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Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere für einen Flüssigkeitskreislauf in einem Fahrzeug, zum Beispiel eine Kühlmittelpumpe mit einem mehrteiligen Gehäuse, das, einen Einlass, eine Pumpenkammer, einen Auslass, eine Motorkammer und zum Antreiben des Laufrads einen Motor aufweist,
- - wobei in der Pumpenkammer ein Laufrad angeordnet ist,
- - wobei die Motorkammer radial nach außen hin von einer ersten Wand begrenzt wird, in das ein Stator des Motors eingebettet ist,
- - wobei ein Rotor des Motors in der Motorkammer angeordnet ist,
- - wobei der Rotor über eine Welle drehfest mit dem Laufrad verbunden ist,
- - wobei die Welle in einer Buchse in einer zweiten Wand zwischen der Pumpenkammer und der Motorkammer gelagert ist.
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Aus dem Dokument
DE 10 2011 055 599 A1 und aus der deutschen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen
DE 10 2018 125 031 sind solche Pumpen bekannt. Diese weisen ein mehrteiliges Gehäuse mit der Pumpenkammer, der Motorkammer und einer Elektronikkammer auf. In der Pumpenkammer ist das Laufrad angeordnet, dass von dem Motor, der in der Motorkammer angeordnet ist, angetrieben wird. In der Elektronikkammer ist eine elektrische Schaltung vorgesehen, mit welcher der Motor gesteuert und/oder geregelt werden kann.
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Das Laufrad und ein Rotor des Motors sind über die Welle miteinander verbunden. Die Welle ist durch eine Wand des Gehäuses geführt, durch welche die Pumpenkammer und die Motorkammer voneinander getrennt sind. In der Wand ist eine Lagerbuchse vorgesehen, in welcher die Welle und auch der Rotor und das Laufrad drehbar gelagert sind.
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Die Buchse in der Wand zwischen der Motorkammer und Pumpenkammer der in der Anmeldung
DE 10 2018 125 031 beschriebenen Pumpe weist auf einer Innenseite Nuten auf. Über diese Nuten ist auch bei in der Buchse eingesetzter Welle eine Verbindung zwischen der Motorkammer und der Pumpenkammer geschaffen. Über diese Verbindung kann eine Flüssigkeit von der Motorkammer in die Pumpenkammer transportiert werden.
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Diese über die Nuten hergestellte Verbindung hat einige Vorteile, die in der Anmeldung
DE 10 2018 125 031 beschrieben sind. Ein Nachteil ist aber, dass Partikel, die in der durch die Nuten der Buchse beförderten Flüssigkeit enthalten sind, sich in der Buchse, welche das Lager für die Welle bildet, ausbreiten können. Das kann zu einer Verschmutzung oder anderen Beeinträchtigung der Eigenschaften des Lagers führen oder sogar zu einer Schädigung des Lagers führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung zwischen der Motorkammer und der Pumpenkammer herzustellen, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung des Lagers der Welle kommt.
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Eine Möglichkeit, eine Beeinträchtigung der Lagerung der Welle zu vermeiden, ist es, die Verbindung zwischen der Motorkammer und der Pumpenkammer über einen Kanal in der Welle herzustellen, was aber andere Nachteile nach sich zieht und auch sehr aufwändig ist. Die Möglichkeit der Hohlwelle, hat der Erfinder daher verworfen.
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Der Erfinder hat die Aufgabe vielmehr dadurch gelöst,
- - dass in der zweiten Wand zwischen der Pumpenkammer und der Motorkammer radial außerhalb der Buchse wenigstens ein Durchgangsloch vorgesehen ist, welches die Motorkammer und die Pumpenkammer miteinander verbindet, oder
- - dass auf einer Außenseite der Buchse wenigstens eine Nut vorgesehen ist, die zusammen mit der zweiten Wand ein Durchgangsloch bildet, welches die Motorkammer und die Pumpenkammer miteinander verbindet.
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Durch das erfindungsgemäße Durchgangsloch wird eine Verbindung zwischen der Motorkammer und der Pumpenkammer hergestellt, ohne dass eine durch das Loch geführte Flüssigkeit in Kontakt mit dem Lager kommt und das Lager durch in der Flüssigkeit mitgeführte Partikel beeinträchtigt wird.
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, dass das Laufrad eine Buchse aufweist, die drehfest mit der Welle verbunden ist, während das übrige Laufrad drehfest mit der Buchse verbunden ist. In dem übrigen Laufrad kann dann radial außerhalb der Buchse des Laufrades wenigstens ein Durchgangsloch vorgesehen sein. Durch ein solches Durchgangsloch kann ein Ausgleich zu einer Axialbelastung geschaffen werden, der auf die Einheit aus dem Rotor und dem Laufrad zum Beispiel aufgrund unterschiedlicher Drücke auf der dem Einlass zugewandten Seite des Laufrades und der der Motorkammer zugewandten Seite des Laufrades wirkt.
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Die Buchse des Laufrades und/oder die Buchse zur Lagerung der Welle in einer inneren Wand wenigstens eine Nut aufweisen. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Durchgangslöcher zwischen der Motorkammer und der Pumpenkammer könnten allerdings den Nachteil haben, dass Gasblasen, insbesondere Luftblasen, die sich im Bereich der Drehachse des Rotors sammeln, nicht oder nur unzureichend aus der Motorkammer abgeführt werden. Eine Abführung erfolgt dann zum Beispiel durch Spalt zwischen der Welle und der Buchse, der vorzugsweise für die hydrodynamische Lagerung im Betrieb ständig mit der Flüssigkeit gefüllt ist. Sammelt sich Gas in der Motorkammer an, kann das jedoch zu einer unzureichenden Kühlung des Motors führen. Es kann daher sinnvoll sein, ergänzend zu den erfindungsgemäß vorgesehenen Durchgangslöchern wenigstens eine Nut auf der Innenseite der Buchse zu haben, um Gasansammlungen zu vermeiden. Diese wenigstens eine Nut kann einen für den Flüssigkeitstransport zur Verfügung stehenden lichten Querschnitt haben, der kleiner ist als der lichte Querschnitt des wenigstens einen Durchgangslochs. Der Querschnitt der wenigstens eine Nut kann zum Beispiel ein Bruchteil des lichten Querschnitts des wenigstens einen Durchgangslochs betragen. Ein Hauptteil einer sich zwischen der Motorkammer und der Pumpenkammer einstellenden Strömung wird dann über die Durchgangslöcher geführt. Partikel in der Flüssigkeit werden aufgrund ihrer im Vergleich zu Flüssigkeit und im Vergleich zu Gasblasen hohen Dichte von diesem radial weiter außen fließenden Hauptstrom gefördert. Die wenigstens eine Nut in Buchse in der zweiten Wand zwischen der Motorkammer und der Pumpenkammer führt dagegen nur kleinere Flüssigkeitsmengen und Gas, dass sich aufgrund seiner geringen Dichte in der Mitte der Motorkammer sammelt.
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Zwischen der ersten Wand und einer dritten Wand, die radial außerhalb der ersten Wand liegt, kann eine Ringkammer gebildet sein. Diese Ringkammer kann über wenigstens ein Durchgangsloch mit der Pumpenkammer verbunden sein.
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Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Pumpe,
- 2 einen Längsschnitt durch die Pumpe aus 1 und
- 3 den Längsschnitt wie in 2, jedoch mit durch Pfeile gekennzeichnetem Weg der Flüssigkeit durch die Pumpe.
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Die erste Pumpe weist ein mehrteiliges Gehäuse auf, das ein Pumpengehäuse 10, ein Motorgehäuse 20, ein Elektronikgehäuse 30 und einen Deckel 40 aufweist, wobei in dem Elektronikgehäuse 30 ein Stator 50 eines Motors der Pumpe vorgesehen ist. Der Motor der Pumpe wird durch einen Rotor 60 vervollständigt, der an dem Motorgehäuse 20 drehbar gelagert ist und in den der Stator 50 eintaucht. Der Stator 50 wiederum taucht in das Motorgehäuse 20 ein. Ferner ist ein Schaltungsträger 70 vorgesehen, auf dem eine elektronische Schaltung 80 vorgesehen ist, über die der Motor mit elektrischer Energie versorgt wird und gesteuert wird. Eine Elektronikkammer E, in der der Schaltungsträger 70 und die Schaltung 80 angeordnet sind, wird von dem Elektronikgehäuse 30 und dem Deckel 40 des Gehäuses begrenzt.
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Die Gehäuseteile können aus Kunststoff hergestellt sein, zum Beispiel aus Vyncolit. Der Stator 50 ist in dem Elektronikgehäuse 30, vorzugsweise in einer ersten Wand 301 eingegossen, die von einer Schürze des Elektronikgehäuses 30 gebildet ist.
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Durch nicht dargestellte Schrauben sind das Pumpengehäuse 10 und das Motorgehäuse 20 miteinander verbunden. Durch ebenfalls nicht dargestellte Schrauben sind der Deckel 40 und das Elektronikgehäuse 30 und das Elektronikgehäuse 30 und das Motorgehäuse 20 miteinander verbunden.
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Um eine druckfestere Verbindung zwischen dem Pumpengehäuse 10 und dem Motorgehäuse 20 zu erzielen, weist ein Flansch 101 des Pumpengehäuses 10 einen umlaufenden Steg 102 auf, der in eine Ringnut 203 des Motorgehäuses formschlüssig eingreift, die in einem ersten Flansch 201 des Motorgehäuses 20 vorgesehen ist. Dadurch kann eine Aufdehnung des Pumpengehäuses 10 und des Motorgehäuses 20 im Betrieb der Pumpe aufgrund des dort herrschenden Druckes vermieden oder zumindest reduziert werden.
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Das Pumpengehäuse 10 und eine Wand 204 des Motorgehäuses, nämlich eine zweite Wand, die von einer Motorwelle 601 durchragt wird, schließen eine Pumpenkammer P ein, in der sich das Laufrad 90 befindet. Die Pumpenkammer P ist über einen Ansaugstutzen 103 des Pumpengehäuses 10 mit einer Leitung verbindbar, über die die zu pumpende Flüssigkeit angesaugt wird. Der Ansaugstutzen 103 ist koaxial zu einer Rotationsachse des Rotors 60 angeordnet.
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Die Pumpenkammer
P ist über einen Auslassstutzen
104 mit einer Leitung verbindbar, in die die gepumpte Flüssigkeit gedrückt wird. Eine Außenwand des Pumpengehäuses
10 und das Laufrad
90 begrenzen einen Spiralraum
S, der sich zu dem Auslass der Pumpenkammer spiralartig erweitert. Das Laufrad
90 ist auf an sich bekannte Art ausgebildet, zum Beispiel auf eine in dem Dokument
DE 10 2011 055 599 A1 ,
2,
3 oder
5 dargestellte Art, auf die zur näheren Erläuterung eines für eine erfindungsgemäße Pumpe in Frage kommenden Laufrades
90 verwiesen wird.
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Die Pumpe weist ein Laufrad 90 auf, das in dem Pumpengehäuse 10 drehbar angeordnet und dazu auf einer Welle 601 des Rotors 60 befestigt ist, die in das Pumpengehäuse 10 hineinragt.
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Das Laufrad 90 weist auf einer dem Motorgehäuse 20 abgewandten Seite einen Kranz 903 auf. Der Kranz 903 greift in eine Ringnut 106 in dem Pumpengehäuse 10 ein. Die Ringnut 106 und der Kranz 903 haben einen größeren Durchmesser als der freie Querschnitt des Einlassstutzens 103. Der Kranz 903 behindert einen Flüssigkeitsstrom aus dem Einlassstutzen 103 in die Pumpenkammer P daher nicht. Da der Kranz 903 in die Ringnut 106 eintaucht, kommt der Kranz 903 auch nicht mit der einströmenden Flüssigkeit in Kontakt. Eine Bewegung des Kranzes 903 hat daher keinen Einfluss auf die einströmende Flüssigkeit.
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Der Kranz 903 des Laufrades 90 ist in der Ringnut 106 des Pumpengehäuses 10 geführt.
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Zwischen dem Kranz 903 und einer inneren Wand 108 der Ringnut 104 und zwischen dem Kranz 903 und einer äußeren Wand 107 der Ringnut 106 liegt ein innerer bzw. ein äußerer Ringspalt vor. Der in die Ringnut 106 eintauchende Kranz 903 verhindert einen Flüssigkeitsstrom an dem Laufrad 90 vorbei vom Ansaugstutzen 103 zum Auslass. Allenfalls ein kleiner Leckstrom ist über die Ringspalte möglich.
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Das Laufrad 90 hat eine Buchse 901, vorzugsweise aus Metall, mit einem zentralen Durchgangsloch, in das die Rotorwelle 601 eingesteckt ist, so dass das Laufrad 90 mit der Buchse 901 drehfest, vorzugsweise im Presssitz, auf der Rotorwelle 601 sitzt. Parallel zu dem zentralen Durchgangsloch der Buchse 901 weist der Rotor Durchgangslöcher 902 auf, durch die eine Flüssigkeit von einer dem Motorgehäuse 20 zugewandten Seite des Laufrades 90 auf eine dem Einlass zugewandten Seite des Laufrades 90 strömen kann.
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In der bereits erwähnten Wand 204, die von der Rotorwelle 601 durchragt wird, ist eine Buchse 206 vorgesehen, die als Lager der Rotorwelle 601 dient. Die Buchse 206 zur Lagerung der Rotorwelle ist in die bereits erwähnte Wand 204 eingesetzt und fest mit dem übrigen Motorgehäuse 20 verbunden. Die Buchse 206 hat ein Durchgangsloch, dessen Querschnitt der Rotorwelle 601 angepasst ist. Axial können in der Wand des Durchgangslochs eine oder mehrere Nuten (nicht dargestellt) vorgesehen sein, durch die bei eingesetzter Rotorwelle 601 eine Flüssigkeit zwischen der Pumpenkammer P und einer vom Motorgehäuse 20 und der Schürze 301 begrenzten Motorkammer M und umgekehrt fließen kann. Kleine Mengen der durch die Nuten 207 geführten Flüssigkeit werden bei Rotation des Rotors von der Welle 601 mitgenommen und sorgen für eine Schmierung zwischen der Rotorwelle 601 und der Buchse 206.
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In der Wand 204, die von der Rotorwelle 601 durchragt wird, sind im Bereich des Spiralraums S ein oder mehrere Durchgangslöcher 208 vorgesehen, die eine Verbindung zwischen dem Spiralraum S und einem von dem Motorgehäuse 20, der Schürze 301 und einer Stirnwand 303 des Elektronikgehäuses 30 begrenzten Ringkammer R schafft bzw. schaffen. Eine Flüssigkeit kann durch die Durchgangslöcher 208 aus dem Spiralraum, der auf der Hochdruckseite des Laufrades 90 liegt, in die Ringkammer R gefördert werden.
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Die Ringkammer R ist durch ein oder mehrere radiale Durchgangslöcher 304 in der Schürze 301 mit der Motorkammer M verbunden. Die Durchgangslöcher 304 sind in der Nachbarschaft zu der Stirnwand 303 vorgesehen. Eine Flüssigkeit, die aus der Ringkammer R in die Motorkammer M übertritt, kann durch die Motorkammer M, zum Beispiel durch einen Spalt zwischen dem Rotor 60 und der Schürze 301 zu der bezogen auf den Rotor 60 der Pumpenkammer P zugewandten Seite der Motorkammer M gefördert werden.
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Bei der Pumpe sind in einem Bereich des Rotors 60 zwischen der Welle und dem Permanentmagneten erste Durchgangslöcher 603 und zweite Durchgangslöcher 604 vorgesehen. Die ersten Durchgangslöcher 603 erstrecken sich parallel zur Welle 601 in einem Bereich unmittelbar benachbart zur Welle 601. Die zweiten Durchgangslöcher 603 sind radial weiter von der Rotorwelle 601 entfernt und damit näher an einem Permanentmagneten, der im Rotor eingebettet ist. Beide Durchgangslöcher verbinden einen Raum der Motorkammer auf einer ersten Seite des Rotors und einen Raum der Motorkammer auf einer zweiten Seite des Rotors.
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Durch die Durchgangslöcher 603, 604 im Rotor 60, die bereits erwähnten und optional vorgesehenen Nuten in der Lagerbuchse 206 der Rotorwelle 601, Durchgangslöcher 209 in der Wand 204 und die Durchgangslöcher 902 im Laufrad 90 kann die Flüssigkeit auf die Einlassseite des Laufrades 90, also auf die Niederdruckseite des Laufrades 90 gefördert werden (siehe 3). Es besteht damit eine durchgehende Verbindung von dem Spiralraum S, also der Hochdruckseite der Pumpenkammer P, über die Durchgangslöcher 208 zwischen dem Spiralraum S und der Ringkammer R in die Ringkammer R, von dort aus über die Durchgangslöcher 304 zwischen der Ringkammer R und der Motorkammer M in die Motorkammer M und von der Motorkammer M über die Durchgangslöcher 603, 604 und ggf. über die Nuten 207 in der Lagerbuchse 206, die Durchgangslöcher 209 und die Durchgangslöcher 902 in der Buchse 901 des Laufrades 90 zur Einlassseite des Laufrades 90, der Niederdruckseite der Pumpenkammer P. Im Betrieb der Pumpe stellt sich entlang diesen Weges ein Flüssigkeitsstrom ein, der zwar deutlich kleiner ist als der von der Pumpe in den Auslass geförderte Strom, aber so groß ist, um bei einem Nennbetrieb eine ausreichende Kühlung der Pumpe zu erreichen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Pumpengehäuse
- 101
- Flansch
- 102
- Steg
- 103
- Ansaugstutzen
- 104
- Auslassstutzen
- 106
- Ringnut
- 107
- äußere Wand
- 108
- innere Wand
- 20
- Motorgehäuse
- 201
- erste Flansch
- 203
- Ringnut
- 204
- zweite Wand
- 206
- Buchse
- 207
- Nuten
- 208
- Durchgangslöcher
- 209
- Durchgangslöcher
- 30
- Elektronikgehäuse
- 301
- Schürze, erste Wand
- 303
- Stirnwand
- 304
- Durchgangslöcher
- 40
- Deckel
- 50
- Stator
- 60
- Rotor
- 601
- Rotorwelle
- 603
- erste Durchgangslöcher
- 604
- zweite Durchgangslöcher
- 70
- Schaltungsträger
- 80
- Schaltung
- 90
- Laufrad
- 901
- Buchse
- 902
- Durchgangslöcher
- 903
- Kranz
- E
- Elektronikkammer
- P
- Pumpenkammer
- S
- Spiralraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011055599 A1 [0002, 0019]
- DE 102018125031 [0002, 0004, 0005]
