DE10012662A1

DE10012662A1 - Kühlmittelpumpe mit elektrisch kommutiertem Elektromotor

Info

Publication number: DE10012662A1
Application number: DE10012662A
Authority: DE
Inventors: Eugen Schmidt; Franz Pawellek
Original assignee: Geraete- und Pumpenbau Dr Eugen Schmidt Merbelsrod GmbH; Geraete und Pumpenbau GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2001-09-20
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: DE10012662B4

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor zu entwickeln, welche sich insbesondere durch deutlich verringerte Verlustleistungen und somit einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet, gleichzeitig eine fertigungstechnisch optimale, kostengünstige Spulenabdichtung gegenüber dem Kühlmittel ermöglicht, kompatibel mit bereits existierenden Motorfamilien mit Keilriemenantrieb ist und darüber hinaus eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei minimiertem Fertigungs- und Montageaufwand gewährleistet. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor zeichnet sich dadurch aus, dass der Spulenkörper (6) eines als Trockenläufer ausgebildete elektronisch kommutierte Elektromotor auf einem Flansch (2) befestigt ist, welcher am Brennkraftmotorgehäuse (1) selbst oder an einem an Brennkraftmotorgehäuse (1) angeordneten Dichtflansch (17) angeordnet ist, wobei der Außenläufer (8) des elektronisch kommutierten Elektromotors mit einer im Flansch (2) gelagerten Flügelradwelle (5) drehfest verbunden ist. DOLLAR A Bei der Erfindung handelt es sich um eine Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor vorzugsweise zur Kühlmittelumwälzung bei Brennkraftmaschinen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor vorzugsweise zur Kühlmittelumwälzung bei Brennkraftmaschinen.

In der DE 44 11 960 wird bereits eine Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor vorbeschrieben. In dieser Bauform sind eine Pumpenkammer mit einem Pumpenradrotor und eine Polkammer hermetisch voneinander abgedichtet. Ein wesentlicher Nachteil dieser Bauform besteht in den mit der hermetischen Abdichtung verbundenen hohen Fertigungskosten, die insbesondere auf die technisch zwingend erforderliche geringe Spaltweite und die damit verbundenen Toleranzen zurückzuführen sind. Darüber hinaus treten aufgrund des bei dieser Bauform verwendeten "Spalttopfes" zwangsläufig magnetische Verluste auf. Zudem bedingt die viskose Reibung in den engen vg. Spalten hohe Reibungsverluste. Gleichzeitig erhöht der glockenförmig auszuführende Pumpenradrotor und dessen fliegende Lagerung zwangsläufig nochmals die Fertigungskosten.

Die DE 196 46 617 beschreibt eine nun weitere Lösung einer Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor. Nachteilig ist bei dieser Bauform wiederum die technisch zwingend erforderliche großflächige hermetische Abdichtung zwischen den Baugruppen des Motors mit all den daraus resultierenden bereits in Verbindung mit der vorgenannten Bauform beschriebenen Nachteile wie magnetische Verluste, hohe viskose Reibung in engen Spalten und erhöhte, toleranzbedingte Fertigungsaufwendungen. Zu diesem erhöhten, toleranzbedingten Fertigungsaufwand erfordert die im DE 196 46 617 vorgestellte Lösung einen sehr hohen spezifischen Fertigungsaufwand, der daraus resultiert, dass für jede Pumpenbauform und Pumpenbaugröße jeweils speziell angepasste Elektromotore bereitgestellt werden müssen. Zudem treten bei dieser Lösung in Verbindung mit dem im Kühlmittel umlaufenden Magnetring auch hohe Reibungsverluste in Form von Panschverlusten auf.

Zudem ist diesen beiden im Stand der Technik vorbeschriebenen Bauformen gemeinsam, dass die vorgestellten Lösungen mit bereits existierenden Motorfamilien mit Keilriemenantrieb nicht kompatibel sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor zu entwickeln, welche die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sich insbesondere durch deutlich verringerte Verlustleistungen und somit einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet, gleichzeitig eine fertigungstechnisch optimale, kostengünstige Spulenabdichtung gegenüber dem Kühlmittel ermöglicht, kompatibel zu bereits existierenden Motorfamilien mit Keilriemenantrieb ist, und zudem eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei minimiertem Fertigungs- und Montageaufwand gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor für Brennkraftmaschinen erreicht, die sich dadurch auszeichnet, dass der Spulenkörper (6) eines als Trockenläufer ausgebildete elektronisch kommutierte Elektromotor auf einem Flansch (2) drehfest befestigt ist, welcher am Brennkraftmotorgehäuse (1) selbst oder an einem an Brennkraftmotorgehäuse (1) angeordneten Dichtflansch (17) befestigt ist, wobei der Außenläufer (8) des elektronisch kommutiertem Elektromotors mit einer im Flansch (2) gelagerten Flügelradwelle (5) drehfest verbunden ist.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Kühlmittelpumpe, die die Verwendung eines als Trockenläufer ausgebildeten elektronisch kommutiertem Elektromotors ermöglicht, wird eine fertigungstechnisch optimale, kostengünstige Spulenabdichtung möglich, so dass auf die Verwendung eines Spalttopfes oder einer sonstigen hermetischen Abdichtung zwischen den einzelnen Baugruppen des Motors verzichtet werden kann. Somit können die Fertigungskosten aufgrund der sinkenden toleranzbehafteten Baugruppen deutlich gesenkt und andererseits die magnetischen Verluste minimiert werden, da der Einsatz einer hermetischen Trennwand zwischen den Baugruppen des Motors entfällt. Darüber hinaus werden gleichzeitig die durch die Baugruppen des Motors bedingten Flüssigkeitsreibungs- und Panschverluste vermieden, so dass der Wirkungsgrad der Pumpe sich deutlich verbessert. Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung den Einsatz "eines" Bautyps des elektronisch kommutiertem Elektromotors für mehrere Pumpenbauformen und senkt auch dadurch merklich den Fertigungs- und Montageaufwand bei der Kühlmittelpumpenherstellung. Besonders hervorzuheben ist auch, dass die erfindungsgemäße Lösung mit sehr geringem Änderungsaufwand in bereits existierenden Motorfamilien eingesetzt werden kann.

Die geringe Bautiefe der erfindungsgemäßen Lösung ermöglicht insbesondere auch den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung mit elektronisch kommutiertem Elektromotor an Stelle einer Kühlmittelpumpe mit Keilriemenscheibe und bietet so die Möglichkeit der Umrüstung auf eine vom Motormanagement regelbare Kühlmittelpumpe mit den daraus resultierenden Vorteilen, wie der Kraftstoff- und Emissionseinsparung.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus den nachfolgenden Erläuterungen zu den beiden Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe mit Dichtflansch im Schnitt in der Seitenansicht

Fig. 2 die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe ohne Dichtflansch mit Gleitlagerhülse im Schnitt in der Seitenansicht

In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe mit Dichtflansch 17 in der Seitenansicht im Schnitt dargestellt.

Zum Antrieb des Flügelrades 13 ist erfindungsgemäß ein als Trockenläufer ausgebildeter elektronisch kommutierter Elektromotor vorgesehen, der durch das von der Brennkraftmaschine angetriebene Generatorsystem mit Gleichstrom betrieben wird. Der Spulenkörper 6 des als Trockenläufer ausgebildeten elektronisch kommutierten Elektromotors ist auf einem Flansch 2 drehfest angeordnet. Dieser Flansch 2 selbst ist an dem am Brennkraftmotorgehäuse 1 angeordneten Dichtflansch 17 befestigt. Der dem Spulenkörper 6 zugeordnete Außenläufer 8 des elektronisch kommutiertem Elektromotors ist über eine Außenläuferhülse 7 drehfest mit der im Flansch 2 gelagerten Flügelradwelle 5 verbunden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung eines Trockenläufers kann auf jedwede hermetische Abdichtung zwischen den einzelnen Baugruppen des Motors verzichtet werden, so dass einerseits die magnetischen Verluste minimiert und gleichzeitig die Fertigungskosten deutlich gesenkt werden. Darüber hinaus werden gleichzeitig die Flüssigkeitsreibungsverluste in den engen Spalten des Motors vermieden, so dass der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe gegenüber den im Stand der Technik bekannten Bauformen mit elektronisch kommutiertem Elektromotor deutlich verbessert werden konnte.

Die geringe Bautiefe der erfindungsgemäßen Lösung ermöglicht den Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung mit elektronisch kommutiertem Elektromotor an Stelle einer Kühlmittelpumpe mit Keilriemenscheibe und bietet so die Möglichkeit der Umrüstung auf eine vom Motormanagement regelbare Kühlmittelpumpe mit den daraus resultierenden Vorteilen, wie der Kraftstoff- und Emissionseinsparung.

Die Lagerung der Flügelradwelle 5 selbst erfolgt bei dieser Bauform mittels zweier hier als Wälzlager ausgebildeten Lager 19 im Flansch 2. Der Flansch 2 ist dabei mit dem Brennkraftmotorgehäuse 1 über einen mit einer Innenbohrung versehenen Dichtflansch 17 verbunden.

Auf dem der Außenläuferhülse 7 gegenüberliegendem freien Ende der Flügelradwelle 5 ist drehfest eine Zwischenhülse 20 angeordnet.

Der Raum zwischen der Zwischenhülse 20 und der Innenbohrung des Dichtflansches 17 wird von einer auf der Zwischenhülse 20 angeordneten Gleitringdichtung 18 abgedichtet.

Auf dem freien Ende der Zwischenhülse 20 ist nun die Flügelradhülse 12 mit dem Flügelrad 13 drehfest angeordnet.

In der Innenbohrung des Dichtflansches 17 befinden sich Leckagekanäle 21 zum ringförmig ausgebildeten, außen am Dichtflansch angeordneten Lackagespeicher 22.

Über die Leckagekanäle 21 wird nun der Abfluß von eventuell durch die Gleitringdichtung 18 hindurchtretender Lackageflüssigkeit ermöglicht, und so eine Beschädigung der Lager 19 vermieden.

Im unteren Bereich der Mittenachse des Flansches 2 befindet sich eine in der Nähe des Innenringes des Leckagespeichers 22 mündende Durchgangsbohrung, der Überlaufkanal 23, über den ein Verdunsten oder Abfließen der Lackageflüssigkeit aus dem Leckagespeicher 22 ermöglicht wird. Im Betriebszustand der Kühlmittelpumpe wird die aus dem Leckagespeicher austretende Leckageflüssigkeit durch den umlaufenden Außenläufers 8 vernebelt.

Zur Vermeidung von Leckageverlusten zwischen dem Brennkraftmotorgehäuse 1 und dem Dichtflansch 17 ist zwischen beiden Bauteilen eine Dichtung 15 angeordnet.

Die Fig. 2 zeigt in einer Schnittdarstellung eine weitere, sehr optimale Bauform der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe für eine Brennkraftmaschine, ohne Dichtflansch 17 und mit einer Gleitlagerhülse 4. Der Spulenkörper des wiederum als Trockenläufer ausgebildeten elektronisch kommutierten Elektromotors ist bei dieser Bauform drehfest auf einem unmittelbar am Brennkraftmotorgehäuse 1 angeordneten Flansch 2 befestigt. Der zugeordnete Außenläufer 8 des elektronisch kommutiertem Elektromotors ist ebenfalls drehfest mit der im Flansch 2 gelagerten Flügelradwelle 5 verbunden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung eines Trockenläufers kann wiederum auf jedwede hermetische Abdichtung zwischen den einzelnen Baugruppen des Motors verzichtet werden, so dass einerseits die magnetischen Verluste minimiert, aber gleichzeitig auch die Fertigungskosten deutlich gesenkt werden. Zudem werden auch in dieser Bauform die Flüssigkeitsreibungsverluste in den engen Spalten des Motors vermieden, wodurch der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe gegenüber den im Stand der Technik bekannten Bauformen mit elektronisch kommutiertem Elektromotor deutlich verbessert werden konnte.

Diese in der Fig. 2 vorgestellte erfindungsgemäße Bauform zeichnet sich dabei insbesondere durch die Verwendung der in der Lagerbohrung 3 des Flansches 2 angeordneten Gleitlagerhülse 4 aus.

Der Einsatz dieser vorzugsweise aus Keramik oder Kunststoff, wie beispielsweise PEEK, hergestellten Gleitlagerhülse 4 minimiert nochmals deutlich den Fertigungs- und Montageaufwand.

Für den Einbau der erfindungsgemäßen Gleitlagerhülse 4 ist es wesentlich, dass an den Bohrungsenden des Flansches 2 Bohrungsfreisitze 11 angeordnet sind.

Aufgrund dieser Bohrungsfreisitze 11 wird eine Pressverbindung an den Lagerstellen der Flügelradwelle 5 vermieden.

Kennzeichnend ist in diesem Zusammenhang auch, dass der Innendurchmesser der Gleitlagerhülse 4 im Bereich zwischen den Bohrungsfreisitzen 11 einen Wellenfreisitz 10 aufweist. Dieser Wellenfreisitz 10 gewährleistet einerseits eine definierte radiale Lagerung der Flügelradwelle 5, reduziert zudem deutlich die Lagerreibungsverluste und gewährleistet gleichzeitig eine optimale Schmierung der Lagerstellen der Flügelradwelle 5. Weiterhin ist für die erfindungsgemäße axiale Lagerung der Flügelradwelle 5 in der Gleitlagerhülse 4 kennzeichnend, dass an der einen Stirnseite der Gleitlagerhülse 4 die drehfest mit der Flügelradwelle 5 verbundene Flügelradhülse 12, und an der anderen Stirnseite der Gleitlagerhülse 4, die ebenfalls drehfest mit der Flügelradwelle 5 verbundene Außenläuferhülse 7 anliegt. Auf der Flügelradhülse 12 ist das Flügelrad 13 und auf der Außenläuferhülse 7 der Außenläufer 8 angeordnet.

Wesentlich ist dabei, dass die Stirnflächen der Gleitlagerhülse 4 sowohl mit der unmittelbar benachbarten Stirnfläche der Flügelradwelle 5 wie auch mit der Stirnfläche der Außenläuferhülse 7, welche beide jeweils eine hohe Oberflächengüte sowie eine entsprechende Lagerhärte aufweisen, je ein Axiallager bilden, so dass diese Axiallager in der Lage sind, die im Betriebszustand der Kühlmittelpumpe auftretenden Axialkräfte der Flügelradwelle 5 aufzunehmen. Insbesondere die beidseitige axiale Lagerung der Flügelradwelle 5 an der Gleitlagerhülse 4 ermöglicht, neben einer kostengünstigen Herstellung und Montage, zudem eine exakte axiale Lagerung der Flügelradwelle 5 bei definierter beidseitiger Aufnahme der im Betriebszustand auftretenden axialen Lagerkräfte.

Der speziell zwischen dem Spulenkörper 6 und der Außenläuferhülse 7 angeordnete Radialwellendichtring 9 ermöglicht zudem ein definiertes Abfließen von Leckagen in den Läufertopf 16, welcher selbst bei Stillstand der Kühlmittelpumpe ein relativ großes Leckagevolumen aufnehmen kann. Im Betriebszustand wird dann die Leckageflüssigkeit vernebelt und verdampft. Die Spulen des elektronisch kommutiertem Elektromotors wirken dabei wie ein "Tauchsieder", wobei die erfindungsgemäß verdampfte Leckageflüssigkeit zugleich eine optimale Kühlung des Elektromotors gewährleistet.

In der Lagerbohrung 3 des Flansches 2 ist ein Axialkanal 14 angeordnet. Dieser im Flansch 2 angeordnete Axialkanal 14 gewährleistet ein kontinuierliches Zurückfließen der zur Gleitlagerschmierung der Flügelradwelle 5 verwendeten Kühlflüssigkeit in den Kühlmittelkreislauf.

Zwischen dem Brennkraftmotorgehäuse 1 und dem Flansch 2 ist eine Dichtung 15 zur Vermeidung von Leckagen zwischen diesen Baugruppe angeordnet. Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen, eine Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor zu entwickeln, welche sich insbesondere durch deutlich verringerte Verlustleistungen und somit einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet, gleichzeitig eine fertigungstechnisch optimale, kostengünstige Spulenabdichtung gegenüber dem Kühlmittel ermöglicht, kompatibel mit bereits existierenden Motorfamilien mit Keilriemenantrieb ist, und zudem eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei minimiertem Fertigungs- und Montageaufwand gewährleistet.

Bezugszeichenzusammenstellung

1

Brennkraftmotorgehäuse

2

Flansch

3

Lagerbohrung

4

Gleitlagerhülse

5

Flügelradwelle

6

Spulenkörper

7

Außenläuferhülse

8

Außenläufer

9

Radialwellendichtring

10

Wellenfreisitz

11

Bohrungsfreisitz

12

Flügelradhülse

13

Flügelrad

14

Axialkanal

15

Dichtung

16

Läufertopf

17

Dichtflansch

18

Gleitringdichtung

19

Lager

20

Zwischenhülse

21

Leckagekanal

22

Leckagespeicher

23

Überlaufkanal

Claims

1. Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (6) eines als Trockenläufer ausgebildete elektronisch kommutierte Elektromotor auf einem Flansch (2) drehfest befestigt ist, welcher am Brennkraftmotorgehäuse (1) selbst oder an einem am Brennkraftmotorgehäuse (1) angeordnetem Dichtflansch (17) befestigt ist, wobei der Außenläufer (8) des elektronisch kommutiertem Elektromotors mit einer im Flansch (2) gelagerten Flügelradwelle (5) drehfest verbunden ist.

2. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Lagerbohrung (3) des Flansches (2) mit jeweils an den Bohrungsenden angeordneten Bohrungsfreisitzen (11) eine Gleitlagerhülse (4) angeordnet ist, deren Innendurchmesser im Bereich zwischen den Bohrungsfreisitzen (11) einen Wellenfreisitz (10) aufweist.

3. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Gleitlagerhülse (4) die Flügelradwelle (5) derart gelagert ist, dass an einer Stirnseite der Gleitlagerhülse (4) beispielsweise die drehfest mit der Flügelradwelle (5) verbundene Flügelradhülse (12) mit dem Flügelrad (13) und an der anderen Stirnseite der Gleitlagerhülse (4) die ebenfalls drehfest mit der Flügelradwelle (5) verbundene Außenläuferhülse (7) mit dem Außenläufer (8) angeordnet ist.

4. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spulenkörper (6) und der Außenläuferhülse (7) ein Radialwellendichtring (9) angeordnet ist.

5. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lagerbohrung (3) des Flansches (2) ein Axialkanal (14) angeordnet ist.

6. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Brennkraftmotorgehäuse (1) und dem Flansch (2) eine Dichtung (15) angeordnet ist.