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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitspumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkeitspumpe gemäß Anspruch 15.
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Bekannte Flüssigkeitspumpen weisen ein mehrteiliges Gehäuse auf, in dem ein Trockenraum und ein Nassraum ausgebildet sind. In dem Nassraum ist ein Rotor angeordnet der von einem Fluid umspült wird. Ein Spalttopf trennt den Nassraum vom Trockenraum und beinhaltet den umspülten Rotor. Im Trockenraum ist der Stator angeordnet. Weiterhin weisen die meisten bekannten Flüssigkeitspumpen einen zusätzlichen Elektronikraum auf, in dem die Steuerungselektronik untergebracht ist. Das Fluid wird über ein Flügelrad in den Nassraum geleitet und umspült den Rotor. Es ist bekannt, zusätzlich axiale Fluidkanäle in Form von Aussparungen im Bereich einer radialen Lagerung auszubilden. Nachteilig daran ist eine reduzierte Kraftverteilung durch die folglich kleinere Lagerfläche. Zudem können Schmutzpartikel und Fremdkörper aus dem Fluidstrom direkt ungewollt in die Lagerung transportiert werden und sich dort absetzen, was zu Schäden an der Pumpe führen kann. Weiterhin ist bekannt, Fluidkanäle auszubilden, die in der Montage entstehen. Nachteilig hieran ist, dass ein zusätzlicher Montageaufwand entsteht und die Fläche für kraftschlüssige Verbindungen reduziert wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine Flüssigkeitspumpe vorzuschlagen, die die oben genannten Nachteile überwindet und eine optimale Kühlung und Wärmeableitung gewährleistet. Zudem soll eine höhere Temperaturfestigkeit sichergestellt werden, ohne die Schmutzlastfähigkeit oder die Lagerqualität zu beeinflussen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 und durch die Merkmale gemäß dem Verfahren nach Anspruch 15.
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Eine Flüssigkeitspumpe umfasst ein Gehäuse, in dem ein bewickelter Stator und eine Elektronik in einem Trockenraum angeordnet sind, einen Permanentmagnetrotor, der in einem Nassraum angeordnet ist, eine Achse, die einerseits in einem Pumpenkopf und andererseits in einer Achsaufnahme in einem Spalttopf gehalten wird. Der Spalttopf trennt den Trockenraum vom Nassraum. Zudem weist die Flüssigkeitspumpe mindestens ein Lager auf, welches im Permanentmagnetrotor eingebracht ist, zum Beispiel durch Einpressen, Einspritzen oder durch Kraft-und Formschluss. Das Lager ordnet den Permanentmagnetrotor drehbar auf der Achse an bzw. lagert diesen auf der Achse. Der Permanentmagnetrotor umfasst ein Kunststoffeinlegeteil und einen Permanentmagneten. An dem Kunststoffeinlegeteil ist mindestens ein Fluidkanal ausgebildet. Der mindestens eine Fluidkanal wird im Kunststoffeinlegeteil direkt im Werkzeug eingebracht. Zusätzlich wird eine Freimachung im Innenbereich des Permanentmagneten eingebracht. Dadurch wird ein Fluidkanal ausgeformt, der eine Verbindung vom Fluidbereich eines Flügelrades zu einer inneren Wandung des Spalttopfes bildet, der an einer Leiterplatte angeordnet ist. Dies erhöht den Fluidaustausch und verbessert die Kühlleistung an der Leiterplatte.
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Vorteilhaft ist, dass der Fluidkanal dadurch nicht im Bereich der radialen Lagerung ausgebildet ist. Folglich wird die Fläche für kraftschlüssige Verbindungen erhöht, die Qualität des Rundlaufs des Rotors verbessert, eine höhere mögliche Radiallast durch eine größere Lauffläche ermöglicht sowie eine höhere Schmutzlastfähigkeit gewährleistet, da der Fluidaustausch nicht über die Lagerung erfolgt.
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In einer bevorzugten Ausbildung weist das Kunststoffeinlegeteil im inneren Bereich eine Aufnahmekontur für die Achse und das mindestens eine Lager auf. Der innere Bereich ist dabei pass- bzw. formgenau an die zu aufnehmende Achse und das mindestens eine Lager beim Spritzgussverfahren ausgebildet.
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In einer Weiterbildung ist das Kunststoffeinlegeteil mit einem Flügelrad aus dem gleichen Material einstückig ausgebildet. Hierbei ist das Kunststoffeinlegeteil und das Flügelrad bevorzugt aus einem nichtmagnetischen Material, wie zum Beispiel PPS (Polyphenylensulfid) oder einem anderen, dem Fachmann bekannten thermoplastischem Material ausgebildet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung weist das Kunststoffeinlegeteil an seiner Außenumfangsfläche achsparallele Nuten auf. Diese Nuten können an der kompletten oder nur teilweise an der Außenumfangsfläche ausgebildet sein.
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In einer bevorzugten Ausbildung ist das Kunststoffeinlegeteil mit permanentmagnetischem Material umspritzt und bildet dadurch den Permanentmagnetrotor aus.
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In einer weiteren Ausbildung sind das Kunststoffeinlegeteil und ein Permanentmagnet als Fertigteile ausgebildet, die ineinander kraft- oder stoff- oder formschlüssig montiert werden und dadurch den Permanentmagnetrotor ausbilden. Die Montage der Fertigteile kann durch Pressen, Kleben oder durch andere dem Fachmann bekannte Montageverfahren miteinander verbunden werden.
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Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass beim Umspritzen des Kunststoffeinlegeteils auch mindestens eine Nut mit permanentmagnetischem Material gefüllt wird. Alternativ können alle Nuten bis auf eine Nut, die den Fluidkanal ausbildet, mit permanentmagnetischem Material gefüllt werden oder keine der Nuten mit permanentmagnetischem Material gefüllt werden. Die Ausbildung von Nuten an der Außenumfangsfläche des Kunststoffeinlegeteils verbessert den Formschluss zwischen der Umspritzung mit permanentmagnetischem Material und dem Kunststoffeinlegeteil.
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In einer Weiterbildung ist das Kunststoffeinlegeteil in seiner Länge mindestens so lang ausgebildet wie der Permanentmagnet. Bevorzugt ist das Kunststoffeinlegeteil kürzer ausgebildet, um so nicht auf der Achsaufnahme des Spalttopfes aufzusetzen, d. h. das Kunststoffeinlegeteil berührt nicht den Spalttopfboden. Es wäre aber auch denkbar, dass das Kunststoffeinlegeteil länger als der Permanentmagnet ausgebildet ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung wird der Fluidkanal durch mindestens einen Durchbruch im Flügelrad und eine dazugehörige korrespondierende Nut am Kunststoffeinlegeteil gebildet. Vorteilhaft ist dadurch, dass der Fluidkanal nicht im Bereich der radialen Lagerung ausgebildet ist. Dadurch wird die Fläche für kraftschlüssige Verbindungen erhöht, die Qualität des Rundlaufs des Rotors verbessert, eine höhere mögliche Radiallast durch eine größere Lauffläche ermöglicht sowie eine höhere Schmutzlastfähigkeit gewährleistet, da der Fluidaustausch nicht über die Lagerung erfolgt.
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In einer Weiterbildung ist auf dem Flügelrad eine Deckscheibe mit mindestens einer Durchgangsöffnung angeordnet und bildet mit dem Durchbruch im Flügelrad und der Nut den Fluidkanal. Durch die Durchgangsöffnung in der Deckscheibe werden Schmutzpartikel oder Fremdkörper aus dem Fluidstrom abgeleitet und können nicht in den Fluidkanal gelangen.
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Weiterhin vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass ein Fluid den Permanentmagnetrotor innerhalb des Spalttopfes umströmt. Die Fluidumströmung des Permanentmagneten innerhalb des Spalttopfes bildet einen Hauptkühlpfad aus. Das Fluid dient zusätzlich als Schmiermittel für das mindestens eine Lager. Eine Entlüftung an dem mindestens einen Lager ist durch den Fluidkanal vorteilhaft gewährleistet.
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In einer weiteren Ausbildung befördert der Fluidkanal im Kunststoffeinlegeteil das Fluid über einen sekundären Strömungspfad. Der sekundäre Strömungspfad dient der Wärmeableitung sowie der Kühlung der Elektronik auf der Leiterplatte über den Spalttopf und dem Fluid. Der Spalttopfboden ist hierbei in direktem Kontakt mit der Leiterplatte. Zusätzlich kann zwischen dem Spalttopfboden und der Leiterplatte eine Wärmeleitfolie oder eine Wärmeleitpaste angeordnet sein, die eine bessere Wärmeableitung ermöglicht. Dabei ist es wichtig, dass zwischen dem Spalttopfboden und der Leiterplatte bzw. der Leiterplatte, der Wärmeleitfolie oder Wärmeleitpaste und dem Spalttopfboden kein Luftspalt ausgebildet ist.
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In einer Weiterbildung bildet eine Auskragung des Spalttopfes zusammen mit dem Pumpenkopf und einem Motorgehäuse das Gehäuse. Dabei sind die Auskragung des Spalttopfes, der Pumpenkopf und das Motorgehäuse miteinander verschraubt. Zwischen den einzelnen Gehäuseteilen ist jeweils eine Dichtung eingebracht. Alternativ zur Verschraubung der Gehäuseteile können diese auch miteinander verschweißt oder mittels einem anderen dem Fachmann bekannten stoff-, form- oder kraftschlüssigen Verfahren miteinander verbunden werden.
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Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Flüssigkeitspumpe Anwendung in Wasserpumpen, Ölpumpen, Kraftstoffpumpen, SCR-Pumpen im Kfz-Bereich oder im Haushaltsbereich findet.
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Es ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkeitspumpe vorgesehen, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- a) Ein Kunststoffeinlegeteil mit einem Flügelrad wird aus dem gleichen Material einstückig spritzgegossen;
- b) Beim Spritzguss werden an der Außenumfangsfläche des Kunststoffeinlegeteils achsparallele Nuten ausgeformt;
- c) Anschließend wird das Kunststoffeinlegeteil mit permanentmagnetischem Material umspritzt und bildet dadurch den Permanentmagnetrotor (5) aus;
- d) Beim Umspritzen des Kunststoffeinlegeteils wird auch mindestens eine Nut mit permanentmagnetischem Material gefüllt.
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Durch die Ausbildung der mindestens einen Nut an der Außenumfangsfläche des Kunststoffeinlegeteils erfolgt eine Auswuchtung des Rotors vor dem Umspritzen mit dem permanentmagnetischen Material. Dies gewährleistet einen optimalen Rundlauf des Rotors. Zudem entsteht durch die Nuten ein besserer Formschluss zwischen dem Kunststoffeinlegeteil und dem permanentmagnetischen Material bei der Umspritzung.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Stator
- 3
- Elektronik
- 4
- Trockenraum
- 5
- Permanentmagnetrotor
- 6
- Nassraum
- 7
- Achse
- 8
- Pumpenkopf
- 9
- Achsaufnahme
- 10
- Spalttopf
- 11
- Lager
- 12
- Kunststoffeinlegeteil
- 13
- Permanentmagnet
- 14
- Fluidkanal
- 15
- Aufnahmekontur
- 16
- Flügelrad
- 17
- Außenumfangsfläche
- 18
- Nuten
- 19
- Durchbruch
- 20
- Deckscheibe
- 21
- Durchgangsöffnung
- 22
- Fluid
- 23
- Auskragung
- 24
- Motorgehäuse
- 25
- Flüssigkeitspumpe
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Übersicht einer Flüssigkeitspumpe gemäß einer Ausführungsform,
- 2 eine Schnittdarstellung eines Permanentmagnetrotors gemäß 1,
- 3 eine Draufsicht eines Permanentmagnetrotors gemäß einer Ausführungsform,
- 4 eine isometrische Ansicht eines Permanentmagnetrotors gemäß einer Ausführungsform,
- 5 eine Draufsicht auf eine Deckscheibe gemäß einer Ausführungsform,
- 6 eine Schnittdarstellung einer Flüssigkeitspumpe gemäß einer Ausführungsform.
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1 zeigt eine Übersicht einer Flüssigkeitspumpe (25) gemäß einer Ausführungsform. Die Flüssigkeitspumpe (25) umfasst ein Gehäuse (1), in dem ein bewickelter Stator (2) und eine Elektronik (3) in einem Trockenraum (4) angeordnet sind. Die Flüssigkeitspumpe (25) umfasst ferner einen Permanentmagnetrotor (5), der in einem Nassraum (6) angeordnet ist und eine Achse (7), die einerseits in einem Pumpenkopf (8) und andererseits in einer Achsaufnahme (9) in einem Spalttopf (10) gehalten wird. Der Spalttopf (10) trennt den Trockenraum (4) vom Nassraum (6). Ferner ist mindestens ein Lager (11) vorgesehen, welches im Permanentmagnetrotor (5) eingebracht ist und diesen drehbar auf der Achse (7) anordnet. Der Permanentmagnetrotor (5) umfasst ein Kunststoffeinlegeteil (12) und einen Permanentmagneten (13). Weiterhin ist an dem Kunststoffeinlegeteil (12) mindestens ein Fluidkanal (14) ausgebildet. Die einzelnen Gehäuseteile können verschraubt, verschweißt oder mittels einem anderen dem Fachmann bekannten stoff-, form- oder kraftschlüssigen Verfahren miteinander verbunden werden. Insbesondere kann eine Verbindung durch eine Auskragung (23) des Spalttopfes (10) realisiert sein, die zusammen mit dem Pumpenkopf (8) und einem Motorgehäuse (24) das Gehäuse ausbildet.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung eines Permanentmagnetrotors gemäß 1. Das Kunststoffeinlegeteil (12) ist mit einem Flügelrad (16) aus dem gleichen Material einstückig ausgebildet und bildet durch eine Umspritzung mit permanentmagnetischem Material den Permanentmagnetrotor (5) aus. Insbesondere sind das Kunststoffeinlegeteil (12) und ein bzw. der Permanentmagnet (13) als Fertigteile ausgebildet, die ineinander kraft- oder stoff- oder formschlüssig montiert werden und dadurch den Permanentmagnetrotor (5) ausbilden. Das Kunststoffeinlegeteil (12) ist in seiner Länge mindestens so lang ausgebildet ist wie der Permanentmagnet (13), kann jedoch auch kürzer oder länger ausgebildet sein. Der Fluidkanal (14) wird durch mindestens einen Durchbruch (19) im Flügelrad (16) und eine dazugehörige korrespondierende Nut (18) am Kunststoffeinlegeteil (12) gebildet. Im inneren Bereich weist das Kunststoffeinlegeteil (12) eine Aufnahmekontur (15) für die Achse (7) und das mindestens eine Lager (11) auf.
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3 zeigt eine Draufsicht eines Permanentmagnetrotors gemäß einer Ausführungsform, in der offenbart ist, dass das Kunststoffeinlegeteil (12) an seiner Außenumfangsfläche (17) achsparallele Nuten (18) aufweist. Diese Nuten können an der kompletten oder nur teilweise an der Außenumfangsfläche ausgebildet sein. Beim Umspritzen des Kunststoffeinlegeteils (12) wird mindestens eine Nut (18) mit permanentmagnetischem Material gefüllt.
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In der isometrischen Ansicht eines Permanentmagnetrotors (5) gemäß 4 ist zudem zu erkennen, dass der Fluidkanal (14) durch den kompletten Permanentmagnetrotor (5) bzw. das Kunststoffeinlegeteil (12) führen kann um eine darunterliegende (abgetrennte) Elektronik zu kühlen (nicht abgebildet).
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5 zeigt eine Draufsicht auf eine Deckscheibe (20) gemäß einer Ausführungsform, die auf dem Flügelrad (16) angeordnet ist. Die Deckscheibe (20) umfasst mindestens eine Durchgangsöffnung (21) und bildet mit dem Durchbruch (19) im Flügelrad (16) und der Nut (18) den Fluidkanal (14). Durch die Durchgangsöffnung (21) in der Deckscheibe (20) werden Schmutzpartikel oder Fremdkörper aus dem Fluidstrom abgeleitet und können nicht in den Fluidkanal (14) gelangen.
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6 zeigt eine Schnittdarstellung einer Flüssigkeitspumpe gemäß einer Ausführungsform. Zu erkennen ist ein Fluid (22), das den Permanentmagnetrotor (5) innerhalb des Spalttopfes (10) umströmt. Hierbei handelt es sich um einen Hauptkühlpfad, der vom Durchbruch (19) aus gespeist wird. Weiterhin wird das Fluid (22) durch den Fluidkanal (14) im Kunststoffeinlegeteil (12) über einen sekundären Strömungspfad befördert. Der sekundäre Strömungspfad dient der Wärmeableitung sowie der Kühlung der Elektronik auf der Leiterplatte über den Spalttopf (10) und dem Fluid (22).
