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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abfuhr von Wärme
von Bauteilen einer Flüssigkeitspumpe. Die Erfindung bezieht
sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie
auf eine Verwendung der Vorrichtung. Flüssigkeitspumpen
sind bekannt. In der
DE
103 47 302 A1 wird ein zweiteiliges Spiralgehäuse
für eine Kreiselpumpe beschrieben, das strömungstechnisch
optimiert ausgelegt ist. Solche Kreiselpumpen werden in der Regel
elektromotorisch angetrieben, wobei der Stator des Elektromotors
in einem Trockenraum und der Rotor in einem Nassraum angeordnet
sind. Der Rotor dreht sich somit im Nassraum, der von dem zu fördernden
strömendem Medium umspült wird. Bei Flüssigkeitspumpen
ist es allgemein erforderlich, Wärme aus Bauteilen abzuführen,
die sich im Betrieb aufheizen. Dazu werden beispielsweise entsprechende
Kühlaggregate angeordnet, die jedoch den Bauraum für
die Flüssigkeitspumpe in nachteiliger Weise vergrößern.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Abfuhr
von Wärme von Bauteilen einer Flüssigkeitspumpe
zu schaffen, für dessen Durchführung nur ein relativ
geringer zusätzlicher Bauraum erforderlich ist. Der Erfindung
liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens sowie eine entsprechende Verwendung der Vorrichtung
zu schaffen.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Verfahren
zur Abfuhr von Wärme von Bauteilen einer Flüssigkeitspumpe
gelöst, die in einem Gehäuse eine Saugseite S
mit einer Zufuhr Z für das zu strömende Medium
und eine Druckseite D, die zur Abfuhr für das zu strömende
Medium führt, aufweist, wobei die Saugseite S und die Druckseite
D strömungstechnisch durch ein antreibbares Laufrad voneinander
getrennt sind, bei dem im Bereich eines Strömungsquerschnittes II der
Druckseite D ein Teil des zu strömenden Mediums abgezweigt
und durch mindestens einen Kanal zu den Bauteilen geleitet wird,
der mit diesen Bauteilen thermisch in Verbindung steht und bei dem
das zu strömende Medium im Bereich der Bauteile mindestens
teilweise verdampft wird und die Abfuhr von Wärme von den
Bauteilen somit durch Verdampfungskühlung realisiert wird.
Als strömende Medien werden Flüssigkeiten oder
Mischungen von Flüssigkeiten eingesetzt. Als Flüssigkeitspumpe
kann beispielsweise eine Axialpumpe eingesetzt werden. Die Druckseite
D, die von der Saugseite S durch ein antreibbares Laufrad getrennt ist,
ist diesem Laufrad strömungstechnisch nachgeschaltet. Die
Strömung im Kanal wird durch das teilweise verdampfte strömende
Medium aufrechterhalten. Für die meisten Einsatzzwecke
ist es ausreichend, einen einzigen Kanal anzuordnen, der mit den Bauteilen
thermisch in Verbindung steht. Darunter ist zu verstehen, dass der
Kanal im Bereich der Bauteile derart angeordnet ist, dass dort ein
Wärmeaustausch erfolgen kann. Es hat sich in überraschender
Weise gezeigt, dass sich die in den Bauteilen angestaute Wärme
auf relativ einfache Weise durch Verdampfungskühlung abführen
lässt, wobei auf die Schaffung von zusätzlichen
Bauraum nahezu vollständig verzichtet werden kann, da lediglich
ein geringer zusätzlicher Bauraum für den mindestens
einen Kanal vorgesehen werden muss. Der erforderliche zusätzliche
Bauraum ist in Bezug auf den gesamten Platzbedarf der Flüssigkeitspumpe
somit nahezu bedeutungslos. Der mindestens eine Kanal kann konstruktiv
auf unterschiedliche Weise verwirklicht werden. Er kann beispielsweise
als ringförmiger Raum um den Elektromotor angeordnet sein,
der die Flüssigkeitspumpe in ihrem Innern antreibt. Bei
seiner Dimensionierung ist die konstruktive Ausgestaltung ingenieurmäßig
derart vorzunehmen, dass eine Wärmeabfuhr durch Verdampfungskühlung
in unmittelbarer Nähe der Bauteile realisiert wird. Ferner
ist vorteilhaft, dass auf zusätzliche Kühlmittel
vollständig verzichtet werden kann.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Abfuhr
von Wärme durch Verdampfungskühlung bei Bauteilen
erfolgt, die als elektronische Bauteile zum Betrieb der Flüssigkeitspumpe
angeordnet sind. Die Flüssigkeitspumpe wird in der Regel
mit einem Elektromotor angetrieben, dessen elektronische Bauteile,
die zum Betrieb und zur Steuerung des Elektromotors erforderlich
sind, im Betrieb aufgeheizt werden. Das Verfahren ermöglicht
eine kontinuierliche Wärmeabfuhr von den elektronischen
Bauteilen direkt in den Teil des zu strömenden Mediums,
der im Flüssigkeitskanal kontinuierlich fließt
und durch die Wärme teilweise verdampft. Die dabei realisierte
Verdampfungskühlung ist ausgesprochen effektiv, was dem
Schutz der elektronischen Bauteile zugute kommt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Zufuhr
und die Abfuhr des Teiles des zu strömenden Mediums mindestens
teilweise gegenläufig in dem mindestens einen Kanal. Unter „gegenläufig"
ist „gegengerichtet" zu verstehen. Innerhalb des mindestens
einen Kanals kommt es somit zu zwei gegengerichteten Strömungsrichtungen.
In der einen Strömungsrichtung wird ein Teil des zu strömenden
Mediums zu den zu kühlenden Bauteilen transportiert. In
der entgegengerichteten zweiten Strömungsrichtung wird
der Teil des zu strömenden Mediums wegtransportiert und gelangt
dann wieder in die Druckseite D der Flüssigkeitspumpe.
Durch diese Maßnahme lässt sich das Verfahren
mit einem als Kanalstrang ausgebildeten Kanal durchführen,
so dass dadurch der erforderliche zusätzliche Bauraum minimiert
wird.
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Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die
Abfuhr von Wärme von Bauteilen einer als Flüssigkeitspumpe
angeordneten Kreiselpumpe durch Verdampfungskühlung erfolgt, wobei
im Bereich des Strömungsquerschnittes II der Druckseite
D ein Teil des zu strömenden Mediums von dem als Gehäuse
angeordneten Spiralgehäuse abgezweigt wird. Für
viele Einsatzzwecke haben sich Kreiselpumpen als Flüssigkeitspumpen
bewährt. Da sich der Strömungsquerschnitt im Spiralgehäuse, ausgehend
vom Laufrad bis hin zu Abfuhr für das zu strömende
Medium, kontinuierlich erhöht, herrschen im Spiralgehäuse
kontinuierliche Druckunterschiede zwischen verschiedenen Strömungsquerschnitten. Diese
Tatsache vereinfacht die Anordnung des mindestens einen Kanals und
damit die Durchführung des Verfahrens.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird ferner durch eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens gelöst, die aus
einem Gehäuse einer Flüssigkeitspumpe besteht,
das eine Saugseite S mit einer Zufuhr Z für das zu strömende
Medium und eine Druckseite D, die zur Abfuhr für das zu
strömende Medium führt, aufweist, wobei die Saugseite S
und die Druckseite D strömungstechnisch durch ein Laufrad
der Flüssigkeitspumpe voneinander getrennt sind, wobei
das Gehäuse im Bereich eines Strömungsquerschnittes II mindestens
einen Austritt und gegebenenfalls mindestens einen Eintritt für
einen Teil des zu strömenden Mediums aufweist, bei dem
der mindestens eine Austritt und gegebenenfalls der mindestens eine
Eintritt mit mindestens einem angeschlossenen Kanal verbunden sind,
der mindestens teilweise thermisch mit den Bauteilen in Verbindung
steht. Die Druckseite D, die von der Saugseite S durch ein antreibbares
Laufrad getrennt ist, ist diesem Laufrad strömungstechnisch
nachgeschaltet. Für die meisten Einsatzzwecke ist es ausreichend, einen
einzigen Austritt und gegebenenfalls einen einzigen Eintritt für
einen Teil des zu strömenden Mediums anzuordnen, die mit
einem einzigen angeschlossenen Kanal verbunden sind. Der direkte
Anschluss des Kanals an das Gehäuse hat zur Folge, dass
nur ein sehr geringer zusätzlicher Bauraum für
die Durchführung einer Verdampfungskühlung vorgesehen werden
muss.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse
im Bereich des Strömungsquerschnittes II nur einen
Austritt auf, der sowohl als Austritt als auch als Eintritt für
das zu strömende Medium dient. Dabei ist vorteilhaft, dass
der Kanal in Form eines einzelnen Kanalstranges konstruktiv ausgebildet
sein kann, so dass sich der zusätzlich erforderliche Bauraum
minimieren lässt.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist als Gehäuse
ein Spiralgehäuse einer Kreiselpumpe angeordnet. Kreiselpumpen
eignen sich aufgrund ihrer kompakten Bauweise für viele
Einsatzzwecke als Flüssigkeitspumpen. Die Anordnung des
Gehäuses als Spiralgehäuse einer Kreiselpumpe ist
somit für viele Einsatzzwecke besonders vorteilhaft.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine Kanal
am oder im Gehäuseteil angeordnet, das den Elektromotor
zum Antrieb der Kreiselpumpe umgibt. Dabei ist vorteilhaft, dass
außerhalb der Kreiselpumpe kein zusätzlicher Bauraum
erforderlich ist, um die angestaute Wärme von den Bauteilen
durch Verdampfungskühlung zu entfernen.
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Gegenstand
der Erfindung ist schließlich die Verwendung der Vorrichtung
als Kühlvorrichtung zur Abfuhr von Wärme von Bauteilen
einer Kühlwasserpumpe in einem Kraftfahrzeug. Kühlwasserpumpen in
Kraftfahrzeugen müssen über längere Zeit
einwandfrei funktionieren, wobei Schädigungen von elektronischen
Bauteilen durch eine entsprechende Wärmeabfuhr verhindert
werden müssen. Die Verwendung der Flüssigkeitspumpe
als Kühlwasserpumpe in einem Kraftfahrzeug ist somit besonders vorteilhaft.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung (1, 2)
näher und beispielhaft erläutert.
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1 zeigt
die Flüssigkeitspumpe im Längsschnitt mit einem
Austritt und einem Eintritt.
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2 zeigt
die Flüssigkeitspumpe im Längsschnitt mit einem
Austritt.
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In 1 ist
eine als Flüssigkeitspumpe eingesetzte Kreiselpumpe im
Längsschnitt dargestellt. Die Flüssigkeitspumpe
ist mit Bauteilen 3 versehen, die im Betrieb aufgeheizt
werden und deren Wärme im Betrieb kontinuierlich abgeführt
werden muss. Die Flüssigkeitspumpe weist in einem Gehäuse 1 eine Saugseite
S mit einer Zufuhr Z für das zu strömende Medium
und eine Druckseite D, die zur Abfuhr (nicht dargestellt) für
das zu strömende Medium führt, auf, wobei die
Saugseite S und die Druckseite D strömungstechnisch durch
ein antreibbares Laufrad 4 voneinander getrennt sind. Bei
dem Verfahren zur Abfuhr von Wärme von Bauteilen 3 einer
Flüssigkeitspumpe wird im Bereich des Strömungsquerschnittes II der
Druckseite D ein Teil des zu strömenden Mediums abgezweigt
und durch mindestens einen Kanal 2 zu den Bauteilen 3 geleitet.
Der mindestens eine Kanal 2 steht mit diesen Bauteilen 3 thermisch
in Verbindung. Die Wahl des Strömungsquerschnittes, an
dem ein Teil des zu strömenden Mediums abgezweigt wird,
erfolgt ingenieurmäßig. In der Regel weist die
Druckseite D verschiedene Strömungsquerschnitte auf. So
ist der Strömungsquerschnitt II größer
als der Strömungsquerschnitt I ausgebildet. Der
sich in der Druckseite D einzustellende Druck ist dabei bei größeren
Strömungsquerschnitten größer als bei
kleineren Strömungsquerschnitten. Der Teil des zu strömenden
Mediums wird im Bereich der Bauteile 3 mindestens teilweise
verdampft. Auf diese Weise stellt sich der gewünschte Effekt
der Verdampfungskühlung ein, mit welchem die in den Bauteilen 3 angestaute
Wärme abgeführt wird. Bei der in 1 dargestellten
Ausführungsform erfolgt die Abfuhr von Wärme durch
Verdampfungskühlung bei Bauteilen 3, die als elektronische
Bauteile zum Betrieb der Flüssigkeitspumpe angeordnet sind.
Der Teil des zu strömenden Mediums wird dabei im Bereich des
Strömungsquerschnittes II über einen
Austritt 1a und über einen Eintritt 1b geleitet,
die miteinander mit einem geschlossenen Kanal 2 verbunden
sind. Das strömende Medium strömt dabei im Bereich
des Austritts 1a und des Eintritts 1b in jeweils
einer Strömungsrichtung. Im hinteren Teil des Kanals 2 strömt der
Teil des zu strömenden Mediums gegenläufig, wobei
die Strömung durch das teilweise Verdampfen des strömenden
Mediums im Bereich der Bauteile 3 aufrechterhalten wird.
Bei der konstruktiven Ausgestaltung des Austritts 1a und
des Eintritts 1b kann gegebenenfalls je nach Kundenwunsch
auf unterschiedliche Weise vorgegangen werden. So können beispielsweise
Einsätze, wie Prallbleche oder Umlenkelemente eingesetzt
werden. Diese konstruktiven Einsätze dienen dann in vorteilhafter
Weise dazu, die Strömung im Kanal 2, die mit gestrichelten Pfeilen
dargestellt ist, optimal einzustellen. Besonders vorteilhaft ist
es in diesem Zusammenhang, wenn der Kanal 2 beispielsweise
am Gehäuseteil 5 angeordnet ist, das den Elektromotor 6 zum
Antrieb der Flüssigkeitspumpe, im vorliegenden Fall zum
Antrieb der Kreiselpumpe, umgibt. Wie in 1 dargestellt
ist, ist außerhalb der Flüssigkeitspumpe kein
zusätzlicher Bauraum erforderlich, um das Verfahren zur
Abfuhr von Wärme von Bauteilen 3 der Flüssigkeitspumpe
durchzuführen. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass die
Abfuhr von Wärme allein durch ein Teil des strömenden
Mediums realisiert werden kann, das über die Zufuhr Z in
Pfeilrichtung der Flüssigkeitspumpe zugeführt
wird. Zusätzliche Kühlmittel sind nicht erforderlich.
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In 2 ist
eine alternative Ausgestaltung der Flüssigkeitspumpe im
Längsschnitt dargestellt. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten
Flüssigkeitspumpe weist die Flüssigkeitspumpe,
die ebenfalls als Kreiselpumpe ausgebildet ist, im Bereich des Strömungsquerschnittes II nur
einen Austritt 1a auf, der sowohl als Austritt 1a als
auch als Eintritt für das zu strömende Medium
dient. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass der Kanal 2 als
Kanalstrang ausgebildet wird. Dies hat zur Folge, dass die Zufuhr
und die Abfuhr des Teiles des zu strömenden Mediums im
Kanal 2 gegenläufig erfolgt, was durch die gestrichelten Pfeile
dargestellt ist. Auch hierbei wird die Strömung im Kanal 2 ausschließlich
durch die Verdampfung eines Teils des strömenden Mediums
an den Bauteilen 3 aufrechterhalten. Der Kanal 2 kann
konstruktiv auf unterschiedliche Weise verwirklicht werden. Er ist
ingenieurmäßig konstruktiv immer derart auszubilden, dass
eine Verdampfungskühlung im Bereich der Bauteile 3 realisiert
werden kann. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn als Flüssigkeitspumpen
Kühlwasserpumpen in einem Kraftfahrzeug angeordnet sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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