DE102020105343A1

DE102020105343A1 - Kostenoptimierte Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: DE102020105343A1
Application number: DE102020105343.6A
Authority: DE
Inventors: Franz Pawellek; Paul Michael Ludwig
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: DE102020105343B4

Abstract

Es wird eine kostenoptimierte Kühlmittelpumpe vorgeschlagen. Die elektrische Kühlmittelpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass eine Metallblechwand (6) zur Abgrenzung eines flüssigkeitsführenden Bereichs zwischen einer offenen Seite eines Pumpengehäuses (1) und einer offenen Seite eines Antriebgehäuses (2) bereitgestellt ist; und die Metallblechwand (6) vermittels Umformung in einer Fügeverbindung mit dem Antriebsgehäuse (2) steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einer optimierten Konstruktion in Bezug auf die Fertigungskosten von Bauteilen der Kühlmittelpumpe in einer Serienfertigung.
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.
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.
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.
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 ein Gussformteil für ein Spiralgehäuse aus einer Gusslegierung aufweist.
Die genannte Pumpenkonstruktion weist jedoch in einer Produktion großer Stückzahlen den wirtschaftlichen Nachteil auf, dass die Herstellung einer solchen unkonventionellen Formgebung und Abmessung der ECU standardmäßige Formate von Leiterplatten bzw. Schaltungsplatinen ausschließt, aufwändigere Bestückungsvorgänge erfordert, mithin kostenintensiver ist. Ferner kommt hinzu, dass bei der Konfektionierung des Einlasses und des Auslasses für verschiedene Fahrzeugmodelle, insbesondere bei einer Umgestaltung der radialen Dimensionierung von Einlass, Pumpenkammer und dergleichen, stets eine Änderung und nachfolgend angepasste Fertigung eines individuellen ECU-Designs erforderlich wird. Gleiches gilt selbst dann, wenn bei verschiedenen Fahrzeugmodellen oder Verbrennungsmaschinen gleicher Leistungsklasse ansonsten gleiche Spezifikationen des elektrischen Antriebs der Kühlmittelpumpe verwendet werden könnten.
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 Antriebsgehäuses. 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. Es ist vorgesehen, den Trägerflansch als gefrästes Aluminiumteil oder aus einer Gusslegierung und einer spanabhebenden Nachbearbeitung von Passungsflächen herzustellen.
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 von den Feldspulen des Stators und den Permanentmagneten des Rotors dar. Ein 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.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen alternativen Aufbau für eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einem trockenlaufenden Elektromotor zu schaffen, der eine Kostenersparnis in Bezug auf die Materialkosten und Fertigungskosten ermöglicht.
Die Aufgabe erstreckt sich ebenso auf die Erlangung einer Kostenersparnis durch einen universellen Aufbau der Kühlmittelpumpe, der eine Beibehaltung gleichbleibender Gehäuseteile in Kombination mit unterschiedlichen elektrischen Antrieben von zumindest ähnlicher Leistungsklasse, Konfiguration oder Dimensionierung ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Erzielung eines guten Wärmeaustauschs zwischen einem Antriebsgehäuse und einem Pumpengehäuse in dem Aufbau der Kühlmittelpumpe.
Die Aufgaben werden durch eine elektrische Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Die elektrische Kühlmittelpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Metallblechwand zur Abgrenzung eines flüssigkeitsführenden Bereichs zwischen der offenen Seite des Pumpengehäuses und der offenen Seite des Antriebgehäuses bereitgestellt ist; und die Metallblechwand vermittels Umformung in einer Fügeverbindung mit dem Antriebsgehäuse steht.
Üblicherweise ist ein abgrenzender Gehäuseabschnitt, der die Welle umgibt, ein integraler Bestandteil des Antriebsgehäuses oder des Pumpengehäuses. Ferner ist ein entsprechender Gehäuseabschnitt in der Regel massiv ausgebildet, um eine tragende Funktion der Gehäusekonstruktion in Bezug auf die Wellenlagerung zu erfüllen oder eine Wellendichtung aufzunehmen.
Die Erfindung sieht hingegen erstmals als Abgrenzung eines flüssigkeitsführenden Bereichs, durch die eine Welle eines trockenlaufenden Antriebs hindurchtritt, ein Metallblech in einer Kühlmittelpumpe vor. Mit anderen Worten sieht die Erfindung erstmals eine Metallblechwand zur Abgrenzung der Pumpenkammer in einem Querschnitt des Pumpenlaufrads vor.
In der allgemeinsten Form der Erfindung folgt der Aufbau des Pumpengehäuses nicht einem üblichen Konstruktionsansatz, der eine Integration von Elementen zur Erzielung einer geringeren Gesamtzahl 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.
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 Metallblechwand 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, den entsprechenden Gehäuseabschnitt einer gießtechnischen Fertigung zu entziehen und mit einer kostengünstigeren sowie vorteilhafteren Beschaffenheit auszustatten, wie nachfolgend aufgezählt.
Die Einsparung hinsichtlich der Materialstärke der Metallblechwand im Vergleich zu einem integral ausgebildeten, massiven Gehäuseabschnitt verschafft eine Einsparung der Materialkosten und des Gewichts.
Die erfindungsgemäße Metallblechwand ist als Blechstanzteil kostengünstig herstellbar. Im Vergleich zu einem separat ausgebildeten, massiven Gehäuseabschnitt, wie einem Gehäusedeckel o.ä. entfallen bei der erfindungsgemäßen Metallblechwand hohe Kosten einer spanabhebenden Fertigung aus einem Werkstück oder einer spanabhebenden Nachbearbeitung von Passungsflächen an einem Gussformteil.
Weitere Einsparungen der Fertigungskosten verschafft die erfindungsgemäße Fixierung der Metallblechwand an dem Antriebsgehäuse durch eine Fügeverbindung, bei der eine Bereitstellung und Montage von Befestigungsmitteln, wie Schrauben oder Nieten entfällt. Die Fügeverbindung kann insbesondere in einem Bereich des Lageraufnahmeabschnitts, d.h. um eine Bohrung herum für einen Wellendurchbruch in der Metallblechwand eingebracht sein. Eine Fügeverbindung mittels Umformung stellt eine einfach zu realisierende Variante der Fügeverbindung dar, die im Vergleich zu anderen formschlüssigen Verbindungen wie Passungen, verhältnismäßig geringe Anforderungen an eine Maßhaltigkeit des Ausgangszustands der gestanzten Metallblechwand stellt. In Kombination mit einer Dichtungsanordnung wird somit bereits ohne eine Verschraubung des Antriebsgehäuses und des Pumpengehäuses eine flüssigkeitsdichte Abgrenzung des Antriebsgehäuses geschaffen.
Die Erfindung eignet sich für einen universellen Aufbau einer Kühlmittelpumpe, die bei gleichbleibenden Gehäuseteilen mit verschiedenen Antriebskomponenten ausgerüstet werden kann. Die erfindungsgemäße Metallblechwand bildet eine Abgrenzung der offenen Seite des Antriebgehäuses, d.h. sie erstreckt sich im Wesentlichen über einen geöffneten Querschnitt des Antriebgehäuses. Somit bezieht sich eine Ausgestaltung der Metallblechwand lediglich auf einen Gehäuseabschluss und steht in keinem konstruktiven Zusammenhang mit einem Rotor oder Stator eines Elektromotors, eines Pumpenlaufrads oder einer Ausgestaltung eines Spiralgehäuses bzw. eines Einlasses oder Auslasses des Pumpengehäuses. Solange die radiale Abmessung des Elektromotors in dem Antriebsgehäuse aufgenommen werden kann und der Lageraufnahmeabschnitt eine geeignete Dimensionierung aufweist, können der geöffnete Querschnitt des Antriebgehäuses und die zur Abgrenzung vorgesehene Metallblechwand als gleichbleibende Bauteile beibehalten werden.
Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Metallblechwand im Vergleich zu einem integral ausgebildeten, massiven Gussgehäuseabschnitt eine geringere flächenbezogene Wärmespeicherkapazität und eine kürzere Wärmeleitstrecke zum Förderstrom auf. Die dünnere Metallblechwand verschafft demnach eine unmittelbare, erheblich schnellere Wärmeableitung von Abwärme aus der Verlustleistung des elektrischen Antriebs in dem Antriebsgehäuse zu dem Förderstrom in der Pumpenkammer, der die Abwärme aufnimmt und abführt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann in dem Antriebsgehäuse eine Leistungselektronik des Elektromotors aufgenommen sein; und die Metallblechwand kann in einem thermischen Kontakt mit der Leistungselektronik stehen. Die Leistungselektronik für einen bürstenlosen Elektromotor umfasst Feldeffekttransistoren und Kondensatoren mit einer hohen Leistungsaufnahme und stellt ebenfalls eine Wärmequelle seitens des elektrischen Antriebs dar. Die Leistungselektronik ist zudem auch der Abwärme des Elektromotors in dem geschlossenen Antriebsgehäuse ausgesetzt. Eine Anordnung der Leistungselektronik an der Metallblechwand und ein thermischer Kontakt stellen eine schnellere Wärmeableitung von dynamischen Wärmeströmen aus Verlustleistung der Leistungselektronik sicher. Insbesondere staut sich eine Abwärme bei ansteigenden Belastungszuständen weniger in dem Antriebsgehäuse an und wird weniger in massiven Wandabschnitten des Gehäuses zwischengespeichert. Es erfolgt vielmehr eine möglichst unmittelbare Wärmeaufnahme und Wärmeabfuhr durch den Förderstrom.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Metallblechwand eine Wandstärke von 0,5 bis 1,5 mm aufweisen. Nach den herkömmlichen Erwartungen an die Konstruktion einer Gehäusewand zur Abgrenzung einer Druckseite einer Pumpe über einen gesamten Querschnitts eines Pumpengehäuses, wäre ein dünnes Metallblech nicht geeignet, insbesondere nicht 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 der Metallblechwand reduziert wiederum die Materialkosten und das Gewicht, und verbessert eine Wärmableitung sowie eine Verarbeitbarkeit bei der Umformung.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Metallblechwand mittels Umformungsabschnitten, die über einen Außenrand verteilt ausgebildet sind, mit dem Flanschabschnitt des Antriebsgehäuses in einer Fügeverbindung stehen. Die Umformungsabschnitte können in Form von Haltelaschen oder Zungen ausgebildet sein, die nach der Umformung den Flanschabschnitt umgreifen. Die umlaufendend verteilten, partiellen Formschlüsse zwischen den Umformungsabschnitten und dem Flanschabschnitt stellen an sich bereits in Kombination mit einer Dichtung eine flüssigkeitsdichte Abgrenzung des Antriebsgehäuses her. Zusätzlich fixieren die Haltelaschen die Metallblechwand, damit ein Verpressen gegen den Klebstoff der äußeren Dichtstelle gewährleistet ist und so die Montage zügig fortgesetzt werden kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Presspassung zwischen einer Bohrung der Metallblechwand und einem Umfang des Lageraufnahmeabschnitts des Antriebsgehäuses bereitgestellt sein. Mit dieser Ausgestaltung kann auf einfache Weise, zusätzlich zu der Fügeverbindung, eine weitere Fixierung und Abdichtung in einem innenliegenden Bereich der Metallblechwand geschaffen werden. Zudem wirkt eine derartige Passung als Zentrierung, d.h. sie dient zugleich als Positionierungsmittel zur Ausrichtung der Metallblechwand zu dem Antriebsgehäuse bei der Montage. Je nach Ausgestaltung des Übermaßes der Passung kann diese eine Bördelung des inneren Randes der Bohrung bewirken. Die Passung kann ebenso in einer Montageendposition der Metallblechwand eine versteifende radiale Spannung in einer im Wesentlichen ebenen Erstreckung der Metallblechwand erzeugen. Zur zusätzlichen Sicherung kann ein Verstemmen des Lageraufnahmeabschnittes erfolgen, um die Fixierung der Metallblechwand auch im Falle eines nicht vorhandenen Pressverbandes infolge unterschiedlicher thermischer Längenausdehnung unterschiedlicher Materialien zu gewährleisten.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann an dem Umfang des Lageraufnahmeabschnitts des Antriebsgehäuses ein Kragen ausgebildet sein, gegen den ein Umfangsabschnitt einer Bohrung der Metallblechwand anliegt. Diese Ausgestaltung bietet eine wirksame Abstützung der Metallblechwand um die Bohrung herum.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Metallblechwand durch eine umlaufende Umformung eines Umfangsabschnitts der Bohrung an einem axialen Ende des Lageraufnahmeabschnitts in einer Fügeverbindung mit dem Antriebsgehäuse stehen. Diese Ausgestaltung kann in Form eines Bördelrands ausgebildet sein, der nach einem Auflegen und Positionieren der Metallblechwand auf dem Antriebsgehäuse, durch ein konzentrisches Formwerkzeug um die Bohrung herum in das Blech eingebracht wird. Somit entsteht ein umlaufendend durchgängiger Formschluss zwischen dem umgeformten Blech und einer ringförmigen Stirnfläche des Lageraufnahmeabschnitts.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Metallblechwand durch partielle Umformung eines Umfangsabschnitts der Bohrung an einem axialen Ende des Lageraufnahmeabschnitts in einer Fügeverbindung mit dem Antriebsgehäuse stehen. Diese Ausgestaltung kann in Form von Verstemmungen ausgebildet sein, die nach einem Auflegen und Positionieren der Metallblechwand auf dem Antriebsgehäuse, durch ein Stempelwerkzeug um die Bohrung herum in das Blech eingebracht werden. Somit entstehen umlaufendend verteilte, punktuelle Formschlüsse zwischen dem umgeformten Blech und der ringförmigen Stirnfläche des Lageraufnahmeabschnitts.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann an dem Kragen des Lageraufnahmeabschnitts eine Nut zur Aufnahme eines Dichtungsmittels ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung stellt eine konstruktiv günstige Position für eine Abdichtung in einem innenliegenden Bereich der Metallblechwand dar. Ferner kann ein Dichtmittel bereits auf der Metallblechwand aufgetragen sein, sodass zunächst ein Bauteil aus zwei Komponenten hergestellt wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Metallblechwand in einer Flanschebene zwischen dem Flanschabschnitt des Pumpengehäuses und dem Flanschabschnitt des Antriebsgehäuses fixiert sein. Indem bestehende Befestigungsstrukturen in Form der Flanschabschnitte einbezogen werden, kann auf einfache Weise, zusätzlich zu den Fügeverbindungen, eine weitere Fixierung und Abdichtung in einem außenliegenden Bereich der Metallblechwand geschaffen werden.
So kann an dem Kragen des Lageraufnahmeabschnitts ferner eine weitere Nut bzw. eine umlaufende Rille ausgebildet sein, in welche die Metallblechwand eingreift, z.B. durch Stemmen der Metallblechwand, sodass diese in die Rille eingeformt wird. Ebenso kann eine Lagerhülse mit einem Stemmstempel verformt werden, und dabei die Metallblechwand am Lageraufnahmeabschnitt fixiert werden. Alternativ können auch an einem Kragen einer Lagerhülse axiale Rillen oder Nuten vorgesehen sein, in die entsprechende Laschen der Metallblechwand eingreifen und verstemmt werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann an dem Flanschabschnitt eine Nut zur Aufnahme eines Dichtungsmittels ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung stellt eine konstruktiv günstige Position für eine Abdichtung in einem außenliegenden Bereich der Metallblechwand dar.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Antriebsgehäuse ferner eine offene Seite zur Aufnahme des Elektromotors aufweisen, die durch einen Metallblechdeckel abgeschlossen ist; wobei auch der Metallblechdeckel vermittels Umformung in einer Fügeverbindung mit dem Antriebsgehäuse steht. Diese Ausgestaltung stellt eine konstruktive Variante für ein Gehäuseteil in Form eines Motordeckels analog zu den obengenannten vorteilhaften Aspekten der Erfindung dar. Der Metallblechdeckel kann mittels eines Bördelrands in einer Fügeverbindung mit einem Hinterschnitt an einem Umfang des Antriebsgehäuses stehen, der die offene Seite zur Aufnahme des Elektromotors umgibt. Somit können im Vergleich zu einem als Gussformteil oder einem ähnlich massiv hergestellten Gehäuseteil bzw. Motordeckel sowie für dessen Fixierung weitere Materialkosten und Fertigungskosten an einer erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe eingespart werden.
Zur Versteifung kann der Motordeckel bei der Herstellung mit einer Kontur in Form von z.B. ringförmigen Sicken vorgesehen werden.
Zur Ausrichtung der Metallblechwand können ferner optionale Spannhülsen bzw. Zentrierbuchsen verwendet werden.
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 in das Antriebsgehäuse mit einem montierten Elektromotor der elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß der Ausführungsform der Erfindung; und
3 eine perspektivische Draufsicht auf die Metallblechwand in einem Montagezustand der elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß der Ausführungsform der Erfindung.

Zunächst wird ein Aufbau einer elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Blick auf 1 beschrieben.
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.
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. Die zweite offene Seite ist durch einen Metallblechdeckel 7 verschlossen. Der Metallblechdeckel 7 ist aus einem Metallblech hergestellt und ist mittels Umformung eines Bördelrands fixiert, der in einen Hinterschnitt einer Nut 27 eingreift, die an einer Außenseite der Gehäusewand 23 umlaufend ausgebildet ist. Zwischen dem Metallblechdeckel 7 und einer axialen Endfläche der Gehäusewand 23 ist eine Dichtung 72 angeordnet.
Der Elektromotor 3 ist durch eine zweite offene Seite an einem axialen Ende des Antriebsgehäuses 2 eingeführt. Der Elektromotor 3 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einem außenliegenden Stator und einem innenliegenden, permanenterregten Rotor. Eine Leistungselektronik 30 dient zur Ansteuerung von Feldspulen des Elektromotors 3 aus einer elektrischen Leistungszufuhr. 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.
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 Kompaktlager eingepresst, dass hier als einziges Wellenlager 52 zur radialen und axialen Lagerung einer Welle 5 beispielhaft dargestellt ist. Abweichend hierzu sind unterschiedliche Kombinationen von radialen und axialen Lagerungen der Welle 5 möglich. 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 Metallblechdeckel 7 gerichtet ist, ist ein Rotor des Elektromotors 3 drehfest fixiert.
Das Antriebsgehäuse 2 weist zu dem Pumpengehäuse 1 hin eine erste 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.
Die erste offene Seite des Pumpengehäuses 2 wird durch eine dünne Metallblechwand 6 abgeschlossen, die sich durch die Flanschebene zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Antriebsgehäuse 2 erstreckt. Somit ist eine trockene Kammer für die elektrischen Antriebskomponenten in dem Antriebsgehäuse 2 sichergestellt. Der Lageraufnahmeabschnitt 25 umfasst einen Kragen 26, der die Metallblechwand 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 Metallblechwand 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 Metallblechwand 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 Metallblechwand 6 angeordnet ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht durch die erste offene Seite des Antriebsgehäuses 2 in der Flanschebene. In dem Antriebsgehäuse 2 ist bereits der Elektromotor 3 montiert und eine spätere Position des Anschlusssteckers 35 in einer Erweiterung des Flanschabschnitts 21 abgebildet. Vorzugsweise wird der Anschlussstecker 35 jedoch erst montiert, nachdem die Leiterplatte in das Antriebsgehäuse 2 eingesetzt wurde, sodass der Anschlussstecker 35 über die Leiterplatte ausgerichtet werden kann. Darüber hinaus wurde die Welle 5 gemeinsam mit dem Wellenlager 52 montiert, indem eine abgedichtete Lagereinheit aus dem Wellenlager 52 und einer Dichtungsanordnung in den Lageraufnahmeabschnitt 25 eingepresst wurde. Die Darstellung in 2 zeigt einen Montagezustand, in dem eine nachfolgende Montage der Metallblechwand 6 erfolgen kann, sobald die in 1 gezeigte Leistungselektronik 30 eingesetzt ist.
3 zeigt einen Montagezustand, in dem die Metallblechwand 6 anhand der Umformungsabschnitte 60 eigenständig an dem Flanschabschnitt 21 des Antriebsgehäuses 2 fixiert ist, und zusammen mit den dahinterliegenden Dichtungen 65 und 62 bereits ohne Verschraubungen in der Flanschebene eine flüssigkeitsdichte Abgrenzung des Antriebsgehäuses 2 bereitstellt, sodass eine trockene Kammer für die elektrischen Antriebskomponenten sichergestellt ist. Zuvor wird die Metallblechwand 6 über den Lageraufnahmeabschnitt 25 zentriert und über eine nicht dargestellte Spannhülse gegen ein Verdrehen gesichert.
Die Metallblechwand 6 ist als ein Blechstanzsteil hergestellt, das im Wesentlichen einer Außenkontur des Flanschabschnitts 21 des Antriebsgehäuses 2 entspricht, um die erste offene Seite in der Flanschebene abzuschließen. Die Metallblechwand 6 ist aus einem rostfreien oder gegen Korrosion geschützten Metallblech mit einer Wandstärke von ca. 1,0 mm gefertigt und weist über einen Außenrand verteilte Umformungsabschnitte 60 in Form von Haltelaschen auf, die dazu ausgelegt sind, einen Rand des Flanschabschnitts 21 zu umgreifen. Eine Bohrung für einen Durchtritt der Welle 5 umschließt einen Außenumfang des Lageraufnahmeabschnitts 25.
Die Metallblechwand 6 erstreckt sich insbesondere flach in der Flanschebene, um in dem flüssigkeitsführenden Bereich des Pumpengehäuses 1 Strömungshindernisse in dem Förderstrom zu vermeiden. Im Bereich des Flanschabschnitts 12 des Pumpengehäuses 1 ist in der Metallblechwand 6 eine Ausformung 63 ausgebildet, um Raum für Positionierungsmittel und Kontaktierungsmittel zwischen der Leistungselektronik 30 und dem Anschlussstecker 35 zu schaffen.
Zur Montage der Metallblechwand 6 werden zunächst die Dichtungen 65 und 62 in einer jeweiligen Nut des Antriebsgehäuses 2 eingefügt und die Metallblechwand 6 in der Flanschebene aufgelegt. Danach wird die Metallblechwand 6 an der zentralen Bohrung für den Lageraufnahmeabschnitt 25 zentriert sowie anhand von Bohrungen für Verschraubungsverbindungen an dem Flanschabschnitt 21 ausgerichtet. Nachfolgend werden die Umformungsabschnitte 60 umgeformt, sodass die Metallblechwand 6 durch formschlüssige Fügeverbindungen über einen Außenrand verteilt, an dem Antriebsgehäuse 2 fixiert ist. Die Bohrung der Metallblechwand 6 schließt mittels einer Presspassung auf einem Außenumfang des Lageraufnahmeabschnitts 25 gemeinsam mit der dahinterliegenden Dichtung 65 dicht ab.
Nachfolgend werden alternative Ausführungsformen zur Ausgestaltung der Metallblechwand 6 genannt.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann durch ein Übermaß einer konisch gestalteten Presspassung beim Aufschieben der Metallblechwand 6 eine nach außen gerichtete Umformung des inneren Umfangs der Bohrung erzeugt werden.
In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform kann eine gezielte Umformung mittels Werkzeug im Bereich eines inneren Umfangsabschnitts der Bohrung der Metallblechwand 6 erfolgen. Bei dieser Ausgestaltung ist die Bohrung kleiner als ein Innendurchmesser des Lageraufnahmeabschnitts 25. Dadurch kann eine Fügeverbindung mittels Formschluss zwischen dem inneren Umfangsabschnitt und einer ringförmigen Stirnfläche des Lageraufnahmeabschnitts 25 aufgeprägt werden.
In einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform, die nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, kann eine entsprechende Fügeverbindung um den Lagergehäuseabschnitt 25 in Form eines Bördelrands oder dergleichen vorgesehen sein. In einer weiteren Ausgestaltung dieser Ausführungsformen können anstelle des Bördelrands lediglich punktuelle formschlüssige Verformungen, insbesondere Verstemmungen zwischen dem inneren Umfangsabschnitt und der ringförmigen Stirnfläche des Lageraufnahmeabschnitts 25 auf der Metallblechwand 6 aufgeprägt werden.
Anderenfalls kann an dem Kragen des Lageraufnahmeabschnitts ferner eine weitere Nut bzw. eine umlaufende Rille ausgebildet sein, in welche die Metallblechwand eingreift, z.B. durch Stemmen der Metallblechwand, sodass diese in die Rille eingeformt wird. Ebenso kann eine Lagerhülse mit einem Stemmstempel verformt werden, und dabei die Metallblechwand am Lageraufnahmeabschnitt fixiert werden. Alternativ können auch an einem Kragen einer Lagerhülse axiale Rillen oder Nuten vorgesehen sein, in die entsprechende Laschen der Metallblechwand eingreifen und verstemmt werden.
Unter Bereitstellung eines entsprechenden stempelartigen Umformwerkzeugs kann somit ein Montageaufwand zur Fixierung der Metallblechwand 6 an dem Antriebsgehäuse 2 verringert werden.
Nachfolgend werden weitere vorteilhafte Aspekte der Metallblechwand 6 und deren Nutzung in Bezug auf die dargestellte Ausführungsform genannt.
Im Vergleich zu den Wandabschnitten der Gussformteile, die das Antriebsgehäuse 2 oder das Pumpengehäuse 1 bilden, weist die Metallblechwand 6 eine erheblich geringere flächenbezogene Masse auf. Demzufolge weist die Metallblechwand 6, unter Berücksichtigung von thermischen Materialeigenschaften, wie einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit von geeigneten Materialien für die Metallblechwand 6 und dem Antriebsgehäuse 2 oder dem Pumpengehäuse 1, eine geringere flächenbezogene Wärmespeicherkapazität auf. Darüber hinaus ist eine Wärmeleitstrecke durch die Metallblechwand 6 hindurch zu einer Grenzfläche des flüssigkeitsführenden Bereichs kürzer.
In der dargestellten Ausführungsform ist daher die Leistungselektronik 30 zur thermischen Optimierung in dem geöffneten Querschnitt der ersten offenen Seite des Antriebsgehäuses 2 angeordnet und in einen großflächigen thermischen Kontakt mit der Metallblechwand 6 gesetzt. Zum Ausfüllen eines toleranzbehafteten Spaltes zwischen der Leiterplatte und der Metallblechwand 6, wie auch zur Verhinderung einer mit Luft gefüllten Zwischenschicht ist ein Wärmeleitmittel, wie eine Wärmeleitpaste, ein Wärmeleitkleber oder ein Wärmeleitpad, zwischen der Leiterplatte und der Metallblechwand aufgetragen.
Es versteht sich, dass sämtliche Ausgestaltungen aus verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung untereinander austauschbar sind und in alternativen Konfigurationen miteinander kombiniert werden können, und solche alternativen Konfigurationen ebenfalls Teil dieser Offenbarung sind, solange sich eine Kombination nicht widerspricht.
Bezugszeichenliste

1: Pumpengehäuse
2: Antriebsgehäuse
3: Elektromotor
4: Pumpenlaufrad
5: Welle
6: Metallblechwand
7: Metallblechdeckel
10: Pumpenkammer
11: Einlass
12: Flanschabschnitt
14: Spiralgehäuseabschnitt
21: Flanschabschnitt
22: Gehäusesteg
23: Gehäusewand
25: Lageraufnahmeabschnitt
26: Kragen
27: Nut
30: Leistungselektronik
35: Anschlussstecker
52: Wellenlager
60: Umformungsabschnitt
61: Dichtung
62: Dichtung
63: Ausformung
65: Dichtung
72: Dichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015114783 A1 [0006]
DE 102018104015 A1 [0008]
DE 112013003549 T5 [0009]

Claims

Elektrische Kühlmittelpumpe, aufweisend: ein Pumpengehäuse (1) mit einem Spiralgehäuseabschnitts (14), der eine Pumpenkammer (10) umgibt und zu einem Auslass führt, sowie mit einem zentralen Einlass (11); wobei das Pumpengehäuse (1) eine offene Seite aufweist, die von einem Flanschabschnitt (12) umgeben ist; einen trockenlaufenden Elektromotor (3), der über eine Welle (5) ein Pumpenlaufrad (4) in der Pumpenkammer (10) antreibt; ein Antriebsgehäuse (2) mit einem zentralen Lageraufnahmeabschnitt (25), in dem ein Wellenlager (52) aufgenommen ist, wobei in dem Antriebsgehäuse (2) der Elektromotor (3) aufgenommen ist, und das Antriebsgehäuse (2) eine offene Seite aufweist, die von einem Flanschabschnitt (21) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Metallblechwand (6) zur Abgrenzung eines flüssigkeitsführenden Bereichs zwischen der offenen Seite des Pumpengehäuses (1) und der offenen Seite des Antriebgehäuses (2) bereitgestellt ist; und die Metallblechwand (6) vermittels Umformung in einer Fügeverbindung mit dem Antriebsgehäuse (2) steht.
Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, wobei in dem Antriebsgehäuse (2) eine Leistungselektronik (30) des Elektromotors (3) aufgenommen ist; und die Metallblechwand (6) in einem thermischen Kontakt mit der Leistungselektronik steht.
Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Metallblechwand (6) eine Wandstärke von 0,5 bis 1,5 mm aufweist.
Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallblechwand (6) mittels Umformungsabschnitten (60), die über einen Außenrand verteilt ausgebildet sind, mit dem Flanschabschnitt (21) des Antriebsgehäuses (2) in einer Fügeverbindung steht.
Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Presspassung zwischen einer Bohrung der Metallblechwand (6) und einem Umfang des Lageraufnahmeabschnitts (25) des Antriebsgehäuses (2) bereitgestellt ist.
Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Umfang des Lageraufnahmeabschnitts (25) des Antriebsgehäuses (2) ein Kragen (26) ausgebildet ist, gegen den ein Umfangsabschnitt einer Bohrung der Metallblechwand (6) anliegt.
Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallblechwand (6) durch eine umlaufende Umformung eines Umfangsabschnitts der Bohrung an einem axialen Ende des Lageraufnahmeabschnitts (25) in einer Fügeverbindung mit dem Antriebsgehäuse (2) steht.
Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallblechwand (6) durch punktuelle Umformung eines Umfangsabschnitts der Bohrung an einem axialen Ende des Lageraufnahmeabschnitts (25) in einer Fügeverbindung mit dem Antriebsgehäuse (2) steht.
Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 6, wobei an dem Kragen (26) des Lageraufnahmeabschnitts (25) eine Nut zur Aufnahme eines Dichtungsmittels (65) ausgebildet ist.
Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallblechwand (6) in einer Flanschebene zwischen dem Flanschabschnitt (12) des Pumpengehäuses (1) und dem Flanschabschnitt (21) des Antriebsgehäuses (2) fixiert ist.
Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem Flanschabschnitt (21) eine Nut zur Aufnahme eines Dichtungsmittels (62) ausgebildet ist.
Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebsgehäuse (2) ferner eine offene Rückseite zur Aufnahme des Elektromotors (3) aufweist, die durch einen Metallblechdeckel (7) abgeschlossen ist; wobei auch der Metallblechdeckel (7) vermittels Umformung in einer Fügeverbindung mit dem Antriebsgehäuse (2) steht.