DE102004047637A1

DE102004047637A1 - Elektrisch betriebene Pumpe mit Außenrotor

Info

Publication number: DE102004047637A1
Application number: DE102004047637A
Authority: DE
Inventors: Dieter Schulz
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: DE102004047637B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrisch betriebene Pumpe zum Fördern eines Fluids, mit einem Gehäuse (5), das einen fluidführenden Bereich von einem nicht fluidführenden Bereich trennt, wobei in dem fluidführenden Bereich ein Außenrotor (2) angeordnet ist und in dem nicht fluidführenden Bereich ein Stator (11) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Pumpenlaufrad (19) direkt mit dem Außenrotor (2) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrisch betriebene Pumpe zum Fördern eines Fluids, mit einem Gehäuse, das einen fluidführenden Bereich von einem nicht fluidführenden Bereich trennt, wobei in dem fluidführenden Bereich ein Außenrotor angeordnet ist und in dem nicht fluidführenden Bereich ein Stator angeordnet ist.

Umwälzpumpen für Flüssigkeiten, die unter anderem für Heizungen und insbesondere für Fahrzeugheizungen eingesetzt werden, weisen einen elektrischen Motor auf, der über seine Antriebswelle ein Pumpenlaufrad antreibt. Das Pumpenlaufrad rotiert in einem abgedichteten Pumpengehäuse. Somit wird elektromagnetische Antriebsleistung in hydrodynamische Leistung umgewandelt.

Es sind Umwälzpumpen unterschiedlicher Bauart bekannt. Bei einer typischen Ausführungsform dichtet eine im Pumpengehäuse flüssigkeitsdicht eingesetzte Gleitringdichtung einen fluidführenden Bereich gegen einen nicht fluidführenden Bereich ab, wobei das Pumpenlaufwerk im fluidführenden Bereich und die Antriebsmaschine im nicht fluidführenden Bereich liegt. Die Antriebsmaschine kann ein AC- oder ein 3-AC-Motor sein. Insbesondere auf dem Fahrzeugsektor werden DC- oder EC-Motoren verwendet. Gleitringdichtungen sind nicht vollständig hermetisch dichtende und dem Verschleiß unterliegende Elemente, so dass Leckagen nach einem Zeitraster auftreten.

Um die mit der Leckage verbundenen Probleme zu überwinden, ist es bekannt, die Kopplung zwischen Antriebsmaschine und Pumpenlaufrad durch eine Magnetkupplung zu realisieren. Eine Gleitringdichtung ist dann nicht mehr erforderlich. Diese Systeme umfassen einen permanentmagnetischen Innenrotor mit Pumpenlaufrad, der in einem hermetisch dichten topfförmigen Gehäuse rotieren kann. An dem Gehäuse ist die Pumpenkappe abdichtend montiert. Eine Rotation findet dann statt, wenn ein permanentmagnetischer Außenrotor, der mit der Antriebswelle des Motors verbunden ist und das topfförmige Gehäuse umschließt, durch die Antriebsmaschine angetrieben wird. Durch die permanentmagnetische Kopplung von Innen- und Außenrotor durch eine zwischen den beiden Rotoren liegende nicht magnetische rohrförmige Trennwand wird eine schlupffreie Übertragung der Motordrehzahl auf das Pumpen system erreicht. Diese Systeme sind leckagefrei und weitestgehend verschleißsicher.

Eine andere bekannte Ausführungsform wird als Spalt- oder Nassläufer bezeichnet. Hier wird ein Innenrotor durch den ihn erregenden Stator angetrieben. Mit der Welle des Rotors ist das Pumpenlaufrad starr gekoppelt, wobei der Rotor mit seinen Lagerstellen selbst in dem zu fördernden Medium dreht und zum Stator hin hermetisch durch ein Spaltrohr und ringförmige Dichtelemente abgedichtet ist. Zwischen dem Pumpenlaufrad und dem Innenrotor befindet sich mindestens eine Lagerstelle für den Innenrotor. Bei entsprechender Lager- und Spaltrohrgestaltung ist auch ein solcher Nassläufer weitestgehend leckage- und verschleißfest. Ein Beispiel für eine Pumpe mit Axialspaltlager ist in der DE 199 21 365 A1 angegeben.

Bei den bekannten Lösungen sind mehrere Nachteile zu verzeichnen. Diese hängen insbesondere mit den erwähnten Leckagen, der großen axialen Baulänge der Pumpen sowie den erforderlichen Dichtungen und Lagerstellen, insbesondere zwischen dem Pumpenlaufrad und dem Rotor, zusammen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpe zu schaffen, die einfach aufgebaut ist, eine geringe axiale Länge aufweist und nicht zu Problemen im Hinblick auf Leckagen führen kann.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung baut auf der gattungsgemäßen Pumpe dadurch auf, dass ein Pumpenlaufrad direkt mit dem Außenrotor verbunden ist. Auf dieser Grundlage kann ein kompakter Nassläufer in Spaltrohrtechnik zur Verfügung gestellt werden. Der rotierende Teil des Antriebsmotors, das heißt der Außenrotor, geht direkt in das Pumpenlaufrad über, und es sind keine zusätzlichen Lagerstellen beziehungsweise Dichtelemente zwischen Rotor und Pumpenlaufrad erforderlich.

Die Erfindung ist in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet, dass das Pumpenlaufrad und der Außenrotor einstückig ausgebildet sind. Neben einer lösbaren direkten Verbindung zwischen Pumpenlaufrad und Außenrotor besteht also auch die Möglichkeit einer einstückigen Ausführung, um so die direkte Verbindung zwischen Pumpenlaufrad und Außenrotor zu realisieren.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Außenrotor über einen sich in axiale Richtung erstreckenden Kragen auf einer Achse gelagert ist, die auf einer dem Pumpenlaufrad abgewandten Seite des Außenrotors an dem Gehäuse fixiert ist und zur weiteren Befestigung an ihrer anderen Seite berührungsfrei durch das Pumpenlaufrad hindurchtritt. Das Gehäuse, welches der Trennung von fluidführendem Bereich und nicht fluidführendem Bereich dient, erfüllt somit weiterhin den Zweck, die Achse der Einrichtung zu fixieren. Der weitere Fixierungspunkt der Achse beziehungsweise eines mit der Achse in Verbindung stehenden Zapfens liegt auf der dem Außenrotor abgewandten Außenseite des Pumpenlaufrades, wobei die Achse beziehungsweise der Zapfen insbesondere berührungsfrei durch das Pumpenlaufrad hindurchtreten. Es ist nicht erforderlich, das Pumpenlaufrad separat auf der Achse zu lagern.

Es kann vorgesehen sein, dass das Pumpengehäuse im Wesentlichen aus Kunststoff besteht. Derartige Kunststoffgehäuse können in einfacher Weise durch Spritzgusstechnik gefertigt werden, und sie ermöglichen den Durchtritt des Magnetfeldes, so dass der auf der einen Seite des Gehäuses liegende Stator mit dem auf der anderen Seite des Gehäuses liegenden Außenrotor kommunizieren kann.

Ebenso ist es möglich, dass das Pumpengehäuse im Wesentlichen aus einer Aluminium enthaltenden Legierung besteht. Derartige Aluminiumgehäuse können durch Druckgussverfahren gefertigt werden.

Gleichermaßen kann vorgesehen sein, dass das Pumpengehäuse im Wesentlichen aus einer Zink enthaltenden Legierung besteht.

Gemäß besonders bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Pumpe ist vorgesehen, dass das Pumpengehäuse Träger weiterer Baugruppen ist. Bei diesen weiteren Baugruppen kann es sich beispielsweise um Elektronikplatinen oder sonstige Gehäuseelemente handeln.

Nützlicherweise ist vorgesehen, dass das Pumpengehäuse formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Stator verbunden ist. Hierdurch kann auf weitere Elemente zur Befestigung des Gehäuses auf dem Stator verzichtet werden. Gleichzeitig wird das Gehäuse durch den Stator zusätzlich stabilisiert, so dass insgesamt ein besonders stabiler Pumpenaufbau zur Verfügung gestellt werden kann.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auf der Grundlage der direkten Verbindung von Pumpenlaufrad und Außenrotor ein in axialer Richtung kompakter Pumpenaufbau erzielt werden kann, der stabil ist, keine Probleme im Hinblick auf Leckagen zeigt und konstruktiv einfache Möglichkeiten zum Lagern der sich bewegenden Elemente bietet.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitende Zeichnung anhand einer besonders bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert.
Es zeigt.
1 eine Schnittdarstellung einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe.
Die dargestellte Pumpe umfasst einen Stator 11. Ein solcher Stator kann beispielsweise eine 1- bis 3-strängige Erregerwicklung 1 aufweisen, die 2- bis mehrpolig ausgeführt sein kann. Der Stator umfasst weiterhin ein Statorblechpaket 3 mit einem Innendurchmesser 4. Das Blechpaket 3 ist in seiner axialen Tiefe mit einem vorzugsweise durch ein Kunst stoffspritzgießverfahren hergestellten Gehäuse 5 von topfähnlicher Kontur flüssigkeitsdicht umgeben. Der Boden 6 des Gehäuses 5 reicht mindestens bis an das in der Figur rechts dargestellte axiale Ende 7 des Blechpaketes 3, und es trägt rotationszentrisch eine fest und flüssigkeitsdicht eingebundene Achse 8 mit einem Zapfen 9. Auf der Achse ist über ein Lager ein Außenrotor 2 angeordnet, der von dem Stator 11 um die Achse 8 in Rotation versetzt werden kann. Die Achse 8 kann ein in axiale Richtung verlaufendes Gleitlager 10 aufweisen, das beispielsweise in Oxidkeramik realisiert ist. Ebenfalls ist es möglich, dass die Achse als Element zur Aufnahme von Kugellagern dient. Ein solches Kugellager sollte korrosionsfest und schmierungsfrei sein.
Die topfähnliche Kontur des Gehäuses 5 geht auf der dem Boden 6 gegenüberliegenden axialen Seite des Stators 11 in einen radial nach außen gerichteten flanschähnlichen Kragen 12 über, der weiter um den zylindrischen Außendurchmesser des Stators 11 eng an einer dünnen Haut 13 anliegend über Stoßzähne und Nuten verläuft und damit einen Luftspalt zu dem Außenrotor 2 gering hält. Durch den möglichst geringen Luftspalt wird der Wirkungsgrad des Motors begünstigt. Durch die beschriebene und in der Figur im Schnitt erkennbare Struktur des Gehäuses zeigt dieses einen mäanderförmigen Verlauf. Durch diese Bauform werden einerseits der Stator 11 und die Wicklung 1 flüssigkeitsdicht abgeschottet und gleichzeitig der rotationssymmetrische Laufspalt 18 für den Außenrotor 2 sowohl zum Statorblechpaket als auch zu dem äußeren Gehäuseumfang 15 für die Pumpe hergestellt. Durch die mäanderförmige Gestaltung entsteht ein kompaktes, axial sehr kurzes Gehäuse, das den elektromotorischen Teil aufnimmt, gleichzeitig Trennwand zum fluidführenden Pumpenteil ist und den äußeren Umfang der Pumpe darstellt.
Der äußere Gehäuseumfang bietet einen Montageanschluss zum Pumpendeckel 16, der einen Ansaugstutzen 33 und einen Druckstutzen 34 aufweist. Der Pumpendeckel 16 wird an dem äußeren Gehäuseumfang fest verschraubt oder durch Rasttechnik befestigt, wobei die Verbindung mittels einer Elastomerdichtung 17 abgedichtet wird.
Auf der Grundlage des so realisierten Aufbaus rotiert unter dem Pumpendeckel 16 das Pumpenlaufrad 19 und in dem sich anschließenden Laufspalt 18 der Außenrotor 2 mit seiner topfähnlichen Gestaltung. Der Boden 20 des Außenrotors 2 ist die Plattform für das Pumpenlaufrad 19.
Der Außenrotor 2 kann als korrosionsfest gestalteter Kurzschlussläufer oder als Dauermagnetläufer realisiert sein, wobei er durch die Erregung des Stators 11 in Rotation versetzt und vom Fördermedium umströmt wird. Auf der axialen Innenseite sitzt zentrisch eine als Kragen am Außenrotor 2 ausgebildete Hohlwelle 21. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Hohlwelle 21 eine oxidkeramische Gleitlagerbuchse 22 als Gegenstück zu dem auf der Achse 8 angeordneten oxidkeramischen Lager 10 untergebracht. Ebenfalls ist es möglich, dass eine Bohrung zur Aufnahme von Kugellagern für die Gestaltung der Lagerstelle vorhanden ist.
Der an der Achse 8 angeordnete Zapfen 9 taucht ausgehend von dem Pumpengehäuse 5 berührungsfrei durch den Boden 20 des Außenrotors 2 und das daran angebaute Pumpenlaufrad 19 hindurch. Der Zapfen 9 ist an der dem Außenrotor 2 abgewandten Seite des Pumpenlaufrades 19 mittels Sicherungselementen 32 befestigt. Diese umfassen insbesondere eine Gleitscheibe zur axialen Arretierung der Anordnung.
Auf der dem Außenrotor 2 abgewandten Seite des Pumpengehäuses 5 sind Befestigungseinrichtungen 23 für weitere Bauelemente vorgesehen. Beispielsweise kann hier die Befestigung, Zentrierung und Unterbringung der Leiterplatte 24 für die Ansteuerelektronik 25 bei EC-Motoren erfolgen. Die freie, an dieser Seite nicht abgedeckte Wicklung mit Schaltausgängen 26 lässt sich durch Steckkontaktierung 29 an die Ansteuerelektronik heranführen. Alternativ können die Schaltausgänge direkt an einen Klemmkasten 27 für den elektrischen Anschluss von außen überführt werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit der Befestigung einer Schutzkappe 28. Diese schützt die Ansteuerelektronik gegen mechanische Beschädigung, und sie umschließt fest den Außendurchmesser des Stators 11. Bei einer entsprechenden Gestaltung kann in der Schutzkappe 28 auch eine bereits vormontierte Ansteuerelektronik untergebracht sein, die dann durch die Steckkontaktierung 29 am Wicklungsträger mit der Wicklung elektrisch verbunden wird. Die Schutzkappe 28 kann aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen und an den Durchmesser des äußeren Pumpengehäuse anschließen. Dies kann der verbesserten Wärmeabführung während des Betriebs dienen. Weiterhin können Rippen 30 an der Außenseite der Kappe 28 zur besseren Wärmeabführung vorgesehen sein. Die Kappe 28 ist mittels einer zentrischen Schraube 31 in die Achse 8 eingeschraubt und hierüber fest mit dem Pumpengehäuse 5 verbunden.
Bei einer präzisen Ausformung des Pumpengehäuses 5, insbesondere im Hinblick auf die Kontur, die über den Außendurchmesser des Stators 11 ragt, ist eine separate Vorfertigung des Pumpengehäuses 5 sowohl im Kunststoffspritzgussverfahren als auch, im Falle einer Fertigung aus beispielsweise Aluminium oder Zink, im Druckgussverfahren möglich, um dieses dann über den Außendurchmesser des Stators 11 zu pressen. Rastungen im Pumpengehäuse 5 ermöglichen ohne zusätzliche Schraubverbindungen eine feste Verbindung an den Stator 11.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

1: Erregerwicklung
2: Außenrotor
3: Statorblechpaket
4: Innendurchmesser
5: Pumpengehäuse
6: Boden
7: axiales Ende
8: Achse
9: Zapfen
10: Gleitlager
11: Stator
12: Kragen
13: Haut
15: Gehäuseumfang
16: Pumpendeckel
17: Elastomerdichtung
18: Laufspalt
19: Pumpenlaufrad
20: Boden
21: Hohlwelle
22: Gleitlagerbuchse
23: Befestigungseinrichtung
24: Leiterplatte
25: Ansteuerelektronik
26: Schaltausgänge
27: Klemmkasten
28: Schutzkappe
29: Steckkontaktierung
30: Rippen
31: zentrische Schraube
32: Sicherungselemente
34: Druckstutzen

Claims

Elektrisch betriebene Pumpe zum Fördern eines Fluids, mit einem Gehäuse (5), das einen fluidführenden Bereich von einem nicht fluidführenden Bereich trennt, wobei in dem fluidführenden Bereich ein Außenrotor (2) angeordnet ist und in dem nicht fluidführenden Bereich ein Stator (11) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pumpenlaufrad (19) direkt mit dem Außenrotor (2) verbunden ist.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenlaufrad (19) und der Außenrotor (2) einstückig ausgebildet sind.
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenrotor (2) über einen sich in axiale Richtung erstreckenden Kragen (12) auf einer Achse (8) gelagert ist, die auf einer dem Pumpenlaufrad (19) abgewandten Seite des Außenrotors (2) an dem Gehäuse (5) fixiert ist und zur weiteren Befestigung an ihrer anderen Seite berührungsfrei durch das Pumpenlaufrad (19) hindurchtritt.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (5) im Wesentlichen aus Kunststoff besteht.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (5) im Wesentlichen aus einer Aluminium enthaltenden Legierung besteht.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (5) im Wesentlichen aus einer Zink enthaltenden Legierung besteht.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (5) Träger weiterer Baugruppen ist.
Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (5) formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Stator (11) verbunden ist.