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Die Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe, insbesondere zur Förderung von Kühlflüssigkeit in einem Fahrzeug.
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Elektrische Kühlmittelpumpen weisen einen Elektromotor zum Antrieb eines rotierenden Förderelements (z.B. eines Pumpenlaufrades) auf. Die zugehörige Steuerschaltung für den Elektromotor ist typischerweise im oder am Pumpengehäuse positioniert. Üblich sind hierbei runde Leiterplatten, auf denen die Steuerschaltung angeordnet ist, wie es in
DE 10 2018 104 784 A1 gezeigt ist.
WO 2019 233 600 A1 beschreibt eine weitere Kühlmittelpumpe mit einer Steuerschaltung, die im Pumpengehäuse angeordnet ist.
CN 11 03 19 027 A zeigt eine Kühlmittelpumpe mit seitlich am Pumpengehäuse angeordneter Steuerschaltung. Nachteilig an den oben genannten Einbauorten der Steuerschaltung ist, dass die Steuerschaltung bereits in einem frühen Montagestadium eingebaut werden muss und dann zu Wartungs- oder Reparaturzwecken schwer zugänglich ist. Außerdem ist die individuelle und/oder nachträgliche Anpassung der Steuerschaltung an verschiedene Einsatzzwecke erschwert.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Kühlmittelpumpe mit hoher Montagefreundlichkeit und Variabilität zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die elektrische Kühlmittelpumpe weist ein Pumpengehäuse, ein rotierendes Förderelement zur Beschleunigung des zu fördernden Kühlmittels, eine das Pumpengehäuse durchdringenden Pumpenwelle, auf der das Förderelement angebracht ist, einen Elektromotor zum Antrieb der Pumpenwelle und eine Steuerschaltung auf. Das Förderelement ist in einer aus dem Pumpengehäuse und einem Spiraldeckel gebildeten Pumpenkammer und der Elektromotor in einer aus dem Pumpengehäuse und einem Motordeckel gebildeten Motorkammer angeordnet. Im Pumpengehäuse ist eine Steuerschaltungskammer, innerhalb der die Steuerschaltung angeordnet ist, wobei die Steuerschaltungskammer eine Öffnung aufweist, durch welche die Steuerschaltung in die Steuerschaltungskammer einschiebbar ist.
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Auf diese Weise ist eine einfache Montage der Steuerschaltung auch am Ende der Pumpenfertigung möglich. Dies erleichtert zudem die Anpassbarkeit und Variabilität der elektrischen Kühlmittelpumpe, da das Pumpengehäuse inklusive Förderelement, Pumpenwelle, Spiraldeckel, Motor und Motordeckel als Standardbaugruppe vorgefertigt und abschließend mit einer individuellen Steuerschaltung versehen werden kann. Auch im Betrieb der Pumpe bleibt die Steuerschaltung leicht zugänglich, sodass eventuell auftretende Wartungs- und Reparaturarbeiten erleichtert werden. Da die Steuerschaltungskammer eine zusätzliche Kammer neben der Pumpenkammer und der Motorkammer darstellt, ist die Steuerschaltung gegenüber den restlichen Pumpenkomponenten separiert. Es bedarf daher keiner weiteren Abdichtung, um die Steuerschaltung beispielsweise vor dem die Pumpenkammer durchfließenden Kühlmittel zu schützen.
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Die Steuerschaltung kann hierbei als elektronische Steuereinheit (electric control unit - ECU) ausgebildet sein.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen elektrischen Kühlmittelpumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Steuerschaltungskammer in axialer Richtung der Pumpenwelle zwischen der Pumpenkammer und der Motorkammer angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Steuerschaltung in räumlicher Nähe zur Pumpenkammer angeordnet werden und von der Kühlwirkung des in der Pumpenkammer geförderten Kühlmittels profitieren.
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Des Weiteren kann die Einschubrichtung (d.h. die Richtung, entlang der die Steuerschaltung in die Steuerschaltungskammer einschiebbar ist) senkrecht zur axialen Richtung der Pumpenwelle ausgerichtet sein.
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Zur Verbesserung der Wärmeabfuhrwirkung des in der Pumpenkammer geförderten Kühlmittels auf die Steuerschaltung kann die Steuerschaltungskammer unmittelbar anschließend an die Pumpenkammer ausgebildet sein, d.h. lediglich durch eine Gehäusetrennwand voneinander getrennt.
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Wird die Steuerschaltung mittels einer Wärmeleitpaste oder eines Wärmeleitpads in der Steuerschaltungskammer, insbesondere in Richtung der Pumpenkammer, fixiert, so erhöht dies ebenfalls die Wärmeabfuhrwirkung des in der Pumpenkammer geförderten Kühlmittels auf die Steuerschaltung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann sich die Steuerschaltungskammer u-förmig um die Pumpenwelle erstrecken. Auf diese Weise wird ein möglichst großflächiger Kontakt zur Pumpenkammer - und damit eine gute Wärmeabfuhrwirkung - gewährleistet. In besonders bevorzugter Weise ist hierbei die Steuerschaltung auf einer u-förmigen Platine angeordnet. Dies ermöglicht eine besonders gute Ausnutzung des vorhandenen Bauraums. Der Platzbedarf für die Kühlmittelpumpe verringert sich entsprechend.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Öffnung der Steuerschaltungskammer mit einem Deckel verschlossen sein. Dieser Deckel ist bevorzugt als abnehmbarer bzw. wiederverschließbarer Deckel ausgebildet. Auf diese Weise wird die Steuerschaltung vor Verschmutzung und Beschädigung geschützt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Deckel ferner einen Anschlussstecker für die Steuerschaltung auf. Der Deckel besitzt damit eine Doppelfunktion als elektrische Verbindung und als Abdeckung bzw. Verschluss.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann angrenzend an die Steuerschaltungskammer im Pumpengehäuse ein Leckageraum zur Aufnahme von austretendem Kühlmittel ausgebildet sein. Erstreckt sich die Steuerschaltungskammer u-förmig um die Pumpenwelle, so kann der Leckageraum insbesondere in dem von der Steuerschaltungskammer nicht belegten Raumsektor um die Pumpenwelle ausgebildet sein. Auch dies ermöglicht eine besonders gute Ausnutzung des vorhandenen Bauraums, was den Platzbedarf für die Kühlmittelpumpe entsprechend verringert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Wicklung des Elektromotors beim Einschieben der Steuerschaltung in die Steuerschaltungskammer durch Schneidklemmverbindungen kontaktiert werden. Auf diese Weise kann eine zuverlässige Kontaktierung gleichzeitig zum Einschieben der Steuerschaltung in die Steuerschaltungskammer erfolgen.
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Die Erfindung wird nachfolgend durch ein Ausführungsbeispiel anhand der begleitenden Figuren näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der elektrischen Kühlmittelpumpe;
- 2eine perspektivische Explosionsdarstellung der elektrischen Kühlmittelpumpe aus 1;
- 3 eine Seitenansicht der elektrischen Kühlmittelpumpe aus 1 ohne Deckel für die Steuerschaltungskammer;
- 4eine Schnittansicht durch das Pumpengehäuse; und
- 5 eine Schnittansicht durch das Pumpengehäuse entlang der Schnittebene A - A in 4.
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Nachfolgend wird der Aufbau einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Kühlmittelpumpe in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Die in 1 bis 3 dargestellt elektrische Kühlmittelpumpe 1 dient zur Förderung eines Kühlmittels in einem nicht näher dargestellten Kühlkreislauf. Dieser Kühlkreislauf kann beispielsweise zur Kühlung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs dienen und im Wesentlichen aus Kühlkanälen bestehen, durch die das Kühlmittel den zu kühlenden Bauteilen und anschließend einer Wärmesenke (z.B. Kühler) zugeführt wird. Das Kühlmittel kann beispielsweise im einfachsten Fall Wasser oder eine dielektrische Kühlflüssigkeit sein, dem Metallkorrosion hemmende Bestandteile beigesetzt sind.
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Die elektrische Kühlmittelpumpe 1 weist als einen Hauptbestandteil ein Pumpengehäuse 2 auf. In der beschriebenen Ausführungsform ist das Pumpengehäuse 2 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium, gefertigt. Zentral im Pumpengehäuse 2 ist über ein Lager 3 eine Pumpenwelle 4 gelagert. Die Pumpenwelle 4 durchdringt somit das Pumpengehäuse 2. In einem ersten axialen Endbereich der Pumpenwelle 4 ist ein Pumpenlaufrad 5 angebracht. Das Pumpenlaufrad 5 dient als rotierendes Förderelement zur Beschleunigung des zu fördernden Kühlmittels. In einem zweiten axialen Endbereich der Pumpenwelle 4, auf der gegenüberliegenden Seite des Pumpengehäuses 2, ist ein Rotor 6 angebracht. Zusammen mit dem Stator 7 bildet der Rotor 6 einen Elektromotor 8 zum Antrieb der Pumpenwelle 4.
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Gemeinsam mit einem Spiraldeckel 9 bildet das Pumpengehäuse 2 eine Pumpenkammer aus, in der das Pumpenlaufrad 5 angeordnet ist. Eine Dichtung 10 zwischen Pumpengehäuse 2 und Spiraldeckel 9 sorgt für eine möglichst flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen diesen Bauteilen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Pumpengehäuses 2 wiederum bildet das Pumpengehäuse 2 zusammen mit einem Motordeckel 11 eine Motorkammer aus, innerhalb der der Elektromotor 8 angeordnet ist.
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Innerhalb des Pumpengehäuses 2 ist ferner eine Steuerschaltungskammer 12 ausgebildet. Diese Steuerschaltungskammer 12 ist, in axialer Richtung der Pumpenwelle 4 gesehen, zwischen der Pumpenkammer und der Motorkammer angeordnet. Die Steuerschaltungskammer 12 ist im Wesentlichen schachtartig ausgebildet und weist eine rechteckige Öffnung 13 auf. In dieser Steuerschaltungskammer 12 ist eine Steuerschaltung 14 für die elektrische Kühlmittelpumpe 1, d.h. genauer für den Elektromotor 8, angeordnet. Die Einschubrichtung, entlang der die Steuerschaltung 14 in die Steuerschaltungskammer 12 eingeschoben wird, ist senkrecht (orthogonal) zur axialen Richtung der Pumpenwelle 4 ausgerichtet.
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Die Steuerschaltung 14 ist als ECU ausgebildet und auf einer u-förmigen Platine angeordnet, die durch die Öffnung 13 in die Steuerschaltungskammer 12 eingeschoben wurde. Die Öffnung 13 ist mit einem Deckel 15 verschlossen. Am Deckel sind Anschlussstecker 16 ausgebildet.
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Während des Betriebs der elektrischen Kühlmittelpumpe 1 wird das Pumpenlaufrad 5 durch den mittels der Steuerschaltung 14 betriebenen Elektromotor 8 angetrieben. Das sich in der Pumpenkammer befindende Kühlmittel wird durch das Pumpenlaufrad 5 beschleunigt und tritt durch den am Spiraldeckel 9 ausgebildeten Pumpenauslass 17 aus. Zugleich tritt Kühlmittel vom ebenfalls am Spiraldeckel 9 ausgebildeten Pumpeneinlass 18 in die Pumpenkammer ein.
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4 zeigt einen Schnitt durch das Pumpengehäuse 2, wobei die Schnittebene mit der Mittelachse der Pumpenwelle 4 zusammenfällt. 5 zeigt eine Schnittansicht durch das Pumpengehäuse 4 entlang der Schnittebene A - A aus 4. Im Zentrum des Pumpengehäuses 2 ist eine rotationssymmetrische Ausnehmung 19 zur Aufnahme des Lagers 3 und der Pumpenwelle 4 vorhanden. U-förmig um diese Ausnehmung 19 herum ist die Steuerschaltungskammer 12 ausgebildet. In axialer Richtung der Pumpenwellen 4 ist die Steuerschaltungskammer 12 durch Zwischenwände des Pumpengehäuses 2 von der Pumpenkammer auf der einen Seite (in 4 oben) und von der Motorkammer auf der anderen Seite (in 4 unten) abgetrennt, sodass insgesamt drei separate Kammern (Steuerschaltungskammer 12, Pumpenkammer, Motorkammer) vorhanden sind. Die Steuerschaltung 14 ist in der Steuerschaltungskammer 12 mittels (in den Figuren nicht näher dargestellten) Wärmeleitpads an der der Pumpenkammer zugewandten Zwischenwand des Pumpengehäuses 2 angebracht.
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Wie oben beschrieben umfasst die Steuerschaltungskammer 12 die Pumpenwelle 4 u-förmig. In dem Raumbereich um die Pumpenwelle 4, in dem die Steuerschaltungskammer 12 nicht angeordnet ist, ist ein Leckageraum 20 ausgebildet. Dieser Leckageraum 20 dient zur Aufnahme von im Bereich der Ausnehmung 19 austretendem Kühlmittel.
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Durch die Öffnung 13 ist die Steuerschaltung 14 auch erst nach Montage der übrigen Komponenten, wie Lager 3, Pumpenwelle 4, Pumpenlaufrad 5, Rotor 6, Stator 7, Spindeldeckel 9, Dichtung 10 und Motordeckel 11, möglich. Diese vereinfacht die Montage, u.a. auch weil kein ESD-Schutz für die komplette Montage nötig ist. Ferner erhöht sich die Anpassbarkeit und Variabilität der elektrischen Kühlmittelpumpe 1, da individuell angepasste Steuerschaltungen 14 unabhängig von den restlichen Komponenten der elektrischen Kühlmittelpumpe 1 in einem späten Montageschritt verbaut werden können. Schließlich werden auch Wartungs- und Reparaturarbeiten an der Steuerschaltung 14 erleichtert, da diese nach Öffnen des Deckels 15 einfach aus der Steuerschaltungskammer 12 herausgenommen werden kann.
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Die Ausbildung der Steuerschaltung auf einer u-förmigen Platine sorgt gemeinsam mit der u-förmigen Steuerschaltungskammer 12 für eine effektive Ausnutzung des vorhandenen Bauraums. Die Integration des Leckageraums 20 erhöht die Bauraumausnutzung zusätzlich.
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Durch die Fixierung der Steuerschaltung 14 unmittelbar an der der Pumpenkammer zugewandten Zwischenwand des Pumpengehäuses 2 über Wärmeleitpads oder Wärmeleitpaste ist eine besonders gut thermische Kopplung mit dem die Pumpenkammer durchfließenden Kühlmittel gegeben. Das Kühlmittel kann dadurch auch eine Kühlwirkung auf die Steuerschaltung 14 entfalten.
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In den Zeichnungsfiguren nicht dargestellt, ist eine Ausführungsform, bei der beim Einschieben der Steuerschaltung 14 in die Steuerschaltungskammer 12 eine Wicklung des Elektromotors 8 durch Schneidklemmverbindungen kontaktiert wird.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform ist das rotierende Förderelement zur Beschleunigung des zu fördernden Kühlmittels als Pumpenlaufrad 5 ausgebildet. Je nach Pumpentyp kann jedoch anstelle des Pumpenlaufrads 5 auch ein anderes Förderelement eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlmittelpumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 3
- Lager
- 4
- Pumpenwelle
- 5
- Pumpenlaufrad
- 6
- Rotor
- 7
- Stator
- 8
- Elektromotor
- 9
- Spiraldeckel
- 10
- Dichtung
- 11
- Motordeckel
- 12
- Steuerschaltungskammer
- 13
- Öffnung
- 14
- Steuerschaltung
- 15
- Deckel
- 16
- Anschlussstecker
- 17
- Pumpenauslass
- 18
- Pumpeneinlass
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Leckageraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018104784 A1 [0002]
- WO 2019233600 A1 [0002]
- CN 110319027 A [0002]
