DE10012663A1 - Kühlmittelpumpe mit elektrisch kommutiertem Eletromotor - Google Patents
Kühlmittelpumpe mit elektrisch kommutiertem EletromotorInfo
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Abstract
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor zu entwickeln, welche sich insbesondere durch deutlich verringerte Reibungsverluste und somit einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet, gleichzeitig eine fertigungstechnisch optimale, kostengünstige Spulenabdichtung gegenüber dem Kühlmittel ermöglicht, und zudem eine hohe Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bei minimiertem Fertigungs- und Montageaufwand gewährleistet und darüber hinaus kompatibel zu den bereits existierenden Motorfamilien mit Keilriemenantrieb ist. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor zeichnet sich dadurch aus, dass der als Nassläufer ausgebildete elektronisch kommutierte Elektromotor auf einem am Brennkraftmotorgehäuse (1) angeordneten Flansch (2) befestigt ist, wobei der zugehörige Außenläufer (8) des elektronisch kommutierten Elektromotors mit einer im Pumpengehäuse gleitgelagerten 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. Die hermetische Abdichtung gewährleistet zwar eine
separate Kühlung der Polkammer. Mit der hermetischen Abdichtung sind
jedoch hohe Fertigungskosten verbunden, die insbesondere auf die technisch
zwingend erforderliche geringe Spaltweite mit den damit verbundenen geringen
Toleranzen zurückzuführen sind. Darüber hinaus treten aufgrund des bei
dieser Bauform zur hermetischen Abdichtung verwendeten "Spalttopfes"
zwangsläufig hohe magnetische Verluste auf. Zudem 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 und eine großflächige hermetische
Abdichtung zwischen den Baugruppen des Motors. Auch können hier zwar die
Spulenkörper des Elektromotors wiederum separat gekühlt werden, doch treten
in Verbindung mit der hermetischen Abdichtung wiederum alle bereits
vorgenannten Nachteile, wie hohe magnetische Verluste und erhöhte
toleranzbedingte Fertigungsaufwendungen ein. Neben diesem erhöhten,
toleranzbedingten Fertigungsaufwand erfordert die im DE 196 46 617
vorgestellte Lösung darüber hinaus einen sehr hohen spezifischen
Fertigungsaufwand, der daraus resultiert, dass für jede Pumpenbauform und
Pumpenbaugröße jeweils speziell angepasste Elektromotore bereitgestellt
werden müssen.
In der EP 0240 674 wurde neben mehreren Bauformen der gattungsgemäßen
Kühlmittelpumpe mit hermetischen Abdichtungen, welche die bereits
erläuterten Nachteile zur Folge haben, in Fig. 1 eine Kühlmittelpumpe ohne
hermetische Abdichtung zwischen den Baugruppen des Motors vorgestellt.
Diese dort vorgestellte Bauform hat jedoch den Nachteil, dass selbst bei einem
wie dort in der Fig. 1 dargestellten großen Spalt zwischen Pumpengehäuse
und Laufrad eine effektive Kühlung der Spulenkörper nicht gewährleistet
werden kann.
Gleichzeitig ist all diesen drei vorgenannten, im Stand der Technik
vorbeschriebenen Bauformen gemeinsam, dass die vorgestellten Lösungen
nicht kompatibel mit den bereits existierenden Motorfamilien mit
Keilriemenantrieb 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 verringerte Verlustleistungen und somit einen erhöhten
Wirkungsgrad auszeichnet, eine optimale Kühlung des Spulenkörpers des
Elektromotors gewährleistet und gleichzeitig eine optimale Fertigung
ermöglicht, einen minimierten Fertigungs- und Montageaufwand gewährleistet
und darüberhinaus kompatibel zu den bereits existierenden Motorfamilien mit
Kühlmittelpumpen mit Keilriemenantrieb ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kühlmittelpumpe mit
elektronisch kommutiertem Elektromotor für Brennkraftmaschinen erreicht, die
sich dadurch auszeichnet, dass der als Nassläufer ausgebildete elektronisch
kommutierte Elektromotor an einem am Brennkraftmotorgehäuse (1)
angeordneten Flansch (2) befestigt ist, wobei der zugehörige Außenläufer
(8) des elektronisch kommutiertem Elektromotors mit einer im Flansch (2)
gleitgelagerten Flügelradwelle (5) drehfest verbunden ist und der gesamte
Elektromotor mittels eines Deckels (10) hermetisch am Flansch (2)
abgedichtet ist, wobei sich in der Stirnwand des Flansches (2) eine
Durchgangsbohrung zum Zulauf (18) der Kühlmittelpumpe, ein sogenannter
Kühlkanal (17) befindet.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung bei Verwendung eines als Nassläufer
ausgebildeten elektronisch kommutiertem Elektromotors kann auf die
Verwendung eines Spalttopfes oder einer sonstigen hermetischen Abdichtung
zwischen den einzelnen Baugruppen des Motors verzichtet werden. Dadurch
werden einerseits die Fertigungskosten aufgrund der sinkenden
toleranzbehafteten Baugruppen deutlich gesenkt und dabei gleichzeitig die
magnetischen Verluste minimiert. Darüber hinaus wird gleichzeitig eine
optimale Kühlung des Elektromotors dadurch gewährleistet, dass über den
Kühlkanal (17), den als Spulenkammer 16 bezeichneten Deckelinnenraum
und durch die Gleitlagerhülse (4) hindurch ein von der Druckdifferenz im
Pumpeninnern zwischen der Eintrittsstelle des Kühlkanals (17) in den Zulauf
(18) und dem Bereich Flügelradhülse (12)/Gleitlagerhülse (4) bewirkter
Kühlmittelkreislauf für die Spulenkörper (6) des Elektromotors einstellt. Dieser
Kühlmittelkreislauf bewirkt gleichzeitig eine optimale Versorgung des
Gleitlagers mit Schmierstoff, so dass sich auf Grund der erfindungsgemäßen
Anordnung der Wirkungsgrad der Pumpe deutlich verbessert.
Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende 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. Zudem kann die
vorliegende erfindungsgemäße Lösung mit relativ geringem
Änderungsaufwand in bereits existierenden Motorfamilien sofort eingesetzt
werden.
Die geringe Bautiefe der erfindungsgemäßen Lösung ermöglicht dabei den
"Austausch" der erfindungsgemäßen Lösung mit elektronisch kommutiertem
Elektromotor gegen die bisher eingesetzten Kühlmittelpumpen 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.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass in einer Lagerbohrung (3) des Flansches
(2) mit jeweils an den Bohrungsenden angeordneten Bohrungsfreisitzen (14)
eine Gleitlagerhülse (4) angeordnet ist, deren Innendurchmesser im Bereich
zwischen den Bohrungsfreisitzen (14) einen Wellenfreisitz (15) aufweist.
Diese vorzugsweise aus Keramik oder Kunststoff hergestellte Gleitlagerhülse
(4) wird mittels des Kühlmittels geschmiert und minimiert gleichzeitig deutlich
den Fertigungs- und Montageaufwand. Aufgrund des Bohrungsfreisitzes (14)
wird eine Pressverbindung an den Lagerstellen der Flügelradwelle (5)
vermieden, und der Wellenfreisitz (15) reduziert einerseits deutlich die
Reibungsverluste, gewährleistet zudem eine definierte radiale Lagerung und
ermöglicht gleichzeitig eine optimale Schmierung der Lagerstellen der
Flügelradwelle (5).
Kennzeichnend ist auch, dass in der Gleitlagerhülse (4) die Flügelradwelle
(5) derart gelagert ist, dass an einer Stirnseite der Gleitlagerhülse (4) 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.
Erfindungswesentlich ist hierbei, 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 eine
hohe Oberflächengüte sowie eine entsprechende Lagerhärte aufweisen,
jeweils ein Axiallager bilden. Diese erfindungsgemäße Ausbildung der
Axiallager an den Stirnflächen der Gleitlagerhülse (4) ermöglicht bei
kostengünstiger Herstellung und Montage eine exakt definierte, axiale
Lagerung der Flügelradwelle (5) bei beidseitiger Aufnahme der im
Betriebszustand auftretenden Axialkräfte.
Erfindungswesentlich ist auch, dass zwischen dem Deckel (10) und dem
Flansch (2) ein Dichtring (11) angeordnet ist.
Dieser Dichtring (11) dient der Vermeidung von Leckagen zwischen dem
Flansch (2) und dem Deckel (10).
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles in
Verbindung mit einer Zeichnung näher erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt in einer Schnittdarstellung die erfindungsgemäße
Kühlmittelpumpe für eine Brennkraftmaschine.
Zum Antrieb des Flügelrades 13 ist erfindungsgemäß ein als Nassläufer
ausgebildeter elektronisch kommutierter Elektromotor vorgesehen, der durch
das von der Brennkraftmaschine angetriebene Generatorsystem mit
Gleichstrom betrieben wird. Der Spulenkörper 6 des elektronisch kommutierten
Elektromotors ist dabei auf einem am Brennkraftmotorgehäuse 1 angeordneten
Flansch 2 befestigt. Der zugeordnete Außenläufer 8 des elektronisch
kommutiertem Elektromotors ist drehfest mit der im Pumpengehäuse
gelagerten Flügelradwelle 5 verbunden.
In einer Lagerbohrung 3 des Flansches 2 mit jeweils an den Bohrungsenden
angeordneten Bohrungsfreisitzen 14 ist eine Gleitlagerhülse 4 angeordnet,
deren Innendurchmesser im Bereich zwischen den Bohrungsfreisitzen 14 einen
Wellenfreisitz 15 aufweist.
Diese vorzugsweise aus Keramik oder Kunststoff hergestellte Gleitlagerhülse
4, wie beispielsweise PEEK, wird mittels des Kühlmittels geschmiert und
minimiert auf Grund ihrer erfindungsgemäßen Gestaltung und Anordnung
deutlich den Fertigungs- und Montageaufwand. Aufgrund des beidseitig im
Endbereich der Gleitlagerhülse 4 angeordneten Bohrungsfreisitzes 14 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 14 einen Wellenfreisitz 15 aufweist. Dieser Wellenfreisitz
15 reduziert einerseits deutlich die Reibungsverluste, gewährleistet zudem eine
definierte radiale Lagerung und ermöglicht darüber hinaus eine optimale
Schmierung der Lagerstellen der Flügelradwelle 5.
Wesentlich für die erfindungsgemäße axiale Lagerung der Flügelradwelle 5 in
der Gleitlagerhülse 4 ist auch, 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.
Die Stirnflächen der Gleitlagerhülse 4 bilden mit der unmittelbar benachbarten
Stirnfläche der Flügelradwelle 5 und mit der Stirnfläche der Außenläuferhülse
7, welche beide eine hohe Oberflächengüte sowie eine entsprechende
Lagerhärte aufweisen, jeweils ein Axiallager. Insbesondere die beidseitige
axiale Lagerung der Flügelradwelle 5 an der Gleitlagerhülse 4 ermöglicht,
neben einer kostengünstigen Herstellung und Montage, zudem stets eine
definierte Aufnahme der im Betriebszustand der Kühlmittelpumpe auftretenden
axialen Lagerkräfte.
Der gesamte als Nassläufer ausgebildete Elektromotor ist mittels eines Deckels
10 hermetisch am Flansch 2 abgedichtet. In der Stirnwand des Flansches 2 ist
eine Durchgangsbohrung zum Zulauf 18 der Kühlmittelpumpe, der sogenannte
Kühlkanal 17 angeordnet. Eine optimale Kühlung des Elektromotors wird
dadurch gewährleistet, dass sich im Betriebszustand der Kühlmittelpumpe
erfindungsgemäß über den Kühlkanal 17, den als Spulenkammer 16
bezeichneten Deckelinnenraum sowie durch die Gleitlagerhülse 4 hindurch ein
von der Druckdifferenz zwischen der Eintrittsstelle des Kühlkanals 17 in den
Zulauf 18 der Kühlmittelpumpe und dem Axiallager zwischen der
Flügelradhülse 12 und der Gleitlagerhülse 4 bewirkter Kühlmittelkreislauf zur
Kühlung der Spulenkörper des Elektromotors einstellt. Dieser
Kühlmittelkreislauf bewirkt neben dieser optimalen Kühlung des Spulenkörpers
des Elektromotors gleichzeitig eine optimale Versorgung des Gleitlagers mit
Schmierstoff, so dass sich auf Grund der erfindungsgemäßen Lösung der
Wirkungsgrad der Pumpe deutlich verbessert.
Gleichzeitig kann auf Grund der erfindungsgemäßen Lösung bei Verwendung
eines als Nassläufer ausgebildeten elektronisch kommutiertem Elektromotors
auf die Verwendung eines Spalttopfes oder einer sonstigen hermetischen
Abdichtung zwischen den einzelnen Baugruppen des Motors verzichtet
werden, so dass einerseits die Fertigungskosten aufgrund reduzierter
toleranzbehafteter Baugruppen deutlich gesenkt, und gleichzeitig die
magnetischen Verluste minimiert werden.
Zudem ermöglicht die vorliegende erfindungsgemäße Lösung den Einsatz
eines Bautyps des elektronisch kommutiertem Elektromotors für mehrere
Pumpenbauformen und senkt auch somit merklich den Fertigungs- und
Montageaufwand bei der Kühlmittelpumpenherstellung. Wesentlich ist dabei
auch, daß die vorliegende erfindungsgemäße Lösung mit relativ geringem
Änderungsaufwand in bereits existierenden Motorfamilien sofort eingesetzt
werden kann.
Auf Grund der geringen Bautiefe der erfindungsgemäßen Lösung ist ein
"Austausch" der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe mit elektronisch
kommutiertem Elektromotor gegen die bisher eingesetzten Kühlmittelpumpen
mit Keilriemenscheibe problemlos möglich, so dass den Fahrzeugherstellern
mit der erfindungsgemäßen Lösung die Möglichkeit der Umrüstung auf eine
vom Motormanagement regelbare Kühlmittelpumpe mit den daraus
resultierenden Vorteilen, wie der Kraftstoff- und Emissionseinsparung geboten
werden kann.
Zwischen dem Flansch 2 und dem Deckel 10 ist ein Dichtring 11 zur
Vermeidung von Leckagen zwischen diesen beiden Baugruppe angeordnet.
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es somit gelungen, eine
Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor zu entwickeln,
welche kompatibel mit den bereits existierenden Motorfamilien mit
Keilriemenantrieb ist, sich insbesondere durch verringerte Verlustleistungen
und somit einen erhöhten Wirkungsgrad auszeichnet, eine optimale Kühlung
des Spulenkörpers des Elektromotors gewährleistet und gleichzeitig eine
optimale Fertigung ermöglicht und zudem einen minimiertem Fertigungs - und
Montageaufwand gewährleistet und darüberhinaus kompatibel zu den bereits
existierenden Motorfamilien mit Kühlmittelpumpe mit Keilriemenantrieb ist.
1
Brennkraftmotorgehäuse
2
Flansch
3
Lagerbohrung
4
Gleitlagerhülse
5
Flügelradwelle
6
Spulenkörper
7
Außenläuferhülse
8
Außenläufer
9
Magnetring
10
Deckel
11
Dichtring
12
Flügelradhülse
13
Flügelrad
14
Bohrungsfreisitz
15
Wellenfreisitz
16
Spulenkammer
17
Kühlkanal
18
Zulauf
19
Druckspirale
Claims (5)
1. Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor für
Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der als Nassläufer
ausgebildete elektronisch kommutierte Elektromotor auf einem am
Brennkraftmotorgehäuse (1) angeordneten Flansch (2) drehfest befestigt ist,
wobei der zugehörige Außenläufer (8) des elektronisch kommutiertem
Elektromotors mit einer im Flansch (2) gleitgelagerten Flügelradwelle (5)
drehfest verbunden ist und der gesamte Elektromotor mittels eines Deckels
(10) hermetisch am Flansch (2) abgedichtet ist, wobei sich gleichzeitig in der
Stirnwand des Flansches (2) eine Durchgangsbohrung zum Zulauf (18) der
Kühlmittelpumpe, ein sogenannter Kühlkanal (17) befindet.
2. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer
Lagerbohrung (3) des Flansches (2) mit jeweils an den Bohrungsenden
angeordneten Bohrungsfreisitzen (14) eine Gleitlagerhülse (4) angeordnet
ist, deren Innendurchmesser im Bereich zwischen den Bohrungsfreisitzen (14)
einen Wellenfreisitz (15) 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 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen
dem Deckel (10) und dem Flansch (2) ein Dichtring (11) angeordnet ist.
5. Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen
dem Brennkraftmotorgehäuse (1) und dem Flansch (2) eine Dichtung zur
Vermeidung von Leckagen angeordnet sein kann.
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