DE102018219597B4

DE102018219597B4 - Flüssigkeitspumpe

Info

Publication number: DE102018219597B4
Application number: DE102018219597.8A
Authority: DE
Inventors: Jan Hinrichs; Said Jennaoui; Michael Krug; Antonia Schlosshan
Original assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Current assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2020-10-29
Anticipated expiration: 2038-11-16
Also published as: DE102018219597A1

Abstract

Flüssigkeitspumpe, insbesondere für Kühlwasser in einem Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse (1), einen im Gehäuse (1) angeordneten Stator (2) und einen radial innerhalb des Stators (2) angeordneten Rotor (3), sowie ein mit dem Rotor (3) drehfestes Flügelrad (4), wobei der Stator (2) durch eine Hülse (5) flüssigkeitsdicht vom Rotor (3) getrennt ist, sodass in einem den Rotor (3) umgebenden Rotorraum (6) innerhalb der Hülse (5) ein Kühlmedium (7) zirkulieren kann und dieses Kühlmedium (7) in einen den Stator (2) umgebenden Statorraum (8) außerhalb der Hülse (5) nicht gelangen kann, wobei eine den Rotorraum (6) begrenzende Deckelplatte (9) des Gehäuses (1) einen Kühlkörper bildet zur Temperaturübertragung zwischen dem Kühlmedium (7) im Rotorraum (6) und einer auf oder in der Deckelplatte (9) angeordneten Leiterplatte (10), wobei der Rotorraum (6) auf axialer Höhe des Übergangs zur Deckelplatte (9) einen größeren Durchmesser (D) aufweist, als auf einer anderen axialen Höhe des Rotors (3).

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeitspumpe, insbesondere für Kühlwasser in einem Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Es ist bekannt elektrisch betriebene Flüssigkeitspumpen beispielsweise für den Kühlwassertransport in einem Kraftfahrzeug einzusetzen, die einen außenliegenden Stator und einen radial innerhalb des Stators drehenden Rotor aufweisen. In dieser Bauweise kann den Rotor eine Flüssigkeit, insbesondere eine Kühlflüssigkeit und/oder die geförderte Flüssigkeit, umgeben und kann lediglich der Stator stromführend ausgebildet sein und daher - zum Schutz der stromführenden Bauteile - vom Rotor flüssigkeitsdicht abgetrennt sein. Solche Flüssigkeitspumpen gehören zu den sog. nasslaufenden Flüssigkeitspumpen. Als Trennung zwischen Rotor und Stator kann ein zylindrisches Gehäusebauteil verwendet werden, also eine Hülse.
Insbesondere zur Steuerung der Flüssigkeitspumpen ist es bekannt, diese mit einer Leiterplatte auszustatten, auf welcher elektronische Bauelemente, wie zum Beispiel ein Steuerprozessor, angeordnet sein können. Derartige Leiterplatten sollten im Betrieb gekühlt werden um eine Überhitzung zu verhindern.
DE 698 04 745 T2 und DE 203 16 535 U1 zeigen Flüssigkeitspumpen mit einem innenliegenden, nasslaufenden Rotor und einem in einem Trockenraum angeordneten Stator. Der Rotorraum wird von einer Deckelplatte begrenzt, die mit dem Kühlmedium des Rotorraums in Berührung steht, um eine Leiterplatte zu kühlen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Flüssigkeitspumpe der genannten Art anzugeben, die im Betrieb eine effiziente Kühlung einer Leiterplatte der Flüssigkeitspumpe ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Flüssigkeitspumpe, insbesondere für Kühlwasser in einem Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse, einen im Gehäuse angeordneten Stator und einen radial innerhalb des Stators angeordneten Rotor, sowie ein mit dem Rotor drehfestes Flügelrad, wobei der Stator durch eine Hülse flüssigkeitsdicht vom Rotor getrennt ist, sodass in einem den Rotor umgebenden Rotorraum innerhalb der Hülse ein Kühlmedium zirkulieren kann und dieses Kühlmedium in einen den Stator umgebenden Statorraum außerhalb der Hülse nicht gelangen kann, wobei eine den Rotorraum begrenzende Deckelplatte des Gehäuses einen Kühlkörper bildet zur Temperaturübertragung zwischen dem Kühlmedium im Rotorraum und einer auf oder in der Deckelplatte angeordneten Leiterplatte, wobei der Rotorraum auf axialer Höhe des Übergangs zur Deckelplatte einen größeren Durchmesser aufweist, als auf einer anderen axialen Höhe des Rotors.
Erfindungsgemäß weist eine Flüssigkeitspumpe somit einen Rotorraum auf, in dem sich ein Rotor der Pumpe dreht, der ein Flügelrad antreibt, und der im Betrieb mit einem Kühlmedium, insbesondere Wasser, gefüllt ist. Das Kühlmedium kann beispielsweise durch den Rotor in Zirkulation gebracht sein und kann das durch die Flüssigkeitspumpe geförderte Fluid sein. Entlang einer Achse des Rotors ist an einem Ende des Rotorraums eine Deckelplatte angeordnet und darauffolgend eine Leiterplatte, so dass elektrische Bauelemente auf der Leiterplatte mittels der Deckelplatte als temperaturübertragendem Kühlkörper durch das Kühlmedium im Rotorraum gekühlt werden. Der Rotorraum ist dabei im Bereich der Deckelplatte radial breiter ausgebildet, als auf einer anderen axialen Höhe des Rotors. Hierdurch wird die Fläche des Übergangs zwischen kühlmediumgefülltem Rotorraum und Deckelplatte vergrößert und somit steht mehr Kühlmedium in Kontakt mit der Deckelplatte, der ja als Kühlkörper wirkt, und gelangt zudem das Kühlmedium auch besser an weniger zentrale Teile und somit weniger zentral angeordnete Bauelemente auf der Leiterplatte. Insgesamt wird somit der Kühleffekt für die Leiterplatte stark verbessert.
Der Rotor muss nicht bis zur Deckelplatte durchgezogen sein, kann aber bevorzugt in der Deckelplatte drehbar gelagert sein.
Die Leiterplatte muss um „auf“ der Deckelplatte angeordnet zu sein nicht unmittelbar in Kontakt mit der Deckelplatte stehen, jedoch zumindest so nahe der Deckelplatte - und beispielsweise über einen guten Wärmeleiter mit dieser verbunden - so dass ein guter Temperaturübertrag zwischen Deckelplatte und Leiterplatte erfolgen kann.
Vorzugsweise weist der Rotorraum auf axialer Höhe des Übergangs zur Deckelplatte einen größeren Durchmesser auf, als auf jeder anderen axialen Höhe des Rotors. Der Rotorraum verbreitert sich somit im Bereich der Deckelplatte mehr als sonst irgendwo am Rotor, für einen besseren Wärmeübertrag.
Bevorzugt weist der Rotorraum auf axialer Höhe des Übergangs zur Deckelplatte einen mindestens 1,5-fach, besonders bevorzugt mindestens 2-fach, größeren Durchmesser auf, als auf einer oder jeder anderen axialen Höhe des Rotors.
Bevorzugt entspricht der Durchmesser des Rotorraums auf axialer Höhe des Übergangs zur Deckelplatte etwa der Größe der Leiterplatte und/oder beinahe der Größe der Deckelplatte und/oder beinahe der Größe des Gehäuses. Als Größe wird dabei eine Erstreckung der genannten Bauteile in einer Dimension, normal auf die Rotorachse, verstanden. Bevorzugt weist die Flüssigkeitspumpe eine zylindrische Bauform auf. Bevorzugt haben daher der Rotorraum und/oder die Deckelplatte und/oder die Leiterplatte einen runden Querschnitt, so dass die Größe durch einen jeweiligen Durchmesser gegeben ist. Die Deckelplatte und/oder die Leiterplatte können beispielsweise auch einen ovalen Querschnitt oder rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei sich die genannte Größe dann auf die kurze Dimension, also die Breite, normal auf die Rotorachse bezieht.
Das Flügelrad der Flüssigkeitspumpe ist vorzugsweise auf der der Deckelplatte gegenüberliegenden Seite des Gehäuses angeordnet. Bevorzugt liegt das Flügelrad außerhalb des Gehäuses der Flüssigkeitspumpe.
Das Kühlmedium ist bevorzugt das durch die Flüssigkeitspumpe geförderte Medium, besonders bevorzugt ist es Wasser.
Die Hülse ist vorzugsweise aus Kunststoff ausgebildet. Sie kann einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet sein oder ein separates Bauteil sein. Die Hülse kann beispielsweise zwei verschiedene Radien aufweisen, einen kleineren auf Höhe des Rotors und einen größeren im Bereich des Übergangs zur Deckelplatte oder die Hülse geht mit Ende des Rotors in ein anderes Bauteil, wie beispielsweise in das Außengehäuse der Flüssigkeitspumpe, über, um einen größeren Durchmesser an der Deckelplatte zu erreichen.
Die Deckelplatte besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Aluminium, so dass ein guter Temperaturtransfer gewährleistet ist.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

1 ist eine schematische Schnittansicht einer nicht erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe.
2 ist eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
In 1 ist eine Flüssigkeitspumpe dargestellt, deren Aufbau einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe entspricht, deren Rotorraum 6 aber auf axialer Höhe des Übergangs zur Deckelplatte 9 keinen größeren Durchmesser D aufweist, als auf einer anderen axialen Höhe des Rotors 3 und daher ein weniger günstiges Kühlverhalten für eine oberhalb der Deckelplatte 9 angeordnete Leiterplatte 10 zeigt.
Diese Flüssigkeitspumpe der 1 umfasst ein Gehäuse 1, einen im Gehäuse 1 angeordneten Stator 2 und einen radial innerhalb des Stators 2 angeordneten Rotor 3. Ein mit dem Rotor 3 drehfestes Flügelrad 4 ist außerhalb des Gehäuses 1 angeordnet und mit der Welle des Rotors 3 drehfest verbunden. Der Stator 2 ist durch eine Hülse 5 flüssigkeitsdicht vom Rotor 3 getrennt, sodass ein den Stator 2 umgebender Statorraum 8 von einem den Rotor 3 umgebenden Rotorraum 6 getrennt ist. Im Rotorraum 6 kann daher ein Kühlmedium 7 zirkulieren, ohne zum Stator 2 zu gelangen.
Eine Deckelplatte 9 wirkt als Deckel des Gehäuses 1 und begrenzt den Rotorraum auf jener Seite der Rotorachse, die dem Flügelrad 4 gegenüberliegt. Die Deckelplatte 9 bildet einen Kühlkörper zur Temperaturübertragung der Temperatur des Kühlmediums 7 im Rotorraum 6 auf eine Leiterplatte 10, die auf der Deckelplatte 9 angeordnet ist.
Der Rotorraum 6 weist auf axialer Höhe des Übergangs zur Deckelplatte 9 allerdings einen relativ kleinen Durchmesser D auf, so dass der Kühleffekt auf die Leiterplatte nicht optimal ist. Radial außen liegt unterhalb der Deckelplatte 9 in weiten Bereichen der Statorraum 8, der frei von Kühlflüssigkeit ist, also beispielsweise mit Luft 11 gefüllt ist, direkt an der Deckelplatte 9 an.
Erfindungsgemäß wird, wie in 2 dargestellt, ein Aufbau einer Flüssigkeitspumpe wie in 1 verwendet, jedoch der Durchmesser D des Rotorraums 6 vergrößert, so dass der Rotorraum 6 auf axialer Höhe des Übergangs zur Deckelplatte 9 einen größeren Durchmesser D aufweist, als auf jeder anderen axialen Höhe des Rotors 3. Dazu ist die Hülse 5 gestuft ausgeführt, so dass der Durchmesser der Hülse 5 in axialen Lagen die näher zum Flügelrad 4 liegen kleiner ist als am Übergang zur Deckelplatte 9. In der Nähe der Deckelplatte 9 ist die Hülse nach außen hin erweitert, insbesondere weist die Hülse 5 eine Stufe nach außen auf, so dass sie in der dargestellten Ausführung auf Höhe des Übergangs zur Deckelplatte 9 mit dem Außengehäuse 1 der Flüssigkeitspumpe zusammenfällt. Der Rotorraum 6 und somit der Raum für das Kühlmedium 7 ist daher im Übergangsbereich zur Deckelplatte 9 besonders groß und erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Leiterplatte 10 und Deckelplatte 9.
Die Hülse 5 ist dabei aus Kunststoff ausgebildet und kann einteilig mit dem Gehäuse 1 ausgebildet sein, wie in 2 dargestellt. Die Deckelplatte 9 besteht aus Metall, insbesondere Aluminium.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Stator
3: Rotor
4: Flügelrad
5: Hülse
6: Rotorraum
7: Kühlmedium
8: Statorraum
9: Deckelplatte
10: Leiterplatte
11: Luft
12
D: Durchmesser

Claims

Flüssigkeitspumpe, insbesondere für Kühlwasser in einem Kraftfahrzeug, umfassend ein Gehäuse (1), einen im Gehäuse (1) angeordneten Stator (2) und einen radial innerhalb des Stators (2) angeordneten Rotor (3), sowie ein mit dem Rotor (3) drehfestes Flügelrad (4), wobei der Stator (2) durch eine Hülse (5) flüssigkeitsdicht vom Rotor (3) getrennt ist, sodass in einem den Rotor (3) umgebenden Rotorraum (6) innerhalb der Hülse (5) ein Kühlmedium (7) zirkulieren kann und dieses Kühlmedium (7) in einen den Stator (2) umgebenden Statorraum (8) außerhalb der Hülse (5) nicht gelangen kann, wobei eine den Rotorraum (6) begrenzende Deckelplatte (9) des Gehäuses (1) einen Kühlkörper bildet zur Temperaturübertragung zwischen dem Kühlmedium (7) im Rotorraum (6) und einer auf oder in der Deckelplatte (9) angeordneten Leiterplatte (10), wobei der Rotorraum (6) auf axialer Höhe des Übergangs zur Deckelplatte (9) einen größeren Durchmesser (D) aufweist, als auf einer anderen axialen Höhe des Rotors (3).
Flüssigkeitspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorraum (6) auf axialer Höhe des Übergangs zur Deckelplatte (9) einen größeren Durchmesser (D) aufweist, als auf jeder anderen axialen Höhe des Rotors (3).
Flüssigkeitspumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorraum (6) auf axialer Höhe des Übergangs zur Deckelplatte (9) einen mindestens 1,5-fach, bevorzugt mindestens 2-fach, größeren Durchmesser (D) aufweist, als auf einer oder jeder anderen axialen Höhe des Rotors (3).
Flüssigkeitspumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (D) des Rotorraums (6) auf axialer Höhe des Übergangs zur Deckelplatte (9) etwa der Größe der Leiterplatte (10) entspricht und/oder beinahe der Größe der Deckelplatte (9) und/oder beinahe der Größe des Gehäuses (1).
Flüssigkeitspumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durc h g e k e n n z e ich n e t , dass das Flügelrad (4) auf der der Deckelplatte (9) gegenüberliegenden Seite des Gehäuses (1) angeordnet ist, bevorzugt außerhalb des Gehäuses (1).
Flüssigkeitspumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium (7) das durch die Flüssigkeitspumpe geförderte Medium ist, bevorzugt Kühlwasser.
Flüssigkeitspumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) aus Kunststoff ausgebildet ist und/oder einteilig mit dem Gehäuse (1) ausgebildet ist.
Flüssigkeitspumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die De-.-.-.ckelplatte (9) aus Metall besteht, insbesondere aus Aluminium.