其中
所述容纳壳体(15)一体式形成为所述温度控制装置和所述电动螺杆冷却剂泵(1)的一个共同元件。
14.一种用于控制组件(5)的温度的温度控制装置(1)，其特征在于：
所述组件(5)是具有许多电池单体的电池存储模块。
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