EP1775478A2 - Kühlmittelpumpe - Google Patents

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EP1775478A2
EP1775478A2 EP06450133A EP06450133A EP1775478A2 EP 1775478 A2 EP1775478 A2 EP 1775478A2 EP 06450133 A EP06450133 A EP 06450133A EP 06450133 A EP06450133 A EP 06450133A EP 1775478 A2 EP1775478 A2 EP 1775478A2
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EP
European Patent Office
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pump
coolant
coolant pump
electronics
cooling plate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06450133A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1775478A3 (de
Inventor
Friedrich Dipl.-Ing. Atschreiter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TCG Unitech Systemtechnik GmbH
Original Assignee
TCG Unitech Systemtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TCG Unitech Systemtechnik GmbH filed Critical TCG Unitech Systemtechnik GmbH
Publication of EP1775478A2 publication Critical patent/EP1775478A2/de
Publication of EP1775478A3 publication Critical patent/EP1775478A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F04D13/00—Pumping installations or systems
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    • F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/0606—Canned motor pumps
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D13/0606—Canned motor pumps
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    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D29/586—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps
    • F04D29/588—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps cooling or heating the machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/60—Shafts
    • F05D2240/61—Hollow

Definitions

  • the invention relates to a coolant pump, in particular for an internal combustion engine, with a spiral channel in which a pump impeller is arranged, wherein the spiral channel is bounded by a housing cover and a rear wall, with an adjoining the spiral channel electronics chamber for receiving a power electronics and with an adjoining electric motor, which is driven by the power electronics, for driving the pump, wherein the pump impeller is mounted on a drive shaft which is supported by a pump-side bearing and a motor-side bearing, wherein the rear wall of the spiral channel is formed by a cooling plate extending radially over the pump impeller.
  • coolant pump To promote the coolant of the drive motors of motor vehicles increasingly electrically driven coolant pumps are used. Also for a variety of other uses such pumps are used. Usually, the aim is to design the coolant pump as a compact component which, in addition to the drive motor and the actual pump, also contains the power electronics which supply the electric motor. In order to produce the power electronics compact, cost-effective and reliable, it is necessary to ensure efficient cooling. Overall, a simple structure, a versatile applicability and cost manufacturability is required for the pump.
  • a coolant pump is known in which the power electronics is arranged in an electronics chamber which is arranged between the impeller and the electric motor. A secondary flow of the coolant is thereby conveyed from the spiral channel through a connecting channel in a motor chamber, which is located between the electronics chamber and the engine. From this engine chamber, the secondary flow of the coolant passes through the pump-side bearing into a gap between the pump impeller and the electronics chamber, from where it is returned to the spiral channel. Due to the fact that the electronics chamber is adjacent to the motor chamber, the power electronics located in the electronics chamber are cooled.
  • this known solution has proven to be less efficient in practice.
  • the amount of coolant that is conducted in the secondary flow relative limited, since the inflow opening and outflow opening of the bypass system are in spatial proximity, so that the pressure difference, which drives the bypass, is relatively low. Accordingly, the flow rates in the motor chamber are low, which deteriorates the heat transfer.
  • Another disadvantage of the known solution is that the coolant of the secondary flow is heated by the engine, which increases the temperature level and further reduces the cooling effect with respect to the power electronics.
  • the GB 2 330 014 A describes a pump with special cooling channels for cooling of thermally loaded parts of the electric motor.
  • the complex coolant supply requires a complex and error-prone construction. The same applies to a solution as you in the US 5,248,245 A is disclosed.
  • the EP 1 085 217 A2 describes a pump housing with integrated electronics, wherein the pump housing has a receptacle on which the electronic module can be fastened in heat-conducting contact with the pumping medium located in the spiral chamber.
  • the pump housing through which the medium flows and at least partially surrounds the spiral chamber is itself used as a heat sink.
  • sufficient heat dissipation is not guaranteed in all operating situations.
  • Object of the present invention is to develop a coolant pump of the type described above so that the disadvantages described above are avoided and efficient and safe cooling of the power electronics can be guaranteed.
  • a simple and cost-effective design should be achieved.
  • Another object of the invention is to provide a concept that can be easily adapted to different requirements.
  • At least one bypass duct for the coolant is formed between the impeller and the cooling plate, which extends through the pump-side bearing to the electric motor.
  • a large-volume space can be formed by the special design of the cooling plate, which accommodates the power electronics.
  • This electronics chamber is cooled efficiently at its front side by the cooling plate, whereby the cooling effect is considerably improved by a number of synergetic effects over known solutions.
  • the radially outer part of the cooling plate is not acted upon by a secondary flow, but by the main flow of the coolant, wherein a highly turbulent flow with high local flow velocities is present. This ensures highly efficient cooling.
  • forced by the pressure differences in the pump behind the impeller radially inward side stream of the coolant which also has a high cooling effect due to the high flow velocity.
  • the cooling effect is particularly efficient when a bypass duct for the coolant between the impeller and the cooling plate is formed, which extends through the pump-side bearing to the electric motor.
  • the bypass duct continues in a return flow channel which is guided through the hollow drive shaft to the suction side of the pump. In this way it is achieved that the secondary flow of the coolant initially cools the critical power electronics efficiently and is subsequently used for the less critical cooling of the electric motor.
  • a particularly simple construction can be achieved in that the cooling plate carries the pump-side bearing.
  • a positive side effect of this embodiment is also that the secondary flow of the coolant on the radially inner side of the electronics chamber further contributes to the efficient cooling of the power electronics.
  • the cooling plate forms the front side and at least a large part of the radial inner side of the electronics chamber.
  • a particularly advantageous embodiment of the present invention provides that the electronics chamber is limited only by the cooling plate and an electronics cover, which forms the radial outside and the motor-side back of the electronics chamber.
  • the particular advantage of this embodiment is that the basic structure of the pump apart from the electric motor of only three components can be produced, namely the housing cover, the heat sink and the electronics cover.
  • the electronics cover contributes to the isolation of the electronics chamber relative to the electric motor, so that the power density of the power electronics can be further increased.
  • the simplified structure of course ensures cost-effective production.
  • At least one bypass channel flows through or around the electric motor inside and / or outside the stator windings.
  • a particularly good cooling effect can be achieved if at least one inner coolant path of the bypass duct between stator windings and rotor magnet of the electric motor is arranged, wherein preferably at least one outer coolant path of the bypass duct outside the stator windings, preferably between an engine cover and a cover of the electric motor, is arranged.
  • the electronics chamber through the heatsink, an electronics cover forming the motor-side back of the electronics chamber, and a cover cap defining the radial outside of the electronics chamber.
  • the bypass duct extends through a thrust bearing of the drive shaft, which is preferably arranged between the electric motor and the pump-side bearing, wherein the thrust bearing has axial openings for the coolant.
  • the flow through the bypass duct can be increased if the thrust bearing has at least one means for conveying the coolant, wherein preferably the means for conveying the coolant is formed by radial edges or the like on the rotating part of the thrust bearing.
  • the structural design can be simplified in particular in that the cooling plate is clamped between the housing cover and the electronics cover or the cover.
  • a modular concept can be represented with particular advantage in that the pump impeller and the housing cover are designed to be interchangeable for changing the pump performance and characteristic. In this way, pumps of different power and characteristic can be realized with a large number of identical parts.
  • cooling plate is designed as a die-cast aluminum part. It is possible in a particularly efficient manner that the cooling plate has an integrally molded holder and at least one electronic circuit board. It can also be a Hall sensor connection realized in this way easily and inexpensively.
  • the Hall sensors can be integrated in the electronics board (s) and coupled to the heat sink with good thermal conductivity.
  • the required sensor magnets may be disposed on a ring mounted at a suitable location on the rotating shaft.
  • the coolant pump 1 shown in FIGS. 1 to 4 has a pump impeller 2 connected to a drive shaft 3, the drive shaft 3 being driven by an electric motor 4.
  • the stator windings designated by reference numeral 6 with the drive shaft 3 rotor magnets.
  • the drive shaft 3, whose axis of rotation is denoted by 3a, is mounted in the housing 9 via a pump-side bearing 7 and a motor-side bearing 8.
  • the term housing 9 here includes the parts of the housing cover 12, electronics cover 14 and motor cover 15.
  • the bearings 7 and 8 are designed as plain bearings.
  • the pump impeller 2 is arranged in a spiral channel 10 formed by the housing 9.
  • the rear wall of the spiral channel 10 is formed by a cooling plate 11, which extends in the radial direction over the pump impeller 2 and which is sealed off from the spiral cover 10 forming the housing cover 12.
  • the pump-side bearing 7 is supported on the cooling plate 11.
  • Adjacent to the cooling plate 11, an electronics chamber 13 for receiving the power electronics of the electric motor 4 is arranged in the housing 9.
  • the electronics chamber 13 is formed exclusively by the cooling plate 11 and the electronics cover 14, which separates the electronics chamber 13 from the stator windings 5.
  • the electronics cover 14, which may be made of plastic, for example, at the same time forms the housing outer wall of the housing 9.
  • the electric motor 4 is enclosed by the motor cover 15 of the housing 9 of the coolant pump 1, wherein the motor-side bearing 8 is supported on the motor cover 15.
  • At least one bypass duct 16 is provided for coolant between the pump impeller 2 and the cooling plate 11, which extends further through the pump-side bearing 7 to the electric motor 4. Between the stator windings 5 and the rotor magnet 6, the coolant passes to the motor-side bearing 8 and flows through holes in the bearing 8 in a return flow 17 within the drive shaft 3 and further through channels 18 in the hub 19 of the pump impeller 2 on the suction side 20 of the coolant pump 1. The way of the coolant is indicated by the arrows S.
  • the cooling plate 11 is clamped between the electronics cover 14 and the housing cover 12.
  • pump impeller 2 and housing cover 12 can be made interchangeable.
  • the cooling plate 11 may for example consist of die-cast aluminum. On the cooling plate 11, a holder for an electronic board can be formed. Wieters Hall sensors can be integrated into the electronic board and thermally coupled well conductive to the cooling plate 11. Required sensor magnets may be placed on a ring which is mounted at a suitable location on the rotary drive shaft 3 (not shown).
  • FIGS. 5 to 8 show a second embodiment variant of the invention, in which the electronics chamber 13 is formed by an electronics cover 14 and a cover 21, which comprises the motor cover 15.
  • Housing cover 12, electronics cover 14, motor cover 15, as well as the electronics cover 14 and the motor cover 15 enclosing cover are summarized here under the term housing 9.
  • Reference numeral 22 denotes a return ring with an integrated thrust bearing 23.
  • the thrust bearing 23 is arranged between the pump-side bearing 7 and the electric motor 4 and has openings 24 for the coolant flowing through the bypass duct 16.
  • a cavity forms an outer coolant path 25 for the coolant.
  • the outer coolant path 25 may be provided in addition to or in place of the inner coolant path 26 disposed between the stator windings 5 and the rotor magnets 6.
  • the path of the coolant is shown in detail in FIGS. 6 to 8.
  • the coolant flows out of the spiral channel 10 into the bypass channel 16 between the pump impeller 2 and the cooling plate 11. It passes through axial openings 27 in the pump-side bearing 7 to the thrust bearing 23 and flows through axial openings 24 in the thrust bearing 23 on the one hand along the outer coolant path 25 and on the other along the inner coolant path 26 into a return flow channel 17 within the drive shaft 3 and further through bores 18 in the region of the hub 19 onto the pressure side 20 of the coolant pump 1.
  • the thrust bearing 23 supports the conveyance of the coolant through the bypass duct 16.
  • the rotation of the radially outwardly directed part 23a of the thrust bearing 23 produces a conveying effect which enhances the secondary flow due to the pressure difference.
  • the conveying effect can be reinforced by attaching radial ribs - similar to an impeller - or adapted to the requirements.
  • Also by appropriate execution of the apertures 24 can be an amplification of the conveying effect.
  • These openings 24 may be designed as circular holes, or as segments of a circular disk.
  • the radial edges of these apertures 24 may be made oblique to the axis 3a, which also produces a conveying effect. Due to the conveying action of the thrust bearing 23, a large part of the coolant of the bypass duct 16 flows through the outer coolant path 25.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe (1), insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einem Spiralkanal (10), in dem ein Pumpenlaufrad (2) angeordnet ist, wobei der Spiralkanal (10) von einem Gehäusedeckel (12) und einer Rückwand begrenzt ist, mit einer an den Spiralkanal (10) anschließenden Elektronik-Kammer (13) zur Aufnahme einer Leistungselektronik und mit einem daran anschließenden Elektromotor (4), der über die Leistungselektronik angesteuert wird, zum Antrieb der Pumpe (1), wobei das Pumpenlaufrad (2) auf einer Antriebswelle (3) befestigt ist, die durch ein pumpenseitiges Lager (7) und ein motorseitiges Lager (8) gelagert ist, wobei die Rückwand des Spiralkanals (10) von einem Kühlblech (11) gebildet ist, das sich in Radialrichtung über das Pumpenlaufrad erstreckt. Um eine effiziente und sicher Kühlung der Leistungselektronik zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass zumindest ein Nebenstromkanal (16) für das Kühlmittel zwischen Laufrad (2) und Kühlblech (11) hindurch gebildet ist, der sich durch das pumpenseitige Lager (7) hindurch zum Elektromotor (4) erstreckt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe, insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einem Spiralkanal, in dem ein Pumpenlaufrad angeordnet ist, wobei der Spiralkanal von einem Gehäusedeckel und einer Rückwand begrenzt ist, mit einer an den Spiralkanal anschließenden Elektronik-Kammer zur Aufnahme einer Leistungselektronik und mit einem daran anschließenden Elektromotor, der über die Leistungselektronik angesteuert wird, zum Antrieb der Pumpe, wobei das Pumpenlaufrad auf einer Antriebswelle befestigt ist, die durch ein pumpenseitiges Lager und ein motorseitiges Lager gelagert ist, wobei die Rückwand des Spiralkanals von einem Kühlblech gebildet ist, das sich in Radialrichtung über das Pumpenlaufrad erstreckt.
  • Zur Förderung des Kühlmittels der Antriebsmotoren von Kraftfahrzeugen werden zunehmend elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpen verwendet. Auch für eine Vielzahl von anderen Einsatzzwecken werden solche Pumpen eingesetzt. übiicherweise strebt man dabei an, die Kühlmittelpumpe als kompakten Bauteil auszubilden, der neben dem Antriebsmotor und der eigentlichen Pumpe auch die Leistungselektronik enthält, die den Elektromotor versorgt. Um die Leistungselektronik kompakt, kostengünstig und betriebssicher herstellen zu können, ist es erforderlich, eine effiziente Kühlung zu gewährleisten. Insgesamt wird für die Pumpe ein einfacher Aufbau, eine vielseitige Anwendbarkeit und eine kostengünstige Herstellbarkeit gefordert.
  • Aus der EP 1 045 149 A ist eine Kühlmittelpumpe bekannt, bei der die Leistungselektronik in einer Elektronik-Kammer angeordnet ist, die zwischen dem Laufrad und dem Elektromotor angeordnet ist. Ein Nebenstrom des Kühlmittels wird dabei aus dem Spiralkanal durch einen Verbindungskanal in eine Motorkammer gefördert, die sich zwischen der Elektronik-Kammer und dem Motor befindet. Von dieser Motorkammer gelangt der Nebenstrom des Kühlmittels durch das pumpenseitige Lager hindurch in einen Spalt zwischen dem Pumpenlaufrad und der Elektronik-Kammer, von wo er wieder in den Spiralkanal zurückgeführt wird. Aufgrund der Tatsache, dass die Elektronik-Kammer an die Motorkammer angrenzt, wird die in der Elektronik-Kammer befindliche Leistungselektronik gekühlt. Diese bekannte Lösung hat sich jedoch in der Praxis als wenig effizient herausgestellt. Zum einen ist die Kühlmittelmenge, die im Nebenstrom geführt wird, relativ begrenzt, da sich Einströmöffnung und Ausströmöffnung des Nebenstromsystems in räumlicher Nähe befinden, so dass der Druckunterschied, der den Nebenstrom antreibt, relativ gering ist. Dementsprechend sind auch die Strömungsgeschwindigkeiten in der Motorkammer gering, was den Wärmeübergang verschlechtert. Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösung besteht darin, dass das Kühlmittel des Nebenstroms durch den Motor erwärmt wird, was das Temperaturniveau erhöht und die Kühlwirkung in Bezug auf die Leistungselektronik weiter herabsetzt.
  • Die GB 2 330 014 A beschreibt eine Pumpe mit speziellen Kühlkanälen zur Kühlung von thermisch belasteten Teilen des Elektromotors. Die aufwendige Kühlmittelführung bedingt einen komplexen und fehleranfälligen Aufbau. Ähnliches gilt für eine Lösung, wie Sie in der US 5,248.245 A offenbart ist.
  • Die EP 1 085 217 A2 beschreibt ein Pumpengehäuse mit integrierter Elektronik, wobei das Pumpengehäuse eine Aufnahme aufweist, auf der das Elektronikmodul in wärmeleitendem Kontakt zu dem in der Spiralkammer befindlichen Pumpmedium befestigbar ist. Das vom Medium durchströmte und die Spiralkammer zumindest teilweise umgebende Pumpengehäuse wird dabei selbst als Kühlkörper verwendet. Allerdings ist nicht in allen Betriebssituationen eine ausreichende Wärmeabfuhr gewährleistet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kühlmittelpumpe der oben beschriebenen Art so weiterzubilden, dass die zuvor beschriebenen Nachteile vermieden werden und eine effiziente und sichere Kühlung der Leistungselektronik gewährleistet werden kann. Insbesondere soll dabei ein einfacher und kostengünstiger Aufbau erreicht werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Konzept anzugeben, das leicht an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden kann.
  • Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass zumindest ein Nebenstromkanal für das Kühlmittel zwischen Laufrad und Kühlblech hindurch gebildet ist, der sich durch das pumpenseitige Lager hindurch zum Elektromotor erstreckt.
  • Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist, dass durch die spezielle Ausbildung des Kühlblechs ein großvolumiger Raum gebildet werden kann, der die Leistungselektronik aufnimmt. Diese Elektronik-Kammer wird an ihrer Vorderseite durch das Kühlblech effizient gekühlt, wobei die Kühlwirkung durch eine Reihe von synergetischen Effekten gegenüber bekannten Lösungen erheblich verbessert wird. Zum Einen wird der radial außen liegende Teil des Kühlblechs nicht durch einen Nebenstrom, sondern durch den Hauptstrom des Kühlmittels beaufschlagt, wobei eine hochgradig turbulente Strömung mit hohen lokalen Strömungsgeschwindigkeiten vorliegt. Auf diese Weise wird eine hocheffiziente Kühlung sichergestellt. Zum Anderen wird durch die Druckunterschiede in der Pumpe ein hinter dem Flügelrad radial nach Innen gerichteter Nebenstrom des Kühlmittels erzwungen, der aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit ebenfalls eine hohe Kühlwirkung aufweist. Die Kühlwirkung ist besonders effizient, wenn ein Nebenstromkanal für das Kühlmittel zwischen Laufrad und Kühlblech hindurch gebildet ist, der sich durch das pumpenseitige Lager hindurch zum Elektromotor erstreckt. In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, wenn sich der Nebenstromkanal in einem Rückstromkanal fortsetzt, der durch die hohl ausgebildete Antriebswelle zur Saugseite der Pumpe geführt ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Nebenstrom des Kühlmittels zunächst die kritische Leistungselektronik effizient kühlt und daran anschließend zu der weniger kritischen Kühlung des Elektromotors herangezogen wird.
  • Ein besonders einfacher Aufbau kann dadurch erreicht werden, dass das Kühlblech das pumpenseitige Lager trägt. Ein positiver Nebeneffekt dieser Ausführungsvariante ist auch, dass der Nebenstrom des Kühlmittels an der radialen Innenseite der Elektronik-Kammer weiter zur effizienten Kühlung der Leistungselektronik beiträgt. In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, wenn das Kühlblech die Vorderseite und mindestens einen Großteil der radialen Innenseite der Elektronik-Kammer bildet.
  • Eine besonders begünstigte Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Elektronik-Kammer ausschließlich durch das Kühlblech und einen Elektronikdeckel begrenzt ist, der die radiale Außenseite und die motorseitige Rückseite der Elektronik-Kammer bildet. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsvariante besteht darin, dass die Grundstruktur der Pumpe abgesehen vom Elektromotor aus lediglich drei Bauteilen herstellbar ist, nämlich dem Gehäusedeckel, dem Kühlblech und dem Elektronikdeckel. Der Elektronikdeckel trägt dabei zur Isolierung der Elektronik-Kammer gegenüber dem Elektromotor bei, so dass die Leistungsdichte der Leistungselektronik weiter erhöht werden kann. Durch den vereinfachten Aufbau ist selbstverständlich eine kostengünstige Herstellung gewährleistet.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest ein Nebenstromkanal den Elektromotor innerhalb und/oder außerhalb der Statorwicklungen durch- bzw. umströmt. Eine besonders gute Kühlwirkung lässt sich erzielen, wenn zumindest ein innerer Kühlmittelweg des Nebenstromkanals zwischen Statorwicklungen und Rotormagneten des Elektromotors angeordnet ist, wobei vorzugsweise zumindest ein äußerer Kühlmittelweg des Nebenstromkanals außerhalb der Statorwicklungen, vorzugsweise zwischen einem Motordeckel und einer Abdeckhaube des Elektromotors, angeordnet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Elektronik-Kammer durch das Kühlblech, einen Elektronikdeckel, der die motorseitige Rückseite der Elektronik-Kammer bildet, und eine Abdeckhaube begrenzt ist, die die radiale Außenseite der Elektronik-Kammer bildet.
  • In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich der Nebenstromkanal durch ein Axiallager der Antriebswelle hindurch erstreckt, welches vorzugsweise zwischen dem Elektromotor und dem pumpenseitigen Lager angeordnet ist, wobei das Axiallager axiale Durchbrüche für das Kühlmittel aufweist. Die Strömung durch den Nebenstromkanal kann erhöht werden, wenn das Axiallager zumindest ein Mittel zur Förderung des Kühlmittels aufweist, wobei vorzugsweise das Mittel zur Förderung des Kühlmittels durch radiale Kanten oder dergleichen am rotierenden Teil des Axiallagers gebildet ist.
  • Der konstruktive Aufbau kann insbesondere dadurch vereinfacht werden, dass das Kühlblech zwischen dem Gehäusedeckel und dem Elektronikdeckel bzw. der Abdeckhaube geklemmt ist.
  • Ein modulares Konzept ist mit besonderem Vorteil dadurch darstellbar, dass das Pumpenlaufrad und der Gehäusedeckel zur Veränderung der Pumpenleistung und -charakteristik austauschbar ausgeführt sind. Auf diese Weise können mit einer großen Anzahl von Gleichteilen Pumpen unterschiedlicher Leistung und Kennlinie realisiert werden.
  • Eine besonders robuste und effiziente Ausführung der Erfindung wird erreicht, wenn das Kühlblech als Aluminiumdruckgussteil ausgeführt ist. Dabei ist es in besonders effizienter Weise möglich, dass das Kühlblech eine einstückig angeformte Halterung und mindestens eine Elektronikplatine aufweist. Es kann auch eine Hallsensoranbindung auf diese Weise einfach und kostengünstig realisiert werden.
  • Die Hallsensoren können in die Elektronikplatine(n) integriert und auch thermisch gut leitend an das Kühlblech gekoppelt werden. Die erforderlichen Sensormagnete können auf einem Ring angeordnet sein, der an geeigneter Stelle auf der rotierenden Welle angebracht ist.
  • In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe in einer Stirnansicht einer ersten Ausführungsvariante;
    Fig. 2
    diese Kühlmittelpumpe in einer Seitenansicht;
    Fig. 3
    diese Kühlmittelpumpe in einer zweiten Stirnansicht;
    Fig. 4
    die Kühlmittelpumpe in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 2;
    Fig. 5
    eine erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe in einem Schnitt analog zu Fig. 4 in einer zweiten Ausführungsvariante;
    Fig. 6
    ein erstes Detail dieser Kühlmittelpumpe;
    Fig. 7
    ein zweites Detail dieser Kühlmittelpumpe; und
    Fig. 8
    ein drittes Detail dieser Kühlmittelpumpe.
  • Die in Fig. 1 bis Fig. 4 dargestellte Kühlmittelpumpe 1 weist ein mit einer Antriebswelle 3 verbundenes Pumpenlaufrad 2 auf, wobei die Antriebswelle 3 durch einen Elektromotor 4 angetrieben wird. Mit Bezugszeichen 5 sind die Statorwicklungen, mit Bezugszeichen 6 mit der Antriebswelle 3 verbundene Rotormagnete bezeichnet. Die Antriebswelle 3, deren Drehachse mit 3a bezeichnet ist, ist über ein pumpenseitiges Lager 7 und ein motorseitiges Lager 8 im Gehäuse 9 gelagert. Der Begriff Gehäuse 9 umfasst hier die Teile Gehäusedeckel 12, Elektronikdeckel 14 und Motordeckel 15. Die Lager 7 und 8 sind als Gleitlager ausgebildet.
  • Das Pumpenlaufrad 2 ist in einem durch das Gehäuse 9 gebildeten Spiralkanal 10 angeordnet. Die Rückwand des Spiralkanals 10 wird von einem Kühlblech 11 gebildet, welches sich in Radialrichtung über das Pumpenlaufrad 2 erstreckt und welches gegenüber dem den Spiralkanal 10 bildenden Gehäusedeckel 12 abgedichtet ist. Das pumpenseitige Lager 7 stützt sich am Kühlblech 11 ab. Angrenzend an das Kühlblech 11 ist im Gehäuse 9 eine Elektronik-Kammer 13 zur Aufnahme der Leistungselektronik des Elektromotors 4 angeordnet. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsvariante wird die Elektronik-Kammer 13 ausschließlich durch das Kühlblech 11 und den Elektronikdeckel 14 gebildet, welcher die Elektronik-Kammer 13 von den Statorwicklungen 5 trennt. Der Elektronikdeckel 14, welcher beispielsweise aus Kunststoff bestehen kann, bildet dabei gleichzeitig die Gehäuseaußenwand des Gehäuses 9 aus. Der Elektromotor 4 wird vom Motordeckel 15 des Gehäuses 9 der Kühlmittelpumpe 1 umschlossen, wobei sich das motorseitige Lager 8 am Motordeckel 15 abstützt.
  • Um eine ausreichende Kühlung der Leistungselektronik zu gewährleisten, ist zumindest ein Nebenstromkanal 16 für Kühlmittel zwischen dem Pumpenlaufrad 2 und dem Kühlblech 11 vorgesehen, der sich weiter durch das pumpenseitige Lager 7 hindurch zum Elektromotor 4 erstreckt. Zwischen den Statorwicklungen 5 und den Rotormagneten 6 gelangt das Kühlmittel zum motorseitigen Lager 8 und strömt durch Bohrungen im Lager 8 in einen Rückströmkanal 17 innerhalb der Antriebswelle 3 und weiter durch Kanäle 18 in der Nabe 19 des Pumpenlaufrades 2 auf die Saugseite 20 der Kühlmittelpumpe 1. Der Weg des Kühlmittels ist mit den Pfeilen S angedeutet.
  • Das Kühlblech 11 ist zwischen dem Elektronikdeckel 14 und dem Gehäusedeckel 12 geklemmt.
  • Zur Veränderung der Pumpenleistung und -charakteristik können Pumpenlaufrad 2 und Gehäusedeckel 12 austauschbar ausgeführt werden.
  • Das Kühlblech 11 kann beispielsweise aus Aluminiumdruckguss bestehen. Am Kühlblech 11 kann eine Halterung für eine Elektronikplatine angeformt sein. Wieters können Hallsensoren in die Elektronikplatine integriert und thermisch gut leitend an das Kühlblech 11 gekoppelt werden. Erforderliche Sensormagnete können auf einem Ring angeordnet werden, der an geeigneter Stelle auf der rotierenden Antriebswelle 3 angebracht wird (nicht dargestellt).
  • Die Fig. 5 bis Fig. 8 zeigen eine zweite Ausführungsvariante der Erfindung, bei der die Elektronik-Kammer 13 durch einen Elektronikdeckel 14 und eine Abdeckhaube 21 gebildet ist, welche den Motordeckel 15 umfasst. Gehäusedeckel 12, Elektronikdeckel 14, Motordeckel 15, sowie die den Elektronikdeckel 14 und den Motordeckel 15 einschließende Abdeckhaube werden hier unter dem Begriff Gehäuse 9 zusammengefasst.
  • Mit Bezugszeichen 22 ist ein Rückschlussring mit einem integrierten Axiallager 23 bezeichnet. Das Axiallager 23 ist zwischen dem pumpenseitigen Lager 7 und dem Elektromotor 4 angeordnet und weist Durchbrüche 24 für das durch den Nebenstromkanal 16 strömende Kühlmittel auf.
  • Zwischen der Abdeckhaube 21 und dem Motordeckel 15 bildet ein Hohlraum einen äußeren Kühlmittelweg 25 für das Kühlmittel. Der äußere Kühlmittelweg 25 kann zusätzlich oder anstelle des zwischen den Statorwicklungen 5 und den Rotormagneten 6 angeordneten inneren Kühlmittelweg 26 vorgesehen sein.
  • Der Weg des Kühlmittels ist in den Fig. 6 bis Fig. 8 im Detail dargestellt. Das Kühlmittel strömt aus dem Spiralkanal 10 in den Nebenstromkanal 16 zwischen dem Pumpenlaufrad 2 und dem Kühlblech 11. Es gelangt durch axiale Öffnungen 27 im pumpenseitigen Lager 7 zum Axiallager 23 und strömt durch axiale Öffnungen 24 im Axiallager 23 einerseits entlang des äußeren Kühlmittelweges 25 und andererseits entlang des inneren Kühlmittelweges 26 in einen Rückströmkanal 17 innerhalb der Antriebswelle 3 und weiter durch Bohrungen 18 im Bereich der Nabe 19 auf die Druckseite 20 der Kühlmittelpumpe 1.
  • Das Axiallager 23 unterstützt die Förderung des Kühlmittels durch den Nebenstromkanal 16. Durch die Rotation des radial nach außen gerichteten Teiles 23a des Axiallagers 23 entsteht eine Förderwirkung, die die Nebenströmung durch den Druckunterschied verstärkt. Die Förderwirkung kann dabei durch Anbringen von radialen Rippen - ähnlich einen Flügelrad - noch verstärkt, bzw. an die Erfordernisse angepasst werden. Auch durch entsprechende Ausführung der Durchbrüche 24 lässt sich eine Verstärkung der Förderwirkung erreichen. Diese Durchbrüche 24 können als kreisförmige Bohrungen, oder auch als Segmente einer Kreisscheibe ausgeführt sein. Die radialen Kanten dieser Durchbrüche 24 können schräg zur Achse 3a ausgeführt sein, wodurch ebenfalls eine Förderwirkung entsteht. Durch die Förderwirkung des Axiallagers 23 fließt ein großer Teil des Kühlmittels des Nebenstromkanals 16 durch den äußeren Kühlmittelweg 25.

Claims (18)

  1. Kühlmittelpumpe (1), insbesondere für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, mit einem Spiralkanal (10), in dem ein Pumpenlaufrad (2) angeordnet ist, wobei der Spiralkanal (10) von einem Gehäusedeckel (12) und einer Rückwand begrenzt ist, mit einer an den Spiralkanal (10) anschließenden Elektronik-Kammer (13) zur Aufnahme einer Leistungselektronik und mit einem daran anschließenden Elektromotor (4), der über die Leistungselektronik angesteuert wird, zum Antrieb der Pumpe (1), wobei das Pumpenlaufrad (2) auf einer Antriebswelle (3) befestigt ist, die durch ein pumpenseitiges Lager (7) und ein motorseitiges Lager (8) gelagert ist, wobei die Rückwand des Spiralkanals (10) von einem Kühlblech (11) gebildet ist, das sich in Radialrichtung über das Pumpenlaufrad erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Nebenstromkanal (16) für das Kühlmittel zwischen Laufrad (2) und Kühlblech (11) hindurch gebildet ist, der sich durch das pumpenseitige Lager (7) hindurch zum Elektromotor (4) erstreckt.
  2. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlblech (11) das pumpenseitige Lager (7) trägt.
  3. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlblech (11) die Vorderseite und mindestens einen Großteil der radialen Innenseite der Elektronik-Kammer (13) bildet.
  4. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik-Kammer (13) ausschließlich durch das Kühlblech (11) und einen Elektronikdeckel (14) begrenzt ist, der die radiale Außenseite und die motorseitige Rückseite der Elektronik-Kammer (13) bildet.
  5. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik-Kammer (13) durch das Kühlblech (11), einem Elektronikdeckel (14), der die motorseitige Rückseite der Elektronik-Kammer (13) bildet, und eine Abdeckhaube (21) begrenzt ist, die die radiale Außenseite der Elektronik-Kammer (13) bildet.
  6. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Nebenstromkanal (16) in einem Rückstromkanal (17) fortsetzt, der durch die hohl ausgebildete Antriebswelle (3) zur Saugseite (20) der Pumpe (1) geführt ist.
  7. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Nebenstromkanal (16) den Elektromotor (4) innerhalb und/oder außerhalb der Statorwicklungen (5) durch- bzw. umströmt.
  8. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein innerer Kühlmittelweg (26) des Nebenstromkanals (16) zwischen Statorwicklungen (5) und Rotormagneten (6) des Elektromotors (4) angeordnet ist.
  9. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein äußerer Kühlmittelweg (25) des Nebenstromkanals (16) außerhalb der Statorwicklungen (5), vorzugsweise zwischen einem Motordeckel (15) und einer Abdeckhaube (21) des Elektromotors, angeordnet ist.
  10. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Nebenstromkanal (16) durch ein Axiallager (23) der Antriebswelle (3) hindurch erstreckt, welches vorzugsweise zwischen dem Elektromotor (4) und dem pumpenseitigen Lager (7) angeordnet ist, wobei das Axiallager (23) axiale Durchbrüche (24) für das Kühlmittel aufweist.
  11. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (23) zumindest ein Mittel zur Förderung des Kühlmittels aufweist.
  12. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Förderung des Kühlmittels durch radiale Kanten oder dergleichen am rotierenden Teil (23a) des Axiallagers (23) gebildet ist.
  13. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlblech (11) zwischen dem Gehäusedeckel (12) und dem Elektronikdeckel (14) oder der Abdeckhaube (21) geklemmt ist.
  14. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpenlaufrad (2) und der Gehäusedeckel (12) zur Veränderung der Pumpenleistung und -charakteristik austauschbar ausgeführt sind.
  15. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (6) elektronisch kommutiert ist.
  16. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlblech (11) als Aluminiumdruckgussteil ausgeführt ist.
  17. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlblech (11) eine einstückig angeformte Halterung und mindestens eine Elektronikplatine aufweist.
  18. Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlblech (11) eine Hallsensoranbindung aufweist.
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