DE102020105337A1

DE102020105337A1 - THERMAL OPTIMIZED COOLANT PUMP

Info

Publication number: DE102020105337A1
Application number: DE102020105337.1A
Authority: DE
Inventors: Paul Ludwig; Franz Pawellek
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2021-09-02
Anticipated expiration: 2040-02-29
Also published as: WO2021170327A1; DE102020105337B4

Abstract

Es wird eine thermisch optimierte Kühlmittelpumpe vorgeschlagen. Die elektrische Kühlmittelpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass ein Antriebsgehäuse (2) einen zentralen Lageraufnahmeabschnitt (25) aufweist, in dem ein Wellenlager (52) aufgenommen ist; und ferner eine zu dem Antriebsgehäuse (2) separate Wärmeableitwand (6) bereitgestellt ist, die einen Elektromotor (3) von einem Pumpengehäuse (1) abgrenzt, und in einem thermischen Kontakt mit einer Leistungselektronik (30) steht. Die Wärmeableitwand (6) liegt zu einer offenen Querschnittsfläche einer Pumpenkammer (10) und einer offenen Querschnittsfläche eines Spiralgehäuseabschnitts (14) frei. Insbesondere weist die Wärmeableitwand (6) eine geringere flächenbezogene Wärmespeicherkapazität als der Lageraufnahmeabschnitt (25), der Spiralgehäuseabschnitt (14) und die Flanschabschnitte (12, 21) auf.A thermally optimized coolant pump is proposed. The electrical coolant pump is characterized in that a drive housing (2) has a central bearing receiving section (25) in which a shaft bearing (52) is received; and furthermore a heat dissipation wall (6) separate from the drive housing (2) is provided, which separates an electric motor (3) from a pump housing (1) and is in thermal contact with power electronics (30). The heat dissipation wall (6) is exposed to an open cross-sectional area of a pump chamber (10) and an open cross-sectional area of a spiral housing section (14). In particular, the heat dissipation wall (6) has a lower surface-related heat storage capacity than the bearing receiving section (25), the spiral housing section (14) and the flange sections (12, 21).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einer optimierten Konstruktion in Bezug auf eine thermisch kritische Leistungselektronik eines Elektromotors.The present invention relates to an electric coolant pump with an optimized construction with regard to thermally critical power electronics of an electric motor.

Aufgrund der flexiblen Steuerungsmöglichkeiten werden zum Thermomanagement von Verbrennungsmaschinen im Fahrzeugbau bevorzugt elektrische Kühlmittelpumpen 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.Due to the flexible control options, electrical coolant pumps are preferred for thermal management of internal combustion engines in vehicle construction. The coolant pump in the engine compartment of a vehicle is exposed to numerous environmental influences, such as temperature fluctuations, moisture and dirt. Therefore, coolant pumps including the electric drive are designed in an externally closed or encapsulated design that is sealed against external influences.

Bei der Verwendung eines Elektromotors als Pumpenmotor ist dieser in der Regel mit einer Leistungselektronik gemeinsam gekapselt, um selbige vor äußeren korrosiven Einflüssen und Verschmutzungen im Betrieb zu schützen. Durch die gemeinsame Kapselung des Elektromotors und der Leistungselektronik kann die Abwärme des Elektromotors, die mit dessen Verlustleistung einhergeht, jedoch nicht wie in anderen Anwendungen durch einen Luftstrom abgeführt werden. Somit fließt ein Teil der Abwärme des Elektromotors unmittelbar als Wärmeeintrag in die elektronischen Bauteile der Leistungselektronik der Kühlmittelpumpe ein.When using an electric motor as a pump motor, it is usually encapsulated together with power electronics in order to protect it from external corrosive influences and contamination during operation. Due to the common encapsulation of the electric motor and the power electronics, the waste heat of the electric motor, which is associated with its power loss, cannot be dissipated by an air flow as in other applications. Part of the waste heat from the electric motor thus flows directly into the electronic components of the power electronics of the coolant pump as heat input.

Bei einem geeigneten elektrischen Pumpenmotor beträgt die Verlustleistung bis zu etwa 20% der elektrischen Leistung, so dass bei einem Pumpenmotor mit 500 W, wie er beispielsweise in einer Kühlmittelpumpe eines Kühlmittelkreislaufs in einem PKW eingesetzt wird. Im Volllastbetrieb kann je nach Konstruktion des Elektromotors ein Wärmeeintrag von bis zu 100 W entstehen, der von der Kühlmittelpumpe zusätzlich über die Abwärme des Kühlmittels hinaus aufgenommen wird. Die Feldspulen des Stators können so Temperaturen bis zu 200 °C erreichen.In the case of a suitable electric pump motor, the power loss is up to about 20% of the electric power, so that in a pump motor with 500 W, such as is used, for example, in a coolant pump of a coolant circuit in a car. In full load operation, depending on the design of the electric motor, a heat input of up to 100 W can arise, which is also absorbed by the coolant pump beyond the waste heat of the coolant. The field coils of the stator can reach temperatures of up to 200 ° C.

Im Stand der Technik sind Kühlmittelpumpen bekannt, die zur Einhaltung der zulässigen Betriebstemperatur der elektronischen Bauteile einen Wärmeaustausch zu dem Kühlmittel des Verbrennungsmotors nutzen. Das Kühlmittel weist einen vielfach höheren Wärmeleitkoeffizienten von etwa 0,441 W/mK gegenüber Luft mit 0,0262W/mK auf. Zudem hält es im Betrieb des Kühlmittelkreislaufs einen definierten Temperaturbereich ein, wohingegen die Temperatur der Luft in Abhängigkeit von der Umgebung, insbesondere des Verbrennungsmotors, und ggf. einer Bewegungsgeschwindigkeit stark variiert.In the prior art, coolant pumps are known which use a heat exchange with the coolant of the internal combustion engine to maintain the permissible operating temperature of the electronic components. The coolant has a much higher coefficient of thermal conductivity of around 0.441 W / mK compared to air with 0.0262W / mK. In addition, it maintains a defined temperature range when the coolant circuit is in operation, whereas the temperature of the air varies greatly depending on the environment, in particular the internal combustion engine, and possibly a movement speed.

Es sind Bemühungen in unterschiedlichen konstruktiven Ausgestaltungen unternommen worden, um die Leistungselektronik in einen Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel einzubinden, das durch die Kühlmittelpumpe gefördert wird. Das Kühlmittel nimmt im Fahrbetrieb eine Solltemperatur von etwa 110 °C ein, und kann unter besonderen Belastungszuständen kurzfristig auf 120 °C oder bis 130 °C ansteigen. Bei einer Temperatur von wenigen zehn Grad darüber entstehen bereits Schäden in elektronischen Bauteilen. Solange ein Temperaturverlauf der Leistungselektronik eng an den Temperaturverlauf des Kühlmittels gekoppelt bleibt, kann eine Überhitzung der Leistungselektronik verhindert werden. Hierzu muss jedoch ein effizienter Wärmeübergang geschaffen werden, sodass in Belastungszuständen nur eine geringe Temperaturdifferenz der Leistungselektronik zu dem Kühlmittel entsteht.Efforts have been made in different constructive configurations to incorporate the power electronics into a heat exchange with the coolant that is conveyed by the coolant pump. The coolant assumes a target temperature of around 110 ° C when driving, and under particular load conditions can briefly rise to 120 ° C or up to 130 ° C. At a temperature of a few tens of degrees above this, damage can already occur in electronic components. As long as a temperature profile of the power electronics remains closely linked to the temperature profile of the coolant, overheating of the power electronics can be prevented. For this, however, an efficient heat transfer must be created so that only a small temperature difference between the power electronics and the coolant arises in load conditions.

Ein Beispiel aus dem Stand der Technik, das die Problemstellung eines Wärmeaustauschs zwischen einer Leistungselektronik einer Kühlmittelpumpe und dem geförderten Kühlmittelstrom aufgreift, ist in der DE 10 2015 114 783 A1 beschrieben. Die Patentanmeldung derselben Anmelderin beschreibt eine elektrische Kühlmittelpumpe, bei der sich eine ECU auf einer Seite des Pumpengehäuses befindet, die dem elektrischen Motor gegenüberliegt, und innerhalb einer Abdeckung in der Form eines Donuts bzw. ringförmig um den zentralen Einlass herum angeordnet ist. Die vordere Seite der Pumpenkammer, die zur ECU weist, ist durch einen Pumpendeckel aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit abgeschlossen, der einen verbesserten Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel in der Pumpenkammer und der ECU ermöglichen soll. Es ist vorgesehen, den Pumpendeckel als massives gefrästes Aluminiumteil herzustellen, das eine bessere Wärmeleitfähigkeit als eine Gusslegierung für ein Spiralgehäuse aufweist.An example from the prior art that addresses the problem of heat exchange between power electronics of a coolant pump and the conveyed coolant flow is shown in FIG DE 10 2015 114 783 A1 described. The commonly owned patent application describes an electric coolant pump in which an ECU is located on a side of the pump housing opposite the electric motor and is located within a donut-shaped cover or ring around the central inlet. The front side of the pump chamber, which faces the ECU, is closed off by a pump cover made of a material with high thermal conductivity, which is intended to enable improved heat exchange between the coolant in the pump chamber and the ECU. It is intended to manufacture the pump cover as a solid, milled aluminum part, which has better thermal conductivity than a cast alloy for a volute casing.

Die Patentanmeldung DE 10 2018 104 015 A1 derselben Anmelderin beschreibt eine Kühlmittelpumpe mit einer optimierten Lageranordnung und einem verbesserten Wärmehaushalt. Ein kühlmittelgeschmiertes Gleitlager ist in einem Trägerflansch aufgenommen. Ein zylindrischer Teil des Trägerflansches erstreckt sich zu einem Elektromotor und ein flanschförmiger Trennabschnitt erstreckt sich radial zu einer Umfangswand eines Motorgehäuses. In einer Motorkammer ist eine ringförmige Steuereinheit angeordnet, wobei eine Wärmeableitung für die Steuereinheit über den Trägerflansch vorgesehen ist. Um die Kräfte des Wellenlagers aufnehmen zu können, ist es erforderlich, den Trägerflansch entsprechend massiv zu dimensionieren.The patent application DE 10 2018 104 015 A1 by the same applicant describes a coolant pump with an optimized bearing arrangement and an improved heat balance. A coolant-lubricated slide bearing is accommodated in a carrier flange. A cylindrical part of the carrier flange extends to an electric motor and a flange-shaped separating section extends radially to a peripheral wall of a motor housing. An annular control unit is arranged in a motor chamber, with heat dissipation being provided for the control unit via the support flange. In order to be able to absorb the forces of the shaft bearing, it is necessary to dimension the carrier flange correspondingly massive.

Die japanische Patentanmeldung JP 2017 110 593 A beschreibt eine elektrische Umwälzpumpe mit einer Motorkammer und einer Pumpenkammer, die durch eine metallische Trennwand des Gehäuses voneinander getrennt sind. Im Bereich des Spiralgehäuses ist auf der Seite der Motorkammer eine Elektronikplatine an der Trennwand angeordnet, die mittels eines Wärmeüberträgers Abwärme hin zu dem Fördermedium übertragen kann.The Japanese patent application JP 2017 110 593 A describes an electric circulation pump with a motor chamber and a Pump chambers, which are separated from one another by a metallic partition wall of the housing. In the area of the spiral housing on the side of the motor chamber, an electronic circuit board is arranged on the partition, which can transfer waste heat to the conveying medium by means of a heat exchanger.

Die Veröffentlichungsschrift DE 11 2013 003 549 T5 beschreibt eine elektrische Spaltrohrwasserpumpe mit einem Nassläufermotor. Eine so bezeichnete Nassbüchse bzw. ein Spalttopf trennt einen fluidführenden Bereich, in dem der Rotor angeordnet ist, von dem Stator ab. Ein so bezeichneter elektronischer Donut, das heißt eine Steuerungselektronik auf einer ringförmigen Leiterplatte, ist direkt neben dem Stator angeordnet und ist folglich dessen Abwärme ausgesetzt. Die ringförmige Leiterplatte ist jedoch um das Pumpenlaufrad herum angeordnet und wird durch die Nassbüchse bzw. das Spaltrohr gekühlt. Das Spaltrohr verläuft durch den Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator. Derartige Spaltrohre werden im Allgemeinen möglichst dünn ausgestaltet, um eine Herabsetzung der elektromotorischen Effizienz am Luftspalt so gering wie möglich zu halten. Denn der Einsatz des Spaltrohrs bedingt eine Vergrößerung des Luftspalts und das im Luftspalt befindliche Material stellt eine Beeinträchtigung des magnetischen Flusses zwischen den Feldspulen des Stators und dem Rotor dar. Eine weitere Herabsetzung der Effizienz entsteht durch Planschverluste des Rotors, der sich im Fluid bewegt. Neben der schlechteren Effizienz weisen Nassläufermotoren den Kostennachteil auf, dass der Rotor und der Stator auf die Geometrie des Spalttopfs, d.h. auf die Geometrie eines Pumpenmodells individuell zugeschnitten gefertigt werden müssen, und nicht als standardisierte Einheit wie ein trockenlaufender Elektromotor günstig bezogen werden können.The publication font DE 11 2013 003 549 T5 describes an electric canned water pump with a wet rotor motor. A so-called wet liner or a containment can separates a fluid-carrying area, in which the rotor is arranged, from the stator. A so-called electronic donut, i.e. control electronics on a ring-shaped printed circuit board, is arranged directly next to the stator and is consequently exposed to its waste heat. However, the ring-shaped printed circuit board is arranged around the pump impeller and is cooled by the wet sleeve or the can. The can runs through the air gap between the rotor and the stator. Such cans are generally made as thin as possible in order to keep a reduction in the electromotive efficiency at the air gap as low as possible. The use of the can causes an enlargement of the air gap and the material in the air gap represents an impairment of the magnetic flux between the field coils of the stator and the rotor. A further reduction in efficiency is caused by splashing losses of the rotor, which moves in the fluid. In addition to the poorer efficiency, wet-rotor motors have the cost disadvantage that the rotor and the stator have to be individually tailored to the geometry of the containment shell, i.e. the geometry of a pump model, and cannot be obtained cheaply as a standardized unit like a dry-running electric motor.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen alternativen Aufbau für eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einem trockenlaufenden Elektromotor zu schaffen, der eine verbesserte Temperaturführung einer Leistungselektronik bereitstellt.One object of the present invention is to create an alternative structure for an electric coolant pump with a dry-running electric motor which provides improved temperature control of power electronics.

Die Aufgabe wird durch eine elektrische Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.The object is achieved by an electric coolant pump with the features of main claim 1.

Die elektrische Kühlmittelpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass ein Antriebsgehäuse einen zentralen Lageraufnahmeabschnitt aufweist, in dem ein Wellenlager aufgenommen ist; und ferner eine zu dem Antriebsgehäuse separate Wärmeableitwand bereitgestellt ist, die den Elektromotor von dem Pumpengehäuse abgrenzt, und in einem thermischen Kontakt mit der Leistungselektronik steht. Die Wärmeableitwand liegt zu einer offenen Querschnittsfläche der Pumpenkammer und einer offenen Querschnittsfläche des Spiralgehäuseabschnitts frei. Insbesondere weist die Wärmeableitwand eine geringere flächenbezogene Wärmespeicherkapazität als der Lageraufnahmeabschnitt, der Spiralgehäuseabschnitt und die Flanschabschnitte auf.The electrical coolant pump is characterized in that a drive housing has a central bearing receiving section in which a shaft bearing is received; and a separate heat dissipation wall from the drive housing is also provided, which separates the electric motor from the pump housing and is in thermal contact with the power electronics. The heat dissipation wall is exposed to an open cross-sectional area of the pump chamber and an open cross-sectional area of the volute casing section. In particular, the heat dissipation wall has a lower surface-related heat storage capacity than the bearing receiving section, the spiral housing section and the flange sections.

Die Erfindung sieht erstmals eine separate Wand zur Abgrenzung eines flüssigkeitsführenden Bereichs vor, durch welche eine Welle eines trockenlaufenden Antriebs hindurchtritt, und die weder als integraler Bestandteil des Antriebsgehäuses oder des Pumpengehäuses ausgebildet ist, noch eine tragende Funktion in der Gehäusekonstruktion erfüllt. Dabei sieht die Erfindung ferner erstmals in einem Querschnitt des Pumpenlaufrads eine separate Wand zur Abgrenzung der Pumpenkammer vor, die eine geringere flächenbezogene Wärmespeicherkapazität als angrenzende Gehäuseabschnitte aufweist.The invention provides for the first time a separate wall to delimit a liquid-carrying area, through which a shaft of a dry-running drive passes, and which is neither an integral part of the drive housing or the pump housing, nor fulfills a load-bearing function in the housing construction. The invention further provides for the first time in a cross section of the pump impeller a separate wall for delimiting the pump chamber, which wall has a lower surface-related heat storage capacity than adjoining housing sections.

In der allgemeinsten Form der Erfindung folgt der Aufbau des Pumpengehäuses nicht einem üblichen Konstruktionsansatz, der eine Integration von Elementen zur Erzielung einer geringeren Anzahl von Bauteilen und Abdichtungen vorsieht. Stattdessen folgt der Aufbau des Pumpengehäuses einem Ansatz, einzelnen Elementen oder Abschnitten des Gehäuses eine Funktion zuzuweisen, und diese aus einer herkömmlichen Konstruktion ggf. herausgelöst, mit einer auf die zugewiesene Funktion optimierten Beschaffenheit auszugestalten.In the most general form of the invention, the structure of the pump housing does not follow a common design approach which provides for an integration of elements to achieve a smaller number of components and seals. Instead, the structure of the pump housing follows an approach of assigning a function to individual elements or sections of the housing and, if necessary, removing them from a conventional design and designing them with a quality optimized for the assigned function.

Ferner besteht im Hinblick auf eine thermische Optimierung einer Gehäusekonstruktion für elektrische Antriebskomponenten die allgemeine Erkenntnis, dass eine verbesserte Wärmeableitung aus dem elektrischen Antrieb durch eine möglichst gute spezifische Wärmeleitfähigkeit (λ = m/K) eines Gehäusematerials erzielbar ist. Diese Eigenschaft ist beispielsweise anhand von Kühlkörpern aus Aluminium bekannt. Nach dieser allgemeinen Erkenntnis genügt es, tragende Elemente massiv, d.h. insbesondere ohne isolierende Hohlräume auszubilden und aus Aluminium oder einer Aluminiumdruckgusslegierung zu fertigen.Furthermore, with regard to thermal optimization of a housing construction for electrical drive components, there is the general knowledge that improved heat dissipation from the electrical drive can be achieved through the best possible specific thermal conductivity (λ = m / K) of a housing material. This property is known, for example, from aluminum heat sinks. According to this general knowledge, it is sufficient to design solid load-bearing elements, i.e. in particular without insulating cavities, and to manufacture them from aluminum or an aluminum die-cast alloy.

In dem Fall eines Förderstroms, der in der Regel einen sehr großen Massestrom mit einer hohen Wärmespeicherungszahl s [kJ/m³ K] zur Wärmeabfuhr sowie eine Konvektion zur Wärmeaufnahme an einer Grenzfläche bereitstellt, kommen jedoch weitere Faktoren zum Tragen.In the case of a delivery flow, which usually provides a very large mass flow with a high heat storage number s [kJ / m ³ K] for heat removal and convection for heat absorption at an interface, further factors come into play.

Der Erfindung liegt abweichend hierzu die Erkenntnis zugrunde, dass eine verbesserte dynamische Wärmeableitung bei Betriebszuständen von zunehmender elektrischer Leistung insbesondere durch einen geringeren thermischen Widerstand in einer Wärmeleitungsstrecke zwischen der Wärmequelle und dem Förderstrom in einem Gehäuse erzielbar ist. Ein solcher thermischer Widerstand hängt nicht nur von einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Materials ab, sondern auch von einer flächenbezogenen Wärmespeicherkapazität (x = c/A) des Gehäuses, die sich auf eine spezifische Wärmespeicherkapazität c [kJ/kg K] der Gehäusemasse innerhalb einer Wärmeleitungsstrecke bezogen auf eine Querschnittsfläche A eines Wärmestroms bezieht. Solange eine ausreichende Wärmeaufnahme und Wärmeabfuhr in Form des Massestroms auf einer Seite bereitgestellt ist, stellen Wärmespeicherkapazitäten des Gehäuses innerhalb der Wärmeleitungsstrecke eine Trägheit als Komponente des thermischen Widerstands, d.h. eine verzögernde Zwischenspeicherung in einem dynamischen Wärmestrom dar.In contrast to this, the invention is based on the knowledge that improved dynamic heat dissipation can be achieved in operating states of increasing electrical power, in particular through a lower thermal resistance in a heat conduction path between the heat source and the conveying flow in a housing. Such a thermal resistance does not only depend on a specific thermal conductivity of the Material, but also from an area-related heat storage capacity (x = c / A) of the housing, which relates to a specific heat storage capacity c [kJ / kg K] of the housing mass within a heat conduction path based on a cross-sectional area A of a heat flow. As long as sufficient heat absorption and heat dissipation is provided in the form of the mass flow on one side, heat storage capacities of the housing within the heat conduction path represent inertia as a component of the thermal resistance, i.e. delaying intermediate storage in a dynamic heat flow.

Gehäuse werden in der Regel als Gussteile hergestellt, deren komplexe Formgebung verschiedene Elemente und Punkte zur Abgrenzung, Aufnahme, Befestigung usw. in einem integralen Körper verbindet. In Bezug auf Pumpen können hierdurch Bauteile und Dichtungsstellen eingespart werden. Gehäusewände, die zur Abgrenzung eines flüssigkeitsführenden Bereichs einer Pumpe dienen und einen Durchbruch für eine Welle aufweisen, sind aufgrund der gießtechnischen Fertigung stets massiv ausgeführt und weisen funktionale Formabschnitte zur Befestigung oder Aufnahme einer Dichtung oder eines Lagers oder einer sonstigen tragenden Funktion auf. Ferner bestehen diese Gehäusewände herkömmlicherweise aus demselben Material wie umliegende Gehäusewände mit einer anderen Funktion.Housings are usually manufactured as cast parts, the complex shape of which combines various elements and points for delimitation, accommodation, fastening, etc. in an integral body. With regard to pumps, this saves components and sealing points. Housing walls, which are used to delimit a liquid-carrying area of a pump and have a breakthrough for a shaft, are always made solid due to the casting technology and have functional shaped sections for fastening or receiving a seal or a bearing or other supporting function. Furthermore, these housing walls are conventionally made of the same material as surrounding housing walls with a different function.

Erfindungsgemäß ist das Gehäuse in separate Abschnitte aufgeteilt. Das Antriebsgehäuse übernimmt die tragenden Funktionen zur Aufnahme des Elektromotors und zur Fixierung der Welle. Die separat ausgebildete Wärmeableitwand übernimmt die Funktion einer Abgrenzung zwischen dem flüssigkeitsführenden Bereich im Pumpengehäuse und dem Antriebsgehäuse. Dadurch liegt zwar ein Bauteil vor, das eine zusätzliche Abdichtung um einen Wellendurchbruch herum erfordert. Allerdings ist es dadurch möglich, die Wärmeableitwand einer gießtechnischen Fertigung zu entziehen und mit eigenen Eigenschaften auszustatten. Erfindungsgemäß ist eine abweichende Beschaffenheit der Wärmeableitwand im Unterschied zu den übrigen angrenzenden Gehäuseabschnitten dahingehend ausgelegt, dass sie eine geringere flächenspezifische Wärmspeicherkapazität (x = c/A) aufweist. Die herabgesetzte Wärmespeicherkapazität gewährleistet einer Wärmequelle, die mit der Wärmeableitwand in einem thermischen Kontakt steht, eine schnellere Wärmeableitung.According to the invention, the housing is divided into separate sections. The drive housing takes on the load-bearing functions for accommodating the electric motor and for fixing the shaft. The separately designed heat dissipation wall takes on the function of a delimitation between the liquid-carrying area in the pump housing and the drive housing. As a result, there is indeed a component that requires an additional seal around a shaft opening. However, this makes it possible to withdraw the heat dissipation wall from a casting process and to equip it with its own properties. According to the invention, a different nature of the heat dissipation wall, in contrast to the other adjacent housing sections, is designed in such a way that it has a lower area-specific heat storage capacity (x = c / A). The reduced heat storage capacity ensures a heat source that is in thermal contact with the heat dissipation wall, a faster heat dissipation.

Die Erfindung sieht ferner vor, als Wärmequelle seitens des elektrischen Antriebs die Leistungselektronik für einen bürstenlosen Elektromotor, die Feldeffekttransistoren und Kondensatoren mit einer hohen Leistungsaufnahme umfasst, mit der Wärmeableitwand in einen thermischen Kontakt zu setzen. Somit wird eine schnellere Wärmeableitung von dynamischen Wärmeströmen aus Verlustleistung der Leistungselektronik bereitgestellt, sodass bei ansteigenden Belastungszuständen eine Abwärme weniger seitens des Gehäuses zwischengespeichert, sondern vielmehr eine möglichst unmittelbare Wärmeaufnahme und Wärmeabfuhr durch den Förderstrom erfolgen kann.The invention also provides for the power electronics for a brushless electric motor, which comprises field effect transistors and capacitors with a high power consumption, to be in thermal contact with the heat dissipation wall as a heat source on the part of the electric drive. This provides faster heat dissipation of dynamic heat flows from the power dissipation of the power electronics, so that with increasing load conditions, waste heat is less temporarily stored on the part of the housing, but rather heat can be absorbed and dissipated as directly as possible through the delivery flow.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Advantageous further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Wärmeableitwand eine geringere Wandstärke als der Lageraufnahmeabschnitt, der Spiralgehäuseabschnitt und die Flanschabschnitte aufweisen. Eine geringere Wandstärke ist der einfachste Weg, um eine Länge der Wärmeableitungsstrecke zu verkürzen, d.h. eine flächenbezogene Masse und somit auch eine flächenbezogene Wärmespeicherkapazität der Wärmeableitwand innerhalb einer Wärmeleitungsstrecke zu verringern.According to one aspect of the invention, the heat dissipating wall can have a smaller wall thickness than the bearing receiving section, the spiral housing section and the flange sections. A smaller wall thickness is the easiest way to shorten the length of the heat dissipation section, i.e. to reduce the area-related mass and thus also the area-related heat storage capacity of the heat dissipation wall within a heat conduction section.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Wärmeableitwand als ein Metallblech mit einer Wandstärke von 0,2 bis 1,5 mm ausgebildet sein. Nach den herkömmlichen Erwartungen an die Konstruktion einer Gehäusewand zur Abgrenzung einer Druckseite einer Pumpe über einen gesamten Querschnitts eines Pumpengehäuses wäre ein derart dünnes Metallblech ungeeignet, insbesondere in dem vorliegenden Fall einer ebenen Erstreckung ohne versteifende Strukturen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Antriebsgehäuses, an dem ein Flanschabschnitt und ein darin zentral angeordneter Lageraufnahmeabschnitt mit tragender Funktion ausgebildet sind, ermöglicht erst konstruktiv den Einsatz eines derart dünn ausgeführten Metallblechs. Die dünne Ausführung der Wandstärke erweitert eine geeignete Materialauswahl auch auf Metalle, die eine geringere spezifische Wärmeleitfähigkeit als Aluminium aufweisen. So kann beispielsweise anstelle eines Aluminiumbleches auch ein rostfreies oder gegen Korrosion geschütztes Stahlblech eingesetzt werden, welches aufgrund der geringen Wandstärke noch immer eine geringere flächenbezogene Wärmespeicherkapazität aufweist als eine vergleichsweise massive Gehäusewand aus einer Aluminiumgusslegierung oder als ein gefrästes Aluminiumteil.According to one aspect of the invention, the heat dissipation wall can be designed as a metal sheet with a wall thickness of 0.2 to 1.5 mm. According to the conventional expectations of the construction of a housing wall to delimit a pressure side of a pump over an entire cross section of a pump housing, such a thin metal sheet would be unsuitable, especially in the present case of a flat extension without stiffening structures. The design of the drive housing according to the invention, on which a flange section and a bearing receiving section arranged centrally therein with a load-bearing function are formed, only enables the use of such a thin metal sheet from a structural point of view. The thin design of the wall thickness extends a suitable choice of materials to metals that have a lower specific thermal conductivity than aluminum. For example, instead of an aluminum sheet, a stainless steel sheet or steel sheet that is protected against corrosion can be used, which due to the small wall thickness still has a lower area-related heat storage capacity than a comparatively solid housing wall made of a cast aluminum alloy or as a milled aluminum part.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann sich die Wärmeableitwand in einem axialen Bereich zwischen dem Flanschabschnitt des Pumpengehäuses und dem Flanschabschnitt des Antriebsgehäuses im Wesentlichen eben erstrecken. Eine ebene Erstreckung ohne versteifende Strukturen wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Antriebsgehäuses, an dem ein Flanschabschnitt und ein darin zentral angeordneter Lageraufnahmeabschnitt mit tragender Funktion ausgebildet sind, konstruktiv ermöglicht. Eine ebene Wärmeableitwand enthält keine Strömungshindernisse seitens des Spiralgehäuses sowie der rückwärtigen Pumpenkammer hinter dem Pumpenlaufrad.According to one aspect of the invention, the heat dissipating wall can extend essentially flat in an axial region between the flange section of the pump housing and the flange section of the drive housing. A planar extension without stiffening structures is structurally made possible by the design of the drive housing according to the invention, on which a flange section and a bearing receiving section with a load-bearing function arranged centrally therein are formed. Contains a flat heat sink no flow obstacles on the part of the volute casing or the rear pump chamber behind the pump impeller.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Wärmeableitwand in einer Flanschebene zwischen dem Flanschabschnitt des Pumpengehäuses und dem Flanschabschnitt des Antriebsgehäuses fixiert sein. Durch diese Ausgestaltung wird eine außenliegende Fixierung und Abdichtung der Wärmeableitwand durch Nutzung bestehender Befestigungsstrukturen konstruktiv vereinfacht.According to one aspect of the invention, the heat dissipating wall can be fixed in a flange plane between the flange section of the pump housing and the flange section of the drive housing. With this configuration, an external fixing and sealing of the heat dissipating wall is structurally simplified by using existing fastening structures.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Wärmeableitwand mit einer Fläche einer Rückseite einer Leiterplatte der Leistungselektronik in einem direkten thermischen Kontakt stehen. Diese Ausgestaltung stellt eine flächenoptimierte thermische Anbindung der Leistungselektronik dar. Hierzu kann beispielsweise Wärmleitpaste zur Unterstützung eines vollflächigen Kontakts bei der Montage aufgebracht werden.According to one aspect of the invention, the heat dissipation wall can be in direct thermal contact with a surface of a rear side of a circuit board of the power electronics. This configuration represents an area-optimized thermal connection of the power electronics. For this purpose, for example, thermal paste can be applied to support full-area contact during assembly.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann an einer Rückseite einer Leiterplatte wenigstens eine metallisierte Fläche angeordnet sein, durch die ein thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitwand und der Rückseite der Leiterplatte bereitgestellt ist. Diese Ausgestaltung stellt seitens der Leistungselektronik ein Mittel mit optimierter Wärmeleitfähigkeit zur thermischen Anbindung der Leiterplatte dar.According to one aspect of the invention, at least one metallized surface can be arranged on a rear side of a printed circuit board, through which a thermal contact is provided between the heat dissipation wall and the rear side of the printed circuit board. On the part of the power electronics, this configuration represents a means with optimized thermal conductivity for the thermal connection of the circuit board.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann in einer Leiterplatte der Leistungselektronik wenigstens eine metallisierte Bohrung angeordnet sein, die sich von einer Rückseite durch die Leiterplatte zu einer Bestückungsseite erstreckt, wodurch über die wenigstens eine metallisierte Bohrung ein thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitwand und einem elektrischen Bauteil der Leistungselektronik bereitgestellt ist. Diese Ausgestaltung stellt seitens der Leistungselektronik ein Mittel mit optimierter Wärmeleitfähigkeit dar, durch das eine thermische Anbindung eines Transistors, eines Kondensators, o.ä. auf der Bestückungsseite der Leiterplatte, die der Wärmeableitwand gegenüberliegt, hergestellt wird.According to one aspect of the invention, at least one metallized hole can be arranged in a circuit board of the power electronics, which extends from a rear side through the circuit board to a component side, whereby a thermal contact between the heat dissipation wall and an electrical component of the power electronics via the at least one metallized hole is provided. On the part of the power electronics, this embodiment represents a means with optimized thermal conductivity, by means of which a thermal connection of a transistor, a capacitor, or the like is established on the component side of the printed circuit board that is opposite the heat dissipation wall.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann in einer Leiterplatte der Leistungselektronik wenigstens eine Öffnung angeordnet sein, und sich ein metallisches Bauteil von einer Rückseite durch die Öffnung zu einer Bestückungsseite der Leiterplatte erstrecken, wodurch über das metallische Bauteil ein thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitwand und einem elektrischen Bauteil der Leistungselektronik bereitgestellt ist. Diese Ausgestaltung stellt ein Mittel mit optimierter Wärmeleitfähigkeit dar, durch das eine thermische Anbindung eines Transistors, eines Kondensators, o.ä. auf der Bestückungsseite der Leiterplatte, die der Wärmeableitwand gegenüberliegt, hergestellt wird.According to one aspect of the invention, at least one opening can be arranged in a circuit board of the power electronics, and a metallic component can extend from a rear side through the opening to an assembly side of the circuit board, whereby thermal contact between the heat dissipation wall and an electrical component via the metallic component the power electronics is provided. This embodiment represents a means with optimized thermal conductivity, by means of which a thermal connection of a transistor, a capacitor, or the like is established on the component side of the printed circuit board that is opposite the heat dissipation wall.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Wärmeableitwand ausgeprägte Abschnitte aufweisen, die mit einer Rückseite einer Leiterplatte der Leistungselektronik in einem thermischen Kontakt stehen. Diese Variante sieht erstmals seitens der Wärmeableitwand Ausgestaltungen derselben vor, die abschnittsweise, z.B. in Bereichen von Transistors, eines Kondensators, o.ä. eine direkte thermische Anbindung der Leiterplatte an die Wärmeableitwand herstellen.According to one aspect of the invention, the heat dissipation wall can have pronounced sections which are in thermal contact with a rear side of a printed circuit board of the power electronics. This variant provides for the first time on the part of the heat dissipation wall designs of the same, which create a direct thermal connection of the circuit board to the heat dissipation wall in sections, e.g. in areas of transistors, a capacitor, or the like.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Wärmeableitwand einen ausgeprägten Abschnitt aufweisen und in einer Leiterplatte der Leistungselektronik eine Öffnung angeordnet sein, wobei sich der ausgeprägte Abschnitt von einer Rückseite der Leiterplatte durch die Öffnung zu einer Bestückungsseite der Leiterplatte hindurch erstreckt, wodurch ein direkter thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitwand und einem elektrischen Bauteil der Leistungselektronik bereitgestellt ist. Diese bevorzugte Variante sieht erstmals seitens der Wärmeableitwand eine Ausgestaltung derselben vor, die durch die Leiterplatte hindurch greift, und somit eine direkte thermische Anbindung eines Transistors, eines Kondensators, o.ä. an die Wärmeableitwand herstellt.According to one aspect of the invention, the heat dissipation wall can have a pronounced section and an opening can be arranged in a circuit board of the power electronics, the pronounced section extending from a rear side of the circuit board through the opening to a component side of the circuit board, whereby a direct thermal contact between the heat dissipation wall and an electrical component of the power electronics is provided. This preferred variant provides, for the first time, a configuration of the heat dissipation wall that extends through the printed circuit board and thus creates a direct thermal connection of a transistor, capacitor, or the like to the heat dissipation wall.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 einen Querschnitt durch einen Aufbau einer elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine perspektivische Draufsicht auf die Wärmeableitwand in einem Montagezustand der elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
3 eine perspektivische Draufsicht auf die Leiterplatte in einem Montagezustand der elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß der Ausführungsform der Erfindung; und
4 eine perspektivische Draufsicht in das Antriebsgehäuse mit einem montierten Elektromotor der elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß der Ausführungsform der Erfindung.

An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. In the drawing show:

1 a cross section through a structure of an electric coolant pump according to an embodiment of the invention;
2 a perspective top view of the heat dissipation wall in an assembly state of the electric coolant pump according to the embodiment of the invention;
3 a perspective top view of the circuit board in an assembly state of the electric coolant pump according to the embodiment of the invention; and
4th a perspective top view into the drive housing with a mounted electric motor of the electric coolant pump according to the embodiment of the invention.

1 zeigt einen Querschnitt durch den Aufbau einer elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der in 1 gezeigte Aufbau der elektrischen Kühlmittelpumpe ist im Wesentlichen in eine Pumpenbaugruppe und eine Antriebsbaugruppe aufgeteilt, die in einer Flanschebene verbunden sind. Auf der rechts dargestellten Seite ist ein Pumpengehäuse 1 angeordnet, das als ein Gussformteil gefertigt ist und mehrere Abschnitte integral umfasst. So umfasst das Pumpengehäuse 1 eine Pumpenkammer 10, in der ein Pumpenlaufrad 4 drehbar aufgenommen ist, und einen Spiralgehäuseabschnitt 14, der die Pumpenkammer 10 zu einem radialen Austrittsbereich des Pumpenlaufrads 4 umgibt. Der Spiralgehäuseabschnitt 14 bildet einen Kanal, der einen radial beschleunigten Förderstrom zu einem, in dem dargestellten Querschnitt nicht sichtbaren Auslass führt. Ein Einlass 11 des Pumpengehäuses 1 ist als ein Stutzen ausgebildet, der den Förderstrom zentral auf das Pumpenlaufrad 4 zuführt. Das Pumpengehäuse 1 weist zu einer Rückseite der Pumpenkammer 10 und des Spiralgehäuses 14, d.h. in Strömungsrichtung hinter dem Pumpenlaufrad 4, eine offene Seite auf, die über einen gesamten Querschnitt eines fluidführenden Bereichs geöffnet ist. Eine geöffnete Querschnittsfläche an der offenen Seite des Pumpengehäuses 1 ist von einem Flanschabschnitt 12 umgeben. Der Flanschabschnitt 12 dient zur gegenseitigen Befestigung der Pumpenbaugruppe und der Antriebsbaugruppe und weist entsprechende Mittel, wie Bohrungen und Gewinde für eine lösbare Schraubverbindung auf. 1 shows a cross section through the structure of an electric coolant pump according to an embodiment of the invention. The in 1 The structure of the electric coolant pump shown is essentially divided into a pump assembly and a drive assembly, which are connected in a flange plane. On the side shown on the right is a pump housing 1 arranged, which is manufactured as a molded part and several sections integrally included. So includes the pump housing 1 a pump chamber 10 , in which a pump impeller 4th is rotatably received, and a scroll housing portion 14th that is the pump chamber 10 to a radial outlet area of the pump impeller 4th surrounds. The volute section 14th forms a channel which leads a radially accelerated delivery flow to an outlet not visible in the cross section shown. One inlet 11 of the pump housing 1 is designed as a nozzle that directs the delivery flow centrally to the pump impeller 4th feeds. The pump housing 1 faces a rear side of the pump chamber 10 and the volute 14th , ie downstream of the pump impeller in the direction of flow 4th , an open side which is open over an entire cross section of a fluid-carrying area. An open cross-sectional area on the open side of the pump housing 1 is from a flange portion 12th surround. The flange section 12th serves for the mutual fastening of the pump assembly and the drive assembly and has corresponding means, such as bores and threads for a detachable screw connection.

Auf der links dargestellten Seite ist ein Antriebsgehäuse 2 angeordnet. Das Antriebsgehäuse 2 umfasst eine Gehäusewand 23, die einen Elektromotor 3 umschließt. Hierzu ist in der Gehäusewand 23 eine Aufnahme für einen Stator des Elektromotors 3 ausgebildet. Der Elektromotor 3 ist durch eine offene Rückseite des Antriebsgehäuses 2 axial eingeführt. Die offene Rückseite ist durch einen Motordeckel 7 verschlossen. Der Motordeckel 7 ist aus einem Metallblech hergestellt und ist mittels Umformung eines Bördelrands fixiert, der in einen Hinterschnitt eingreift, der an einer Außenseite der Gehäusewand 23 umlaufend ausgebildet ist. Zwischen dem Motordeckel 7 und einer axialen Endfläche der Gehäusewand 23 ist eine Dichtung 72 angeordnet.On the side shown on the left is a drive housing 2 arranged. The drive housing 2 comprises a housing wall 23 who have favourited an electric motor 3 encloses. This is in the housing wall 23 a receptacle for a stator of the electric motor 3 educated. The electric motor 3 is through an open rear of the drive housing 2 axially inserted. The open back is through an engine cover 7th locked. The engine cover 7th is made from sheet metal and is fixed by deforming a flange which engages in an undercut on the outside of the housing wall 23 is designed circumferentially. Between the engine cover 7th and an axial end surface of the housing wall 23 is a seal 72 arranged.

In dem Antriebsgehäuse 2 ist ein zentraler Lageraufnahmeabschnitt 25 bereitgestellt, der über radiale Gehäusestege 22 mit der äußeren Gehäusewand 23 verbunden ist. In dem zentralen Lageraufnahmeabschnitt 25 ist ein Wellenlager 52 eingepresst, das zumindest zur radialen Lagerung einer Welle 5 dient und als Wälzlager, als Gleitlager oder gleichen ausgeführt ist. Das Wellenlager 52 ist mit einer nicht dargestellten Anordnung von Wellendichtungen zwischen dem Lageraufnahmeabschnitt 25 und einem Umfang der Welle 5 flüssigkeitsdicht abgedichtet. Auf einem Abschnitt der Welle 5, der zu dem Pumpengehäuse 1 gerichtet ist, ist das Pumpenlaufrad 4 drehfest fixiert. Auf einem Abschnitt der Welle 5, der zu dem Motordeckel 7 gerichtet ist, ist ein Rotor des Elektromotors 3 drehfest fixiert.In the drive housing 2 is a central bearing receiving section 25th provided, the radial housing webs 22nd with the outer housing wall 23 connected is. In the central storage section 25th is a shaft bearing 52 pressed in, at least for the radial mounting of a shaft 5 serves and is designed as a roller bearing, a plain bearing or the like. The shaft bearing 52 is with a not shown arrangement of shaft seals between the bearing receiving portion 25th and a circumference of the shaft 5 sealed liquid-tight. On a section of the shaft 5 leading to the pump housing 1 is directed, is the pump impeller 4th non-rotatably fixed. On a section of the shaft 5 that goes to the engine cover 7th is directed, is a rotor of the electric motor 3 non-rotatably fixed.

Das Antriebsgehäuse 2 weist zu dem Pumpengehäuse 1 hin eine offene Seite auf, deren geöffneter Querschnitt sich um den Lageraufnahmeabschnitt 25 herum im Wesentlichen radial zu der Gehäusewand 23 erstreckt. Außerhalb des geöffneten Querschnitts umfasst das Antriebsgehäuse 2 einen Flanschabschnitt 21. Der Flanschabschnitt 21 dient zur gegenseitigen Befestigung der Pumpenbaugruppe und der Antriebsbaugruppe und weist entsprechende Mittel wie Bohrungen für eine lösbare Schraubverbindung auf. Das Antriebsgehäuse 2 ist als Gussformteil hergestellt, das den Flanschabschnitt 21, die Gehäusewand 23, die radialen Gehäusestege 22 und den Lageraufnahmeabschnitt 25 integral ausgebildet umfasst.The drive housing 2 points to the pump housing 1 towards an open side, the open cross section of which extends around the bearing receiving section 25th around substantially radially to the housing wall 23 extends. The drive housing comprises outside the opened cross section 2 a flange portion 21 . The flange section 21 serves for the mutual fastening of the pump assembly and the drive assembly and has corresponding means such as bores for a detachable screw connection. The drive housing 2 is made as a molded part that has the flange section 21 who have favourited housing wall 23 , the radial housing webs 22nd and the bearing receiving portion 25th comprises integrally formed.

In dem geöffneten Querschnitt der offenen Seite des Antriebsgehäuses 2 ist eine Leistungselektronik 30 mit einer Leiterplatte angeordnet. Die Leistungselektronik 30 dient zur Ansteuerung von Feldspulen des Elektromotors 3 aus einer elektrischen Leistungszufuhr. Der Elektromotor 3 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einem außenliegenden Stator und einem innenliegenden, permanenterregten Rotor. Zur Bereitstellung der elektrischen Leistungszufuhr ist ein Anschlussstecker 35 im Bereich des Flanschabschnitts 21 an dem Antriebsgehäuse 2 angeordnet, der mit der Leistungselektronik 30 elektrisch verbunden ist. Auf einer Bestückungsseite der Leiterplatte, die dem Elektromotor 3 zugewandt ist, sind nicht weiter dargestellte elektrische Bauelemente angeordnet. Insbesondere sind in einem radialen Bereich, der sich mit dem Spiralgehäuseabschnitt 14 überdeckt, solche elektrischen Bauelemente angeordnet, die einen hohen elektrischen Leistungsdurchsatz haben und eine entsprechend hohe Abwärme erzeugen, wie z.B. Transistoren oder Kondensatoren.In the open cross-section of the open side of the drive housing 2 is power electronics 30th arranged with a printed circuit board. The power electronics 30th is used to control field coils of the electric motor 3 from an electrical power supply. The electric motor 3 is a brushless DC motor with an external stator and an internal, permanently excited rotor. A connector is used to provide the electrical power supply 35 in the area of the flange section 21 on the drive housing 2 arranged with the power electronics 30th is electrically connected. On a component side of the printed circuit board that supports the electric motor 3 is facing, electrical components not shown are arranged. In particular, are in a radial area that is connected to the spiral housing section 14th covered, such electrical components are arranged that have a high electrical power throughput and generate a correspondingly high waste heat, such as transistors or capacitors.

Zur Kühlung der elektrischen Bauelemente steht eine dem Pumpengehäuse 1 zugewandte Rückseite der Leiterplatte der Leistungselektronik 30 mit einer Wärmeableitwand 6 in Verbindung. Die Wärmeableitwand 6 ist durch ein Metallblech bereitgestellt, das sich durch die Flanschebene zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Antriebsgehäuse 2 erstreckt. Die Wärmeableitwand 6 grenzt den geöffneten Querschnitt der offenen Seite des Antriebsgehäuses 2 von dem fluidführenden, geöffneten Querschnitt der Pumpenkammer 10 und des Spiralgehäuseabschnitts 14 in der offenen Seite des Pumpengehäuses 1 ab. Somit ist eine trockene Kammer für die elektrischen Antriebskomponenten in dem Antriebsgehäuse 2 sichergestellt. Hierzu weist die Wärmeableitwand 6 eine Bohrung für einen Durchtritt der Welle 5 auf. Die Bohrung umschließt einen Außenumfang des Lageraufnahmeabschnitts 25.One of the pump housings is used to cool the electrical components 1 facing back of the circuit board of the power electronics 30th with a heat sink 6th in connection. The heat sink 6th is provided by a metal sheet that extends through the flange plane between the pump housing 1 and the drive housing 2 extends. The heat sink 6th delimits the open cross-section of the open side of the drive housing 2 of the fluid-carrying, open cross-section of the pump chamber 10 and the volute section 14th in the open side of the pump housing 1 away. Thus there is a dry chamber for the electric drive components in the drive housing 2 ensured. For this purpose, the heat dissipation wall 6th a hole for the shaft to pass through 5 on. The bore encloses an outer circumference of the bearing receiving section 25th .

Der Lageraufnahmeabschnitt 25 umfasst ferner einen Kragen 26, der das dünne Metallblech der Wärmeableitwand 6 gegen einen Förderdruck in dem fluidführenden Bereich der Pumpenbaugruppe abstützt. In dem Kragen 26 ist eine Ringnut eingearbeitet, in der eine Dichtung 65 zur Abdichtung zwischen dem Lageraufnahmeabschnitt 25 und der Wärmeableitwand 6 angeordnet ist. Auch in dem Flanschabschnitt 21 ist eine Nut eingearbeitet, in der eine Dichtung 62 zur Abdichtung zwischen dem Flanschabschnitt 21 und der Wärmeableitwand 6 angeordnet ist. Ebenso ist in dem Flanschabschnitt 12 des Pumpengehäuses 1 eine Nut eingearbeitet, in der eine Dichtung 61 zur Abdichtung des Flanschabschnitts 12 zu der Wärmeableitwand 6 angeordnet ist.The bearing receiving section 25th further comprises a collar 26th that is the thin metal sheet of the heat sink 6th is supported against a delivery pressure in the fluid-carrying area of the pump assembly. In the collar 26th an annular groove is incorporated into which a seal 65 for sealing between the bearing receiving section 25th and the heat sink 6th is arranged. Also in the flange section 21 a groove is incorporated into which a seal 62 for sealing between the flange section 21 and the heat sink 6th is arranged. Likewise is in the flange section 12th of the pump housing 1 incorporated a groove in which a seal 61 for sealing the flange section 12th to the heat sink 6th is arranged.

An einem Außenrand weist die Wärmeableitwand 6 Umformungsabschnitte 60 auf, die nach einer Umformung den Flanschabschnitt 21 umgreifen und somit eine formschlüssige Fügeverbindung zur eigenständigen Fixierung der Wärmeableitwand 6 an dem Antriebsgehäuse 2 ermöglichen. Die Wärmeableitwand 6 erstreckt sich insbesondere in dem flüssigkeitsführenden Bereich des Pumpengehäuses 1 im Wesentlichen flach in der Flanschebene, um Strömungshindernisse in dem Förderstrom zu vermeiden. Im Bereich des Flanschabschnitts 12 des Pumpengehäuses 1 ist in der Wärmeableitwand 6 eine Ausformung 63 ausgebildet, um Raum für Positionierungsmittel und Kontaktierungsmittel zwischen der Leistungselektronik 30 und dem Anschlussstecker 35 sowie für eine optionale rückseitige Bestückung der Leiterplatte, beispielsweise bei einer Betriebsspannung von 48 V, zu schaffen. Hierzu kann die sickenförmige Ausformung 63 auch größer bzw. breiter ausgeführt werden, als dargestellt.The heat dissipation wall has an outer edge 6th Deformation sections 60 on which, after forming, the flange section 21 embrace and thus a form-fitting joint connection for independent fixation of the heat dissipation wall 6th on the drive housing 2 enable. The heat sink 6th extends in particular in the liquid-carrying area of the pump housing 1 essentially flat in the flange plane in order to avoid flow obstacles in the conveying flow. In the area of the flange section 12th of the pump housing 1 is in the heat sink 6th a formation 63 designed to provide space for positioning means and contacting means between the power electronics 30th and the connector 35 as well as for an optional rear-side assembly of the circuit board, for example with an operating voltage of 48 V. For this purpose, the bead-like formation 63 can also be made larger or wider than shown.

2 zeigt eine Draufsicht auf die Wärmeableitwand 6 aus einer Richtung des Pumpengehäuses 1. Die Wärmeableitwand 6 ist als ein Blechstanzteil hergestellt, das im Wesentlichen einer Außenkontur des Flanschabschnitts 21 des Antriebsgehäuses 2 entspricht, um die offene Seite in der Flanschebene abzuschließen. 2 shows a plan view of the heat dissipation wall 6th from one direction of the pump housing 1 . The heat sink 6th is made as a stamped sheet metal part, which is essentially an outer contour of the flange section 21 of the drive housing 2 to close off the open side in the flange plane.

3 zeigt eine Draufsicht auf die Rückseite der Leiterplatte der Leistungselektronik 30, die sich in dieser Perspektive unterhalb der Wärmeableitwand 6 aus 2 in einer Aufnahme des Antriebsgehäuses 2 befindet. 3 shows a plan view of the rear of the power electronics circuit board 30th which, in this perspective, are below the heat dissipation wall 6th the end 2 in a receptacle in the drive housing 2 is located.

4 ist eine Draufsicht auf die offene Seite des Antriebsgehäuses 2 sowie dem geöffneten Querschnitt, der durch die Wärmeableitwand 6 abgegrenzt und durch die Dichtung 62 abgedichtet wird. Zwischen den radialen Gehäusestegen 22 sind axiale Steckverbindungen für eine gegenseitige Ausrichtung und elektrische Kontaktierung zwischen dem Elektromotor 3 und der Leistungselektronik 30 vorgesehen. Ebenso sind an einer Fassung des Anschlusssteckers 35 und in einer Mehrfachsteckverbindung Positionierungsmittel für eine Ausrichtung und eine elektrische Kontaktierung der Leistungselektronik 30 vorgesehen. 4th Figure 3 is a top plan view of the open side of the drive housing 2 as well as the open cross-section through the heat dissipation wall 6th demarcated and by the seal 62 is sealed. Between the radial housing webs 22nd are axial plug connections for mutual alignment and electrical contact between the electric motor 3 and power electronics 30th intended. Also on a socket of the connector 35 and positioning means in a multiple plug connection for alignment and electrical contacting of the power electronics 30th intended.

Die Wärmeableitwand 6 ist aus einem Metallblech mit einer Wandstärke von ca. 1,0 mm gefertigt. Im Vergleich zu den Wandabschnitten der Gussformteile, die das Antriebsgehäuse 2 oder das Pumpengehäuse 1 bilden, weist die Wärmeableitwand 6 eine erheblich geringere flächenbezogene Masse auf. Demzufolge weist die Wärmeableitwand 6, unter Berücksichtigung von thermischen Materialeigenschaften, wie einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit von geeigneten Materialien für die Wärmeableitwand 6 und dem Antriebsgehäuse 2 oder dem Pumpengehäuse 1, eine geringere flächenbezogene Wärmespeicherkapazität auf. Darüber hinaus ist eine Wärmeleitstrecke von einer thermischen Kontaktfläche zu der Leiterplatte der Leistungselektronik 30 bis zu einer Grenzfläche des flüssigkeitsführenden Bereichs kürzer. Demzufolge wird eine erfindungsgemäße, verbesserte Wärmeableitung von Abwärme der Leistungselektronik 30 zu dem Förderstrom bereitgestellt, die im Wesentlichen ohne eine Zwischenspeicherung in einem Gehäuseabschnitt abläuft.The heat sink 6th is made of sheet metal with a wall thickness of approx. 1.0 mm. Compared to the wall sections of the mold parts that make up the drive housing 2 or the pump housing 1 form, has the heat dissipation wall 6th a significantly lower area-related mass. As a result, the heat dissipation wall 6th , taking into account thermal material properties, such as a specific thermal conductivity of suitable materials for the heat dissipation wall 6th and the drive housing 2 or the pump housing 1 , a lower area-related heat storage capacity. In addition, there is a heat conduction path from a thermal contact surface to the circuit board of the power electronics 30th shorter up to a boundary surface of the liquid-carrying area. As a result, there is an improved heat dissipation of waste heat from the power electronics according to the invention 30th provided to the conveying flow, which runs essentially without intermediate storage in a housing section.

Nachfolgend werden alternative Ausführungsformen zur Ausgestaltung eines thermischen Kontakts genannt.Alternative embodiments for the configuration of a thermal contact are mentioned below.

In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung stehen die Leiterplatte der Leistungselektronik 30 und die Wärmeableitwand 6 in einem großflächigen Kontakt, der gegebenenfalls durch Wärmeleitmittel, wie einer Wärmeleitpaste, einem Wärmeleitkleber oder einem Wärmeleitpad zusätzlich sichergestellt sein kann.In the embodiment of the invention shown, the circuit board of the power electronics are located 30th and the heat sink 6th in a large-area contact, which can optionally be additionally ensured by a heat-conducting agent such as a heat-conducting paste, a heat-conducting adhesive or a heat-conducting pad.

In nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung können ferner weitere Mittel zur Unterstützung einer Wärmeableitung zwischen der Leistungselektronik 30 und der Wärmeableitwand 6, insbesondere in Bezug zu der Bestückungsseite der Leiterplatte bereitgestellt sein. Hierzu sind metallische Verbindungen zwischen der Rückseite der Leiterplatte und der Bestückungsseite der Leiterplatte in der Leistungselektronik 30 angeordnet. Die metallischen Verbindungen können in Form von einer metallisierten Bohrung, metallisierten Flächen an der Leiterplatte, oder metallischen Elementen, die eine Öffnung der Leiterplatte durchgreifen, bereitgestellt sein. Derartige metallische Verbindungen stellen einen thermischen Kontakt von der Wärmeableitwand 6, durch die Leiterplatte hindurch, zu einem elektrischen Bauelement, wie einem Transistor oder einem Kondensator her.In embodiments of the invention that are not shown, further means for supporting heat dissipation between the power electronics can also be used 30th and the heat sink 6th , in particular be provided in relation to the component side of the circuit board. For this purpose, there are metallic connections between the back of the circuit board and the component side of the circuit board in the power electronics 30th arranged. The metallic connections can be provided in the form of a metallized bore, metallized surfaces on the printed circuit board, or metallic elements which reach through an opening in the printed circuit board. Such metallic connections provide thermal contact with the heat dissipation wall 6th through the circuit board to an electrical component such as a transistor or a capacitor.

In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung, sind anstelle der metallischen Verbindungen, durch Umformung ausgeprägte Abschnitte in der Wärmeableitwand 6 ausgebildet, die zu der Leiterplatte der Leistungselektronik 30 gerichtet sind. Die umgeformten, ausgeprägten Abschnitte stellen einen thermischen Kontakt zu ausgewählten Bereichen der Leiterplatte her, in denen elektrische Bauteile mit einem hohen elektrischen Leistungsdurchsatz angeordnet sind.In a further, not shown embodiment of the invention, instead of the metallic connections, there are shaped sections in the heat dissipating wall 6th formed to the circuit board of the power electronics 30th are directed. The deformed, pronounced sections provide thermal contact selected areas of the circuit board in which electrical components with a high electrical power throughput are arranged.

In einer nicht dargestellten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein durch Umformung ausgeprägter Abschnitt in der Wärmeableitwand 6 ausgebildet, der eine Öffnung in der Leiterplatte zu der Bestückungsseite hindurch greift. Der umgeformte, ausgeprägte Abschnitt steht mit einem elektrischen Bauelement, wie einem Transistor oder einem Kondensator in Verbindung. In dieser Ausgestaltung wird ein direkter thermischer Kontakt zwischen dem elektrischen Bauelement und der Wärmeableitwand 6 hergestellt, der ohne Materialgrenzen einer dazwischen liegenden metallischen Verbindung auskommt. Somit wird in dem umgeformten Bereich des ausgeprägten Abschnitts eine erfindungsgemäß möglichst unmittelbare Wärmeableitung aus der Leistungselektronik 30 über die kurze Strecke der geringen Wandstärke der Wärmeableitwand 6 zu dem Förderstrom erzielt.In a preferred embodiment of the invention, not shown, there is a section in the heat dissipating wall which is formed by forming 6th formed, which engages through an opening in the circuit board to the component side. The deformed, stamped portion is connected to an electrical component such as a transistor or a capacitor. In this configuration, there is direct thermal contact between the electrical component and the heat dissipating wall 6th produced, which manages without material boundaries of an intermediate metallic connection. Thus, according to the invention, heat is dissipated as directly as possible from the power electronics in the deformed area of the pronounced section 30th over the short distance of the low wall thickness of the heat dissipation wall 6th achieved to the flow rate.

Es versteht sich, dass sämtliche Ausgestaltungen aus verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung untereinander austauschbar sind, d.h. in alternativen Konfigurationen miteinander kombiniert werden können, und solche alternativen Konfigurationen ebenfalls Teil dieser Offenbarung sind, solange sich eine Kombination nicht widerspricht.It goes without saying that all configurations from different embodiments of the present invention are interchangeable, i.e. can be combined with one another in alternative configurations, and such alternative configurations are also part of this disclosure, as long as a combination does not contradict one another.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: PumpengehäusePump housing
22: AntriebsgehäuseDrive housing
33: ElektromotorElectric motor
44th: PumpenlaufradPump impeller
55: Wellewave
66th: WärmeableitwandHeat baffle
77th: MotordeckelEngine cover
1010: PumpenkammerPump chamber
1111: Einlassinlet
1212th: FlanschabschnittFlange section
1414th: SpiralgehäuseabschnittVolute casing section
2121: FlanschabschnittFlange section
2222nd: GehäusestegCase bridge
2323: GehäusewandHousing wall
2525th: LageraufnahmeabschnittBearing receiving section
2626th: Kragencollar
3030th: LeistungselektronikPower electronics
3535: AnschlusssteckerConnector
5252: WellenlagerShaft bearing
6060: UmformungsabschnittDeformation section
6161: Dichtungpoetry
6262: Dichtungpoetry
6363: AusformungShaping
6565: Dichtungpoetry
7272: Dichtungpoetry

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102015114783 A1 [0007]
DE 102018104015 A1 [0008]
JP 2017110593 A [0009]
DE 112013003549 T5 [0010]

Claims

An electric coolant pump, comprising: a pump housing (1) with a spiral housing section (14) which surrounds a pump chamber (10) and leads to an outlet, and with a central inlet (11); wherein the pump housing (1) has an open side which is surrounded by a flange portion (12); a dry-running electric motor (3) which drives a pump impeller (4) in the pump chamber (10) via a shaft (5); and a drive housing (2) in which an electric motor (3) and power electronics (30) are accommodated and which has an open side which is surrounded by a flange section (21); characterized in that the drive housing (2) has a central bearing receiving section (25) in which a shaft bearing (52) is received; a heat dissipation wall (6) separate from the drive housing (2) is provided, which separates the electric motor (3) from the pump housing (1) and is in thermal contact with the power electronics (30); wherein the heat dissipation wall (6) is exposed to an open cross-sectional area of the pump chamber (10) and an open cross-sectional area of the volute casing section (14); and the heat dissipation wall (6) has a lower surface-related heat storage capacity than the bearing receiving section (25), the spiral housing section (14) and the flange sections (12, 21).

Electric coolant pump after Claim 1 , wherein the heat dissipation wall (6) has a smaller wall thickness than the bearing receiving section (25), the spiral housing section (14) and the flange sections (12, 21).

Electric coolant pump after Claim 1 or 2 , wherein the heat dissipation wall is designed as a metal sheet with a wall thickness of 0.5 to 1.5 mm.

Electric coolant pump according to one of the preceding claims, wherein the heat dissipation wall (6) extends essentially flat in an axial region between the flange section (12) of the pump housing (1) and the flange section (21) of the drive housing (2).

Electric coolant pump according to one of the preceding claims, wherein the heat dissipation wall (6) is fixed in a flange plane between the flange section (12) of the pump housing (1) and the flange section (21) of the drive housing (2).

Electric coolant pump according to one of the Claims 1 until 5 wherein the heat dissipation wall (6) is in direct thermal contact with a surface of a rear side of a circuit board of the power electronics (30).

Electric coolant pump according to one of the Claims 1 until 5 wherein at least one metallized surface is arranged on a rear side of a printed circuit board of the power electronics (30), through which a thermal contact is provided between the heat dissipation wall (6) and the rear side of the printed circuit board.

Electric coolant pump according to one of the Claims 1 until 5 At least one metallized hole is arranged in a printed circuit board of the power electronics (30) and extends from a rear side through the printed circuit board to an assembly side, whereby a thermal contact between the heat dissipation wall (6) and an electrical component via the at least one metallized hole the power electronics (30) is provided.

Electric coolant pump according to one of the Claims 1 until 5 , wherein at least one opening is arranged in a circuit board of the power electronics (30), and a metallic component extends from a rear side through the opening to a component side of the circuit board, whereby a thermal contact between the heat dissipation wall (6) and a electrical component of the power electronics (30) is provided.

Electric coolant pump according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the heat dissipation wall (6) has pronounced sections which are in thermal contact with a rear side of a printed circuit board of the power electronics (30).

Electric coolant pump according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the heat dissipation wall (6) has a pronounced section, and an opening is arranged in a circuit board of the power electronics (30), the pronounced section extending from a rear side of the circuit board through the opening to a component side of the circuit board, whereby a direct thermal contact is provided between the heat dissipation wall (6) and an electrical component of the power electronics (30).