DE19943577A1 - Pump housing with integrated electronics - Google Patents
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Abstract
Von einem drehzahlgesteuerten Elektromotor betriebene naßlaufende Kreiselpumpe, insbesondere für den Einsatz in Heiz- und/oder Kühlkreisläufen, mit einem eine Steuerelektronik aufweisenden Elektronikmodul und mit einem eine Spiralkammer umgebenden Pumpengehäuse, das einen zentralen Saugstutzen und einen Druckstutzen aufweist, wobei das Pumpengehäuse 4, 20 eine Aufnahme 8, 26 aufweist, auf der das Elektronikmodul 7, 25 in wärmeleitendem Kontakt zu dem in der Spiralkammer 6 befindlichen Pumpmedium befestigbar ist.Wet-running centrifugal pump operated by a speed-controlled electric motor, in particular for use in heating and / or cooling circuits, with an electronic module having control electronics and with a pump housing surrounding a spiral chamber, which has a central suction port and a pressure port, the pump housing 4, 20 being a Has receptacle 8, 26 on which the electronics module 7, 25 can be fastened in heat-conducting contact with the pumping medium located in the spiral chamber 6.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine von einem drehzahlgesteuerten Elektromotor betriebene naßlaufende Kreiselpumpe, insbesondere für den Einsatz in Heiz- und/oder Kühlkreisläufen, die mit einem eine Steuerelektronik aufweisenden Elektronikmodul und mit einem eine Spiralkammer umgebenden Pumpengehäuse ausgerüstet ist.The present invention relates to one of one speed controlled electric motor operated wet running Centrifugal pump, especially for use in heating and / or Cooling circuits with a control electronics having electronic module and with a spiral chamber surrounding pump housing is equipped.
Derartige als Naßläufer ausgebildete Kreiselpumpen sind seit langem hinlänglich bekannt. In kleinen Bauformen lassen sie sich direkt am zu bepumpenden System anbringen. Sie werden mit Leistungen von wenigen Watt bis zu etwa 100 Watt von Synchron- oder von Asynchronmotoren und in neuerer Zeit auch von elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren betrieben. Um die Drehzahl derartiger Elektromotoren einzustellen oder zu regeln werden Frequenzumrichter mit Leistungstransistoren eingesetzt, die wegen der starken Abwärme einer besonderen Kühlung bedürfen. Zur Kühlung der Leistungselektronik sind verschiedene Prinzipien bekannt.Such centrifugal pumps designed as wet rotors have been around since well known for a long time. They leave in small designs attach directly to the system to be pumped. you will be with powers from a few watts to about 100 watts from Synchronous or asynchronous motors and more recently too operated by electronically commutated DC motors. To set the speed of such electric motors or Frequency converters with power transistors are to be regulated used because of the strong waste heat of a special Need cooling. For cooling the power electronics known various principles.
Beispielsweise kann die Leistungselektronik an exponierter Stelle angebracht und mit Kühlflächen versehen werden, um eine Kühlung durch die Umgebungsluft zu erreichen. Diese Art der Kühlung ist insbesondere bei den kleinen Pumpen ineffektiv und kann nur begrenzt eingesetzt werden. Außerdem tragen die nötigen Kühlflächen zu einer Vergrößerung des mechanischen Aufbaus bei. Bei naßlaufenden Spaltrohrpumpen ist es als vorteilhaft bekannt, die Elektronik dem kühlenden Einfluß des Pumpmediums auszusetzen. Dazu wird das Pumpmedium über den Spalttopf oder über separate Leitungen an die Teile des Motorgehäuses geführt, an denen die Elektronik angebracht ist. Es ist von Pumpen größerer Bauart bekannt, die Leistungselektronik in ein separates Modul einzusetzen und dieses direkt dem Strom des Pumpmediums auszusetzen. Beide Arten der vom Pumpmedium unterstützten Kühlung sind aufwendig und tragen gerade bei kleinen Pumpen zu unakzeptablen Kosten bei. Desweiteren sind Pumpen bekannt, bei denen die Elektronik auf einem Kühlblech zwischen dem Motorgehäuse und dem Pumpengehäuse angebracht ist. Dieses Kühlblech trägt als weiteres separat zu montierendes Bauteil ebenfalls zu einer Erhöhung der Produktionskosten bei.For example, the power electronics can be exposed Place and be provided with cooling surfaces to to achieve cooling through the ambient air. This kind the cooling is especially with the small pumps ineffective and can only be used to a limited extent. Moreover contribute the necessary cooling surfaces to enlarge the mechanical construction. With wet running canned pumps it is known to be beneficial to the cooling electronics Expose the influence of the pump medium. This is the pump medium via the containment shell or via separate lines to the parts of the motor housing to which the electronics are attached is. It is known from larger size pumps that Use power electronics in a separate module and to expose this directly to the flow of the pump medium. Both Types of cooling supported by the pump medium are complex and contribute especially to small pumps at unacceptable costs at. Furthermore, pumps are known in which the Electronics on a heat sink between the motor housing and the pump housing is attached. This heat sink carries as additional component to be assembled separately also to a Increase in production costs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine naßlaufende Kreiselpumpe zu schaffen, die bei hoher Zuverlässigkeit und bei geringen Herstellungskosten eine baulich einfach zu realisierende Möglichkeit bietet, die Ansteuerelektronik in ausreichendem Maß zu kühlen.The object of the present invention is a wet-running To create a centrifugal pump that is highly reliable and a structurally simple at low manufacturing costs realizing possibility, the control electronics in sufficient cooling.
Diese Aufgabe wird durch eine Kreiselpumpe mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.This task is carried out by a centrifugal pump with the characteristics of claim 1 solved.
Der erfindungsgemäße Gedanke liegt darin, daß das von Medium durchströmte und die Spiralkammer zumindest teilweise umgebende Pumpengehäuse selber als Kühlkörper verwendet wird. Dazu wird das Pumpengehäuse an einer der Spiralkammer abgewandten Oberfläche mit einer Aufnahme versehen, auf der das die Steuerelektronik beinhaltende Elektronikmodul in wärmeleitendem Kontakt zum Pumpmedium befestigbar ist. Anstatt wie bislang als Halterung für die Steuerelektronik das Motorgehäuse zu verwenden, wird nunmehr das Pumpengehäuse zu diesem Zwecke ausgebildet. Durch die erfindungsgemäße Art der Kühlung wird auf beaulich einfache Weise eine optimale Kühlung gewährleistet, so daß die maximal zulässige Temperatur der Bauteile nicht überschritten wird und diese entsprechend geschont werden. Das führt zu einer Erhöhung der Lebensdauer der Pumpe. Außerdem ist es vorteilhaft, daß mit der erfindungsgemäßen Kühlung ein sicherer Betrieb der Pumpe auch bei hohen Außentemperaturen, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen auftreten, möglich ist.The idea of the invention is that of medium flowed through and the spiral chamber at least partially surrounding pump housing itself is used as a heat sink. To do this, the pump housing is attached to one of the spiral chambers facing away from the surface with a receptacle on the the electronic module containing the control electronics in heat-conductive contact to the pump medium can be attached. Instead of as a holder for the control electronics Using the motor housing will now become the pump housing trained for this purpose. By the type of the invention cooling is optimal in a simple and simple manner Cooling guaranteed so that the maximum allowable Temperature of the components is not exceeded and this be spared accordingly. This leads to an increase in Pump life. It is also advantageous that with the cooling of the invention a safe operation of the pump even at high outside temperatures, such as in Motor vehicles occur, is possible.
Im Gegensatz zu den bislang bekannten Pumpen, deren Elektronik auf dem Motorgehäuse meist an der rückseitigen Stirnwand angebracht ist und bei denen beinahe die gesamte Verlustleistung von Motor und Elektronik über das Motorgehäuse abtransportiert werden muß, ist es bei der erfindungsgemäßen Pumpe vorteilhaft, daß die Abwärme der Elektronik direkt über das Pumpengehäuse abgeführt wird.In contrast to the previously known pumps, their Electronics on the motor housing mostly on the back End wall is attached and in which almost the entire Power loss of motor and electronics via the Motor housing must be transported, it is at Pump according to the invention advantageous that the waste heat of Electronics is discharged directly via the pump housing.
Besonders vorteilhaft ist es, daß zu der erfindungsgemäßen Kühlung keine weiteren Bauteile benötigt werden. Wegen der wenigen Bauteilen ist eine hohe Betriebssicherheit und Wartungsfreundlichkeit der erfindungsgemäßen Pumpe gegeben. Außerdem kann die Pumpe vorallem in axialer Richtung kompakt gebaut werden und findet auch bei begrenzten räumlichen Bedingungen außreichend Einbauraum. Dabei unterstützt die erfindungsgemäße Kühlung die axiale Bauweise der Pumpe und damit das Zusammenfügen in einer Richtung, was zu einer weiteren Kostensenkung bei der Montage beiträgt.It is particularly advantageous that the invention Cooling no further components are required. Because of the few components is high operational reliability and Maintenance friendliness of the pump according to the invention given. In addition, the pump can be compact, especially in the axial direction be built and takes place even with limited spatial Conditions sufficient installation space. The cooling according to the invention, the axial design of the pump and thus merging in one direction, resulting in one contributes to a further reduction in assembly costs.
In einer besonders einfachen und damit vorteilhaften Ausführungsform ist das Pumpengehäuse einstückig aus Metall geformt ist und mit der erfindungsgemäßen Aufnahme versehen. Dabei bildet das Pumpengehäuse die das Laufrad aufnehmende Laufradkammer respektive die Spiralkammer aus, so daß keine möglicherweise hinderlichen Wärmeübergänge zwischen zwei Bauteilen vorhanden sind. Damit wird der vollständige Strom des Mediums zur unmittelbaren Wärmeabfuhr eingesetzt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist an das einstückige Pumpengehäuse eine kastenförmige Aufnahme mit insbesondere rechteckigem Aufnahmeraum angeformt, in den das Elektronikmodul über eine Öffnung einsetzbar ist. Auf diese Weise ist das Modul vollständig von gekühlten Wänden umgeben. Das Elektronikmodul selber wird dabei vorteilhafterweise mit einer Grundfläche, insbesondere vermittels wärmeleitender Paste, an einer der Wandungen des rechteckigen Aufnahmeraums angelegt.In a particularly simple and therefore advantageous Embodiment, the pump housing is made in one piece from metal is shaped and provided with the receptacle according to the invention. The pump housing forms the one that receives the impeller Impeller chamber or the spiral chamber, so that none possibly obstructive heat transfers between two Components are available. So that is the full flow of the medium used for immediate heat dissipation. In an advantageous embodiment is in one piece Pump housing with a box-shaped receptacle in particular molded rectangular receiving space in which the Electronic module can be used via an opening. To this In this way, the module is completely surrounded by cooled walls. The electronics module itself is advantageously included a base, in particular by means of heat-conducting Paste, on one of the walls of the rectangular recording room created.
In einer anderen besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Pumpe eine einteilig aus Metall insbesondere aus Blech gezogen oder druckgegossene, als Chassis ausgebildete Basisplatte auf, die als Träger der übrigen Bauteile dient und mittels der die Pumpe halterbar ist. Diese Basisplatte dient dabei als rückwärtige Wandung des Pumpengehäuses, die direkt vom Medium beaufschlagt wird. Auf der dem Laufrad abgewandten Seite ist die Basisplatte als Aufnahme für das Elektronikmodul ausgebildet. Dazu ist vorteilhafterweise in die "elektrische" Seite der Basisplatte eine ebene Montagefläche eingearbeitet, auf der das Elektronikmodul aufsetzbar ist.In another particularly advantageous embodiment the pump has a one-piece metal in particular Sheet metal drawn or die-cast, designed as a chassis Base plate that serves as a carrier for the other components and by means of which the pump can be held. This base plate serves as the rear wall of the pump housing, the is acted upon directly by the medium. On the impeller opposite side is the base plate as a receptacle for the Electronics module trained. This is advantageously in the "electrical" side of the base plate is flat Mounting surface incorporated on which the electronic module is attachable.
Besonders vorteilhaft läßt sich die erfindungsgemäße Kühlung bei Pumpen einsetzen, die von einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor betrieben werden. Die zur elektronischen Kommutierung notwendigen Elektronikmodule weisen eine große Anzahl von Leistungshalbleitern auf und bedürfen daher einer besonders effektiven Kühlung. The cooling according to the invention can be particularly advantageous use in pumps that are electronically commutated DC motor operated. The electronic one Commutation necessary electronics modules have a large Number of power semiconductors and therefore require one particularly effective cooling.
Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe ist in der Fig. 1 und 2 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigenA special embodiment of the centrifugal pump according to the invention is shown in FIGS. 1 and 2 and is described in more detail below. Show it
Fig. 1 eine Kreiselpumpe mit einem Pumpengehäuse, das eine Aufnahme aufweist, und Fig. 1 is a centrifugal pump with a pump housing which has a receptacle, and
Fig. 2 eine Kreiselpumpe mit Basisplatte. Fig. 2 is a centrifugal pump with a base plate.
In Fig. 1 ist eine von einem drehzahlgesteuerten Elektromotor betriebene und als Naßläufer ausgebildete Kreiselpumpe insbesondere für den Einsatz in Heiz- und/oder Kühlkreisläufen dargestellt, deren Laufrad 1 auf einer Welle 2 mit aufgepreßtem permanentmagnetischem Rotor 3 gehalten ist. Die Kreiselpumpe weist ein einstückig aus Metall geformtes Pumpengehäuse 4 mit einem zentralen Einlaß 5 auf, welches das sich in einer Laufradkammer drehende Laufrad 1 umgibt und das eine Spiralkammer 6 formt. Zur Steuerung des Elektromotors ist ein Elektronikmodul 7 vorgesehen, in dem die Leistungshalbleiter untergebracht sind.In Fig. 1 is a driven by a speed-controlled electric motor and designed as a wet rotor centrifugal pump is shown in particular for use in heating and / or cooling circuits, whose impeller is maintained for 1 to a shaft 2 with a pressed permanent magnetic rotor 3. The centrifugal pump has a one-piece metal pump housing 4 with a central inlet 5 which surrounds the impeller 1 rotating in an impeller chamber and which forms a spiral chamber 6 . An electronic module 7 , in which the power semiconductors are accommodated, is provided for controlling the electric motor.
Erfindungsgemäß weist das Pumpengehäuse 6 eine Aufnahme 8 rechteckigen Aufnahmeraum auf, in der das Elektronikmodul 7 untergebracht und mit den umgebenden Wänden 9 wärmeleitend verbunden ist. Dabei kann das Elektronikmodul 7 über eine Öffnung 10 eingebaut werden. Die elektrische Kontaktierung zwischen den Statorwindungen 11 und dem Elektronikmodul 7 geschieht über einen Verbindungskanal 12 zwischen dem Aufnahmeraum und dem Innenraum des Motorgehäuses 19. Die elektrische Kontaktierung des Elektronikmoduls 7 zur externen Spannungsversorgung gewährleistet ein Anschlußstecker 13, der auf der dem Laufrad 1 abgewandten Seite der Aufnahme 9 angebracht ist.According to the invention, the pump housing 6 has a receptacle 8 rectangular receptacle in which the electronics module 7 is accommodated and is connected to the surrounding walls 9 in a heat-conducting manner. The electronics module 7 can be installed via an opening 10 . The electrical contact between the stator windings 11 and the electronics module 7 takes place via a connecting channel 12 between the receiving space and the interior of the motor housing 19 . The electrical contacting of the electronics module 7 for external power supply is ensured by a connector plug 13 , which is attached to the side of the receptacle 9 facing away from the impeller 1 .
Bei der dargestellten Pumpe handelt es sich um eine Naßläuferpumpe, bei der der Rotor 3 vom Stator 14 durch einen Spalttopf 15 getrennt sind. Der Spalttopf 15 ist dabei an den einen Lagerträger 16 aufnehmenden Lagerschild 17 angeformt. Der Lagerträger trägt eine von zwei Lagerbuchsen 18, in denen die Welle 2 läuft. Die andere Lagerbuchse 18 ist in eine Ausformung des Spalttopfes 15 eingepreßt. Zur Abdichtung des Pumpengehäuses 4 gegenüber dem Lagerschild 17 wird eine Ringdichtung 19 eingesetzt.The pump shown is a wet rotor pump in which the rotor 3 is separated from the stator 14 by a containment shell 15 . The containment shell 15 is integrally formed on the bearing plate 17 receiving a bearing bracket 16 . The bearing bracket carries one of two bearing bushes 18 in which the shaft 2 runs. The other bearing bush 18 is pressed into a shape of the containment shell 15 . To seal the pump housing 4 with respect to the end shield 17 , an annular seal 19 is used.
Die in Fig. 2 gezeigte Kreiselpumpe hat eine einteilige aus Metall geformte insbesondere aus Blech gezogene oder druckgegosse Basisplatte 20 aus Metall, die auf ihrer "hydraulischen" Seite eine die Laufradkammer abdeckende aus Kunststoff gefertigte Gehäuseschale 21 trägt. Dabei ist die auf die Basisplatte 20 aufgesetzte Gehäuseschale 21 über einen Dichtring 22 abgedichtet. Die Gehäuseschale 21 weist einen zentralen Saugstutzen 5 und einen nicht dargestellten Druckstutzen auf. Im Spiralraum liegt zur Verbesserung der hydraulischen Eigenschaften ein Element 23 ein.The centrifugal pump shown in FIG. 2 has a one-piece metal base plate 20 formed from metal, in particular drawn or die-cast, which carries on its "hydraulic" side a housing shell 21 made of plastic and covering the impeller chamber. The housing shell 21 placed on the base plate 20 is sealed by a sealing ring 22 . The housing shell 21 has a central suction nozzle 5 and a pressure nozzle, not shown. An element 23 is located in the spiral space to improve the hydraulic properties.
Die Basisplatte 20 weist auf der dem Laufrad 1 abgewandten "elektrischen" Seite eine topfförmige Halterung 24 zu Einschieben des Stators 29 auf. Auf der elektrischen Seite ist ein Elektronikmodul 25 in Wärmekontakt auf eine Montagefläche 26 der Basisplatte 20 aufgesetzt. Das Elektronikmodul 25 wird über einen Anschlußstecker 27 kontaktiert, der auf der hydraulischen Seite der Basisplatte 20 anbracht ist.The base plate 20 has on the “electrical” side facing away from the impeller 1 a cup-shaped holder 24 for inserting the stator 29 . On the electrical side, an electronic module 25 is placed in thermal contact on a mounting surface 26 of the base plate 20 . The electronic module 25 is contacted via a connector 27 , which is attached to the hydraulic side of the base plate 20 .
Der Spalttopf 15 wird in einer an die Basisplatte 20 angeformte Hülse 28 vermittels eines Dichtringes gehalten und wird von einem Lagerträger 30 verklemmt. Auf die Basisplatte 20 ist ein aus Kunststoff geformter Gehäusedeckel 31 aufgesetzt, der alle auf der elektrischen Seite der Basisplatte 20 angeordneten Komponenten abdeckt.The can 15 is held in a sleeve 28 formed on the base plate 20 by means of a sealing ring and is clamped by a bearing bracket 30 . On the base plate 20, a molded plastic cover 31 is attached, the covering all of the electrical side of the base plate 20 arranged components.
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