EP1085217A2

EP1085217A2 - Pumpengehäuse mit intergrierter Elektronik

Info

Publication number: EP1085217A2
Application number: EP00113847A
Authority: EP
Inventors: Thomas Materne; Waldemar Stephan
Original assignee: Wilo GmbH
Current assignee: Wilo GmbH
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2001-03-21
Also published as: EP1085217A3; DE19943577A1

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 ein 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. <IMAGE>

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.

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.

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.

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.

Diese Aufgabe wird durch eine Kreiselpumpe mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Gedanke liegt darin, daß das von Medium durchströmte und die Spiralkammer zumindest teilweisee 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.

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.

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.

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 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.

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.

Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiselpumpe ist in der Figuren 1 und 2 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1:: eine Kreiselpumpe mit einem Pumpengehäuse, das eine Aufnahme aufweist, und
Figur 2:: eine Kreiselpumpe mit Basisplatte.

In Figur 1 ist eine von einem drehzahlgesteuerten Elektromotor betriebene und als Naßläufer ausgebildete Kreiselpumpe insbesondere für den Einsatz in Reiz- 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.

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.

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.

Die in Figur 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.

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.

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.

Claims

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 ein Druckstutzen aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß 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.
Kreiselpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpengehäuse (4) mit der Aufnahme (8) einstückig aus Metall geformt ist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (8) einen von Wandungen des Pumpengehäuses umgebenen insbesondere rechteckigen Aufnahmeraum aufweist, in den das Elektronikmodul (7) über eine Öffnung (10) einsetzbar ist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronikmodul (10) mit einer Grundfläche, insbesondere vermittels wärmeleitender Paste, gegen eine Wandung (9) des Aufnahmeraums anliegt.
Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmeraum über einen Verbindungskanal (12) mit dem Innenraum des Motorgehäuses verbunden ist, wobei die elektrische Kontaktierung zwischen den Statorwindungen (11) und dem Elektronikmodul (7) über den Verbindungskanal (12) geschieht.
Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine die Aufnahme (26) ausbildende Basisplatte (20), die eine Rückwand des vom Medium durchströmten Pumpengehäuses bildet, wobei die Basisplatte (20) einteilig ist und einerseits eine das Pumpengehäuse abschließende Gehäuseschale (21) und andererseits den Stator (24) trägt und wobei die Pumpe mittels der Basisplatte (20) halterbar ist.
Kreiselpumpe nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (20) aus Metall insbesondere aus Blech gezogen oder druckgegossen ist.
Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (20) auf der dem Laufrad (1) abgewandten Seite eine ebene Montagefläche (26) aufweist, auf der das Elektronikmodul (25) gehalten ist.
Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ist.
Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronikmodul mehrere Leistungshalbleiter, insbesondere Leistungstransistoren, aufweist.
Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
gekennzeichnet durch Befestigungsmittel, mit denen die Pumpe insbesondere über einen Anschlußflansch direkt an dem zu bepumpenden System anbringbar ist.
Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel an der Basisplatte (20) angebracht sind.
Verwendung der Kreiselpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche zur Förderung des Mediums im Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeuges.