EP1328731B1 - Elektromotorisch angetriebene pumpe und verfahren zur herstellung einer solchen pumpe - Google Patents

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EP1328731B1
EP1328731B1 EP01980182A EP01980182A EP1328731B1 EP 1328731 B1 EP1328731 B1 EP 1328731B1 EP 01980182 A EP01980182 A EP 01980182A EP 01980182 A EP01980182 A EP 01980182A EP 1328731 B1 EP1328731 B1 EP 1328731B1
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EP
European Patent Office
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pump
stator
wall
motor
electric motor
Prior art date
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Revoked
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EP01980182A
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English (en)
French (fr)
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EP1328731A1 (de
Inventor
Thomas Weigold
Gerald Zierer
Johannes Pfetzer
Guenther Riehl
Matthias Henschel
Matthias Schmitz
Gerta Rocklage
Torsten Heidrich
Frank Melzer
Hansjuergen Linde
Uwe Neumann
Andreas Rehklau
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1328731A1 publication Critical patent/EP1328731A1/de
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C15/0057—Driving elements, brakes, couplings, transmission specially adapted for machines or pumps
    • F04C15/008—Prime movers

Definitions

  • the invention relates to a motor pump with a pump head and an electric motor driving the pump head according to the preamble of the preamble of claim 1 or of a method for producing such a pump according to the preamble of claim 13.
  • Such motor pumps serve the transport or the pressure increase of a liquid and are used for some time, for example, as water pumps in heating circuits.
  • a pump-motor unit which serves as a cooling water pump of a motor vehicle internal combustion engine.
  • a centrifugal pump which is driven by an electronically commutated DC motor.
  • the centrifugal pump and the DC motor are connected to each other via a heat sink.
  • an existing of a suitable material gap pot is clamped, the runners of the Electric motor disconnects from the stator.
  • a seal introduced between the pump housing and the split pot seals the liquid-filled rotor chamber from an outer stator chamber.
  • a canned motor for pumps is disclosed with a split pot disposed between the rotor and the stator.
  • the stator has a thin-walled sleeve-shaped, in particular laminated main body.
  • This main body carries on its outer side radially aligned webs which carry the stator winding and lies with its cylindrical inner side at least partially on the outside of the can.
  • Another disadvantage here is the complex installation and sealing of the additional containment shell.
  • the split tube must be installed and sealed between the stator pack and the rotor.
  • the control and regulating electronics of the canned motor EP0713282 is designed as a module and requires one elaborate cooling.
  • the electronics module rests positively with its one side of the housing on the stator winding.
  • the heat energy generated by the electronics is discharged via the switch housing to the motor housing with the stator winding located therein. This in turn transfers the heat energy absorbed via the containment shell to the pumped medium.
  • a water delivery pump in which a water delivery vane is rotatably disposed in a water passageway and in which a rotor on which a plurality of permanent magnets are disposed such that on the inside and outside of the poles of the adjacent ones alternately alternate with each other, coaxial with the water delivery vane is connected and in which at the periphery of the rotor magnetic coils are arranged at a distance from the water conduit through a non-magnetic material consisting of a cylindrical partition wall.
  • the water pump of the JP 7-208380 has a plurality of metal pieces made of a magnetic substance corresponding to the magnetic poles of the rotor embedded in the partition wall.
  • a motor pump known, consisting of a centrifugal pump, which has a spiral housing with a suction nozzle and a discharge nozzle, and a drive motor and a cooled by the flow of the pump, internal frequency converter for controlling the speed of the motor.
  • this is characterized by the fact that between the centrifugal pump and the drive motor, a cooling wall is provided, said motor side at least the power section of the frequency converter is arranged on this cooling wall and in that between the outlet cross section of the conveyor spiral of the volute casing and its discharge nozzle is formed along the cooling wall along, with this standing in heat exchange action and the conveying medium from the delivery spiral to the discharge nozzle conductive delivery channel is formed
  • a speed-controlled pump unit for conveying liquids or gases known, which consists of a pump and a pump driving Electric motor exists.
  • the speed of the motor can be changed by a voltage regulator.
  • the miniaturized by the application of highly integrated circuits voltage regulator is arranged in or on the unit and forms with this a structural unit. In this way it is possible that the heat loss of the voltage regulator can be dissipated with the demanded by the unit and to be delivered fluid as a heat sink.
  • the pump according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that in a simple manner, the seal of the pumped medium to open the rotor space is made possible with respect to the stator and in addition a good cooling of the electronics of the pump chamber is achieved.
  • the sealing wall of the split pot belongs directly to the stator, can be dispensed with the additional component of a split tube.
  • the assembly step eliminates the introduction of the split tube between the stator and the rotor, which leads to a corresponding simplification and cost reduction in the manufacture of the pump according to the invention.
  • this sealing wall can be formed as a completely closed in the circumferential direction of the rotor space shell of the stator.
  • This jacket of the stator can be made in a simple and advantageous manner from plastic or other suitable material.
  • a wall made in one piece with the motor housing gives the pump according to the invention the necessary mechanical stability and at the same time it can contribute to the sealing of the rotor space.
  • the one-piece engine housing with the executed wall for sealing the rotor space can be made of metal in particular, which is for strength and heat-Qbertraguagshuntn advantage.
  • the use of only one metal part for the pump housing of the pump according to the invention is possible, which leads to a significant cost reduction of such a pump
  • An advantageous embodiment of the pump according to the invention results from the fact that the pump head, the electric motor driving this pump head and an electronic switching part, which serves to control the electric motor, are arranged together in a housing.
  • This housing may be a one-piece housing or consist of several components, which are assigned to the individual functions (pump, motor, switching part) and which are interconnected.
  • the motor housing can be used at the same time as a housing part and also as a heat sink for the electronics.
  • a jacket of the stator with a plastic offers the advantage that the pole teeth of the stator, which may be formed for example by discrete laminations, can be injected directly into the plastic in a simple and advantageous manner and thus fixed.
  • the sealing element between the rotor and stator a row can be transmitted by other functions that a separate can in the original sense can not meet.
  • the stator lamination can be fixed by injection and secured, for example, against rotation. This means a simple and secure fixation of the laminated cores.
  • the overmolded stator also makes it possible to directly form the necessary winding bodies of the stator winding during the injection process. Required contact pockets for the connection of the stator winding can be as well as other required mounts on the stator in an advantageous manner in the injection process with directly molding. All this simplifies the construction and sealing of the stator, reduces the number of components and thus facilitates the assembly of the pump according to the invention. This can not be achieved with a canned pump of the conventional design.
  • stator is connected to a motor housing wall, in particular to a wall made of metal, then this wall can absorb the resulting forces and moments. Due to its thermal conductivity, this metal wall can then also be used directly as a heat sink for the electronics of the pump motor. A good cooling of the electronic switching elements results when they are applied directly to the metal wall.
  • a heat conducting film between the component and heat sink can be placed. It is conceivable to press the power components of the electronics via springs to the cooling surface or to couple them thermally via an electrically insulating adhesive directly to the cooling surface. This ensures good heat transfer from the power component of the electronics to the metallic motor housing.
  • a further significant improvement in the cooling of the elements of the control electronics can be achieved if the metallic cooling wall in turn is additionally actively cooled.
  • the metallic cooling wall in turn is additionally actively cooled.
  • a part of the fluid to be pumped past the cooling wall on the motor side is possible because the expected cooling water temperatures of the internal combustion engine come to lie below the ambient temperatures.
  • a pressure-side opening is provided in the pump head, which creates a connection to the suction side of the pump via a channel in the common shaft of the electric motor with the impeller.
  • the electric motor is arranged between the switching part with the power electronics and the pump head.
  • An electronically commutated DC motor which can drive the pump, ensures an exact control of the coolant flow, for example, adelisteria heating circuit of a motor vehicle with an internal combustion engine. This in turn allows a precisely adapted heat dissipation and thus, among other things, an optimal efficiency and fuel consumption of the vehicle engine.
  • electric motor driven pump 10 consists of a pump head 12 which is driven by a brushless, electronically commutated electric motor 14 and a switching member 16 for controlling the electric motor fourteenth
  • the pump head 12 has a pump housing 18 in which a fixed to a drive shaft 20 impeller 22 is located in a pump chamber 11.
  • the impeller 22 is provided with blades 24 for transporting and increasing the pressure of a liquid to be pumped.
  • the pump housing 18 into an opening 26 leads for sucking the liquid in the direction of arrow 28.
  • the pump housing has a in the FIG. 1 not fully shown outlet opening 30 on the pressure side of the pump.
  • the suction port 26 opens onto the blades 24 of the impeller 22 of the pump 10.
  • the pump housing 18 is connected in the illustrated embodiment of the motor pump 10 of the invention via a flange 32 with a motor housing 34 and an O-ring 36 which extends between the two Housing parts is sealed.
  • different ways of attachment are conceivable, of which only screwing, riveting, gluing beispielhatf should be mentioned here.
  • the electric motor 14 of the pump 10 has a rotor 38 arranged in the motor housing 34 and a rotor 38 surrounding the rotor 38 in the radial direction.
  • the stator 40 consists of a plastic support member 42 in which a plurality of stator poles forming soft iron teeth 44 are directly injected , These soft iron teeth are for example in the form of laminations 46 - as in the FIG. 1 indicated - trained.
  • FIG. 2 shows a cross section through the stator 40. It can be seen the plastic support member 42 and the pole teeth 44 injected therein.
  • the plastic support member 42 forms on its, the rotor 38 (in FIG. 2 For clarity, not shown) facing inside 48 a completely closed plastic casing 50 of the stator 40.
  • the plastic casing 50 is configured such that it seals the inside, ie lying in the gap 52 of the plastic support member 42 rotor 38 to the stator 40 back.
  • the plastic jacket 50 of the stator pole teeth 44 serves not only as a sealing wall 51 for the stator but also as a carrier form and winding body 54 for the windings 56 of the stator coils 58.
  • FIG. 3 shows in a section of a possible realization of the support form 54 for the windings 56 of the stator 40.
  • the plastic sheath 50 of the pole teeth 44 is formed so that a stable reception for the windings 56 of the coil 58 results.
  • Additional contact pockets 60 for the winding wire 62 can be - as in FIG. 3 shown - as well as other required mounts form directly on the plastic support member 42 of the stator 40 by a forming process.
  • the stator 40 with its plastic support member 42 is fixed against rotation in the axial direction on a wall 64 of the motor housing 34 and additionally sealed by sealing elements 66 relative to the motor housing 34.
  • the pump head 12 remote from the wall 64 of the motor housing 34 is designed in the embodiment shown in one piece with the motor housing 34 and has a plurality - executed in the embodiment as a pin 68 - brackets for fixing the stator 40.
  • the housing wall 64 also has a number of bushings 70 for one or more electrical connections 72 of the electric motor 14 to the switching part 16.
  • the housing wall 64 may preferably - as well as the motor housing 34 - be made of metal in order to better absorb the forces and moments of the motor and to ensure a secure attachment of the stator 40. Also for heat transfer reasons, here offers a metal wall as a cooling wall 65 at.
  • the housing wall 64 additionally has a holder 74, which is embodied in one piece in the exemplary embodiment, into which a first bearing 76 of the motor shaft 20 is set.
  • the sheathed by the plastic support member 42 interior 52 of the stator 40 and the corresponding covered area of the housing wall 64 of the motor housing 34 according to the invention form a cup-shaped space 78 in which the rotor 38 of the electric motor 14 rotates.
  • the rotor 38 is firmly seated on a shaft, which in this embodiment, the drive shaft 20 of the pump impeller 22 is.
  • the rotor 38 carries in the axial direction of permanent magnets 80, which are distributed uniformly over its entire circumference.
  • the cup-shaped space 78 forming a rotor space 82 is in the radial direction Direction just so large that the off-axis parts of the rotor in the immediate vicinity of the inner side 48 of the plastic casing 50 of the stator 40 rotate, but these do not touch. Due to the plastic casing 50 according to the invention on the stator 40, it is possible to keep the gap between the stator and the rotor 38 of the electric motor 14 very small.
  • the rotor chamber 82 is closed to the pump head 12 through a wall 84 and sealing elements 86.
  • the wall 84 of the rotor chamber 82 carries a second bearing 88 for the drive shaft 20 of the pump 10.
  • the pump head side wall 84 has an opening 90 to the pressure side of the pump 10 out.
  • the switching part 16 On the side facing away from the pump head 12 of the motor housing 34 is the switching part 16 for controlling and regulating the pump 10 according to the invention.
  • the switching member 16 is integrally connected in the illustrated embodiment with the motor housing 34 and shares with this in an advantageous manner the housing wall 64.
  • power elements 96 of the switching electronics 98 of the electric motor 14 On the motor 14 side facing away from the housing wall 64th are power elements 96 of the switching electronics 98 of the electric motor 14 attached.
  • These power elements 96 which may be transistors, for example, are applied directly to the housing wall 64 in the exemplary embodiment, so that a good thermal conductivity between these electronic components of the switching part 16 and the wall 64 results.
  • the heat generated by the electronics 98 can be quickly delivered to the - in the embodiment metallic - housing wall 64. But it is also conceivable to press the components to be cooled of the switching element 16 via springs to the housing wall 64.
  • the housing wall 64 is also at least partially flows around the motor side of the umzupumpenden liquid, so that according to the invention results in a significantly improved heat dissipation for the components of the switching member 16.
  • the switching part 16 itself is closed by a cover 100, which is applied directly to the motor housing 34 of the pump 10 in the embodiment.
  • the cover 100 can be plugged, screwed, riveted, glued or secured securely and optionally reversibly with another appropriate technique on the motor housing 34.
  • the cover 100 of the switching part 16 carries in the illustrated embodiment, a terminal 102 for the external power supply of the motor pump 10 of the invention.
  • the invention is not limited to the described embodiment of an electric motor driven pump.

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Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Motorpumpe mit einem Pumpenkopf und einem den Pumpenkopf antreibenden Elektromotor nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 beziehungsweise von einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Pumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
  • Derartige Motorpumpen dienen dem Transport beziehungsweise der Druckerhöhung einer Flüssigkeit und werden seit längerer Zeit beispielsweise als Wasserpumpen in Heizungskreisläufen genutzt.
  • Aus der europäischen Patentschrift EP-0 778 649 B1 ist eine Pumpe-Motor-Einheit bekannt, die als Kühlwasserpumpe eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors dient. Bei der in der EP-0 778 649 B1 beschriebenen Pumpe-Motor-Einheit handelt es sich um eine Kreiselpumpe, die von einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor angetrieben wird. Die Kreiselpumpe und der Gleichstrommotor sind über einen Kühlkörper miteinander verbunden. Zwischen dem Pumpengehäuse und dem Kühlkörper ist ein aus einem geeigneten Material bestehender Spalttopf eingespannt, der den Läufer des Elektromotors vom Ständer trennt. Eine zwischen Pumpengehäuse und Spalttopf eingebrachte Dichtung dichtet die flüssigkeitsgefüllte Läuferkammer gegenüber einer äußeren Ständerkammer ab.
  • Ein Nachteil der in der EP-0 778 649 B1 beschriebenen Pumpe-Motor-Einheit und aller vergleichbaren Motorpumpen ist der entstehende Luftspalt zwischen dem Stator (Ständer) und dem Rotor (Läufer) des Elektromotors, der sich negativ auf den Wirkungsgrad solch eines Spaltrohrmotors auswirkt. Eine Verringerung des Luftspalts durch Reduzierung der Materialstärke des Spalttopfes zieht die Gefahr von mechanischen Instabilitäten am Spalttopf nach sich. Dies kann zu einem vorzeitigen Ausfall der Pumpe führen.
  • Auch die Kühlung der Leistungselektronik des Steuermotors durch einen zusätzlichen passiven Kühlkörper, wie er in der EP-0 778 649 B1 vorgeschlagen wird, erhöht - neben der Notwendigkeit eines zusätzlichen Spalttopfes - die Komplexität einer solchen Pumpe.
  • In der EP-0 713 282 B1 ist ein Spaltrohrmotor für Pumpen offenbart mit einem zwischen dem Rotor und dem Stator angeordneten Spalttopf. Der Stator weist einen dünnwandigen hülsenförmigen, insbesondere geblechten Grundkörper auf. Dieser Grundkörper trägt auf seiner Außenseite radial ausgerichtete Stege, die die Statorwicklung tragen und liegt mit seiner zylindrischen Innenseite zumindest teilweise an der Außenseite des Spaltrohres an. Nachteilig auch hier ist die aufwendige Montage und Abdichtung des zusätzlichen Spalttopfes. Das Spaltrohr muss zwischen dem Statorpaket und dem Läufer eingebaut und abgedichtet werden.
  • Die Steuer- und Regelelektronik des Spaltrohrmotors der EP-0713 282 ist als Modul ausgebildet und bedarf einer aufwendigen Kühlung. Das Elektronikmodul liegt mit seiner einen Gehäuseseite formschlüssig an der Statorwicklung an. Die von der Elektronik erzeugte Wärmeenergie wird über das Schaltgehäuse an das Motorengehäuse mit der sich darin befindenden Statorwicklung abgegeben. Diese wiederum gibt die aufgenommene Wärmeenergie über den Spalttopf an das Fördermedium ab.
  • Aus der JP 7-208380 ist eine Wasserförderpumpe bekannt, bei der eine Wasserfürderschaufel in einem Wasserleitungskanal drehbar angeordnet ist und bei der ein Läufer, an dem mehrere Dauermagnete derart angeordnet sind, dass auf der Innenseite und der Außenseite der Pole der einander Benachbarten Magnete abwechselnd voneinander alternieren, koaxial mit der Wasserförderschaufel verbunden ist und bei dem am Umfang des Läufers magnetische Spulen mit einem Abstand zur Wasserleitungskanal durch eine aus einem nicht magnetischen Stoff bestehende, zylindrische Trennwand angeordnet sind. Die Wasserförderpumpe der JP 7-208380 weist mehrere, aus einem magnetischen Stoff bestehende Metallstücke entsprechend den Magnetpolen des Läufers auf, die in der Trennwand eingebettet sind.
  • Aus der DE 4222394 Cl ist eine Motorpumpe bekannt, bestehend aus einer Kreiselpumpe, welche ein Spiralgehäuse mit einem Saugstutzen und einem Druckstutzen aufweist, sowie einem Antriebsmotor und einem vom Förderstrom der Pumpe gekühlten, inneren Frequenzumrichter zur Drehzahlsteuerung des Motors. Um die Motorpumpe insbesondere im Whirlpoolbereich Platz sparend einzusetzen zu können, kennzeichnet sich diese dadurch, dass zwischen der Kreiselpumpe und dem Antriebsmotor eine Kühlwand vorgesehen ist, wobei an dieser Kühlwand motorseitig wenigstens der Leistungsteil des Frequenzumrichters angeordnet ist und dadurch, dass zwischen dem Austrittsquerschnitt der Förderspirale des Spiralgehäuses und dessen Druckstutzen ein an der Kühlwand entlang geführter, mit dieser in Wärmeaustauschwirkung stehender und das Fördermedium von der Förderspirale zum Druckstutzen leitender Förderkanal ausgebildet ist
  • Aus der DE 3642726 A1 ist ein drehzahlgeregeltes Pumpenaggregat zur Förderung von Flüssigkeiten oder Gasen bekannt, das aus einer Pumpe und einem die Pumpe antreibenden Elektromotor besteht. Die Drehzahl des Motors kann durch einen Spannungsregler verändert werden. Der durch Anwendung hochintegrierter Schaltkreise miniaturisierte Spannungsregler ist im oder am Aggregat angeordnet und bildet mit diesem ein bauliche Einheit. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Verlustwärme des Spannungsreglers mit dem vom Aggregat geforderten und zu fördernden Fluid als Wärmesenke abgeführt werden kann.
    • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise die Abdichtung des zum Fördermedium hin geöffneten Rotorraums gegenüber dem Statorraum ermöglicht wird und zusätzlich eine gute Kühlung der Elektronik des Pumpenraums erreicht wird.
  • Dadurch, dass die Dichtwand des Spalttopfs direkt zum Stator gehört, kann auf das zusätzliche Bauteil eines Spaltrohrs verzichtet werden. Bei der Montage und Abdichtung der erfindungsgemäßen Pumpe entfallt der Montageschritt der Einbringung des Spaltrohrs zwischen dem Stator und dem Rotor, was zu einer entsprechenden Vereinfachung und Kostenreduzierung bei der Fertigung der erfindungsgemäßen Pumpe fuhrt.
  • Eine mit dem Stator fest verbundene und den Rotorraum in radialer Richtung abgrenzende Dichtwand vermeidet die Notwendigkeit eines Spaltrohrs in Form eines zusätzlichen separaten Bauteils. Zur Abdichtung zwischen Rotor und Stator ist damit kein eigenes Bauteil mehr notwendig. Speziell lässt sich diese Dichtwand als eine in Umfangsrichtung des Rotorraums vollständig geschlossene Ummantelung des Stators ausbilden. Diese Ummantelung des Stators kann in einfacher und vorteilhafter Weise aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material hergestellt werden.
  • Eine mit dem Motorengehäuse einstückig ausgeführte Wand gibt der erfindungsgemäßen Pumpe die notwendige mechanische Stabilität und kann gleichzeitig zur Abdichtung des Rotorraums beitragen.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 genannten Pumpe möglich.
  • Die mit dem Motorgehäuse einstöckig ausgeführte Wand zur Abdichtung des Rotorraums lässt sich im speziellen aus Metall herstellen, was aus Festigkeits- und WärmeQbertraguagsgründen von Vorteil ist. Prinzipiell ist damit die Verwendung nur eines Metallteils für das Pumpengehäuse der erfindungsgemäßen Pumpe möglich, was zu einer deutlichen Kostenreduzierung einer solchen Pumpe führt
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pumpe ergibt sich dadurch, dass sich der Pumpenkopf, der diesen Pumpenkopf treibende Elektromotor und ein elektronisches Schaltteil, dass zur Steuerung des Elektromotors dient, gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind. Dieses Gehäuse kann ein einteiliges Gehäuse sein oder auch aus mehreren Komponenten bestehen, die den einzelnen Funktionen (Pumpe, Motor, Schaltteil) zuzuordnen sind und die miteinander verbunden sind. Das Motorengehäuse kann so gleichzeitig als Gehäuseteil und auch als Kühlkörper für die Elektronik genutzt werden.
  • Eine Ummantelung des Stators mit einem Kunststoff bietet den Vorteil, dass sich die Polzähne des Stators, die beispielsweise durch diskrete Blechlamellenpakete gebildet sein können, auf einfache und vorteilhafte Weise direkt in den Kunststoff einspritzen und so fixieren lassen.
  • Durch die Kunststoffummantelung ist es zudem möglich, dass dem Dichtelement zwischen Rotor- und Statorraum eine Reihe von weiteren Funktionen übertragen werden können, die ein separates Spaltrohr im ursprünglichen Sinne nicht erfüllen kann. Neben der Abdichtung des das Fördermedium führenden Rotorraumes gegenüber dem Statorraum können die Statorblechpakete durch das Einspritzen befestigt und beispielsweise gegen Verdrehen gesichert werden. Dies bedeutet eine einfache und sichere Fixierung der Blechpakete. Der umspritzte Stator gestattet es ebenfalls die notwendigen Wickelkörper der Statorwicklung beim Spritzprozess direkt mit auszubilden. Benötigte Kontakttaschen für den Anschluss der Statorwicklung lassen sich ebenso wie andere benötigte Halterungen am Stator in vorteilhafter Weise beim Spritzprozess direkt mit ausformen. Dies alles vereinfacht den Aufbau und die Abdichtung des Stators, verringert die Anzahl der Bauteile und erleichtert damit den Zusammenbau der erfindungsgemäßen Pumpe. Mit einer Spaltrohrpumpe der herkömmlichen Bauart ist das so nicht zu realisieren.
  • Wird der Stator mit einer Motorengehäusewand, insbesondere mit einer Wand aus Metall verbunden, so kann diese Wand die anfallenden Kräfte und Momente aufnehmen. Diese Metallwand kann zweckmäßiger Weise aufgrund ihrer Wärmeleitfähigkeit dann auch direkt als Kühlkörper für die Elektronik des Pumpenmotors benutzt werden. Eine gute Kühlung der elektronischen Schaltelemente ergibt sich, wenn diese direkt auf die Metallwand aufgebracht werden. Gegebenenfalls kann auch eine Wärmeleitfolie zwischen Bauteil und Kühlkörper gelegt werden. Es ist vorstellbar die Leistungsbauteile der Elektronik über Federn an die Kühlfläche zu drücken oder auch über einen elektrisch isolierenden Kleber direkt an die Kühlfläche thermisch anzukoppeln. Damit ist eine gute Wärmeübertragung vom Leistungsbauteil der Elektronik in das metallische Motorengehäuse gewährleistet.
  • Eine weitere deutliche Verbesserung der Kühlung der Elemente der Steuerelektronik lässt sich erreichen, wenn die metallische Kühlwand ihrerseits zusätzlich aktiv gekühlt wird. In der erfindungsgemäßen Motorpumpe wird aus diesem Grund ein Teil des zu pumpenden Fluids an der Kühlwand motorseitig vorbeigeführt. Eine derartige Kühlung ist möglich, da die zu erwartenden Kühlwassertemperaturen des Verbrennungsmotors unter den Umgebungstemperaturen zu liegen kommen. Zur Kühlung der Metallwand ist in dem Pumpenkopf eine druckseitige Öffnung vorgesehen, die über einen Kanal in der gemeinsamen Welle des Elektromotors mit dem Pumpenrad eine Verbindung zur Saugseite der Pumpe schafft. Somit liegt über dem Rotor die volle Druckdifferenz der Pumpe an, so dass ein Sekundärstrom des zu pumpenden Fluids, der genau an der Kühlfläche des Motorengehäuses vorbeigeführt wird, realisiert worden ist.
  • Vorteilhafter Weise wird der Elektromotor zwischen dem Schaltteil mit der Leistungselektronik und dem Pumpenkopf angeordnet. Dies ermöglicht eine kompakte, platzsparende Konstruktion der erfindungsgemäßen Motorpumpe. Ein elektronisch kommutierte Gleichstrommotor, der die Pumpe antreiben kann, gewährleistet eine exakte Regelung des Kühlmitteldurchflusses, beispielsweise eines Kühlbeziehungsweise Heizkreislaufs eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Dies wiederum ermöglicht eine genau angepasste Wärmeabfuhr und damit unter anderem auch einen optimalen Wirkungsgrad und Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugmotors.
    • Zeichnung
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, dass in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert wird.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße, elektromotorisch angetriebene Pumpe,
    • Figur 2 einen Querschnitt durch den Stator des Elektromotors der erfindungsgemäßen, elektromotorisch angetriebenen Pumpe und
    • Figur 3 eine Detailansicht des Stators der erfindungsgemäßen, elektromotorisch angetriebenen Pumpe.
    Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • Das in der Figur 1 im Längsschnitt dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, elektromotorisch angetriebenen Pumpe 10 besteht aus einem Pumpenkopf 12, der von einem bürstenlosen, elektronisch kommutierten Elektromotor 14 angetrieben wird und einem Schaltteil 16 zur Steuerung des Elektromotors 14.
  • Der Pumpenkopf 12 besitzt ein Pumpengehäuse 18, in dem sich ein auf einer Antriebswelle 20 befestigtes Laufrad 22 in einem Pumpenraum 11 befindet. Das Laufrad 22 ist mit Schaufeln 24 zum Transport und zur Druckerhöhung einer umzupumpenden Flüssigkeit versehen. In das Pumpengehäuse 18 hinein führt eine Öffnung 26 zum Ansaugen der Flüssigkeit in Richtung des Pfeils 28. Ferner weist das Pumpengehäuse eine in der Figur 1 nicht vollständig dargestellte Austrittsöffnung 30 auf der Druckseite der Pumpe auf. Die Ansaugöffnung 26 mündet auf die Schaufeln 24 des Laufrades 22 der Pumpe 10. Das Pumpengehäuse 18 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Motorpumpe 10 über einen Flansch 32 mit einem Motorengehäuse 34 verbunden und über einen O-Ring 36, der sich zwischen den beiden Gehäuseteilen befindet, abgedichtet. Zur stabilen Verbindung des Pumpenkopfs 12 mit dem Motorengehäuse 30 sind verschiedene Möglichkeiten der Befestigung denkbar, von denen hier nur das Verschrauben, Vernieten, Verkleben beispielhatf genannt werden sollen.
  • Der Elektromotor 14 der erfindungsgemäßen Pumpe 10 besitzt einen im Motorengehäuse 34 angeordneten Rotor 38 und einen in radialer Richtung den Rotor 38 umgreifenden Stator 40. Der Stator 40 besteht aus einem Kunststoff- Trägerteil 42, in das mehrere, die Statorpole bildende Weicheisenzähne 44 direkt eingespritzt sind. Diese Weicheisenzähne sind beispielsweise in Form von Blechlamellen-Paketen 46 - wie in der Figur 1 angedeutet - ausgebildet.
  • Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch den Stator 40. Zu erkennen ist das Kunststoff-Trägerteil 42 und die darin eingespritzten Polzähne 44. Das Kunststoff-Trägerteil 42 bildet auf seiner, dem Rotor 38 (in Figur 2 der Übersicht halber nicht eingezeichnet) zugewandten Innenseite 48 eine vollständig geschlossene Kunststoffummantelung 50 des Stators 40. Die Kunststoffummantelung 50 ist derart ausgestaltet, dass sie den innen, d.h. im Zwischenraum 52 des Kunststoff-Trägerteils 42 liegenden Rotor 38 zum Stator 40 hin abdichtet. Die Kunststoffummantelung 50 der Statorpolzähne 44 dient nicht nur als eine Dichtwand 51 für den Stator sondern auch als Trägerform und Wickelkörper 54 für die Wicklungen 56 der Statorspulen 58.
  • Figur 3 zeigt in einem Ausschnitt eine mögliche Realisierung der Trägerform 54 für die Wicklungen 56 des Stators 40. Die Kunststoffummantelung 50 der Polzähne 44 ist so ausgeformt, dass sich eine stabile Aufnahme für die Wicklungen 56 der Spule 58 ergibt. Zusätzliche Kontakttaschen 60 für den Wicklungsdraht 62 lassen sich - wie in Figur 3 dargestellt - ebenso wie weitere benötigte Halterungen direkt am Kunststoff-Trägerteil 42 des Stators 40 durch einen formbildenden Prozess ausformen.
  • Der Stator 40 mit seinem Kunststoff-Trägerteil 42 ist in axialer Richtung an einer Wand 64 des Motorengehäuses 34 verdrehsicher befestigt und zusätzlich über Dichtelemente 66 gegenüber dem Motorengehäuse 34 abgedichtet. Die dem Pumpenkopf 12 abgewandte Wand 64 des Motorengehäuses 34 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Motorengehäuse 34 ausgeführt und besitzt mehrere - im Ausführungsbeispiel als Zapfen 68 ausgeführte - Halterungen zur Fixierung des Stators 40. Die Gehäusewand 64 weist zudem eine Anzahl von Durchführungen 70 für eine oder auch mehrere elektrische Verbindungen 72 des Elektromotors 14 mit dem Schaltteil 16 auf. Die Gehäusewand 64 kann vorzugsweise - ebenso wie das Motorengehäuse 34 - aus Metall gefertigt sein, um die Kräfte und Momente des Motors besser aufnehmen zu können und eine sichere Befestigung des Stators 40 zu garantieren. Auch aus Wärmeübertragungsgründen bietet sich hier eine Metallwand als Kühlwand 65 an. Die Gehäusewand 64 besitzt zusätzlich eine - im Ausführungsbeispiel einstückig ausgeführte - Halterung 74, in die ein erstes Lager 76 der Motorwelle 20 gesetzt ist.
  • Der vom Kunststoff-Trägerteil 42 ummantelte Innenraum 52 des Stators 40 und der entsprechend überdeckte Bereich der Gehäusewand 64 des Motorgehäuses 34 bilden erfindungsgemäß einen becherförmigen Raum 78, in dem der Rotor 38 des Elektromotors 14 umläuft. Der Rotor 38 sitzt fest auf einer Welle, die in diesem Ausführungsbeispiel auch die Antriebswelle 20 des Pumpenlaufrades 22 ist. Der Rotor 38 trägt in axialer Richtung Permanentmagnete 80, die über seinen gesamten Umfang gleichmäßig verteilt sind. Der einen Rotorraum 82 bildende becherförmige Raum 78 ist in radialer Richtung gerade so groß, dass die achsfernen Teile des Rotors in unmittelbarer Nähe der Innenseite 48 der Kunststoffummantelung 50 des Stators 40 umlaufen, diese aber nicht berühren. Durch die erfindungsgemäße Kunststoffummantelung 50 am Stator 40 ist es möglich den Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor 38 des Elektromotors 14 sehr gering zu halten.
  • Der Rotorraum 82 ist zum Pumpenkopf 12 hin durch eine Wand 84 und Dichtelemente 86 abgeschlossen. Die Wand 84 des Rotorraumes 82 trägt ein zweites Lager 88 für die Antriebswelle 20 der Pumpe 10. Zudem weist die pumpenkopfseitige Wand 84 eine Öffnung 90 zur Druckseite der Pumpe 10 hin auf.
  • Durch die druckseitige Öffnung 90 der pumpenkopfseitigen Rotorraumwand 84 kann eine Teil des zu fördernden Fluids in den Rotorraum 82 gelangen und den Rotor 38 sowie im Speziellen die Lager 76 und 88 der Antriebswelle 20 umspülen und kühlen. Die in den Rotorraum 82 gelangte Flüssigkeit fließt dabei auch an der schaltteilseitigen Motorgehäusewand 64 entlang und kühlt diese ebenfalls. Durch einen Kanal 92 in der gemeinsamen Antriebswelle 20 des Motors 14 und des Pumpenkopfes 12 gelangt die Flüssigkeit anschließend in Richtung des Pfeils 94 wieder aus dem Rotorraum 82 heraus und in den Bereich der saugseitigen Öffnung 90 des Pumpenkopfes 12.
  • Auf der dem Pumpenkopf 12 abgewandten Seite des Motorengehäuses 34 befindet sich das Schaltteil 16 zur Steuerung und Regelung der erfindungsgemäßen Pumpe 10. Das Schaltteil 16 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Motorengehäuse 34 verbunden und teilt sich mit diesem in vorteilhafter Weise die Gehäusewand 64. Auf der dem Motor 14 abgewandten Seite der Gehäusewand 64 sind Leistungselemente 96 der Schaltelektronik 98 des Elektromotors 14 befestigt. Diese Leistungselemente 96, die beispielsweise Transistoren sein können, sind im Ausführungsbeispiel direkt auf die Gehäusewand 64 aufgebracht, so dass sich eine gute Wärmeleitfähigkeit zwischen diesen elektronischen Komponenten des Schaltteils 16 und der Wand 64 ergibt. Die von der Elektronik 98 erzeugte Wärme kann schnell an die - im Ausführungsbeispiel metallische - Gehäusewand 64 abgegeben werden. Es ist aber auch vorstellbar, die zu kühlenden Bauteile des Schaltelements 16 über Federn an die Gehäusewand 64 zu drücken. Auch das direkte Aufkleben mit einem elektrisch isolierendem Kleber zur thermischen Ankopplung der elektronischen Bauteile 98 an die Kühlwand 64 ist möglich.
  • Die Gehäusewand 64 wird zudem motorseitig von der umzupumpenden Flüssigkeit zumindest teilweise umströmt, so dass sich erfindungsgemäß eine wesentlich verbesserte Wärmeabfuhr für die Komponenten des Schaltteils 16 ergibt.
  • Das Schaltteil 16 selbst ist über einen Deckel 100, der im Ausführungsbeispiel direkt auf das Motorengehäuse 34 der Pumpe 10 aufgebracht ist, zu verschließen. Der Deckel 100 kann aufgesteckt, verschraubt, vernietet, verklebt oder mit einer anderen entsprechenden Technik am Motorengehäuse 34 sicher und gegebenenfalls reversibel befestigt werden. Der Deckel 100 des Schaltteils 16 trägt im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Anschluss 102 für die externe Spannungsversorgung der erfindungsgemäßen Motorpumpe 10.
  • Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel einer elektromotorisch angetriebenen Pumpe beschränkt.
  • Im Speziellen lässt sich auch eine einstückig mit dem Stator verbundene Dichtwand vorteilhaft verwenden.

Claims (13)

  1. Pumpe mit einem Pumpenkopf (12), der einen Pumpenraum aufweist, mit einem ein Laufrad (22) des Pumpenkopfs (12) antreibenden Elektromotor (14), der einen Stator (40) und einen Rotor (38) aufweist, wobei der Rotor (38) mit dem Laufrad (22) des Pumpenkopfs (12) verbunden.ist;und in einem zum Pumpenraum hin geöffneten Rotorraum (82) angeordnet ist, und der Stator (40) radial um den Rotorraum (82) herum angeordnet ist und durch eine mit dem Stator (40) fest verbundene erste Dichtwand (51) und mindestens eine zweite Wand (64) des Motorgehäuses (34) gegen den Pumpenraum hin abgedichtet ist, wobei die erste Dichtwand (51) von einer in Umfangsrichtung des Rotorraums (82) vollständig geschlossenen Ummantelung: (50) des Stators (40) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Elektronikbauteil (96) eines Schaltteils (16) zur Steuerung des Elektromotors (14) an einer von einem Fördermedium gekühlten Kühlwand (64) angeordnet, ist, wobei die Kühlwand (64) die zweite Wand (64) des Motorgehäuses (34) ist.
  2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (40) mit der Wand (64) des Pumpengehäuses (18) verbunden ist.
  3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand (64) eine Metallwand ist.
  4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine, den Rotorraum (82) begrenzende Wand (64) ein stückig mit einem Motorengehäuse (34) des Elektromotors (15) ausgeführt ist
  5. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine, einstöckig mit dem Motorgehäuse (34) ausgeführte Wand (64) ein Schaltteil (16) einschließt
  6. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Volumenstrom des Fördermediums von der Druckseite des Pumpenkopfes (12) an der Kühlwand (65) vorbei zu der Saugseite des Pumpenkopfes (12) fließt.
  7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fördermedium durch einen Kanal (92) in der Antriebswelle (20) des Motors (14) zur Saugseite fließt
  8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle des Elektromotors (14) gleichzeitig Antriebswelle (20) des Pumpen-kopfes (12) ist.
  9. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass der Pumpenkopf (12), der Elektromotor (14) und ein elektronisches Schaltteil (16) zur Steuerung des Elektromotors (14) in einem gemeinsamen, insbesondere dreiteiligen Pumpengehäuse (18) angeordnet sind.
  10. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Schaltteil (16) an der dem Pumpenkopf (12) entgegengesetzten Seite des Motorengehäuses (34) angebracht ist
  11. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (14) ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor ist.
  12. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine Wasserpumpe für den Einsatz in Kraftfahrzeugen ist.
  13. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkeitspumpe für den Kühl- bzw. Heizkreislauf eines Kraftfahrzeuges, nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (40) des den Pumpenkopf (12) antreibenden Elektromotors (14) durch Umspritzen von Statorpolzähnen (44), insbesondere mit einem Kunststoff, hergestellt wird, und dass beim Einspritzen der Statorpolzähne (44) in den Kunststoff die Kunststoffummantelung (50) derart ausgeformt wird, dass die Statorpolzähne (44) verdrehsicher und fest in der Kunststoffummantelung: (50) zu sitzen kommen; die Kunststoffummantelung (50) als. Träger der Statorwicktungen (56) ausgeformt wird, und die Kunststoffummantelung (50) den Stator (40) gegen den zum Fördermedium hin geöffneten Rotorraum (82) des Elektromotors (14) abdichten kann.
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