DE102016122784A1

DE102016122784A1 - Elektrische KFZ-Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: DE102016122784A1
Application number: DE102016122784.6A
Authority: DE
Inventors: Lars Heitzig; Clemens Reichel; Hemke Maeter; Falk Steiger
Original assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Current assignee: Pierburg Pump Technology GmbH
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-05-30
Also published as: CN109983232B; CN109983232A; EP3545196A1; EP3545196B1; US20190353166A1; WO2018095607A1; US11162511B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische KFZ-Kühlmittelpumpe mit einem Gehäuse (4), das eine Pumpeneinheit (8) und eine Motoreinheit (6) aufweist, wobei die Motoreinheit (6) einen mittels Lagermitteln (24) im Gehäuse (4) gelagerten Motorrotor (22) sowie einen Motorstator (28) besitzt, wobei der Motorrotor (22) ein Laufradorgan (9) und ein in Axialrichtung verlaufendes Antriebsorgan (20) mit einer Drehachse (10) aufweist, wobei an dem Laufradorgan (9) Schaufelelemente (12) der Pumpeneinheit (8) angeordnet sind, wobei Einlass- und Auslassöffnungen (30, 33) mit jeweiligen Mittelachsen (34) vorgesehen sind, die ein Durchströmen der Motoreinheit (6) mit einem Kühlfluid der Pumpeneinheit ermöglicht, wobei im Laufradorgan (9) die Auslassöffnungen (33) der Pumpeneinheit (8) vorgesehen sind, wobei die Auslassöffnungen (33) Im Motorrotor (22) vorgesehen sind, wobei Mittelachsen (34) der Auslassöffnungen (33) in Auslassrichtung gesehen einen Winkel zwischen α= 10° und α= 135° mit einer Projektion der Drehachse (10) in die jeweilige Auslassöffnung (33) einschließen.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische KFZ-Kühlmlttelpumpe mit einem Gehäuse, das eine Pumpeneinheit und eine Motoreinheit aufweist, wobei die Motoreinheit einen mittels Lagermitteln Im Gehäuse gelagerten Motorrotor sowie einen Motorstator besitzt, wobei der Motorrotor ein Laufradorgan und ein In Axialrichtung verlaufendes Antriebsorgan mit einer Drehachse aufweist, wobei an dem Laufradorgan Schaufelelemente der Pumpeneinheit angeordnet sind, wobei Einlass- und Auslassöffnungen mit jeweiligen Mittelachsen vorgesehen sind, die ein Durchströmen der Motoreinheit mit einem Kühlfluid der Pumpeneinheit ermöglicht, wobei im Laufradorgan die Auslassöffnungen der Pumpeneinheit vorgesehen sind, wobei die Auslassöffnungen im Motorrotor vorgesehen sind.
Elektrische KFZ-Kühlmittelpumpen mit Auslassöffnungen zur fluidischen Verbindung mit der Saugseite der Pumpeneinheit sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. So offenbart die DE 199 48 972 A1 eine Motorpumpe mit einer Pumpeneinheit und einer Motoreinheit, wobei die Motoreinheit einen als Außenläufer gestalteten Motorrotor besitzt, der ein Laufradorgan mit Schaufelelementen besitzt. Zur Kühlung der Motoreinheit Ist es bekannt, zu pumpendes Kühlfluid von einer Druckseite der Pumpeneinheit durch die Motoreinheit hin zu einer Saugseite der Pumpeneinheit zu führen. Gemäß der DE 199 48 972 A1 ist hier eine Öffnung Im Gehäuse im Bereich der Pumpeneinheit vorgesehen, durch die das Kühlfluid In die Motoreinheit dringt, wobei das Kühlfluid die Motoreinheit über eine hohl ausgeführte Motorrotorwelle wieder verlässt. Des Weiteren ist es bekannt, dass das Kühlfluid die Motoreinheit über Öffnungen im Lagerbereich der Motorrotorwelle verlässt. In beiden Fällen kann die Funktion und Lebensdauer der KFZ-Kühlmittelpumpe durch Ablagerungen von im Kühlfluid befindlichen Teilchen, wie zum Beispiel Gießsand, beeinträchtigt werden. Insbesondere bei einer Ableitung des Kühlfluids durch den Lagerbereich kommt es zu einer hydroabrasiven Strömung, die zu einem hohen radialen und axialen Lagerverschleiß führt. Aus der DE 10 2009 009898 A1 und der US 2004/0234395 A1 ist es hierzu bekannt, Auslassöffnungen Im Laufradorgan vorzusehen, um die Schmutzteilchen über die Auslassöffnungen abzuführen, wobei jedoch noch immer auch eine Verschmutzung des Lagerbereiches stattfindet.
Hierzu ist es aus der EP 3 012 457 A1 bekannt die Auslassöffnungen im Bereich der vom Motorrotormittelpunkt abgewandten Enden der Schaufelelemente an zu ordnen, wobei die Bohrung und damit eine Mittelachse der Auslassöffnungen in Richtung der Schaufelelemente verläuft. Zwar kann der Lagerverschleiß mit einer derartigen Ausführungsform verhindert werden, jedoch zeigt sich auch, dass Schmutzpartikel Im zur Motoreinheit gerichteten Raum des Laufradorgans verbleiben und folglich die Ausfallwahrscheinlichkeit der Kühlmittelpumpe erhöhen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, den oben genannten Nachteil auf einfache und kostengünstige Weise zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Mittelachsen der Auslassöffnungen in Auslassrichtung gesehen einen Winkel zwischen α= 10° und α= 135° nach außen gerichtet mit einer Projektion der Drehachse in die jeweilige Auslassöffnung einschließen. Durch die beschriebene Ausführung der Kühlmittelpumpe entweichen die Schmutzpartikel über die Auslassöffnung nahezu vollständig, ohne dass Schmutzpartikel im Bereich des Motorrotors verbleiben und gegebenenfalls die Pumpeneinheit beschädigen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform verlaufen die Auslassöffnungen im Wesentlichen in tangentialer oder radialer Richtung zur projezierten Drehachse des Laufradorgans. Vorzugsweise beträgt hierbei der Winkel α zwischen 45° - 65°. Hierdurch wird ein besonders sicherer Abtransport der Schmutzpartikel gewährleistet, da die Schmutzpartikel in den Bereich der Schaufelelemente gefördert werden.
In vorteilhafter Weise sind die Auslassöffnungen als Bohrungen ausgeführt, die kreisförmig gleichmäßig in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Kühlmittelpumpe können beispielsweise drei Auslassbohrungen zum wirkungsvollen Abtransport der Schmutzpartikel ausreichen.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Motorrotor topfförmig ausgebildet, wobei das Antriebsorgan zylinderförmig ausgebildet ist. Trotz der topfförmigen Ausgestaltung des Motorrotors, werden die Schmutzpartikel rückstandslos aus dem Innenraum des Motorrotors abgeführt. In besonders vorteilhafter Weise ist der Motorrotor ein Außenläufer ist.
In besonders vorteilhafter Welse sind die Auslassöffnungen im äußersten Bereich des Laufradorgans beziehungsweise im Falle einer topfförmigen Ausbildung des Motorrotors im Laufradorgan oder im zylinderförmigen Antriebsorgan im Bereich des Übergangs vom Laufradorgan zum Antriebsorgan vorgesehen. Auf diese Weise wird ein Verbleiben der Schmutzpartikel im topfförmigen Motorrotor besonders wirksam vermieden.
In vorteilhafter Weise ist die Motoreinheit ein elektronisch kommutierter Elektromotor.
Des Weiteren kann in vorteilhafter Weise die Einlassöffnung als ringförmiger Spalt zwischen dem Gehäuse und dem zylinderförmigen Antriebsorgan ausgeführt sind. Insbesondere beim Nassläuferprinzip ergibt sich naturgemäß ein ringförmiger Spalt zwischen dem zylinderförmigen Antriebsorgan und dem Gehäuse, welcher auf einfache Weise die Eintrittsöffnung ausbildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:

1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen KFZ-Kühlmittelpumpen,
2 eine schematische Schnittansicht der KFZ-Kühlmittelpumpe aus 1,
3 eines perspektivische Außenansicht des Laufradorgans aus 1 mit einer angedeuteten Auslassmittelachsenebene und einer angedeuteten Drehachsenebene, und
4 eine perspektivische Innenansicht des Laufradorgan aus 3.

1 zeigt in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße KFZ-Kühlmittelpumpe 2. Die KFZ-Kühlmittelpumpe 2 weist hierbei ein mehrteiliges Gehäuse 4 aus Kunststoff auf, in dem im Wesentlichen eine Motoreinheit 6 und eine Pumpeneinheit 8 vorgesehen sind. Die Pumpeneinheit 8 besteht im Wesentlichen aus einem Laufradorgan 9, das eine Drehachse 10 besitzt. Das Laufradorgan 9 weist auf bekannte Weise angeformte Schaufelelemente 12 auf. Auf bekannte Weise wird in diesem Ausführungsbeispiel durch das Laufradorgan 9 im Gehäuseteil 14 der Pumpeneinheit 8 ein Druckaufbau bewirkt, wobei Kühlfluid über einen Einlassanschluss 16 zuführbar und über einen Auslassanschluss 18 abführbar ist. Das Laufradorgan 9 der Pumpeneinheit 8 ist einstückig mit einem zylindrischen Antriebsorgan 20 der Motoreinheit 6 verbunden und bildet auf diese Weise einen topfförmigen Motorrotor 22. Eine derartige Anordnung wird üblicher Welse als Außenläufer bezeichnet. Der Motorrotor 22 ist hierbei über Lagermittel 24 in einem Spalttopf 26 des Gehäuses 4 auf bekannte Weise gelagert. Der Motorrotor 22 bildet also hier zusammen mit einem Motorstator 28 einen elektronisch kommutierten Elektromotor, wobei im Antriebsorgan 20 des Motorrotors 22 nicht weiter dargestellte eingebettete Permanentmagnete vorgesehen sind, so dass der Motorrotor 22 durch das in dem Motorstator 28 erzeugbare rotatorisch wandernde Magnetfeld mitgeschleppt und in Drehung versetzt wird. Als Einlassöffnung 30 für ein die Motoreinheit 6 zu kühlendes Kühlfluid Ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein ringförmiger Spalt zwischen dem Gehäuse 4, hier zwischen dem Gehäuseteil 14 und dem zylinderförmigen Antriebsorgan 20 vorgesehen. Das Kühlfluid zirkuliert also über diese Einlassöffnung 30 von einer Druckseite 32 der Pumpeneinheit 8 in einen Spalt zwischen dem zylinderförmigen Antriebsorgan 20 und dem Spalttopf 18 hin zu Auslassöffnungen 33, die ihrerseits Mittelachsen 34 aufweisen, zu einer Saugseite 36 der Pumpeneinheit 8 gefördert. Eventuell im Kühlfluid vorhandene Schmutzpartikel werden aufgrund Ihrer Zentrifugalkraft im Übergang 38 zwischen dem zylinderförmigen Antriebsorgan 20 und dem Laufradorgan 9 gesammelt, so dass sie die Motoreinheit 6 und hier insbesondere die Lagermittel 24 nicht schädigen können.
2 zeigt in einer schematischen Ansicht den Kühlfluidstrom von der Einlassöffnung 30 zwischen dem Gehäuse 4 und dem Antriebsorgan 20 über einen Spalt zwischen dem Antriebsorgan 20 und dem Spalttopf 26 hin zu den Auslassöffnungen 33.
3 zeigt noch einmal In einer perspektivischen Ansicht das Laufradorgan 9 und die Auslassöffnungen 33, die hier als Bohrungen ausgeführt sind, und die kreisförmig, um 120° versetzt, angeordnet sind. Die Auslassöffnungen 33 weisen hier eine tangentiale Richtung auf. Deren Mittelachse 34 schließt mit der in die jeweilige Auslassöffnung 33 projezierten Drehachse 10 einen Winkel α= 65° ein. Hierbei nutzt die Auslassöffnung 33; dadurch, dass sie in Strömungsrichtung ausgerichtet ist, die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Laufradorgan 9 und dem Kühlfluid. Hierdurch wird eine strömungsgerichtete Führung des Kühlfluids vom Innenbereich des Motorrotors 22 in das Gehäuseteil 14 bewirkt, wodurch eine Ansammlung von Schmutzpartikeln wirksam vermieden wird.
4 zeigt nun in einer perspektivischen Ansicht die Innenseite des Laufradorgans 9 aus 2. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Auslassbohrungen sammeln sich keine Schmutzpartikel mehr in einer Topfbiegung 40 des Laufradorgans 9 an. Bei einem Innendurchmesser des Laufradorgans 9 von 35mm besitzen die Auslassöffnungen 33 einen Durchmesser von 4mm und sind auf einer Kreisbahn mit einem Radius von 15,5mm angeordnet.
Es Ist auch möglich, die Auslassöffnungen als radial verlaufende Auslassbohrungen auszuführen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19948972 A1 [0002]
DE 102009009898 A1 [0002]
US 2004/0234395 A1 [0002]
EP 3012457 A1 [0003]

Claims

Elektrische KFZ-Kühlmittelpumpe mit einem Gehäuse (4), das eine Pumpeneinheit (8) und eine Motoreinheit (6) aufweist, wobei die Motoreinheit (6) einen mittels Lagermitteln (24) im Gehäuse (4) gelagerten Motorrotor (22) sowie einen Motorstator (28) besitzt, wobei der Motorrotor (22) ein Laufradorgan (9) und ein in Axialrichtung verlaufendes Antriebsorgan (20) mit einer Drehachse (10) aufweist, wobei an dem Laufradorgan (9) Schaufelelemente (12) der Pumpeneinheit (8) angeordnet sind, wobei Einlass- und Auslassöffnungen (30, 33) mit jeweiligen Mittelachsen (34) vorgesehen sind, die ein Durchströmen der Motoreinheit (6) mit einem Kühlfluid der Pumpeneinheit ermöglicht, wobei im Laufradorgan (9) die Auslassöffnungen (33) der Pumpeneinheit (8) vorgesehen sind, wobei die Auslassöffnungen (33) im Motorrotor (22) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass Mittelachsen (34) der Auslassöffnungen (33) in Auslassrichtung gesehen einen Winkel zwischen α= 10° und α= 135° mit einer Projektion der Drehachse (10) in die jeweilige Auslassöffnung (33) einschließen.
Elektrische KFZ-Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (33) im Wesentlichen in tangentialer oder radialer Richtung zur projezierten Drehachse (10) des Laufradorgans (9) verlaufen.
Elektrische KFZ-Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der α zwischen 45° - 65° beträgt.
Elektrische KFZ-Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (33) als Bohrungen ausgeführt sind, die kreisförmig, gleichmäßig in Umfangsrichtung versetzt, angeordnet sind.
Elektrische KFZ-Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorrotor (22) topfförmig ausgebildet ist, wobei das Antriebsorgan (20) zylinderförmig ausgebildet ist.
Elektrische KFZ-Kühlmittelpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorrotor (22) ein Außenläufer ist.
Elektrische KFZ-Kühlmlttelpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (33) Im äußersten Bereich des Laufradorgans beziehungsweise im Falle einer topfförmigen Ausbildung des Motorrotors (22) im Laufradorgan (9) oder im zylinderförmigen Antriebsorgan (20) im Bereich des Übergangs vom Laufradorgan (9) zum Antriebsorgan (20), vorgesehen sind.
Elektrische KFZ-Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoreinheit (6) ein elektronisch kommutierter Elektromotor ist.
Elektrische KFZ-Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung (30) als ringförmiger Spalt zwischen dem Gehäuse (4) und dem zylinderförmigen Antriebsorgan (20) ausgeführt ist.