DE102021000931A1

DE102021000931A1 - Pump with an electronics housing and at least one heat sink

Info

Publication number: DE102021000931A1
Application number: DE102021000931.2A
Authority: DE
Inventors: David Krill; Federico Di Santo; Mattia Liboni; Carlo Prearo; Giancarlo Verlato
Original assignee: KSB SE and Co KGaA
Current assignee: KSB SE and Co KGaA
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2022-08-25
Also published as: CN116867977A; WO2022175522A1; EP4295055A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere Heizungsumwälzpumpe, mit einem Elektronikgehäuse und wenigstens einem Kühlkörper, der Bestandteil des Elektronikgehäuses ist, wobei der Kühlkörper eine einen Boden des Elektronikgehäuses bildende Kühlkörpergrundplatte aufweist, auf deren äußerer Oberfläche sich Kühlrippen erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Kühlrippen einen gekrümmten Verlauf entlang der Kühlkörpergrundplatte mit einem definierten Krümmungsradius aufweist.The invention relates to a pump, in particular a heating circulating pump, with an electronics housing and at least one heat sink which is part of the electronics housing, the heat sink having a heat sink base plate which forms a bottom of the electronics housing and has cooling ribs extending on its outer surface, characterized in that at least one part the cooling fins have a curved course along the heatsink base plate with a defined radius of curvature.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe, bevorzugt eine Kreiselpumpe, besonders bevorzugt eine Heizungsumwälzpumpe, mit einem Elektronikgehäuse und wenigstens einem Kühlkörper, der Bestandteil des Elektronikgehäuses ist, wobei der Kühlkörper eine einen Boden des Elektronikgehäuses bildende Kühlkörpergrundplatte aufweist, auf deren äußerer Oberfläche sich Kühlrippen erstrecken.The invention relates to a pump, preferably a centrifugal pump, particularly preferably a heating circulating pump, with an electronics housing and at least one heat sink which is part of the electronics housing, the heat sink having a heat sink base plate which forms a bottom of the electronics housing and has cooling fins extending on its outer surface.

Modernde Pumpen wie bspw. Heizungsumwälzpumpen werden mit einer umfangreichen Elektronik für die Steuerung und Regelung der Pumpe ausgestattet. Wichtiger Bestandteil kann dabei ein Frequenzumrichter zur Drehzahlregelung der Pumpe sein. Der Frequenzumrichter bzw. die gesamte Pumpenelektronik besteht aus unterschiedlichsten Einzelkomponenten, die u.a. den Eingangskreis für die Spannungsversorgung, einen Zwischenkreis sowie eine Leistungselektronik für die Frequenzmodulation der Betriebsspannung des Elektromotors bilden. Diese Einzelkomponenten unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Verlustleistung und resultierenden Verlustwärme sowie hinsichtlich ihrer Bauhöhe und damit dem erforderlichen Bauraumbedarf innerhalb des Gehäuses.Modern pumps such as heating circulation pumps are equipped with extensive electronics for controlling and regulating the pump. A frequency converter for speed control of the pump can be an important component. The frequency converter or the entire pump electronics consists of a wide variety of individual components, which, among other things, form the input circuit for the voltage supply, an intermediate circuit and power electronics for the frequency modulation of the operating voltage of the electric motor. These individual components differ in terms of their power loss and resulting heat loss as well as in terms of their height and thus the space required within the housing.

Eine ausreichende Kühlung der Elektronikkomponenten wird mittels eines gesonderten Kühlkörpers erreicht, der Bestandteil des Elektronikgehäuses ist und eine ausreichende Wärmeabfuhr aus dem Gehäuse garantiert. Zur Oberflächenvergrößerung erstrecken sich von der außenliegenden Oberfläche des Kühlkörpers Kühlrippen.Adequate cooling of the electronic components is achieved using a separate heat sink, which is part of the electronics housing and guarantees adequate heat dissipation from the housing. Cooling fins extend from the outer surface of the heat sink to increase the surface area.

Unter gewissen Betriebsbedingungen kann es zu unerwünschten Eigenschwingung der Rippen kommen, ausgelöst durch Vibrationen der Pumpe im laufenden Pumpenbetrieb. Zur Verlagerung der Eigenfrequenzen werden die Rippen daher oftmals versteift, um Resonanzschwingungen zu vermeiden.Under certain operating conditions, the ribs can vibrate undesirably, triggered by vibrations of the pump during pump operation. The ribs are therefore often stiffened to shift the natural frequencies in order to avoid resonance vibrations.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine einfache Möglichkeit zur Vermeidung der oben genannten Problematik aufzuzeigen.The object of the present invention is to show a simple way of avoiding the problems mentioned above.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Pumpe, bevorzugt Kreiselpumpe, besonders bevorzugt Heizungsumwälzpumpe, gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen der Pumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a pump, preferably a centrifugal pump, particularly preferably a heating circulating pump, according to the features of claim 1. Advantageous designs of the pump are the subject matter of the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zumindest einen Teil der Kühlrippen mit einem gekrümmten Verlauf entlang der Kühlkörpergrundplatte auszuformen. Der gekrümmte Verlauf folgt dabei einem vordefinierten Krümmungsradius. Durch den gekrümmten Verlauf wird eine Versteifung der Kühlrippen erreicht, sodass Eigenschwingungen während des Pumpenbetriebs effektiv verhindert werden. Die erfindungsgemäße Maßnahme stellt eine besonders einfache und kostengünstig zu produzierende Lösung dar. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht in dem äußerlich ansprechenden Erscheinungsbild der Rippen, da durch den gekrümmten Verlauf ein einheitliches Erscheinungsbild für alle Rippen des Kühlkörpers möglich ist.According to the invention, it is proposed to form at least part of the cooling fins with a curved course along the heat sink base plate. The curved course follows a predefined radius of curvature. The curved course results in a stiffening of the cooling fins, so that natural vibrations during pump operation are effectively prevented. The measure according to the invention represents a particularly simple solution that can be produced inexpensively. Another advantage of this solution is the externally attractive appearance of the ribs, since the curved course allows a uniform appearance for all ribs of the heat sink.

Die Pumpe kann bevorzugt als Kreiselpumpe, besonders bevorzugt als Heizungsumwälzpumpe ausgeführt sein.The pump can preferably be designed as a centrifugal pump, particularly preferably as a heating circulating pump.

Besonders vorteilhaft weist zumindest eine Kühlrippe einen über ihren gesamten Verlauf konstant bleibenden Krümmungsradius auf, d. h. die Kühlrippe ist über ihre gesamte axiale Länge entlang der Kühlkörpergrundplatte gekrümmt und nicht nur einzelne Teilabschnitte. Ein besonders geeigneter Krümmungsradius für die Kühlrippen, speziell bei der Anwendung für Heizungsumwälzpumpen, liegt im Bereich zwischen 10 cm und 15 cm, vorzugsweise zwischen 11 cm und 14 cm, besonders bevorzugt zwischen 12,5 cm und 13 cm.Particularly advantageously, at least one cooling fin has a radius of curvature that remains constant over its entire course, i. H. the cooling fin is curved over its entire axial length along the heat sink base plate and not just individual sections. A particularly suitable radius of curvature for the cooling fins, especially when used for heating circulating pumps, is in the range between 10 cm and 15 cm, preferably between 11 cm and 14 cm, particularly preferably between 12.5 cm and 13 cm.

Gemäß einer Ausführung können alle Kühlrippen denselben Krümmungsradius aufweisen, zumindest jedoch ein überwiegender Teil der vorhandenen Kühlrippen. Vorstellbar ist es ebenso, dass der Krümmungsradius benachbarter Kühlrippen variiert, bspw. für die Kühlrippen, die näher am Motorgehäuse der Pumpe liegen, reduziert ist. Insbesondere kann der Krümmungsradius abhängig von der Nähe zum Motorgehäuse reduziert sein. Bspw. kann vorgesehen sein, dass der Krümmungsverlauf der Rippen koaxial zur Motorachse (Drehachse) liegt. Ferner kann vorgesehen sein, dass alle oder zumindest ein überwiegender Teil der Kühlrippen parallel zueinander verlaufen.According to one embodiment, all cooling fins can have the same radius of curvature, but at least a predominant part of the existing cooling fins. It is also conceivable that the radius of curvature of adjacent cooling ribs varies, for example is reduced for the cooling ribs that are closer to the motor housing of the pump. In particular, the radius of curvature may be reduced depending on the proximity to the motor housing. For example, it can be provided that the curvature of the ribs is coaxial to the motor axis (axis of rotation). Furthermore, it can be provided that all or at least a majority of the cooling fins run parallel to one another.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann die Auskraglänge der einzelnen vorhandenen Kühlrippen des Kühlkörpers variieren. Die Auskraglänge wird dabei von der außenliegenden Oberfläche der Kühlkörpergrundplatte bis zum äußeren freien Ende der Rippe gemessen. Dabei gilt, dass mit zunehmender Auskraglänge die Kühloberfläche zunimmt und damit die erzielbare Kühlleistung optimiert wird.According to an advantageous embodiment of the invention, the projection length of the individual existing cooling ribs of the heat sink can vary. The overhang length is measured from the outer surface of the heatsink base plate to the outer free end of the fin. The rule here is that the cooling surface increases with increasing overhang length and thus the achievable cooling capacity is optimized.

Ferner kann vorgesehen sein, dass die Kühlkörpergrundplatte mehrere Absätze bzw. Stufen umfasst. Die innenliegende Bodenfläche der Kühlkörpergrundplatte ist damit nicht vollflächig eben, sondern weist mehrere Absätze auf. Jede resultierende Stufe definiert innerhalb des Elektrogehäuses einen Volumenabschnitt, wobei sich die durch die Stufen definierten Volumenabschnitte hinsichtlich ihrer Bauraumhöhe unterscheiden. Die Bauraumhöhe wird durch den Abstand der Kühlkörpergrundplatte bzw. der jeweiligen Stufe und einer gegenüberliegenden Fläche innerhalb des Elektronikgehäuses begrenzt. Bei der gegenüberliegenden Fläche kann es sich bspw. um eine innerhalb des Gehäuses gelagerte Platine als Träger der elektronischen Bauteile der Pumpenelektronik handeln.Furthermore, it can be provided that the heat sink base plate comprises a plurality of shoulders or steps. The inner bottom surface of the heat sink base plate is therefore not flat over the entire surface, but has several steps. Each resulting step defines a volume section within the electrical housing, with the volume sections defined by the steps differing in terms of their installation space height. The build space height is limited by the distance between the heatsink base plate or the respective step and an opposite surface within the electronics housing. The opposite surface can be, for example, a printed circuit board mounted within the housing as a carrier for the electronic components of the pump electronics.

Kurz zusammengefasst wird das Elektronikgehäuse durch die stufenartige geometrische Ausgestaltung der Bodenfläche in unterschiedliche Bauraumabschnitte unterteilt. Durch jede Stufe der Kühlkörpergrundplatte kann vorzugsweise ein Bauraum für eine spezifische Bauteilgruppe von elektronischen Bauteilen der Pumpenelektronik geschaffen werden. Die elektronischen Bauteile der spezifischen Bauteilgruppen unterscheiden sich sinnvollerweise hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen, insbesondere ihrer Bauhöhe bei funktionsgemäßer Bestückung auf einer Platine. Demzufolge ist es von Vorteil, wenn die elektronischen Bauteile in die spezifischen Bauteilgruppen abhängig ihrer Bauteilgröße gruppiert sind. Alternativ oder zusätzlich ist es ebenso besonders vorteilhaft, wenn die Gruppierung abhängig von der Wärmeabgabe des Bauteils, d.h. der erforderlichen Kühlleistung gruppiert sind.In short, the electronics housing is divided into different installation space sections by the step-like geometric configuration of the base area. Through each step of the heat sink base plate, a space for a specific component group of electronic components of the pump electronics can preferably be created. It makes sense for the electronic components of the specific component groups to differ in terms of their geometric dimensions, in particular their overall height when they are fitted on a printed circuit board according to their function. Accordingly, it is advantageous if the electronic components are grouped into the specific component groups depending on their component size. Alternatively or additionally, it is also particularly advantageous if the grouping is grouped depending on the heat dissipation of the component, i.e. the required cooling capacity.

Jede oder zumindest zwei, insbesondere drei Stufen, weisen auf ihrer äußeren Oberfläche der Kühlkörpergrundplatte die besagten Kühlrippen auf, insbesondere eine bestimmte Anzahl an flächenmäßig nebeneinander angeordneten Kühlrippen, die sich vorzugsweise parallel zueinander auf der Oberfläche der Kühlkörpergrundplatte erstrecken, idealerweise mit identischem Krümmungsradius. Die Kühlrippen einer Stufe werden als eine Kühlrippengruppe bezeichnet. Es kann vorgesehen sein, dass sich die Kühlrippen einer ersten Stufe von den Kühlrippen einer zweiten Stufe unterscheiden, insbesondere hinsichtlich der gewählten Auskraglänge. Demzufolge können sich die jeweiligen Kühlrippengruppen hinsichtlich der Auskraglängen ihrer Kühlrippen voneinander unterscheiden.Each or at least two, in particular three stages, have the said cooling fins on their outer surface of the heat sink base plate, in particular a certain number of cooling fins arranged next to one another in terms of surface area, which preferably extend parallel to one another on the surface of the heat sink base plate, ideally with an identical radius of curvature. The fins of a stage are referred to as a fin group. Provision can be made for the cooling fins of a first stage to differ from the cooling fins of a second stage, in particular with regard to the selected overhang length. Accordingly, the respective cooling fin groups may differ from each other in the projection lengths of their cooling fins.

Die Kühlrippen wenigstens einer Kühlrippengruppe können alle oder zumindest der überwiegende Anteil der Kühlrippen dieselbe Auskraglänge aufweisen. Vorstellbar ist es ebenso, dass die Kühlrippen wenigstens einer Kühlrippengruppe oder zumindest ein überwiegender Anteil der Kühlrippen variierende Auskraglängen haben. Bspw. kann vorgesehen sein, dass die Auskraglängen benachbarter Kühlrippen kontinuierlich abnehmen, bspw. weist eine erste Kühlrippe eine erste Auskraglänge auf, eine dazu benachbarte Kühlrippe eine dazu reduzierte Auskraglänge und die übernächste Kühlrippe eine nochmals reduzierte Auskraglänge auf. Vorstellbar ist beispielsweise eine Abnahme der Auskraglänge in Richtung des Motorgehäuses der Pumpe.The cooling fins of at least one group of cooling fins can all or at least the majority of the cooling fins have the same projection length. It is also conceivable that the cooling fins of at least one group of cooling fins or at least a majority of the cooling fins have varying overhang lengths. For example, it can be provided that the overhang lengths of adjacent cooling fins decrease continuously, for example a first cooling fin has a first overhang length, an adjacent cooling fin has a reduced overhang length and the next but one cooling fin has a further reduced overhang length. For example, a reduction in the projection length in the direction of the motor housing of the pump is conceivable.

Wie vorstehend bereits ausgeführt wurde, kann der Bauraum innerhalb des Elektronikgehäuses in unterschiedliche Abschnitte für unterschiedliche Bauteilgruppen aufgeteilt sein. Die Gruppierung der Bauteilgruppen kann neben ihrer Bauraumhöhe auch abhängig von der produzierten Verlustwärme sein. Vor diesem Hintergrund kann es sinnvoll sein, dass die Bauteilgruppe mit der größten Verlustleistung bzw. dem höchsten Kühlbedarf in demjenigen Bauraum des Elektronikgehäuses angeordnet ist, der durch die Stufe der Kühlkörpergrundplatte mit der Kühlrippengruppe der größten Auskraglängen definiert ist. Die dort erforderliche hohe Kühlleistung kann durch die größere Dimensionierung der dortigen Kühlrippen erzielt werden. Sinnvollerweise werden die Bauteile der Leistungselektronik eines Frequenzumrichters und/oder des Leistungsfaktorkorrekturfilters in diesem Bereich angeordnet, da diese im Betrieb die größte Verlustwärme generieren.As already explained above, the installation space within the electronics housing can be divided into different sections for different component groups. The grouping of the component groups can also depend on the heat loss produced in addition to their installation space height. Against this background, it can make sense for the component group with the greatest power loss or the highest cooling requirement to be arranged in the installation space of the electronics housing that is defined by the step of the heat sink base plate with the cooling fin group with the greatest overhang. The high cooling capacity required there can be achieved by the larger dimensioning of the cooling fins there. It makes sense for the components of the power electronics of a frequency converter and/or the power factor correction filter to be arranged in this area, as these generate the greatest heat loss during operation.

Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Bauteilgruppe mit der kleinsten Verlustleistung bzw. dem geringsten Kühlbedarf und/oder der größten Bauhöhe in demjenigen Bauraum des Elektronikgehäuses angeordnet ist, der durch die Stufe der Kühlkörpergrundplatte mit der Kühlrippengruppe der kleinsten Auskraglängen oder ohne Kühlrippen gebildet ist. Zu der Bauteilgruppe mit der kleinsten Verlustleistung gehören bspw. die Bauteile eines EMV-Filters und/oder des Eingangs- oder Zwischenkreises des Frequenzumrichters. Da diese Bauteile weniger Kühlleistung erfordern, kann der Bauraum innerhalb des Elektronikgehäuses auf Kosten der Auskraglänge der Kühlrippen der zugeordneten Kühlrippengruppe vergrößert werden. So wird auch die Unterbringung vergleichsweise großer Bauteile mit größer Bauhöhe ermöglicht.Furthermore, it has proven to be advantageous if the component group with the smallest power loss or the lowest cooling requirement and/or the greatest overall height is arranged in that installation space of the electronics housing that is formed by the step of the heat sink base plate with the cooling rib group with the smallest projection lengths or without cooling ribs . The component group with the smallest power loss includes, for example, the components of an EMC filter and/or the input or intermediate circuit of the frequency converter. Since these components require less cooling capacity, the installation space within the electronics housing can be increased at the expense of the projection length of the cooling ribs of the associated group of cooling ribs. This also makes it possible to accommodate comparatively large components with a greater overall height.

Kurz zusammengefasst wird bei diesem vorteilhaften Konzept durch eine Gruppe von Kühlrippen mit geringerer Auskraglänge eine Volumenvergrößerung im darüber liegenden Elektronikgehäusebereich geschaffen, sodass in diesem Bereich Bauteile der Pumpenelektronik mit großer Bauhöhe platziert werden können. Da aufgrund der verringerten Auskraglänge der zugeordneten Kühlrippen jedoch nur ein verminderter Wärmeabtrag erfolgen kann, müssen diese Bauteile eine vergleichsweise geringe Verlustleistung haben. Demgegenüber ist bei einer Gruppe von Kühlrippen mit vergleichsweise großer Auskraglänge nur ein reduziertes Volumen oberhalb im Elektronikgehäuse verfügbar. In diesem Bereich lassen sich also Bauteile der Pumpenelektronik mit geringerer Bauhöhe platzieren, diese jedoch aufgrund der größeren Auskraglänge der zugeordneten Kühlrippen eine höhere Verlustleistung und damit größere Wärmeabgabe haben dürfen. In short, with this advantageous concept, a volume increase in the electronics housing area above is created by a group of cooling fins with a shorter projection length, so that components of the pump electronics with a large overall height can be placed in this area. However, since only a reduced heat dissipation can take place due to the reduced projection length of the associated cooling fins, these components must have a comparatively low power loss. In contrast, with a group of cooling fins with a comparatively large projection length, only a reduced volume is available above the electronics housing. Components of the pump electronics with a lower overall height can therefore be placed in this area, but these may have a higher power loss and thus greater heat dissipation due to the greater projection length of the associated cooling fins.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich die Kühlrippen nicht nur hinsichtlich ihrer Auskraglänge voneinander unterscheiden, sondern ebenso hinsichtlich ihres Achsabstandes, d. h. den Abstand zwischen zwei, insbesondere parallel verlaufenden Kühlrippen. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Achsabstand zwischen den Kühlrippen einer Kühlrippengruppe identisch ist und nur unterschiedliche Achsabstände für die einzelnen Kühlrippengruppen gewählt sind. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Kühlrippengruppe mit der größten Auskraglänge den geringsten Achsabstand aufweist, während die Kühlrippengruppe mit der geringsten Auskraglänge den größten Achsabstand besitzt.According to a further embodiment of the invention, it can be provided that the cooling fins differ from one another not only in terms of their overhang length, but also in terms of their center distance, ie the distance between two, in particular parallel, cooling fins. It can be provided that the center distance between the cooling fins of a cooling fin group is identical and only different center distances are selected for the individual cooling fin groups. It is particularly preferred if the group of cooling fins with the greatest projection length has the shortest center distance, while the group of cooling fins with the shortest projection length has the greatest center distance.

Sinnvollerweise wird also der Achsabstand in Abhängigkeit der Auskraglänge der Kühlrippen gewählt. Die Dimension des Achsabstandes kann dabei nach einem vordefinierten Verhältnis zwischen Achsabstand und Auskraglänge erfolgen. Beispielsweise kann das Verhältnis zwischen Achsabstand und Auskraglänge der Kühlrippen zwischen 0,08 und 1 liegen. Bevorzugter Weise liegt das Verhältnis zwischen Achsabstand und Auskraglänge für die Kühlrippengruppe mit der größten Auskraglänge in einem Bereich zwischen 0,08 und 0,14, bevorzugt zwischen 0,095 und 0,125. Die Kühlrippengruppe mit kleineren oder der kleinsten Auskraglänge sieht ein Verhältnis zwischen 0,3 und 1, bevorzugt zwischen 0,4 und 0,89 vor.It makes sense to choose the center distance depending on the projection length of the cooling fins. The dimensions of the center distance can be based on a predefined ratio between center distance and overhang length. For example, the ratio between the center distance and the projection length of the cooling fins can be between 0.08 and 1. The ratio between the center distance and the overhang length for the group of cooling fins with the greatest overhang length is preferably in a range between 0.08 and 0.14, preferably between 0.095 and 0.125. The cooling fin group with the smaller or the smallest projection length provides a ratio between 0.3 and 1, preferably between 0.4 and 0.89.

Die Wandstärke der Kühlrippen kann für sämtliche Kühlrippen identisch gewählt sein und liegt vorzugsweise in einem Wertebereich zwischen 2 mm und 7 mm, insbesondere bei etwa 5,7mm.The wall thickness of the cooling ribs can be selected to be identical for all cooling ribs and is preferably in a value range between 2 mm and 7 mm, in particular around 5.7 mm.

Idealerweise sollten die elektrischen Bauteile mit vergleichsweise großer Verlustleistung in möglichst direktem Kontakt mit der Kühlkörpergrundplatte stehen, um so die Wärmeabfuhr über den Kühlkörper zu optimieren. Bauart- und bauraumbedingt ist dies nicht immer problemlos möglich. In diesem Fall kann ein thermisches Kopplungselement zwischen Bauteiloberfläche und Kühlkörper eingebracht sein, um dadurch die Wärmabfuhr zu optimieren. Bauteile mit vergleichsweise geringer Verlustleistung müssen nicht in direktem Kontakt mit dem Kühlkörper stehen, da hierbei die natürliche Konvektion ausreichend für die notwendige Wärmeabfuhr ist.Ideally, the electrical components with comparatively high power losses should be in as direct contact as possible with the heat sink base plate in order to optimize heat dissipation via the heat sink. This is not always possible without problems due to the design and installation space. In this case, a thermal coupling element can be introduced between the component surface and the heat sink in order to thereby optimize the heat dissipation. Components with comparatively low power loss do not have to be in direct contact with the heat sink, since natural convection is sufficient for the necessary heat dissipation.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

1a, 1b: perspektivische Seitenansichten der erfindungsgemäßen Heizungsumwälzpumpe,
2: eine Draufsicht auf die Unterseite des Kühlkörpers der Erfindungsgemäßen Heizungsumwälzpumpe,
3a, 3b, 3c, 3d: Schnittdarstellungen entlang der Schnittlinien A-A bzw. B-B bzw. C-C bzw. D-D der 2 und
4a, 4b: zwei Längsschnitte durch den Kühlkörper zur Darstellung der Kühlrippenabmessung
5: eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie C-C gemäß einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung.

Further advantages and properties of the invention are to be explained in more detail below using an exemplary embodiment illustrated in the figures. Show it:

1a , 1b : perspective side views of the heating circulating pump according to the invention,
2 : a plan view of the underside of the heat sink of the heating circulating pump according to the invention,
3a , 3b , 3c , 3d : Sectional views along the section lines AA or BB or CC or DD of 2 and
4a , 4b : two longitudinal sections through the heatsink to show the dimensions of the cooling fins
5 1: a sectional view along the line CC according to a modified embodiment of the invention.

Die 1a, 1b zeigen perspektivische Seitenansichten der erfindungsgemäßen Pumpe, die vorteilhaft als Kreiselpumpe bzw. Heizungsumwälzpumpe ausgeführt sein kann. Diese besteht aus einem hydraulischen Teil 1, dessen Pumpenlaufrad über die Pumpenwelle mit dem Rotor des Elektromotors 2 in Verbindung steht. An der axialen Stirnseite des Elektromotorgehäuses ist das Elektronikgehäuse 3 montiert, das aus einem metallischen Kühlkörper 4 und einem Kunststoffteil 5 zusammengesetzt ist.the 1a , 1b show perspective side views of the pump according to the invention, which can advantageously be designed as a centrifugal pump or heating circulating pump. This consists of a hydraulic part 1, the pump impeller of which is connected to the rotor of the electric motor 2 via the pump shaft. The electronics housing 3 , which is composed of a metal heat sink 4 and a plastic part 5 , is mounted on the axial end face of the electric motor housing.

Wie dies den 1a und 1b sowie auch der Draufsicht auf die Unterseite des Kühlkörpers 4 gemäß 2 zu entnehmen ist, besteht der Kühlkörper 4 aus einer Kühlkörpergrundplatte 6, die den Gehäuseboden des Elektronikgehäuses 3 bildet, über diesen das Gehäuse 3 am Motor 2 montiert ist. Die außenliegende Oberfläche der Kühlkörpergrundplatte 6 weist eine Vielzahl von Kühlrippen 10 auf. Alle Kühlrippen verlaufen parallel zueinander. Im Bereich der Montagefläche des Kühlkörpers 4 am Motorgehäuse sind keine Rippen vorgesehen.Like this the 1a and 1b as well as the top view of the underside of the heat sink 4 according to 2 can be seen, the heat sink 4 consists of a heat sink base plate 6, which forms the housing base of the electronics housing 3, via which the housing 3 is mounted on the motor 2. The outer surface of the heatsink base plate 6 has a multiplicity of cooling fins 10 . All cooling fins run parallel to each other. No ribs are provided in the area of the mounting surface of the heat sink 4 on the motor housing.

Keine der Rippen 10 verläuft geradlinig entlang der Bodenfläche, sondern die Rippen 10 zeigen stattdessen einen gekrümmten Verlauf mit definiertem Krümmungsradius. Der Krümmungsradius liegt im Bereich zwischen 12,5 - 13 cm, wobei der Rippenverlauf in etwa koaxial zur Motorachse liegt. Der Krümmungsradius kann innerhalb des angegebenen Wertebereichs reduziert werden, und zwar abhängig vom Abstand der Rippe 10 zur Motorachse. Durch den gekrümmten Verlauf der Rippen 10 verschiebt sich die Eigenfrequenz der Rippen 10, so dass es im regulären Pumpenbetrieb zu keiner unerwünschten Resonanzschwingung der Rippen 10 kommt.None of the ribs 10 runs in a straight line along the bottom surface, but instead the ribs 10 show a curved course with a defined radius of curvature. The radius of curvature is in the range of 12.5 - 13 cm, with the course of the ribs being roughly coaxial to the motor axis. The radius of curvature can be reduced within the specified range of values, depending on the distance of the rib 10 from the axis of the motor. Due to the curved course of the ribs 10, the natural frequency of the ribs 10 shifts, so that there is no undesired resonance vibration of the ribs 10 during regular pump operation.

Darüber hinaus lässt sich der Darstellung gemäß 2 entnehmen, dass der Achsabstand, d.h. der Abstand zwischen zwei benachbarten Rippen 10 variiert. Insbesondere zeigen die in der Zeichenebene rechtsliegenden Rippen 10a, die einen größeren Abstand zur Motorachse haben, einen geringeren gegenseitigen Achsabstand, während die näher an der Motorachse liegenden Rippen 10b, 10c einen größeren gegenseitigen Achsabstand haben. Der technische Grund soll nachfolgend anhand der 3a, 3b erklärt werden.In addition, according to the representation 2 see that the center distance, ie the distance between two adjacent ribs 10 varies. In particular, the ribs 10a on the right in the plane of the drawing, which are at a greater distance from the motor axis, have a smaller mutual center distance, while the ribs 10b, which are closer to the motor axis, 10c have a larger mutual center distance. The technical reason is to be given below on the basis of the 3a , 3b be explained.

Die 3a, 3b, 3c zeigen Längsschnitte durch das Elektronikgehäuse 3 der Pumpe, einmal entlang der Schnittachse A-A, einmal entlang der Schnittachse B-B sowie entlang der Schnittachse C-C. Die 3d zeigt einen Querschnitt durch das Elektronikgehäuse 3 entlang der Schnittachse D-D. Die Kühlkörpergrundplatte 6 ist stufenartig ausgeführt, d.h. die innere Bodenfläche der Platte 6 weist mehrere Stufen 6a, 6b, 6c, 6d auf, deren Abstand zur innenliegenden Hauptplatine 20 des Elektronikgehäuses variiert. Dadurch ergibt sich für die einzelnen Stufen 6a-6d eine unterschiedliche verfügbare Bauraumhöhe zwischen Kühlkörpergrundplatte 6 und Platine 20, die durch die auf der Platine 20 montierten elektronischen Bauteile ausgenutzt werden kann. Die Stufen 6a-6c weisen an ihrer außen liegenden Oberfläche der Kühlkörpergrundplatte 6 die gekrümmten Kühlrippen 10 auf. Die Kühlrippen 10a der ersten Stufe 6a haben die größte Auskraglänge, die, wie in 3a ersichtlich, von rechts nach links in Richtung des Motors 2 stetig abnimmt.the 3a , 3b , 3c show longitudinal sections through the electronics housing 3 of the pump, once along the sectional axis AA, once along the sectional axis BB and along the sectional axis CC. the 3d shows a cross section through the electronics housing 3 along the section axis DD. The heat sink base plate 6 is stepped, ie the inner bottom surface of the plate 6 has a plurality of steps 6a, 6b, 6c, 6d, the distance from the internal main circuit board 20 of the electronics housing varies. This results in a different available installation space height between the heat sink base plate 6 and circuit board 20 for the individual stages 6a-6d, which can be utilized by the electronic components mounted on the circuit board 20. The steps 6a-6c have the curved cooling fins 10 on their outer surface of the heatsink base plate 6. The cooling fins 10a of the first stage 6a have the greatest projection length, which, as in 3a apparent, decreases steadily from right to left in the direction of the engine 2.

Die Kühlrippen 10b der Stufe 6b haben eine gegenüber der ersten Stufe 6a reduzierte Auskraglänge, wobei jedoch alle Rippen 10b der Stufe 6b dieselbe Auskraglänge aufweisen. Die Kühlrippen 10c der dritten Stufe 6c haben die geringste Auskraglänge (s. 3b, 3c), wobei auch hier alle Rippen 10c der dritten Stufe 6c dieselbe Länge haben. Ferner ist ersichtlich, dass es sich bei den Rippen 10b, 10c um dieselben Rippen handelt, diese jedoch über ihren Krümmungsverlauf aufgrund der Stufen 6b, 6c ihre Auskraglänge ändern (s. 3d).The cooling ribs 10b of stage 6b have a reduced projection length compared to the first stage 6a, but all ribs 10b of stage 6b have the same projection length. The cooling fins 10c of the third stage 6c have the shortest overhang (see 3b , 3c ), where all the ribs 10c of the third stage 6c have the same length here as well. It can also be seen that the ribs 10b, 10c are the same ribs, but that they change their projection length over their curvature due to the steps 6b, 6c (see Fig. 3d ).

Die vierte Stufe 6d weist hingegen keine Rippen 10 auf. Ferner ist den 4a, 4b zu entnehmen, dass der Achsabstand zwischen den jeweiligen Rippen 10 variiert. Die Rippen 10a der ersten Stufe 6a weisen alle denselben Achsabstand auf, dieser ist jedoch im Vergleich mit allen Rippen 10b, 10c der kleinste Abstand. Der Achsabstand zwischen den Rippen 10b, 10c der zweiten und dritten Stufe 6b, 6c ist ebenso identisch, jedoch größer dimensioniert als der Achsabstand zwischen den Rippen 10a der ersten Stufe 6a.The fourth stage 6d, on the other hand, has no ribs 10. Furthermore, the 4a , 4b it can be seen that the center distance between the respective ribs 10 varies. The ribs 10a of the first stage 6a all have the same center distance, but this is the smallest distance compared to all the ribs 10b, 10c. The center distance between the ribs 10b, 10c of the second and third stage 6b, 6c is also identical, but larger than the center distance between the ribs 10a of the first stage 6a.

Die im Bereich der einzelnen Stufen 6a-6d platzierten Bauteile werden in unterschiedliche Bauteilgruppen A-D eingeordnet, wobei die Bauteilgruppe B, die im Bereich der Stufe 6c installiert ist, sowie die Bauteilgruppe C, die im Bereich der Stufe 6b angeordnet ist, die notwendigen Komponenten des Eingangs- und Zwischenkreises der Pumpenelektronik beinhalten. Ersichtlich ist hierbei, dass gewisse Bauteile 21 des Eingangs- oder Zwischenkreises, wie bspw. Kondensatoren, eine vergleichsweise große Bauhöhen haben (s. 3c, 3d). Diese werden daher im Bereich der Stufe 6c angeordnet, da diese die ausreichende Bauhöhe bietet. Dabei ist erkennbar, dass der Bauraum der Stufe 6c auf Kosten der Auskraglänge der zugeordneten Rippen 10c gegenüber der Stufe 6b vergrößert ist. Dies ist möglich, da der Kondensator 21 eine verhältnismäßig geringe Verlustleistung hat, dafür jedoch mehr Bauraum beansprucht.The components placed in the area of the individual levels 6a-6d are classified into different component groups AD, whereby the component group B, which is installed in the area of level 6c, and the component group C, which is arranged in the area of level 6b, contain the necessary components of the include the input and intermediate circuits of the pump electronics. It can be seen here that certain components 21 of the input or intermediate circuit, such as capacitors, have a comparatively large overall height (see 3c , 3d ). These are therefore arranged in the area of level 6c, as this offers sufficient overall height. It can be seen here that the installation space of the stage 6c is increased at the expense of the projection length of the associated ribs 10c compared to the stage 6b. This is possible because the capacitor 21 has a relatively low power loss, but takes up more space.

Die Bauteilgruppe A beinhaltet Halbleiterelemente und sonstige Bauteile der Leistungselektronik des Frequenzumrichters als auch eines etwaigen Leistungsfaktorkorrekturfilters. Diesen Bauteilen genügt eine vergleichsweise geringe Bauhöhe, so dass diese im Bereich der Stufe 6a angeordnet werden. Die dortigen Bauteile sind jedoch durch die größte Verlustleistung und damit Wärmeabgabe charakterisiert. Der verhältnismäßig geringe Bauraum der Stufe 6a erlaubt eine deutlich größere Dimensionierung der Auskraglänge der dortigen Rippen 10a, so dass die erzielbare Wärmeabfuhr und Kühlung der Bauteilgruppe A deutlich verbessert werden kann. Gefördert wird dies zusätzlich durch den reduzierten Achsabstand zwischen den dortigen Kühlrippen 10a.The component group A contains semiconductor elements and other components of the power electronics of the frequency converter as well as any power factor correction filter. A comparatively low overall height is sufficient for these components, so that they are arranged in the area of stage 6a. However, the components there are characterized by the greatest power loss and thus heat dissipation. The relatively small installation space of step 6a allows a significantly larger dimensioning of the projecting length of the ribs 10a there, so that the achievable heat dissipation and cooling of the component group A can be significantly improved. This is additionally promoted by the reduced center distance between the local cooling fins 10a.

Die Bauteilgruppe D umfasst die Bauteile eines EMV-Filters. Diese Bauteile beanspruchen weder eine große Bauhöhe, noch kennzeichnen sich diese durch eine verhältnismäßig hohe Wärmeabgabe, so dass diese im Bereich der Stufe 6d angeordnet sind. In diesem Bereich können keine Rippen 10 aufgrund der Schnittstelle mit dem Motorgehäuse vorgesehen werden.Component group D includes the components of an EMC filter. These components do not require a great overall height, nor are they characterized by a relatively high heat dissipation, so that they are arranged in the area of stage 6d. Ribs 10 cannot be provided in this area due to the interface with the motor housing.

Wie bereits vorstehend ausgeführt wurde, sind die Kühlrippen mit unterschiedlichen Auskraglängen sowie Achsabständen ausgeführt. Das Verhältnis zwischen Achsabstand und Auskraglänge ist für die einzelnen Stufen 6a, 6b, 6c unterschiedlich dimensioniert und in den 4a, 4b verdeutlicht. Die Kühlrippen 10a der ersten Stufe 6a weisen einen gleichbleibenden gegenseitigen Achsabstand von 4 mm auf, während die Auskraglänge der äußersten Rippe 10a' in diesem Bereich 42 mm beträgt. Die Auskraglängen der sich anschließenden Rippen 10a nimmt kontinuierlich ab, die kleinste Rippe 10a'' in diesem Bereich umfasst eine Auskraglänge von 32 mm. Es ergibt sich somit ein variables Verhältnis zwischen Achsabstand und Auskraglänge von 0,095 bis 0,125. Das Verhältnis der Kühlrippen 10b der zweiten Stufe 6b beträgt 0,4, während das Verhältnis der Kühlrippen 10c im Bereich der Stufe 6c 0,89 beträgt. Die Wandstärke für alle Kühlrippen 10a-10c ist mit 5,7mm dimensioniert.As already explained above, the cooling fins are designed with different projection lengths and center distances. The ratio between center distance and projection length is dimensioned differently for the individual stages 6a, 6b, 6c and in the 4a , 4b clarified. The cooling ribs 10a of the first stage 6a have a constant mutual center distance of 4 mm, while the projection length of the outermost rib 10a' in this area is 42 mm. The projection lengths of the adjoining ribs 10a decrease continuously, the smallest rib 10a'' in this area has a projection length of 32 mm. This results in a variable ratio between center distance and overhang length of 0.095 to 0.125. The ratio of the cooling fins 10b of the second stage 6b is 0.4, while the ratio of the cooling fins 10c in the region of the stage 6c is 0.89. The wall thickness for all cooling fins 10a-10c is dimensioned at 5.7 mm.

5 zeigt eine Längsschnittdarstellung durch das Elektronikgehäuse gemäß einer modifizierten Ausführung. Der einzige Unterschied gegenüber der Ausführung der 1 bis 4a, 4b besteht darin, dass dort einzelne Bauteile 21 mit Hilfe von thermischen Koppelelementen 22 mittelbar mit der Kühlkörpergrundplatte 6 in Verbindung stehen, um so die Wärmeabfuhr der Bauteile 21 in den Kühlkörpern 6 nochmals zu optimieren. Dies kann insbesondere dann notwendig sein, wenn bauartbedingt eine direkte Verbindung zwischen den Bauteilen 21 und dem Kühlkörper 6 nicht möglich ist. 5 shows a longitudinal section through the electronics housing according to a modified embodiment. The only difference vs about the execution of the 1 until 4a , 4b consists in the fact that there individual components 21 are indirectly connected to the heat sink base plate 6 with the aid of thermal coupling elements 22 in order to further optimize the heat dissipation of the components 21 in the heat sinks 6 . This can be necessary in particular when a direct connection between the components 21 and the heat sink 6 is not possible due to the type of construction.

Claims

Pump, preferably a centrifugal pump, particularly preferably a heating circulating pump, with an electronics housing (3) and at least one heat sink (4) which is part of the electronics housing (3), the heat sink (4) having a heat sink base plate (6 ) on the outer surface of which cooling fins (10) extend, characterized in that at least some of the cooling fins (10) have a curved course with a defined radius of curvature along the heat sink base plate (6).

pump after claim 1 , characterized in that the radius of curvature is constant over the entire course of a cooling fin (10) along the heat sink base plate (6) and is in particular in the range between 10 cm and 15 cm, preferably between 11 cm and 14 cm, particularly preferably between 12.5 and 13 cm .

Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the majority of the cooling fins (10), ideally all cooling fins (10), have a constant radius of curvature, the radius of curvature preferably being identical for all curved cooling fins (10) or the radius of curvature for cooling fins (10b, 10c), which are closer to the motor housing of the pump, is reduced.

Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the majority of the cooling fins (10), preferably all cooling fins (10), run parallel to one another along the cooling body base plate (6).

Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the projection length of the individual cooling ribs (10) of the cooling body (6) varies.

Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the heat sink base plate (6) comprises a plurality of shoulders (6a, 6b, 6c, 6d) or steps in order to subdivide the electronics housing (3) into different volume sections which differ with respect to the available Distinguish space height, the space height is preferably determined by the distance between the heat sink base plate (6) or its respective level (6a, 6b, 6c, 6d) and in the electronics housing (3) used circuit board (20).

pump after claim 6 , characterized in that each stage (6a, 6b, 6c, 6d) of the heat sink base plate (6) within the electronics housing (3) defines a space for a specific component group (AD) of electronic components of the pump electronics, the electronic components being divided into the specific Component groups (AD) are preferably grouped depending on their component size and / or heat output.

pump after claim 6 or 7 , characterized in that at least two stages (6a, 6b, 6c) of the heat sink base plate (6), preferably three stages, are each provided with a cooling rib group (10a, 10b, 10c), the respective cooling rib groups (10a, 10b, 10c ) differ from each other in terms of the projection lengths of their cooling fins (10a, 10b, 10c).

pump after claim 8 , characterized in that the cooling ribs (10b, 10c) of at least one group of cooling ribs all or predominantly have the same projection length and/or the cooling ribs (10a) of at least one group of cooling ribs all or predominantly have varying projection lengths, in particular continuously in the direction of an adjacent group of cooling ribs (10b, 10c). have decreasing projection lengths.

Pump down one of the Claims 7 until 9 , characterized in that the component group (A) with the greatest power loss or the highest cooling requirement, in particular the components of the power electronics and/or the power factor correction filter, is arranged in that installation space of the electronics housing (3) that is defined by the step (6a) of the Heatsink base plate (6) is formed with the cooling fin group (10a) of the greatest overhang lengths.

Pump down one of the Claims 7 until 10 , characterized in that the component group (C, B, D) with the smallest power loss or the lowest cooling requirement and / or the greatest height, in particular the components of an EMC filter and / or an input or intermediate circuit of the frequency converter, in that Space of the electronics housing (3) is arranged, which is formed by the stage (6c, 6d) of the heat sink base plate (6) with the cooling fin group (10c) of the smallest projection lengths or without cooling fins.

Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the mutual axial spacing of the cooling fins (10) of the cooling body base plate (6) varies, the axial spacing between cooling fins (10) of a cooling fin group preferably being identical.

pump after claim 12 , characterized in that the cooling rib group (10a) with the greatest projection length has the smallest mutual center distance.

Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio between the center distance and the projection length of the cooling fins (10) is between 0.08 and 1, preferably the ratio between the center distance and the projection length of the cooling fin group (10a) with the greatest projection length is between 0. 08 and 0.14, particularly preferably between 0.095 and 0.125, and/or the ratio for the cooling fin group (10b, 10c) with the smallest overhang length between 0.3 and 1, particularly preferably between 0.4 and 0.89.

Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the wall thickness of the cooling ribs (10), in particular of all cooling ribs, is between 2 mm and 7 mm, in particular 5.7 mm.

Pump according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic components, in particular the components with the greatest power loss, are in direct contact with the heat sink base plate (6) or are indirectly connected to the heat sink base plate (6) by a thermally conductive coupling element (22). are.