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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Wasserpumpe mit einer aktiven Kühlung zum Abführen von Abwärme aus einer Verlustleistung des elektrischen Antriebs in einen Förderstrom, insbesondere in ein Kühlwasser einer Verbrennungsmaschine eines Fahrzeugs.
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Aufgrund der flexiblen Steuerungsmöglichkeiten werden in Fahrzeugen zunehmend elektrische Wasserpumpen bzw. Kühlmittelpumpen zum Thermomanagement von Verbrennungsmaschinen eingesetzt. Die Kühlmittelpumpe ist im Motorraum eines Fahrzeugs zahlreichen Umgebungseinflüssen, wie Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und Verschmutzungen ausgesetzt. Daher werden Kühlmittelpumpen einschließlich des elektrischen Antriebs in einer nach außen abgeschlossenen bzw. gekapselten Bauform ausgestaltet, die gegen äußere Einflüsse abgedichtet ist.
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Eine solche abgeschlossene Bauform eines elektrischen Antriebs bringt die Problemstellung mit sich, dass lediglich ein geringer Wärmeaustausch zur Umgebung möglich ist, wodurch eine Verlustleitung des elektrischen Antriebs insbesondere bei höheren Leistungen über 1 kW unzureichend abgeführt wird. Im Falle einer hohen Leistungsbeanspruchung der Verbrennungsmaschine und einer hohen Umgebungstemperatur, ruft die Steuerung des Thermomanagements eine maximale Kühlleistung für die Verbrennungsmaschine ab. Dabei erfahren auch der elektrische Antrieb der Kühlmittelpumpe einschließlich einer Leistungselektronik, die eine elektrische Leistung an die Feldspulen eines Stators eines Elektromotors zuführt und schaltet, einen maximalen Leistungsdurchsatz bzw. Wärmeerzeugung. Hierbei erreichen die Komponenten eines Elektromotors, die zumeist in unmittelbarer Nähe zur Leistungselektronik angeordnet sind, aber auch eine Umgebungstemperatur der Kühlmittelpumpe nahe der Verbrennungsmaschine kritische Temperaturen, die bei unzureichender Abfuhr der zusätzlichen Wärmeerzeugung in der Leistungselektronik zu einem Ausfall des elektrischen Antriebs durch Überhitzung von Elektronikbauteilen oder Hitzeschäden an einer Isolationsbeschichtung von Wicklungen der Feldspulen führen können. Derartige Überhitzungen gefährden die Betriebsfähigkeit der Wasserpumpe und folglich den gesamten Fahrbetrieb des Fahrzeugs.
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Es sind Bemühungen in unterschiedlichen konstruktiven Ausgestaltungen unternommen worden, um die Leistungselektronik in einen Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser einzubinden, das durch die Wasserpumpe gefördert wird. Das Kühlwasser nimmt im Fahrbetrieb eine Temperatur zwischen 90 und 110 °C ein und kann unter besonderen Belastungszuständen, die zur Sicherheit zu berücksichtigen sind, kurzfristig auf 120 oder 130 °C ansteigen. Solange die Temperatur der Leistungselektronik und des Elektromotors eng an die Temperatur des Kühlwassers gekoppelt ist, kann eine Überhitzung von Elektronikbauteilen oder Wicklungen verhindert werden. Eine Temperatur von wenigen Grad mehr kann bereits bleibende Schäden am elektrischen Antrieb hervorrufen. Somit verbleibt lediglich eine geringe Temperaturdifferenz zwischen einer zulässigen Betriebstemperatur in der Leistungselektronik oder in dem Elektromotor des elektrischen Antriebs und einer maximalen Temperatur des Kühlwassers, um einen Übergang der Abwärme von dem elektrischen Antrieb auf das Kühlwasser zu bewirken.
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Im Stand der Technik sind Wasserpumpen mit einem sogenannten Nassläufer-Elektromotor bekannt. Dabei ist ein Spaltrohr zwischen einem innenliegenden Rotor und einem außenliegenden Stator angeordnet. Der Rotor kommt mit dem Fördermedium in Kontakt. Der Stator ist durch das Spaltrohr zum Gehäuse hin von dem Fördermedium abgetrennt und wird von dem Fördermedium im Bereich des Rotors gekühlt.
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Die
EP 0 913 910 A1 zeigt eine Wasserpumpe mit einem Nassläufer-Elektromotor. Ein Teil des Förderstroms wird aus der Pumpenkammer abgeführt und auf einer abgewandten Seite in das Spaltrohr eingeleitet. Das Fördermedium umströmt den Rotor in dem Spaltrohr und gelangt über eine Hohlwelle in einem zentralen Bereich des Pumpenlaufrads wieder zurück in die Pumpenkammer. Eine Elektronik der Wasserpumpe ist hinter dem Nassläufer angeordnet und steht in einem Kontakt zu dem durchströmten Spaltrohr.
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Elektrische Wasserpumpen mit einem Nassläufer weisen jedoch einen schlechteren Wirkungsgrad auf, da der Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor aufgrund des Spaltrohrs größer ausfällt und eine auf den Rotor wirkende Feldstärke hierdurch abgeschwächt wird. Zudem tritt an dem Rotor Flüssigkeitsreibung auf wodurch der Wirkungsgrad weiter abnimmt. Darüber hinaus treten an Nassläufern Probleme bei tiefen Temperaturen, wie Eisbildung im Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor auf.
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Ein anderes Beispiel aus dem Stand der Technik, das an einer Wasserpumpe mit einem Trockenläufer-Elektromotor zumindest die Problemstellung eines ausreichenden Wärmeaustauschs zwischen einer ECU bzw. Elektronik und dem Förderstrom aufgreift, ist in der
DE 10 2016 122 702 A1 derselben Anmelderin beschrieben. Bei dieser Wasserpumpe ist eine ECU radial in einem Bereich eines Spiralgehäuses nahe des Pumpenauslasses angeordnet. In einer Variante wird ein Teil des Förderstroms durch einen Kanal aus dem Spiralgehäuse zu einem Reservoir in einem Sockel geführt. Das Reservoir kühlt eine Aufnahmefläche der Elektronik. Ein weiterer Kanal führt die Zirkulation hinter dem Pumpenlaufrad zurück in die Pumpenkammer.
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Die Wasserpumpe des beschriebenen Typs weist einen komplexeren Aufbau des Gehäuses, insbesondere des Spiralgehäuses, sowie eine größere radiale Abmessung als eine herkömmliche Wasserpumpe ohne Kühlung auf. Darüber hinaus betrifft die Kühlung ausschließlich die Elektronik des trockenlaufenden elektrischen Antriebs.
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Aus der
DE 36 42 729 A1 ist ein Pumpenaggregat zur Förderung von Flüssigkeiten oder Gasen bekannt, welche als Trockenläufer ausgebildet sein kann. Ein Frequenzumrichter kann über eine externe Verrohrung außerhalb des Pumpengehäuses und einer Motorkammer mit einem Kühlmedium beaufschlagt werden. Das Anbringen externer Verrohrung ist aufwendig in der Montage.
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Aus der
DE 43 27 735 A1 ist eine Vorrichtung zum Liefern von Flüssigkeit bekannt, die in der Bauart einer Kreiselpumpe ausgebildet ist. Zur kompakten Bauweise wird vorgeschlagen, die Steuereinrichtung aus einem in dem Motor vorgesehenen Frequenzumrichter und aus einem mit der Druckseite der Kreiselpumpe und mit dem Frequenzumrichter zusammenwirkenden Drucksensor aufzubauen, wobei der Motor und der Frequenzumrichter durch einen innerhalb des Motors zirkulierenden Teilförderstrom der Kreiselpumpe kühlbar sind. Der Frequenzumrichter ist dabei seitlich versetzt zu einer Motorwelle angeordnet.
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Aus der
DE 10 2007 036 238 A1 ist eine Flüssigkeitspumpe in Nassläufermotor-Bauart bekannt, bei der ein Teilvolumenstrom das Förderfluids in einen Bereich einer hinteren Motorwandung geleitet wird und zur Kühlung einer in Axialrichtung gegenüber der Pumpeneinheit angeordneten Elektronikeinheit vorgesehen ist. Ein Strömungskanal zur Förderung des Teilvolumenstroms wird durch Teilkanäle im Motorgehäuse und einen halboffenen Verbindungskanal im Elektronikgehäuse gebildet. Ein geschlossener Strömungskanal zur Förderung des Teilvolumenstroms ist nur nach Montage des Elektronikgehäuses, welches den halboffenen Verbindungskanal aufweist, möglich. Das Elektronikgehäuse ist gegen eine Rückwand des Motorgehäuses gesetzt.
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Demnach besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen alternativen Aufbau einer elektrischen Wasserpumpe zu schaffen, der eine Kühlung zum Abführen von Abwärme aus Verlustleistung eines elektrischen Antriebs in den Förderstrom ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch eine elektrische Wasserpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die elektrische Wasserpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das Pumpengehäuse u.a. eine Motorkammer zum trockenlaufenden Betrieb des elektrischen Motors aufweist, die zur Pumpenkammer abgetrennt sowie mittels einer Wellendichtung abgedichtet ist; einen Kühlungsabschnitt, der von der Zirkulation durchlaufen wird, wobei der Kühlungsabschnitt zu der Seite der Motorkammer angeordnet ist, die der Pumpenkammer axial gegenüberliegt, und die Zirkulation zu der Motorkammer abgrenzt; weiterhin ist der Kühlungsabschnitt in ein Zirkulationsführungsteil, in dem ein offener Strömungsquerschnitt ausgebildet ist, und ein plattenförmiges Abgrenzteil, das den offenen Strömungsabschnitt abschließt und eine ebene Kontaktfläche des Kühlungsabschnitts bereitstellt, aufgeteilt.
sowie einen Kanal, der einen Zulauf und einen Rücklauf der Zirkulation zwischen der Pumpenkammer und dem Kühlungsabschnitt getrennt zur Motorkammer bereitstellt. Eine Leistungselektronik ist zu der Seite des Kühlungsabschnitts angeordnet, die der Motorkammer axial gegenüberliegt.
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Als ein wesentlicher Unterschied zum Stand der Technik steht eine zugewandte Leiterplatte der Leistungselektronik mittels einer Wärmeleitpaste in einem thermischen Flächenkontakt zu dem Abgrenzteil.
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Die Erfindung sieht somit einen flüssigkeitsgekühlten Abschnitt eines Pumpengehäuses vor, der abseits des Förderstroms eine abgegrenzte Zirkulation zur aktiven Kühlung eines elektrischen Antriebs mit einem Trockenläufer-Elektromotor bereitstellt, und der axial zwischen dem Elektromotor und der Leistungselektronik angeordnet ist.
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Demzufolge wird nicht nur eine Wärmeabfuhr aus der Elektronik, sondern auch eine Kühlung des Pumpengehäuses in einem zentralen Bereich des Trockenläufer-Elektromotors ermöglicht. Gemeinsam mit dem Förderstrom in der Pumpenkammer, wird somit an beiden Stirnseiten des Trockenläufer-Elektromotors bzw. der Motorkammer eine Flüssigkeitskühlung des Pumpengehäuses 1 bereitgestellt. Die verbesserte Kühlung bewirkt über die Betriebsdauer hinweg eine höhere thermische Stabilität des elektrischen Antriebs. Die Elektronik, insbesondere die Leistungselektronik und die Feldspulen des Stators werden einer geringeren Anzahl und Intensität von Temperaturschwankungen unterzogen, was sich positiv auf die Lebensdauer des gesamten elektrischen Antriebes auswirkt. Der erfindungsgemäße Pumpenaufbau schafft eine zuverlässige Kühlung für elektrische Antriebe von Wasserpumpen in einer Leistungsklasse oberhalb von 1 kW und eine thermische Sicherheit für eine Leistungsklasse unterhalb von 1 kW Antriebsleistung.
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Durch die zweiteilige Ausgestaltung des Zirkulationsführungsteils wird eine leichtere Formgebung des Kühlungsabschnitts ermöglicht. Insbesondere kann ein dünnes flächiges Element wie ein Aluminiumblech oder dergleichen als Abgrenzteil eingesetzt werden, das einen möglichst geringen thermischen Widerstand in einer Wärmeübergangstrecke zwischen der Leistungselektronik und der Zirkulation des Fördermediums bildet.
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Darüber hinaus lässt sich durch die erfindungsgemäße axiale Sandwichanordnung aus dem Elektromotor, dem dazwischenliegenden Kühlungsabschnitt und der Leistungselektronik ein kompakter Aufbau trotz der Kühlung realisieren, sodass im Wesentlichen dieselben radialen und axialen Abmessungen vorliegen wie an einer Wasserpumpe ohne Kühlung.
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Im Gegensatz zu einem Aufbau mit einem Nassläufer kann ein herkömmlich verfügbarer Trockenläufer-Elektromotor verwendet werden, der ohne eine Hohlwelle ein Spaltrohr und sonstige spezifische Merkmale zu der Geometrie oder dem Typ der Pumpe auskommt. Ferner kann der Vorteil einer höheren Effizienz des Trockenläufer-Elektromotors genutzt werden.
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Zudem bietet die erfindungsgemäße axiale Sandwichanordnung die Möglichkeit, dass der dazwischenliegende Kühlungsabschnitt oder auch lediglich thermische Kontaktflächen desselben universell bzw. planar, oder aber individuell im Sinne eines Adapters für spezifische Kombinationen eines Leistungstyps des elektrischen Antriebs angepasst werden, während andere Teile eines Pumpentyps gleich bleiben.
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Durch den Flächenkontakt der Leiterplatte zu dem Abgrenzteil, die geringe Dicke und das Material des Abgrenzteils wird ein geringer thermischer Widerstand bzw. ein guter Wärmeübergang zwischen der Leistungselektronik und der Zirkulation in der meanderförmigen Strömungsstrecke in dem Zirkulationsführungsteil geschaffen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann in dem Zirkulationsführungsteil des Kühlungsabschnitts eine Strömungsstrecke mit Richtungswechseln in einer Ebene parallel zu dem plattenförmigen Abgrenzteil ausgebildet sein. Durch eine beispielsweise mäanderförmige Streckenführung kann die Strömungsstrecke bzw. die thermische Kontaktfläche zu einem Durchflussvolumen und die Durchflusszeit der Zirkulation zur Aufnahme der Abwärme vergrößert werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Kühlungsabschnitt mit dem Zirkulationsfuhrungsteil zur Motorkammer und mit dem plattenförmigen Abgrenzteil zur Leistungselektronik ausgerichtet sein. Dadurch wird für die Leistungselektronik die Seite mit der geringeren Materialstärke, d.h. die Kontaktfläche mit dem geringeren thermischen Widerstand bereitgestellt, welche mit einer Leiterplatte der Leistungselektronik in einen Flächenkontakt gebracht werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung können Bauteile der Leistungselektronik mit einer größeren Leistungsaufnahme einem Anfangsabschnitt der Strömungsstrecke in dem Zirkulationsführungsteil zugeordnet sein. Somit kann eine geringere Temperatur des abgezweigten Fördermediums am Anfang der Strömungsstrecke in dem Kühlungsabschnitt gezielt denjenigen elektronischen Bauteilen mit der größten Verlustleistung, insbesondere den Transistoren und Kondensatoren, zugeordnet werden, d.h. eine größere Temperaturdifferenz zur Abfuhr der Abwärme aus den betreffenden Bauteilen genutzt werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung können Abschnitte des Kanals im Bereich eines Aufnahmeabschnitts des Pumpengehäuses für den Stator verlaufen. Somit kann ein flüssigkeitsgekühlter Bereich des Pumpengehäuses, der mit dem elektrischen Antrieb in Kontakt steht, erweitert werden, um Abwärme aus dem Stator des Elektromotors besser abzuführen. Derartige Abschnitte des Kanals im Bereich eines Aufnahmeabschnitts des Stators betreffen zumindest einen in einer äußeren Gehäusewand verlaufenden Abschnitt des Kanals, der einen Zulauf von der Pumpenkammer zu dem Kühlungsabschnitt herstellt, und zumindest einen in der äußeren Gehäusewand verlaufenden Abschnitt des Kanals, der einen Rücklauf von dem Kühlungsabschnitt zu der Pumpenkammer herstellt. Es können jedoch auch weitere Verzweigungen, beispielsweise radiale verlaufend oder von dem Kühlungsabschnitt ausgehend, zu dem Bereich des Stators angeordnet sein.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann in dem Pumpengehäuse im Bereich um den Stator ein Ringkanal angeordnet sein, der an die Zirkulation angeschlossen ist. Somit kann eine lückenlose Flüssigkeitskühlung des Pumpengehäuses über den Umfang des Stators bereitgestellt werden, um eine gleichmäßige Abfuhr der Abwärme aus allen Feldspulen des Stators zu erzielen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Ringkanal mit Spulenträgern des Stators in Kontakt stehen. Durch diese Struktur kann eine ausgerichtete Ableitung am Wärmeübergang von den Feldspulen zu der abgezweigten Zirkulation des Fördermediums verbessert werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Spulenträger des Stators aus Keramik hergestellt sein. Dadurch kann eine thermische Leitfähigkeit am Wärmeübergang aus dem Inneren der Feldspulen in das Fördermedium verbessert werden, während eine elektrische Isolation zwischen den Feldspulen und dem Pumpengehäuse sichergestellt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In diesen zeigen:
- 1 eine axiale Schnittansicht durch eine elektrische Wasserpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine Explosionsansicht auf einzelne Bauteile der elektrische Wasserpumpe gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine Draufsicht auf die zusammengefügte Wasserpumpe gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
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Nachstehend wird der Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wasserpumpe mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
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Wie den Figuren zu entnehmen ist, umfasst ein Pumpengehäuse 1 auf einer rechts dargestellte Seite einen Ansaugstutzen 17 und einen Druckstutzen 18, die in eine Pumpenkammer 10 münden. Der Ansaugstutzen 17 und der Druckstutze 18 dienen als Pumpeneinlass und Pumpenauslass. Sie sind in Form eines Gehäusedeckels, der auch die Pumpenkammer 10 umfasst, mit einem mittleren Teil des Pumpengehäuses 1 zusammengesetzt. Der Ansaugstutzen 17 führt auf eine Stirnseite eines Pumpenlaufrads 2 zu, das auf einer Welle 4 fixiert ist. Der Umfang der Pumpenkammer 10 ist von einem Spiralgehäuse 12 umgeben. Das Spiralgehäuse 12 läuft tangential in den Druckstutzen 18 über. Das Pumpenlaufrad 2 ist ein bekanntes Radialpumpenflügelrad mit einer an den Ansaugstutzen 17 angrenzenden zentralen Öffnung. Der Förderstrom, der das Pumpenlaufrad 2 durch den Ansaugstutzen 17 anströmt, wird durch innenliegende Flügel radial nach außen in das Spiralgehäuse 12 der Pumpenkammer 10 beschleunigt und durch den Druckstutzen 18 ausgeleitet. Das Pumpenlaufrad 2 ist in der Pumpenkammer 10 drehfest auf einer Welle 4 fixiert.
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In dem mittleren Teil des Pumpengehäuses 1 ist eine von der Pumpenkammer 10 abgetrennte Motorkammer 13 ausgebildet, in der ein trockenlaufender Elektromotor 3 aufgenommen ist. Ein offenes Ende Motorkammer 13 ist durch einen Motordeckel 15 abgeschlossen. Der Elektromotor 3 ist ein Innenläufer mit einem innenliegenden Rotor 32 und einem außenliegenden Stator 31. Der Rotor 32 sitzt drehfest auf der Welle 4 und treibt das Pumpenlaufrad 2 an. Der Stator 31 umfasst Feldspulen, die auf Spulenträgern 33 fixiert sind. Die Spulenträger 33 bestehen aus einem keramischen Werkstoff und stehen mit einer innenliegenden Umfangsfläche des Pumpengehäuse 1 in Kontakt. Die Feldspulen des Stators 31 sind durch ringförmig angeordnete Stromschienen 35 mit einer Leistungselektronik 5 verbunden.
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Die Welle 4 erstreckt sich zwischen der Motorkammer 13 und der Pumpenkammer 10 durch das Pumpengehäuse 1 hindurch und ist durch ein Gleitlager 41 und ein Kugellager 42 drehbar aufgenommen. In einem Abschnitt des Pumpengehäuses 1, der die Motorkammer 13 von der Pumpenkammer 10 abtrennt, ist ein kragenförmiger Lagersitz 14 ausgebildet, in dem das Gleitlager 41 und eine Wellendichtung 40 eingepasst sind. Ein antriebsseitiges Ende der Welle 4 ist durch das Kugellager 42 am Pumpengehäuse festgelegt. Eine Stirnfläche des pumpenseitigen Endes der Welle steht einer Anlauffläche des Pumpengehäuses 1 im Bereich des Ansaugstutzens 17 gegenüber.
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Die Leistungselektronik 5 wandelt die elektrische Leistung einer externen Quelle bzw. eines Boardnetzes eines Fahrzeugs in eine drehzahlabhängige Beschaltung der Feldspulen um. Diejenigen Bauteile der Leistungselektronik 5, die erheblich zu einer Wärmeerzeugung durch elektrische Verlustleistung beitragen, sind Kondensatoren und FETs (Feldeffekttransistoren). In den 1 und 2 ist die Leistungselektronik 5 mit einer Mehrzahl von Kondensatoren und FETs stellvertretend als ein kreisrundes scheibenförmiges Element vereinfacht dargestellt, das konzentrisch in dem Motordeckel 15 aufgenommen ist. Eine nicht dargestellte Leiterplatte der Leistungselektronik 5 ist dem Elektromotor 3 zugewandt.
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Zwischen der Leistungselektronik 5 und dem Elektromotor 3 befindet sich ein Kühlungsabschnitt 16, der die Motorkammer 13 des Pumpengehäuses 1 abschließt. Der Kühlungsabschnitt 16 ist ein flüssigkeitsgekühlter Gehäuseabschnitt, der von einer Zirkulation 6 aus dem geförderten Medium der Wasserpumpe durchflossen wird, um eine Abwärme des elektrischen Antriebs in den Förderstrom abzuführen. Der Kühlungsabschnitt 16 besteht aus einem Zirkulationsführungsteil 16a und einem Abgrenzteil 16b. Das Zirkulationsführungsteil 16a ist ein Formteil des Pumpengehäuses 1, in dem eine mäanderförmige Strömungsstrecke für die Zirkulation 6 ausgebildet ist, die über eine gesamte Querschnittsfläche des Pumpengehäuses 1 verläuft. In Richtung der Motorkammer 13 ist eine Aufnahme für das Kugellager 42 vorgesehen. Das Abgrenzteil 16b ist eine dünne Platte, die aus einem Material mit einer guten Wärmeleitfähigkeit, wie insbesondere Aluminium besteht. Das Abgrenzteil 16b schließt einen offenen Strömungsquerschnitt der meanderförmigen Strömungsstrecke ab und grenzt somit die Zirkulation 6 in dem Kühlungsabschnitt 16 zu der Leistungselektronik 5 ein. Die zugewandte Leiterplatte der Leistungselektronik 5 steht mittels einer Wärmeleitpaste in einem thermischen Flächenkontakt zu dem Abgrenzteil 16b. Durch den Flächenkontakt, die geringe Dicke und das Material des Abgrenzteils 16b wird ein geringer thermischer Widerstand bzw. ein guter Wärmeübergang zwischen der Leistungselektronik 5 und der Zirkulation 6 in der meanderförmigen Strömungsstrecke in dem Zirkulationsführungsteil 16a geschaffen.
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Die Zirkulation 6 des Fördermediums, das den Kühlungsabschnitt 16 durchfließt, wird zwischen einem Hochdruckbereich und einem Niedrigdruckbereich der Pumpenkammer 1 aus dem Förderstrom abgezweigt. Ein Zulauf 61 der Zirkulation 6 ist außerhalb des Radius des Pumplaufrads 2 im Bereich des Spiralgehäuses 12 zu der Pumpenkammer 10 geöffnet. Ein Rücklauf 62 der Zirkulation 6 ist innerhalb des Radius des Pumpenlaufrads 2, d.h. zu einer Rückseite des Pumpenlaufrads 2 zu der Pumpenkammer 10 geöffnet. Während des Betriebs des radial wirksamen Pumpenlaufrads 2, das durch eine zentrale Öffnung angeströmt wird, herrscht in einem radialen Austrittsbereich des Pumpenlaufrads 2 ein größerer Druck als in einem axial verdeckten Bereich hinter dem Pumpenlaufrad 2. Durch die Druckdifferenz zwischen dem Zulauf 61 und dem Rücklauf 62 wird die aus dem Förderstrom abgezweigte Zirkulation 6 bewirkt. Die Zirkulation 6 wird durch einen Kanal 60 in dem Pumpengehäuse 1 geführt. Der Kanal 60 weist in einer einfachen beispielgebenden Version der dargestellten Ausführungsform zwei Abschnitte auf, die jeweils in einem gegenüberliegenden Wandabschnitt des mittleren Teils des Pumpengehäuses 1 axial verlaufen. Die Abschnitte des Kanals 60 stellen einerseits eine Verbindung von dem Zulauf 61 zu einem Beginn der Strömungsstrecke in dem Kühlungsabschnitt 16, und andererseits eine Verbindung von einem Ende der Strömungstrecke in dem Kühlungsabschnitt 16 zu dem Rücklauf 62 her. Der Zulauf 61 und der Rücklauf 62 sind in einem Abschnitt des Pumpengehäuses 1, der die Motorkammer 13 von der Pumpenkammer 10 abtrennt, ausgebildet und erstrecken sich jeweils radial zwischen einem Verbindungspunkt mit einem Abschnitt des Kanals 60 und der entsprechenden Öffnung zur Pumpenkammer 10.
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Aufgrund der abgezweigten Zirkulation 6 wird ein Wärmeeintrag der Leistungselektronik 5 auf den Kühlungsabschnitt 16 kontinuierlich in den Förderstrom abgeführt. Bei einer Zunahme der elektrischen Antriebsleistung nimmt eine Wärmeerzeugung in der Leistungselektronik 5 zu. Bei zunehmendem Förderstrom durch die Pumpenkammer 10 nimmt auch eine Druckdifferenz zwischen Zulauf 61 und Rücklauf 62 zu, wodurch ein größeres Durchflussvolumen in die Zirkulation 6 abgezweigt wird. Somit kann eine größere Abwärme bei erhöhter Antriebsleistung kompensiert werden, selbst wenn die Temperatur des Fördermediums bzw. des Kühlwassers einer Verbrennungsmaschine des Fahrzeugs ebenfalls ansteigt und lediglich wenige Grad unterhalb der Temperatur der Leistungselektronik 5 liegt.
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Die Erfindung kann ebenso anhand einer nicht dargestellten Ausführungsform ausgestaltet werden, die eine weitere Unterstützung der Kühlung des Stators 31 des Elektromotors 3 vorsieht, wie den Ausführungen im Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen ist. Hierzu ist in der zylindrischen Außenwand des Pumpengehäuses 1 ein nicht dargestellter Ringkanal vorgesehen. Der Ringkanal umläuft den Stator 31 und ist an zwei Punkten mit dem Kanal 60 bzw. einem Abschnitt des Kanals 60 verbunden, sodass er vor oder nach der Strömungstrecke des Kühlungsabschnitts 16 von der Zirkulation 6 durchflossen wird. Der Ringkanal steht an einer inneren Umfangsfläche der Motorkammer 13 über eine Abgrenzung mit geringer Wandstärke mit den Spulenträgern 33 der Stators 31 in einem umlaufenden Flächenkontakt. Somit kann eine weitere Flüssigkeitskühlung des Pumpengehäuses 1 direkt an dem Stator 31 bereitgestellt werden, um auch einen gleichmäßigen radialen Austrag der Abwärme aus den Feldspulen zu unterstützen und über die Zirkulation 6 in Umfangsrichtung abzuführen.
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In einer alternativen Ausgestaltung, die für den Kern der Erfindung unwesentlich ist, kann eine andere Lagerung der der Welle 4 vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Welle 4 durch ein einziges Kompaktlager in dem kragenförmigen Lagersitz 14 des Pumpengehäuses 1 gelagert sein. In diesem Fall ist keine Lageraufnahme an dem Kühlungsabschnitt 16 erforderlich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pumpengehäuse
- 2
- Pumpenlaufrad
- 3
- Elektromotor
- 4
- Welle
- 5
- Leistungselektronik
- 6
- Zirkulation
- 10
- Pumpenkammer
- 12
- Spiralgehäuse
- 13
- Motorkammer
- 14
- Lagersitz
- 15
- Motordeckel
- 16
- Kühlungsabschnitt
- 17
- Ansaugstutzen
- 18
- Druckstutzen
- 31
- Stator
- 32
- Rotor
- 33
- Spulenträger
- 35
- Stromschiene
- 40
- Wellendichtung
- 41
- Gleitlager
- 42
- Kugellager
- 60
- Kanal
- 61
- Zulauf
- 62
- Rücklauf
