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Die Erfindung betrifft eine Pumpe, bevorzugt Kreiselpumpe, besonders bevorzugt Heizungsumwälzpumpe, mit wenigstens einem Elektronikgehäuse für die Pumpenelektronik, wobei das Elektronikgehäuse aus wenigstens zwei Gehäuseteilen zusammengesetzt ist und innerhalb des Elektronikgehäuses wenigstens zwei Platinen in axialer Richtung übereinander angeordnet sind.
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Eine solche Kreiselpumpe kann als Heizungsumwälzpumpe ausgeführt sein. Moderne Heizungsumwälzpumpen sind mit einer Steuerungslogik für den energieeffizienten Pumpenbetrieb ausgestattet. Dies umfasst neben einem Steuerungsbaustein und etwaigen Bedien- und Anzeigeelementen auch einen Frequenzumrichter zur Drehzahlregelung des Pumpenantriebs. Die dafür notwendige Elektronik wird in einem Elektronikgehäuse untergebracht, das am Pumpenmotor umfangs- oder stirnseitig befestigt ist. Die einzelnen Bauteile werden regelmäßig getrennt nach Funktion oder produzierter Abwärme auf unterschiedlichen Platinen untergebracht. Denkbar ist hier beispielsweise eine Leistungsplatine mit den Komponenten des Frequenzumrichters sowie eine weitere Platine, die Steuerungsbausteine und/oder Komponenten der HMI-Schnittstelle aufweist.
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Während des Pumpenbetriebs erzeugen die elektronischen Bauteile Verlustwärme, die zum Schutz der Bauteile aus dem Elektronikgehäuse abgeführt werden muss. Ein gesonderter Kühlkörper des Elektronikgehäuses sorgt für einen ausreichenden Wärmeabtrag. Aus diesem Grund kann das Elektronikgehäuse auch mehrteilig ausgebildet sein, wobei ein Teil des Gehäuses durch den metallischen Kühlkörper gebildet wird, auf den eine Gehäuseabdeckung aus Kunststoff aufgesetzt wird. Generell kann ein solches Elektronikgehäuse auch aus beliebigen Gehäuseteilen zusammengesetzt sein.
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Da Pumpen, insbesondere Kreiselpumpen bzw. Heizungsumwälzpumpen, zur Förderung von Fluiden eingesetzt werden, muss die Elektronik gegenüber der Umgebung abgedichtet werden, um das Eindringen von Fluiden in das Innere des Gehäuses zu unterbinden. Bei Heizungsumwälzpumpen wird aus diesem Grund zumindest ein Spritzwasserschutz gemäß IP-44 verlangt.
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Problematisch ist hierbei die Schnittstelle zwischen den Gehäuseteilen und der sich dort ergebende Verbindungsspalt zwischen den Gehäuseteilen. Eine Möglichkeit zur Abdichtung dieses Spaltes ist der Einsatz einer einfachen Dichtschnur, die zwischen den Gehäuseteilen in den Spalt eingesetzt wird. Erforderlich dafür ist jedoch eine verfügbare Mindestfläche im Kontaktbereich der Gehäuseteile zur Auflage der Dichtschnur, was mit einer gewissen Mindeststärke der Gehäusewand einhergeht. Auch ist die ordnungsgemäße Platzierung des Dichtungselementes auf den entsprechenden Verbindungkanten zur Montage etwas trickreich und erschwert insgesamt den gesamten Montagevorgang. Zur Erleichterung wurde die Dichtung oftmals aufgeklebt, was jedoch einen zusätzlichen Montageschritt erfordert.
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Die Aufgabe der vorliegenden Anmeldung besteht darin, den Aufbau als auch den gesamten Montageprozess für das Elektronikgehäuse der Pumpe zu vereinfachen.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß einer Pumpe nach den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen der Pumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ebenso wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zwischen den Platinen wenigstens ein zu den wenigstens zwei Gehäuseteilen separater Montagerahmen eingebracht ist. Der Montagerahmen dient zur Aufnahme und/oder Fixierung wenigstens einer der Platinen. Ergänzend weist der Montagerahmen wenigstens ein Dichtungselement auf, das in abdichtendem Kontakt mit wenigstens einem der Gehäuseteile steht und so für eine Abdichtung des Gehäuses vor von außen eintretenden Fluiden dient.
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Auch dient der Montagerahmen als Montagehilfe während des Zusammensetzens des Elektronikgehäuses, insbesondere bei der axialen Stapelung der Platinen und/oder dem Zusammenfügen der Gehäuseteile. Dadurch, dass der Montagerahmen zwischen den Platinen eingebracht ist, dient dieser als Zentrierhilfe, um die Platinen zueinander auszurichten. Auch sorgt der Montagerahmen für eine ausreichende Beabstandung der Platinen zueinander. Neben dieser Funktion als Montagehilfe dient der Montagerahmen gleichermaßen als Dichtungsträger zur Aufnahme ein oder mehrerer Dichtungselemente zur Gehäuseabdichtung.
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Als Axialrichtung wird nachfolgend die Richtung bezeichnet, in dieser die Platinen aufeinandergestapelt und die Gehäuseteile aufeinander montiert sind. Der Montagerahmen weist eine Rahmenfläche auf, die in Axialrichtung gesehen eine Ober- und Unterseite aufweist.
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Der mehrteilige Aufbau des Elektronikgehäuses umfasst gemäß bevorzugter Ausführung einen Kühlkörper sowie einen zweiten, das Elektronikgehäuse vervollständigenden Gehäuseteil aus einem abweichenden Material, bspw. aus Kunststoff. Der Kühlkörper ist regelmäßig aus Metall, insbesondere Aluminium gefertigt. Der Kühlkörper dient vorzugsweise zur Aufnahme der Platine, die die Bauteile mit höherer Wärmeentwicklung trägt, insbesondere zur Aufnahme einer Leistungsplatine für die Bauteile eines Frequenzumrichters. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass die Leistungsplatine auch weitere Steuerungsbauteile oder sonstige Komponenten aufweist, die sich durch eine geringere Wärmeentwicklung auszeichnen. Bei der zweiten Platine handelt es sich vorzugsweise um eine Platine, auf der die übrigen Bauteile untergebracht sind, bspw. etwaige Steuerungsbausteine oder Bauteile zur Realisierung einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI).
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Vorzugsweise weist wenigstens ein Gehäuseteil einen stirnseitigen umlaufenden Rand auf, der zumindest teilweise die Schnittstelle zu dem Montagerahmen und gegebenenfalls zweiten Gehäuseteil ausbildet. Dieser Rand steht zumindest teilweise mit dem wenigstens einen am Montagerahmen angeordneten Dichtungselement in Kontakt. Bevorzugt wird das Gehäuseteil bzw. der Rand in Axialrichtung auf das Dichtungselement gepresst und komprimiert dieses in Axialrichtung, so dass eine ausreichende Dichtungswirkung gewährleistet ist.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn auf der Ober- und Unterseite der Rahmenfläche des Montagerahmens jeweils ein Dichtungselement angeordnet ist, wobei jedes Dichtungselement mit dem stirnseitigen Rand eines der Gehäuseteile in Kontakt steht. Der Montagerahmen umfasst folglich separate Dichtungselemente zur Abdichtung der Kontaktfläche mit beiden Gehäuseteilen.
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Wenigstens eines, insbesondere beide Dichtungselemente können in eine auf der Rahmenfläche umlaufende Nut eingebracht sein. Denkbar ist es, ein passgenaues Dichtungselement, insbesondere eine Dichtlippe in die bestehende Nut einzusetzen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Dichtungselemente in die entsprechende Nut eingespritzt sind. Als Dichtungselement wird dann ein thermoplastisches und spritzfähiges Elastomer (TPE) eingesetzt, insbesondere ein TPE-U bzw. TPU (Thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis, thermoplastisches Polyurethan).
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Montagerahmen an seinem äußeren Rahmenrand eine sich in Axialrichtung erstreckende, vorzugsweise umlaufende, Wand auf. Die Wand erstreckt sich damit parallel zur Außenwand des ersten und/oder zweiten Gehäuseteils, insbesondere überdeckt die Wand einen Teilbereich der Außenwand von erstem und/oder zweitem Gehäuseteil in Form einer Schürze. Besonders bevorzugt überdeckt die ausgebildete Schürze wenigstens eine der Schnittstellen zwischen Gehäuseteil und Montagerahmen, idealerweise den Bereich um das dazwischenliegende Dichtungselement. Die Schürze sorgt in ihrer abdeckenden Funktion für einen zusätzlichen Spritzschutz. Gleichermaßen ergeben sich durch eine solche Schürze auch ästhetische Vorteile. Im Idealfall erstreckt sich die Schürze sowohl über die Schnittstelle zwischen erstem Gehäuseteil und Montagerahmen als auch über die Schnittstelle zwischen zweitem Gehäuseteil und Montagerahmen.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Montagerahmen eine sich axial erstreckende und auf der Rahmenfläche umlaufende erste Anschlagsfläche aufweist, die mit der Gehäuseinnenwand eines Gehäuseteils in Kontakt tritt und zur Ausrichtung des Montagerahmens relativ zum Gehäuseteil dient, insbesondere zur Ausrichtung des Montagerahmens gegenüber dem Kühlkörper. Möglich ist es, dass die erste Anschlagsfläche durch eine Wandung der Nut zur Aufnahme des Dichtungselementes gebildet ist, insbesondere durch die innenliegende Nutwand.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Rahmenfläche, insbesondere die Ober- und/oder Unterseite der Rahmenfläche profiliert sein. Bevorzugt ist es, wenn die Rahmenfläche auf Ihrer Ober- und/oder Unterseite ein Stufenprofil, insbesondere umlaufendes Stufenprofil, aufweist. Eine in Axialrichtung erstreckende Stufenfläche kann als Anschlagsfläche für eine Wandfläche eines der Gehäuseteile und/oder eine durch den Montagerahmen aufzunehmende Platine dienen.
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Bevorzugt umfasst der Montagerahmen eine sich axial erstreckende und auf der Rahmenfläche umlaufende zweite Anschlagsfläche, die mit einer Außenwand eines Gehäuseteils in Kontakt tritt und zur Ausrichtung des Gehäuseteils relativ zum Montagerahmen dient, insbesondere zur Ausrichtung des Kunststoffgehäuses relativ zum Montagerahmen. Die zweite Anschlagsfläche kann durch das vorgenannte Stufenprofil und/oder durch die sich am äußeren Rahmenrand erstreckende Wand, d.h. die Schürze gebildet sein.
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Die erste und zweite Anschlagsfläche sind auf unterschiedlichen Seiten des Montagerahmens ausgeformt, bspw. ist die erste Anschlagsfläche auf der Unterseite, während die zweite Anschlagsfläche auf der Oberseite ausgebildet ist.
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Der Montagerahmen, insbesondere die Rahmenfläche, kann mit ein oder mehreren senkrecht von der Rahmenfläche auskragenden Vorsprüngen ausgebildet sein, die als Lagerstellen für die Aufnahme wenigstens einer Platine dienen. Die Vorsprünge können gleichzeitig als Abstandshalter dienen, die für einen ausreichenden Abstand in axialer Richtung zwischen den beiden Platinen sorgen.
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Der Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpe, insbesondere des Elektronikgehäuses, kann vorzugsweise derart sein, dass innerhalb des Kühlkörpers eine erste Platine, insbesondere die Leistungsplatine, aufgenommen ist. Die Leistungsplatine wird durch entsprechende Wandungsvorsprünge des Kühlkörpers gelagert. Der neuartige Montagerahmen wird auf den stirnseitig umlaufenden Rand des Kühlkörpers aufgesetzt und stützt sich gleichzeitig auf der aufgesetzten Leistungsplatine ab. Eine zweite Platine, insbesondere eine HMI-Platine, wird unmittelbar auf dem Montagerahmen gelagert und dort durch etwaige Verbindungsmittel am Montagerahmen fixiert, vorzugsweise mit dem Montagerahmen verschraubt. Denkbar ist die Verwendung von gewindeschneidenden Schrauben, vorzugsweise aus Kunststoff. Eine elektrische Kontaktierung zwischen beiden Platinen wird üblicherweise durch ein oder mehrere Kontaktmittel, insbesondere Verbindungsstifte, zwischen den Platinen geschaffen.
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Das zweite Gehäuseteil, insbesondere die Kunststoffabdeckung, ist bevorzugt auf den Montagerahmen aufgesetzt und über ein oder mehrere Verbindungsmittel unmittelbar mit dem Kühlkörper verbunden. Die Verbindung zwischen Kühlkörper und Kunststoffabdeckung ist bevorzugt mittels ein oder mehrerer Schrauben gesichert. Die Verbindungsmittel, insbesondere Schrauben, sorgen gleichzeitig dafür, dass die Bauteile in Axialrichtung gegeneinandergepresst werden, so dass eine bessere axiale Komprimierung der Dichtungselemente des Montagerahmens erzielt wird.
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Wie bereits vorstehend erläutert wurde, wird eine elektrische Kontaktierung zwischen den wenigstens zwei Platinen mittels ein oder mehrerer Kontaktmittel geschaffen. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können sich derartige Kontaktmittel auch durch die Rahmenfläche des Montagerahmens in axialer Richtung erstrecken oder idealerweise in die Struktur des Montagerahmens integriert, beispielsweise eingegossen sein. Dies unterstützt die passgenaue Kontaktierung zwischen den Platinen während des Montageprozesses. Die Kontaktmittel können ein oder mehrere Verbindungsstifte umfassen, die sich in axialer Richtung erstrecken und in entsprechende Steckkontakte auf den Platinen einsteckbar sind. Als Kontaktmittel kann auch eine Erdungsschraube vorgesehen sein, die durch die Rahmenfläche verläuft oder dort integriert ist.
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Neben der erfindungsgemäßen Pumpe umfasst die Erfindung auch ein Montageverfahren für eine erfindungsgemäße Pumpe. Das Montageverfahren setzt sich aus den folgenden Verfahrensschritten zusammen:
- - Einbringen einer Leistungsplatine in das als Kühlkörper ausgebildete Gehäuse der Pumpe,
- - Aufsetzen des Montagerahmens, in dem dieser vorzugsweise auf den umlaufenden Rand des Kühlkörpers aufgesetzt wird und sich auf der im Kühlkörper gelagerten Leistungsplatine abstützt. Anschlagsflächen des Montagerahmens dienen optimalerweise einer passgenauen Ausrichtung des Montagerahmens zur Leistungsplatine und insbesondere zum Kühlkörper.
- - Montage der zweiten Platine, insbesondere einer HMI-Platine, auf dem Montagerahmen. Auch hier dienen vorzugsweise Konturen auf der Rahmenfläche zur passgenauen Zentrierung der Platine auf den Montagerahmen. Fixierung der Platine am Montagerahmen.
- - Aufsetzen des zweiten Gehäuseteils auf den Kühlkörper, wobei bevorzugt eine auf dem Rahmen ausgebildete Anschlagsfläche zur Ausrichtung des zweiten Gehäuseteils zum Montagerahmen und folglich zum Kühlkörper dient.
- - Fixierung beider Gehäuseteile aneinander mittels ein oder mehrerer Verbindungsmittel, insbesondere Schrauben.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1: eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Elektronikgehäuses für die erfindungsgemäße Pumpe,
- 2: eine Draufsicht auf das Elektronikgehäuse der 1,
- 3: zwei Detailansichten des erfindungsgemäßen Montagerahmens aus unterschiedlichen Perspektiven,
- 4: eine Draufsicht auf den Kühlkörper mit eingesetzter Leistungsplatine,
- 5: die Darstellung der 4 mit eingesetzten Montagerahmen,
- 6: die Darstellung gemäß 5 mit montierter zweiter Platine,
- 7: eine Schnittdarstellung durch das montierte Elektronikgehäuse und
- 8: eine Darstellung des Kühlkörpers mit eingesetzter Leistungsplatine und angeordnetem Montagerahmen gemäß einer vorteilhaften Modifikation.
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1 zeigt eine Seitenansicht, 2 eine Draufsicht auf das zusammengesetzte Elektronikgehäuse einer erfindungsgemäßen Pumpe, die bspw. eine Heizungsumwälzpumpe sein kann. Die Montage des dargestellten Elektronikgehäuses kann am stirnseitigen axialen Ende des Pumpenaggregats erfolgen.
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Das dargestellte Elektronikgehäuse ist mehrteilig ausgeführt und umfasst einen metallischen Kühlkörper 10, der den Gehäuseboden bildet und bodenseitig außen eine Vielzahl von Kühlrippen 11 aufweist. Der Bodenabschnitt ohne Kühlrippen dient als Montagefläche am Pumpenaggregat. Der Kühlkörper 10 ist oben geöffnet und weist einen stirnseitig umlaufenden Rand 13 auf (siehe 4). Das Elektronikgehäuse wird durch eine Kunststoffabdeckung 20 verschlossen, die in Axialrichtung A auf die Oberseite bzw. den Rand 13 des Kühlkörpers 10 aufgesetzt wird.
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Auf der von außen zugänglichen Oberseite der Gehäuseabdeckung 20 befindet sich ein Bedienelement 21, ein Anzeigeelement 25 sowie eine Aussparung 22 mit elektrischen Kontaktstellen 23 zur Aufnahme und Kontaktierung von weiteren, beispielsweise kundenseitigen, Signalleitungen.
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Zwischen Kühlkörper 10 und Kunststoffabdeckung 20 befinden sich ein Montagerahmen 30, dessen parallel zur Außenwand des Kühlkörper 10 und der Kunststoffabdeckung 20 verlaufende Schürze 31 erkennbar ist. Die Schürze 31 verläuft hier um den gesamten Umfang des Elektronikgehäuses, wobei die axiale Breite erkennbar in Umfangsrichtung variiert.
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Detaildarstellungen des erfindungsgemäßen Montagerahmens 30 sind in den 3a und 3b gezeigt, wobei 3a die Oberseite, d.h. die der Kunststoffabdeckung 20 zugewandte Seite zeigt, und 3b die dem Kühlkörper 10 zugewandte Unterseite darstellt. Der Montagerahmen ist beispielsweise aus Kunststoff gefertigt. Ersichtlich ist hier die zur Rahmenfläche senkrecht stehende äußere Wand 31, die die außen am Gehäuse anliegende Schürze bildet. Die Unterseite (3b) umfasst unmittelbar benachbart zur Schürze 31 eine umlaufende Nut 32, in diese eine Dichtung 33 aus TPE, insbesondere TPE-U bzw. TPU, eingespritzt ist. Die Oberseite des Montagerahmens (3a) ist profiliert ausgeführt und bildet eine Doppelstufe mit einer ersten Stufe 34 und einer nachfolgenden zweiten Stufe 35 aus. Die über die gesamte Rahmenfläche umlaufenden Stufen 34, 35 sind insbesondere nahe am äußeren Randbereich des Montagerahmens 30 ausgebildet. Die zweite Stufe 35, insbesondere deren senkrecht zur Rahmenfläche stehende Stufenfläche, kann als Anschlagsfläche für die Platine 40, insbesondere eine HMI-Platine (siehe 6), dienen und sorgt für eine grobe Ausrichtung und Positionierung der Platine 40 auf dem Montagerahmen 30. Die am Außenrand des Montagerahmens 30 verlaufende Schürze 31 sorgt als Anschlagsfläche für das Kunststoffgehäuse 20, dessen Außenwand an der Innenseite der Schürze 31 anschlägt.
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Zwischen zweiter Stufe 35 und Schürze 31 ist auch auf der Oberseite eine Nut 36 ausgebildet, in diese eine weitere umlaufende Dichtung 37 aus TPE, bspw. TPU, eingespritzt ist. Eine Vielzahl von Bohrungen 38 dient zur Durchführung von Schrauben, um die Kunststoffabdeckung 20 direkt mit dem Kühlkörper 10 verschrauben zu können. Vorsprünge 39, die höher als die erste Stufe 34, jedoch niedriger als die zweite Stufe 35 sind, dienen als Auflagestellen für die Platine 40 und sorgen für einen definierten Abstand zwischen der im Kühlkörper 10 gelagerten Leistungsplatine 50 und der Platine 40.
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Anhand der 4 bis 7 soll auf die einzelnen Montageschritte beim Zusammenbau des Elektronikgehäuses eingegangen werden. 4 zeigt den Kühlkörper 10 mit der darin eingesetzten Leistungsplatine 50. Einzelne, an der Innenwand des Kühlkörpers 10 ausgebildete Lagerstellen dienen zur Aufnahme der Leistungsplatine 50. Bohrungen 14 dienen zur Verschraubung des Kühlkörpers 10 mit der Kunststoffabdeckung 20. Im nächsten Schritt (5) wird der Montagerahmen 30 mit seiner Unterseite auf den stirnseitigen Rand 13 des Kühlkörpers 10 aufgesetzt. Die Stirnkante des Randes 13 dringt dabei in die Nut 32 des Montagerahmens 30 ein und kontaktiert die dort eingebrachte Dichtung 33 (7). Die Innenwand der Nut 32 dient gleichzeitig als Anschlagsfläche, an diese sich die Innenseite des Randes 13 des Kühlkörpers 10 anlegt. Dadurch lässt sich der Montagerahmen 30 passgenau auf dem Kühlkörper 10 montieren. Die Schnittdarstellung der 7 zeigt den Anschlag des Kühlkörpers 10 an der Nutinnenwand. Wie beschrieben kontaktiert die Stirnseite des Randes 13 die Dichtung 33, wodurch diese in axialer Richtung komprimiert wird.
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Vor dem Aufsetzen der zweiten Platine 40 werden zunächst die elektrischen Kontaktmittel an der Leistungsplatine 50 befestigt. Zum einen kommen hier ein oder mehrere Steckverbinder zum Einsatz. Die pinnartigen Stecker 60 werden durch Bohrungen 51 der Leistungsplatine 50 gesteckt. Eine Erdungsschraube 61 wird in eine passende Bohrung 52 der Platine 50 eingesetzt.
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Im nächsten Schritt erfolgt die Montage der HMI-Platine 40 auf dem Montagerahmen 30 sowie dies in 6 dargestellt ist. Die Stufe 35 dient zur groben Ausrichtung der Platinenposition. Zuletzt wird dann die Kunststoffabdeckung 20 auf den Montagerahmen 30 aufgesetzt, wobei hier die Schürze 31 des Montagerahmens 30 als Positionierhilfe dient, indem die Außenseite der Kunststoffabdeckung 20 an die Innenwand der Schürze 31 anschlägt. Der stirnseitige, umlaufende Rand der Kunststoffabdeckung 20 erstreckt sich in die Nut 36 und kontaktiert das dort liegende Dichtungselement 37 (siehe 7). Zuletzt wird die Kunststoffabdeckung 20 mit dem Kühlkörper 10 verschraubt, wobei die Schrauben von der Oberseite der Kunststoffabdeckung 20 in die dort vorgesehenen Bohrlöcher 24 eingesetzt werden. Durch das Anziehen der Schrauben wird eine axiale Kraft auf die Gehäuseteile 10, 20 bewirkt, wodurch die Komprimierung der Dichtungen 33, 37 durch die jeweiligen Ränder der Gehäuseteile 10, 20 verstärkt und insgesamt eine ausreichende Abdichtung des Elektronikgehäuses erreicht wird. Die außenliegende Schürze 31 des Montagerahmens 30 überdeckt sowohl die Schnittstelle des Kühlkörpers 10 mit dem Montagerahmen 30 als auch die Schnittstelle der Kunststoffabdeckung 20 mit dem Montagerahmen 30.
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Alternativ zu der Ausführung gemäß den 1 bis 7 könnte der Montagerahmen 30` auch dahingehend modifiziert sein, dass die elektrischen Steckverbinder 60` als auch die Erdungsschraube 61' in den Montagerahmen 30' integriert sind, insbesondere eingegossen sind, so wie dies in 8 dargestellt ist.
