DE10012663B4

DE10012663B4 - Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Eletromotor

Info

Publication number: DE10012663B4
Application number: DE2000112663
Authority: DE
Inventors: Dr. Schmidt Eugen; Dipl.-Ing. Pawellek Franz
Original assignee: Geraete- und Pumpenbau Dr Eugen Schmidt Merbelsrod GmbH; Geraete und Pumpenbau GmbH; Geraete und Pumpenbau GmbH Dr Eugen Schmidt
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2000-03-15
Filing date: 2000-03-15
Publication date: 2012-08-02
Anticipated expiration: 2020-03-16
Also published as: DE10012663A1

Abstract

Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor für Brennkraftmaschinen mit einem Brennkraftmotorgehäuse (1), einem am Brennkraftmotorgehäuse (1) angeordneten Flansch (2), einer im Flansch angeordneten Lagerbohrung (3), einem in dieser Lagerbohrung (3) angeordneten Lager mit einer in diesem Lager gelagerten Flügelradwelle (5) auf der drehfest ein im Brennkraftmotorgehäuses (1) angeordnetes Flügelrad 13 befestigt ist, wobei am Flansch (2), zentrisch zur Lagerbohrung (3), der Spulenkörper (6) eines als Nassläufer ausgebildeten elektronisch kommutiertem Elektromotors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
– dass die im Flansch angeordnete Lagerbohrung (3) als Durchgangsbohrung ausgeführt ist in der drehfest eine Gleitlagerhülse (4) angeordnet ist,
– dass in der Gleitlagerhülse (4) die Flügelradwelle (5) gleitend (drehbar) angeordnet ist,
– dass der Spulenkörper (6) außerhalb des Brennkraftmotorgehäuses (1) drehfest am Flansch (2) befestigt ist,
– dass auf dem dem Flügelrad 13 gegenüberliegenden, die Gleitlagerhülse (4) überragenden, freien Ende der Flügelradwelle (5), der Außenläufer (8) des elektronisch kommutiertem Elektromotors drehfest...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor vorzugsweise zur Kühlmittelumwälzung bei Brennkraftmaschinen.
In der DE 44 11 960 C2 , 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.
Aus der CH 555 477 A , der DE 44 46 915 A1 und der DE 29 822 717 U1 sind zudem magnetgekuppelte Kreiselpumpen bekannt, deren Kupplungshälften ebenfalls mittels eines Spalttopfes bzw. eines Spaltrohres hermetisch in Nass- und einen Trockenbereich unterteilt werden.
Auch die DE 196 46 617 A1 und die US 5,939,813 A beschreiben weitere Kühlmittelpumpen mit elektonisch kommutiertem Elektromotor, mit großflächigen hermetischen Abdichtungen 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 erfordern diese o. g. Lösungen 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 A2 wurde neben mehreren Bauformen der gattungsgemäßen Kühlmittelpumpe mit hermetischen Abdichtungen, welche die bereits erläuterten Nachteile zur Folge haben, in 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 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 Baugruppen 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.
Bezugszeichenliste

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

Kühlmittelpumpe mit elektronisch kommutiertem Elektromotor für Brennkraftmaschinen mit einem Brennkraftmotorgehäuse (1), einem am Brennkraftmotorgehäuse (1) angeordneten Flansch (2), einer im Flansch angeordneten Lagerbohrung (3), einem in dieser Lagerbohrung (3) angeordneten Lager mit einer in diesem Lager gelagerten Flügelradwelle (5) auf der drehfest ein im Brennkraftmotorgehäuses (1) angeordnetes Flügelrad 13 befestigt ist, wobei am Flansch (2), zentrisch zur Lagerbohrung (3), der Spulenkörper (6) eines als Nassläufer ausgebildeten elektronisch kommutiertem Elektromotors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die im Flansch angeordnete Lagerbohrung (3) als Durchgangsbohrung ausgeführt ist in der drehfest eine Gleitlagerhülse (4) angeordnet ist, – dass in der Gleitlagerhülse (4) die Flügelradwelle (5) gleitend (drehbar) angeordnet ist, – dass der Spulenkörper (6) außerhalb des Brennkraftmotorgehäuses (1) drehfest am Flansch (2) befestigt ist, – dass auf dem dem Flügelrad 13 gegenüberliegenden, die Gleitlagerhülse (4) überragenden, freien Ende der Flügelradwelle (5), der Außenläufer (8) des elektronisch kommutiertem Elektromotors drehfest angeordnet ist, – dass sich in der Stirnwand des Flansches (2) eine Durchgangsbohrung, der Kühlkanal (17), zur Saugseite, dem Zulauf (18) der Kühlmittelpumpe befindet, – dass der gesamte Elektromotor mittels eines am Flansch (2), dem Brennkraftmotorgehäuse (1) gegenüberliegend, angeordneten Deckels (10) hermetisch abgedichtet ist.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils an den Bohrungsenden der Lagerbohrung (3) des Flansches (2) Bohrungsfreisitze (14) angeordnet sind, und dass der Innendurchmesser der Gleitlagerhülse (4) im Bereich zwischen den Bohrungsfreisitzen (14) einen Wellenfreisitz (15) aufweist.
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.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Deckel (10) und dem Flansch (2) ein Dichtring (11) angeordnet ist.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Brennkraftmotorgehäuse (1) und dem Flansch (2) eine Dichtung zur Vermeidung von Leckagen angeordnet sein kann.