DE102019123340A1 - Elektrische Kreiselpumpe - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Kreiselpumpe (1) mit einem in einem Nassraum (12) gelagerten Pumpenlaufrad (2), einem bewickelten Stator (3), einer Medientrennwand (4) und einem Pumpengehäuse(9), wobei das Pumpenlaufrad (2) eine Pumpenflügel (5) tragende Laufradscheibe (6) und eine daran anschließende Hohlwelle (7) aufweist, welche einen Permanentmagneten (8) trägt. Aufgabe der Erfindung ist es diesen Strömungspfad trotz eines engen Bauraums und unter Aufrechterhaltung der Lagerfunktion und eines optimalen Magnetkreises auf einfache und wirtschaftliche Weise herzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Description
- Die Erfindung betrifft eine elektrische Kreiselpumpe (
1 ) mit einem in einem Nassraum (12 ) gelagerten Pumpenlaufrad (2 ), einem bewickelten Stator (3 ), einer Medientrennwand (4 ) und einem Pumpengehäuse(9 ), wobei das Pumpenlaufrad (2 ) eine Pumpenflügel (5 ) tragende Laufradscheibe (6 ) und eine daran anschließende Hohlwelle (7 ) aufweist, welche einen Permanentmagneten (8 ) trägt. - Elektrische Kreiselpumpen, insbesondere elektrische Kfz-Kühlwasserpumpen sind kompakt aufgebaut und erzeugen im Betrieb Wärme in der Statorwicklung und in elektrischen Leistungsbauteilen zur Beschaltung der Wicklungsspulen. Eine effektive Methode zur Abführung dieser Wärmeenergie besteht durch den Aufbau eines Sekundärströmungspfads. Ein Druckunterschied zwischen einem zentralen Niederdruckbereich und einem radial außerhalb desselben befindlichen Hochdruckbereich, welcher im Betrieb durch die Wirkung der sich drehenden Pumpenflügel erzeugt wird, dient als Antrieb für die sekundäre Strömung. Das geförderte Kühlmedium dient der Pumpe als Wärmesenke. Der Strömungsweg führt vom Hochdruckbereich entlang der Medientrennwand am motorseitigen Ende des Pumpenlaufrads vorbei radial nach innen und über einen Kanal innerhalb des Pumpenlaufrads zu einem Niederdruckbereich des Pumpenraums.
- Der Sekundärströmungspfad dient zusätzlich auch dem Abtransport abrasiver Partikel, die durch die entstehende Strömung mitgerissen werden. Der Lagerverschleiß wird hierdurch reduziert.
- Aufgabe der Erfindung ist es diesen Strömungspfad trotz eines engen Bauraums und unter Aufrechterhaltung der Lagerfunktion und eines optimalen Magnetkreises auf einfache und wirtschaftliche Weise herzustellen.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Da die Hohlwelle (
7 ) zumindest eine axial offene Strömungsgeometrie (10 ) aufweist, lässt sich eine Strömungsverbindung zwischen einem Innenraum (11 ) der Hohlwelle (7 ) und einem Niederdruckbereich (17 ) innerhalb des Pumpengehäuses (9 ) herstellen. Um die Sekundärströmung gleichmäßig zu verteilen sind mehrere, vorzugsweise drei Strömungsgeometrien vorgesehen. Die Strömungsgeometrien sind beispielhaft nutartig ausgebildet. Durch die axial offenen Nuten lassen sich diese bei einem Urformvorgang des Pumpenlaufrads ohne zusätzliche radiale Schieber im Spritzgusswerkzeug herstellen. - Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt. Die Strömungsverbindung zwischen einem Innenraum (
11 ) der Hohlwelle (7 ) und einem Niederdruckbereich (17 ) endet vorzugsweise in einem Bereich innerhalb der Pumpenflügel (9 ). Auf diese Weise wird die größtmögliche Pumpwirkung erzielt. - Der Strömungsquerschnitt der Strömungsgeometrie lässt sich deutlich erhöhen, indem sie eine radiale Durchbrechung der Hohlwelle (
7 ) bildet. Auch diese Ausgestaltung lässt sich einfach schieberlos herstellen. - Gemäß einem weiteren Optimierungsschritt ist vorgesehen, dass die axiale Tiefe der Strömungsgeometrie (
10 ) am Innenraum (11 ) deutlich größer ist als am Niederdruckbereich (17 ). Diese Maßnahme verringert den Strömungswiderstand durch Vergrößerung der Kurvenradien im Strömungsweg. - Der zwischen den Strömungsgeometrien (
10 ) verbleibende Bereich der Hohlwelle (7 ) dient als Aufnahme für ein pumpenseitiges Lager (13 ). Dabei ist die Tiefe der Strömungsgeometrie (10 ) deutlich größer als der Aufnahmebereich des pumpenseitigen Lagers (13 ). Dadurch verbleibt ein ausreichend großer Strömungsquerschnitt für die sekundäre Strömung. - Das Pumpenlaufrad weist auch am motorseitigen Ende ein Lager (
14 ) auf. Um auch in diesem Bereich einen ausreichenden Strömungsquerschnitt zu ermöglichen, ist das Lager mit einem axialen Strömungsdurchlass ausgebildet. Vorzugsweise sind mehrere auf einer Kreisbahn angeordnete Strömungsdurchlässe vorgesehen. Das Lager besteht dabei aus einem für Lagerzwecke optimierten Kunststoffbauteil. Bei engen Platzverhältnissen, insbesondere in radialer Richtung, kann ein Strömungsdurchlass auch segmentartig (bogenförmiges Langloch) ausgeführt sein. - Um den Strömungsweg vom motorseitigen Lager (
14 ) zur Hohlwelle zu verbessern, ist vorgesehen, dass der Innenraum (11 ) der Hohlwelle (7 ) an ihrem motorseitigen Ende eine Durchmessererweiterung (19 ) aufweist. Dieser ist vorzugsweise kegelig ausgebildet und verhindert eine Verdeckung der Strömungsdurchlässe durch das Ende der Hohlwelle. - Das pumpenseitige Lager (
13 ) ist vorzugsweise auf einer Achse (16 ) gelagert. Dabei ist der Innenraum (11 ) der Hohlwelle so dimensioniert, dass ein deutlicher Zwischenraum zwischen der Achse (16 ) und der Hohlwelle (7 ) verbleibt, der als Strömungspfad für die Sekundärströmung dient. - Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, dass das motorseitige Lager (
14 ) auf einer bzw. auf der Achse (16 ) gelagert ist, wobei ein Strömungspfad zwischen der Achse (16 ) und der Hohlwelle (7 ) verbleibt. - Zweckmäßigerweise ist die Achse (
16 ) einerseits im Pumpengehäuse (9 ) und andererseits in der Medientrennwand (4 ) aufgenommen und/oder befestigt. Die Medientrennwand weist dabei einen zylindrischen Bereich auf, der sich in einem Luftspalt zwischen dem bewickelten Stator (3 ) und dem Permanentmagneten (8 ) des Pumpenlaufrads (2 ) befindet und einem Bodenbereich, der die Medientrennwand (4 ) an seinem motorseitigen Ende mediendicht geschlossen hält. Die Achse (16 ) ist in diesem Bodenbereich in einer motorseitigen Achsaufnahme (22 ) aufgenommen. An seinem gegenüberliegenden Ende ist die Achse (16 ) in einer Achsaufnahme (21 ) des Pumpengehäuses (9 ) aufgenommen. Die pumpenseitige Achsaufnahme (21 ) ist über Speichen (23 ) mit dem Pumpengehäuse einstückig. - Das pumpenseitige Lager (
13 ) liegt an einem axialen Gegenlager (24 ) axial an, welches im Pumpengehäuse (9 ) in einer Gegenlageraufnahme (25 ) aufgenommen ist. Das pumpenseitige Lager (13 ) und das Gegenlager (24 ) sind sphärisch ausgebildet, um Winkeltoleranzen ausgleichen zu können und um das Pumpenlaufrad radial zu zentrieren. - Im Übrigen ist das motorseitige Lager (
14 ) mit dem Pumpenlaufrad (2 ) und dem Permanentmagneten (8 ) durch Urformen formschlüssig verbunden. Dabei sind das Lager (14 ) und das Pumpenlaufrad (2 ) als Einlegeteile in eine Spritzgussform eingelegt, welche anschließend mit einem kunststoffgebundenen Permanentmagnetmaterial gefüllt wird, welches die Einlegeteile miteinander verbindet. - Alternativ kann das motorseitige Lager (
14 ) mit dem Pumpenlaufrad (2 ) und/oder dem Permanentmagneten (8 ) durch Verpressen oder Verprägen kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sein. - Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es Zeigen:
-
1 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe, -
2 eine Stirnansicht eines Pumpenlaufrads, -
3 eine Iso-Ansicht des Pumpenlaufrads und -
4 ein motorseitiges Lager. -
1 zeigt eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Kreiselpumpe1 , bestehend aus einem Pumpengehäuse9 , einer Medientrennwand4 , einem Stator3 (Wicklung nicht dargestellt), einer Leiterplatte27 und einem Pumpenlaufrad2 . Die Kreiselpumpe ist axial zu einem bürstenlosen Gleichstrommotor angeordnet. Das Pumpenlaufrad2 weist einen hydraulischen und einen motorischen Abschnitt auf. Die Medientrennwand4 trennt einen Nassraum12 , in welchem das Pumpenlaufrad2 angeordnet ist von einem Trockenraum28 , in welchem der Stator3 und die Leiterplatte27 angeordnet sind. Die Medientrennwand4 ist topfförmig ausgebildet und weist einen im Wesentlichen zylindrischen Bereich29 , einen Bodenbereich30 und einen Flanschbereich31 auf. Das Pumpenlaufrad2 ist über ein pumpenseitiges Lager13 und ein motorseitiges Lager14 auf einer Achse16 gelagert. Die Achse16 ist in einer pumpenseitigen Achsaufnahme21 des Pumpengehäuses9 und in einer motorseitigen Achsaufnahme22 des Bodens30 der Medientrennwand festgelegt. Die pumpenseitige Achsaufnahme21 ist über Speichen23 mit dem Pumpengehäuse9 einstückig. Das pumpenseitige Lager13 ist in einer Lageraufnahme37 festgelegt und weist axial eine sphärische Fläche auf, welche an einer konkaven Gegenfläche eines axialen Gegenlagers24 anliegt. Das Gegenlager ist in einer Gegenlageraufnahme25 festgelegt, das an die pumpenseitige Achsaufnahme21 axial anschließt. Das Pumpenlaufrad besteht aus einem einstückigen Bereich, welcher ein Hohlwelle7 , eine Laufradscheibe6 und mehreren Pumpenflügeln5 besteht. Die Laufradscheibe6 ist nahe einem Endbereich der Hohlwelle7 angeordnet. Ein Großteil der Hohlwelle7 ragt in einen Bereich innerhalb des Stators3 und trägt einen ringförmigen Permanentmagneten8 . Zwischen dem Permanentmagneten8 und der Laufradscheibe verbleibt ein Freiraum32 , der zur Einsparung von Permanentmagnetmaterial dient. Die Pumpenflügel5 sind durch eine Deckscheibe20 als Bestandteil des Pumpenlaufrads abgedeckt. Ein Abschnitt der Hohlwelle7 ragt in den Bereich innerhalb der Pumpenflügel5 und außerhalb des pumpenseitigen Lagers13 vor. An drei Stellen ist die Hohlwelle mit einer Strömungsgeometrie10 versehen, welche in axialer Richtung zum Pumpengehäuse9 hin offen gestaltet ist. Auch in radialer Richtung sind die Strömungsgeometrien durchgehend offen. Die Tiefe der Strömungsgeometrien ist zu einem Innenraum11 hin deutlich tiefer als an seinem radial äußeren Ende, welches zu einem Niederdruckbereich17 führt. Die Strömungsgeometrien11 bilden eine Umgehung des pumpenseitigen Lagers13 . Das motorseitige Lager14 ist ein Festlager, mit einem inneren Lagerring33 und einem äußeren Befestigungsring34 und einer Nabe35 , welche mehrere Strömungsdurchlässe15 aufweist. Das Hohlrad11 weist eine kegelförmige Durchmessererweiterung19 auf, welche sich zu den Strömungsdurchlässen15 hin öffnet. Die Hohlwelle7 weist in einem Bereich radial außerhalb der Durchmessererweiterung einen ringförmigen Rücksprung35 auf, welcher den Befestigungsring34 des motorseitigen Lagers14 aufnimmt. Der Permanentmagnet8 ist über einen Formschluss26 mit dem Lager24 und über einen weiteren hier nicht dargestellten Formschluss mit der Hohlwelle7 verbunden. Der sekundäre Strömungspfad ist durch Pfeile angedeutet. -
2 zeigt eine Stirnansicht eines Pumpenlaufrads2 , mit der Laufradscheibe6 , den Pumpenflügeln5 , der Hohlwelle7 , den Strömungsgeometrien10 , der Lageraufnahme37 und Verbindungszapfen36 zur Befestigung mit der Deckscheibe (siehe1 ). -
3 zeigt eine ISO-Ansicht des Pumpenlaufrads2 mit der Laufradscheibe6 , den Pumpenflügeln5 , der Hohlwelle7 , den Strömungsgeometrien10 , der Lageraufnahme37 und den Verbindungszapfen36 . Die Lageraufnahme37 weist Abflachungen40 auf, die als Verdrehsicherung für das darin aufzunehmende Lager wirken. -
4 zeigt das Motorseitige Lager14 im Schnitt und eine Seitenansicht, mit dem Lagerring33 , der eine Zentralausnehmung39 als Achsdurchführung, den Befestigungsring34 , einem Formschluss26 in Form einer ringförmigen Rippe, die unterbrochen ist, um eine Verdrehsicherung38 zu bilden. Das motorseitige Lager14 ist symmetrisch ausgebildet und der Befestigungsring34 weist an seinem Innenumfang jeweils eine Verjüngung auf, die durch den Winkel φ angedeutet ist. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kreiselpumpe
- 2
- Pumpenlaufrad
- 3
- Stator
- 4
- Medientrennwand
- 5
- Pumpenflügel
- 6
- Laufradscheibe
- 7
- Hohlwelle
- 8
- Permanentmagnet
- 9
- Pumpengehäuse
- 10
- Strömungsgeometrie
- 11
- Innenraum
- 12
- Nassraum
- 13
- pumpenseitiges Lager
- 14
- motorseitiges Lager
- 15
- Strömungsdurchlass
- 16
- Achse
- 17
- Niederdruckbereich
- 18
- Hochdruckbereich
- 19
- Durchmessererweiterung
- 20
- Deckscheibe
- 21
- pumpenseitige Achsaufnahme
- 22
- motorseitige Achsaufnahme
- 23
- Speiche
- 24
- axiales Gegenlager
- 25
- Gegenlageraufnahme
- 26
- Formschluss
- 27
- Leiterplatte
- 28
- Trockenraum
- 29
- Zylindrischer Bereich
- 30
- Bodenbereich
- 31
- Flanschbereich
- 32
- Freiraum
- 33
- Lagerring
- 34
- Befestigungsring
- 35
- Rücksprung
- 36
- Verbindungszapfen
- 37
- Lageraufnahme
- 38
- Verdrehsicherung
- 39
- Zentralausnehmung
- 40
- Abflachung
Claims (14)
- Elektrische Kreiselpumpe (1) mit einem in einem Nassraum (12) gelagerten Pumpenlaufrad (2), einem bewickelten Stator (3), einer Medientrennwand (4) und einem Pumpengehäuse(9), wobei das Pumpenlaufrad (2) eine Pumpenflügel (5) tragende Laufradscheibe (6) und eine daran anschließende Hohlwelle (7) aufweist, welche einen Permanentmagneten (8) trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (7) zumindest eine axial offene Strömungsgeometrie (10) aufweist, welche eine Strömungsverbindung zwischen einem Innenraum (11) der Hohlwelle (7) und einem Niederdruckbereich (17) innerhalb des Pumpengehäuses (9) herstellt.
- Kreiselpumpe nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsverbindung zwischen dem Innenraum (11) der Hohlwelle (7) und dem Niederdruckbereich innerhalb der Pumpenflügel (5) hergestellt ist. - Kreiselpumpe nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsgeometrie (10) eine radiale Durchbrechung der Hohlwelle (7) bildet. - Kreiselpumpe nach
Anspruch 1 ,2 oder3 , dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Tiefe der Strömungsgeometrie (10) am Innenraum (11) deutlich größer ist als am Niederdruckbereich (17). - Kreiselpumpe nach
Anspruch 1 ,2 ,3 oder4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenlaufrad (2) ein pumpenseitiges Lager (13) aufweist, das innerhalb der Strömungsgeometrie (10) angeordnet ist. - Kreiselpumpe nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass das pumpenseitige Lager (13) an einem pumpenseitigen Endbereich der Hohlwelle (7) in dieser aufgenommen ist, wobei die Tiefe der Strömungsgeometrie (10) deutlich größer ist als der Aufnahmebereich des pumpenseitigen Lagers (13). - Kreiselpumpe nach
Anspruch 1 ,2 ,3 ,4 ,5 oder6 , dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenlaufrad (3) ein motorseitiges Lager (14) aufweist, das zumindest einen axialen Strömungsdurchlass (15) hat. - Kreiselpumpe nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (11) der Hohlwelle (7) an ihrem motorseitigen Ende eine Durchmessererweiterung (19) aufweist. - Kreiselpumpe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das pumpenseitige Lager (13) auf einer Achse (16) gelagert ist.
- Kreiselpumpe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das motorseitige Lager (14) auf einer bzw. der Achse (16) gelagert ist.
- Kreiselpumpe nach
Anspruch 9 oder10 , dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (16) einerseits im Pumpengehäuse (9) und andererseits in der Medientrennwand (4) aufgenommen und/oder befestigt ist. - Kreiselpumpe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das pumpenseitige Lager (13) an einem axialen Gegenlager (24) axial anliegt, welches im Pumpengehäuse (9) in einer Gegenlageraufnahme (25) aufgenommen ist.
- Kreiselpupe nach einem der
Ansprüche 7 bis12 , dadurch gekennzeichnet, dass das motorseitige Lager (14) mit dem Pumpenlaufrad (2) und dem Permanentmagneten (8) durch Urformen formschlüssig verbunden ist. - Kreiselpupe nach einem der
Ansprüche 7 bis12 , dadurch gekennzeichnet, dass das motorseitige Lager (14) mit dem Pumpenlaufrad (2) und/oder dem Permanentmagneten (8) durch Verpressen oder Verprägen kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden ist.
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