WO2016041682A1 - Flow-cooled coolant pump having a wet rotor - Google Patents

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WO2016041682A1
WO2016041682A1 PCT/EP2015/067735 EP2015067735W WO2016041682A1 WO 2016041682 A1 WO2016041682 A1 WO 2016041682A1 EP 2015067735 W EP2015067735 W EP 2015067735W WO 2016041682 A1 WO2016041682 A1 WO 2016041682A1
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WO
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pump
chamber
motor
coolant
flow
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/067735
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German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Hoffmann
Christian BÄTZ
Franz Pawellek
Original Assignee
Nidec Gpm Gmbh
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/426Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for liquid pumps
    • F04D29/4293Details of fluid inlet or outlet
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D13/00Pumping installations or systems
    • F04D13/02Units comprising pumps and their driving means
    • F04D13/06Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D13/0606Canned motor pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5806Cooling the drive system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04D29/58Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/5813Cooling the control unit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P5/00Pumping cooling-air or liquid coolants
    • F01P5/10Pumping liquid coolant; Arrangements of coolant pumps
    • F01P5/12Pump-driving arrangements
    • F01P2005/125Driving auxiliary pumps electrically

Definitions

  • the present invention relates to a coolant pump for a coolant circuit of an internal combustion engine.
  • coolant pumps For a long time electrically driven coolant pumps have been used in coolant circuits of internal combustion engines.
  • electric coolant pumps are preferably used over mechanical, for example belt driven, coolant pumps because they are driven independently of engine speed and greater flexibility in controlling a coolant loop in response to various engine operating parameters or environmental conditions enable.
  • a problem in the prior art is the sufficient cooling of the electric motor and the control electronics within the coolant pump, which represents a significant factor for the life of the coolant pump and also for the reliability of the internal combustion engine and possibly the driven vehicle.
  • the coolant temperature may, in critical circumstances, approach very close to the maximum allowable temperature of the electronic and electrical components required for the construction of an electrical coolant pump, such that overheating failure may result from additional waste heat from the electric pump motor.
  • the power loss is about 20% of the electrical power, so that in a pump motor with 500 W, as used for example in a coolant pump of a coolant circuit in a car, at full load operation, a heat input of 100 W is produced by the Coolant pump is additionally recorded on the waste heat of the coolant addition.
  • the coolant pump is usually installed to save space in the immediate vicinity of the internal combustion engine. Consequently, the coolant pump is exposed to a considerably heated by the waste heat of the internal combustion engine ambient temperature.
  • a heat exchange with the coolant of the internal combustion engine can be used.
  • the coolant has a much higher coefficient of thermal conductivity of about 0.441 W / ra compared to 0.0262 W / mK air.
  • the coolant maintains a defined temperature range, whereas the temperature of the air varies greatly depending on the environment, in particular of the internal combustion engine, and possibly on a speed of movement.
  • the coolant assumes a high temperature and, apart from the power loss of the coolant pump, itself already introduces a high heat input into the coolant pump.
  • the coolant After passing through the radiator or a heat exchanger with the environment, the coolant should still have a maximum temperature of up to 1 13 ° C according to standards of the automotive industry.
  • the coolant in a coolant circuit of an internal combustion engine in a vehicle may reach a temperature of 120 ° C or even 130 ° C.
  • a small temperature difference of only a few degrees between the coolant temperature and the permissible operating temperature of the coolant pump is available to dissipate the heat of the power loss of the electric motor.
  • European Patent Application EP 2 573 401 A2 describes a coolant pump with a housing, a drive arranged therein and an impeller.
  • a shaft seal is a vacuum area on the The outlet side of the assigned, whereby the seal is not directly exposed to a load by the flow.
  • the patent application US 2002/0106290 A1 relates to a fluid pump comprising an encapsulated stator assembly which seals a pump motor and facilitates heat transfer from the motor and electronics to the working fluid.
  • the patent application DE 10 2008 055 614 AI discloses a centrifugal motor pump in Navy incidentrbauart, in which an electric motor rotor is surrounded by a potting material having the stator, the windings, the stator and a canned or a split pot. The stator is in turn surrounded by a motor housing.
  • EP 0 657 653 A1 describes a canned motor pump with an enclosed motor of relatively small size and low power output, for example for use in circulating warm water.
  • the entire flow is passed through a split tube which houses the shaft and the rotor and separates the stator from the flow.
  • this type of pump brings high churning losses, since the entire flow of the rotating rotor must happen, so that the desired efficiency is no longer achieved at higher flow rates.
  • European Patent Application EP 1 045 149 A2 and German Patent DE 10 2011 009 192 B3 describe radial pump-type coolant pumps with a wet rotor in which the coolant flows axially onto a radial pump impeller arranged between the pump inlet and the pump motor.
  • a small portion of the coolant from the pump chamber passes as a leakage current through a gap between the pump impeller and shaft (as in the pump from EP 1 045 149 A2), or between pump impeller and pump housing (as in the pump from DE 10 201 1 009 192 B3) or, as is also known from the prior art, through a hollow shaft of the pump motor, into a wet running region of the pump motor, circulation being generated by the circulation on rotating components of the pump motor with a return flow into the pump chamber.
  • a wet runner as a pump motor eliminates the use of a seal in these coolant pumps and the small circulating leakage current causes little churning losses. However, this also contributes an insignificantly small portion of the coolant at the heat transfer to dissipate the waste heat of the pump motor in the coolant circuit. Thus, the substantial replacement of the waste heat from the power loss of the pump motor between the outer surface of the pump housing and the air takes place in an environment heated by the internal combustion engine.
  • the underlying object is, starting from the described in DE 103 14 526 AI coolant pump with a jacket flow and the use of a wet rotor with canned motor as a pump motor, according to the invention solved in that a motor chamber at the axial ends of the split tube one from an inlet chamber to the canned has an opened inlet portion and an outlet portion opened from the split tube to a radially tapered portion of the flow channel so that a portion of the refrigerant flowing from the inlet chamber to the engine chamber is branched into the gap tube at the inlet portion of the engine chamber in the split tube as a bypass flow is axially passed along the motor shaft through the motor chamber, while passing the rotor, and at the outlet region of the motor chamber coaxial with the motor shaft, the bypass flow in the tapered portion of the flow channel is fed back, after which the thus merged coolant the pump louse Frad axially flows close to the motor shaft, is circulated by the pump impeller in the pump chamber, and flows through the outlet port of the pump chamber.
  • an axial throughflow of the wet-rotor pump motor is provided for the first time despite the correspondingly high delivery rate of a coolant pump.
  • a leakage circuit circulates through an annular gap or a hollow shaft, in this case flows a significantly higher volume flow within the stator, which is favored by a pressure difference on both sides of the motor chamber or the can.
  • an axial flow around the outside of the stator is provided by a sheath flow, which leads to a large part of the delivered volume flow.
  • a coolant pump with a previously unattainable temperature compatibility could be created that reliably withstood limit values of 150 ° C maximum ambient temperature and 135 ° C maximum coolant temperature.
  • a special reliability in critical applications such as in motor vehicles in hot areas, such as a four-wheel drive vehicle for use in the desert, guaranteed.
  • the coolant pump according to the invention is due to the efficient heat dissipation especially for high-performance electric motors of eg 1000 W. suitable, which produce a correspondingly higher waste heat at a power loss of 200 W.
  • additional power reserves can be provided for the increased circulation speed of the coolant circuit in critical operating states.
  • a particularly powerful electric motor a smaller-sized coolant pump in relation to the internal combustion engine or its coolant circuit can be used at a lower production cost.
  • the coolant pump according to the invention has no volumetric loss, since the two coolant streams are reunited before the pump impeller.
  • a sufficiently dimensioned motor chamber for different stator diameters can be provided, and design freedom can be created for the use of different types of pump impellers, in particular radially or axially accelerating types of pump impellers.
  • the coolant pump has a radially accelerating pump impeller, wherein the pump chamber comprises a spiral housing and a tangentially discharging outlet stub.
  • the pump structure according to the invention can be realized with the advantages mentioned above as a Halbaxialpumpe.
  • the coolant pump has a short axial length.
  • the coolant pump may have an axially accelerating pump impeller, wherein the pump chamber opens into an axially aligned outlet port.
  • the pump structure according to the invention with the advantages mentioned above can be realized as an axial pump.
  • the motor chamber is closed on the side facing the inlet chamber by a cover with a spherical surface, in which an open inlet region and an intake of the axial end of the can is arranged. Through the lid, the components of the pump motor can be inserted into the motor chamber in the axial direction during assembly of the coolant pump.
  • the spherical shape provides a favorable flow characteristic in the radial distribution of the jacket current and the bypass current to the motor chamber.
  • the coolant pump is the
  • the motor chamber covers an axial end of the can in the inlet region, and is opened within the radius of the can through filter bores or through a filter element through which the bypass flow flows into the can.
  • the coolant pump according to the filter bores extend conically, with a diameter increasing in the flow direction, preferably with a diameter of 0.05 mm to 0.3 mm, more preferably from 0.1 mm to 0.15 mm.
  • a particle size of less than 0.1 mm a defective effect of the foreign matter on the rotating components of the pump motor can be excluded. Due to the conical cone shape of the filter bores a self-cleaning effect is achieved, which counteracts clogging thereof.
  • a spherical shape at the inlet region promotes drift of foreign bodies along the spherical surface into the sheath flow, thereby effectively preventing deposition and clogging by foreign particles of critical particle size at the entrance of the filter bores.
  • the motor chamber covers an axial end of the can in the outlet region, and is open within the radius of the can through concentric with the motor shaft outlet holes through which the bypass flow flows into the flow channel of the bypass flow.
  • the volume flows of sheath flow and bypass flow have a ratio a) preferably from about 90% to 10% to 95% to 5%,
  • the design of the coolant pump according to the invention is characterized by a particularly advantageous ratio between an effective heat dissipation of the bypass flow and at the same time low churning losses of the rotor in the bypass flow.
  • the shaft bearings of the bearing of the motor shaft have a bearing gap, so that a part of the coolant flowing through the motor chamber within the radius of the gap tube flows through the bearing gap of the shaft bearings.
  • the Coolants are additives such as glycerol or the like attached. These additives can also be used simultaneously for the lubrication of correspondingly suitable shaft bearings, in combination with the previously described filtering to keep contaminants, the lubricity of the bypass current can be ensured at the bearing of the shaft and a deterioration of low friction values by deposits on selbiger be suppressed.
  • coolant pump in a preferred embodiment of the coolant pump are, in the vertical cross section to the axial direction, between the pump housing and the motor chamber a plurality of radially extending retaining webs, or even axially extending fins, arranged, and the flow channel of the jacket stream is arranged in a plurality around the motor chamber around divided arcuate segments.
  • This structure allows the design with a plurality of, preferably symmetrically arranged, holding webs between the pump housing and the motor chamber, in which the electrical supply line of the pump motor is guided. This creates a torsionally rigid construction for integrating the motor chamber in the pump housing.
  • the electronic components such as a control device of the coolant pump, in the vertical cross section to the axial direction, adjacent to the flow channel of the sheath flow in the pump housing are arranged.
  • the control electronics arranged outside the pump housing can also be effectively flow-cooled.
  • an inner wall of the inlet chamber, into which the at least one inlet port opens is spherical, and is formed by a bell, which is fixed to the inlet-side axial end of the pump housing.
  • a bell which is fixed to the inlet-side axial end of the pump housing.
  • the coolant pump has only one inlet port, which opens at an angle to the axis of the motor shaft in the spherically shaped inner wall of the inlet chamber.
  • the axial length of the coolant pump continues to decrease.
  • FIG. 1 is a perspective view of an exemplary embodiment of the
  • Fig. 2 is a longitudinal sectional view through an exemplary embodiment of
  • Fig. 3 is a cross-sectional view through an exemplary embodiment of
  • Coolant pump; 4 shows a longitudinal sectional view through an exemplary embodiment of the coolant pump with an illustrated flow path of the coolant;
  • the electric coolant pump 1 conveys the coolant circulating in the coolant circuit between the engine and the heat exchanger or radiator.
  • the coolant pump 1 sucks the coolant from the engine via the radiator and pushes it back to the engine.
  • cooled coolant is used to absorb the waste heat of the power loss of the electric motor and to cool it to the allowable operating temperature.
  • the pump housing 10 in primary subdivision, an inlet chamber 1 1 with one or more inlet port 13 on the one hand, a pump chamber 12 with an outlet 14 on the other hand, and an intermediate interior.
  • FIG. 2 shows that in the interior of the pump housing, a motor chamber 20 is located in which an electric pump motor 40 is received with a motor shaft 50, via which a pump impeller 55 is driven in the pump chamber 12.
  • the coolant pump 1 may have one, two or more inlet ports 13 for conveying different circuits to different heat exchangers.
  • the coolant circuit coming from the radiator of the combustion engine is connected to the larger volume flow at the axially oriented inlet port 13, and the circulation at lower volume flow to an inlet port 13 which extends differently from the axial direction.
  • the inlet chamber 1 1 of the illustrated embodiment has a spherical inner wall, which provides a favorable flow path for entry into the pump housing 10 for any desired orientation angle and / or multiple inlet ports 13.
  • the inlet chamber 11 is formed by a domed bell 15 fixed to the inlet-side axial end of the pump housing.
  • the motor chamber 20 has a cylindrical shape when viewed in cross-section with respect to the axial direction, and is arranged concentrically in an inner space of the pump housing having a cylindrical cross section.
  • the motor chamber 20 occupies a large part of the interior of the pump housing, so that in cross-section only an annular gap between the motor chamber 20 and the pump housing 10 remains as a free space.
  • the outer contour of the motor chamber 20 follows the inner contour of the pump housing, so that within the annular gap in cross-section over an axial extent of the motor chamber 20 and the pump housing away a jacket-shaped flow channel 30 is formed between the two.
  • the motor chamber 20 is held by holding webs 21 and fins, which extend in the radial direction between the motor chamber 20 and the pump housing 10 and extending in the axial direction of the motor chamber 20, centrally in the pump housing 10.
  • the four radial retaining webs 21 shown in FIG. 3 divide the annular sheath flow in four flow channels with a curved segment-shaped flow cross-section.
  • the control electronics 43 of the coolant pump 1 is arranged in an outer region of the pump housing close to the outer contour of the jacket-shaped flow channel s 30.
  • a holding web 21 receives the electrical leads 42 from the control electronics 43 to the pump motor 40 in itself and leads them radially through the shell-shaped flow channel 30 into the motor chamber 20th
  • the pump motor 40 is arranged with the motor shaft 50 coaxial with the cylindrical structure of the motor chamber 20 described above in cross section to the axial direction.
  • the radially outer stator 41 of the pump motor 40 is enclosed in an annular space of the motor chamber 20, which is formed outwardly through the wall of the motor chamber 20, and is closed inwardly by a split tube 60, which is coaxial with the motor shaft 50 through the motor chamber 20th extends through.
  • the annular space which comprises the wiring of the pump motor 40, in particular the coils of the stator 41, receives the leads 42 from the control electronics 43 from the holding web 21 and is sealed by the non-rotating can 60 with respect to the coolant.
  • the radially inner rotor 45 of the pump motor 40 is arranged together with the motor shaft 50 concentrically in the cylindrical space within the can 60.
  • the split tube 60 has in the illustrated embodiment in an axial region for receiving the rotor 45 has an enlarged cross-section.
  • the split tube 60 forms a concentric flow channel 30, which runs coaxially with the motor shaft 50 and the jacket-shaped flow channel 30.
  • the motor shaft 50 extends from the inlet-side axial end of the motor chamber 20 through the split tube 60, exits at the axially opposite end of the motor chamber 20 and extends into the pump chamber 12, in which the pump impeller 55 rotatably on the circumference of the motor shaft 50 is arranged.
  • shaft bearings 51, 52 are provided for the rotatable mounting of the motor shaft 50 in the region of the axial ends of the split tube 60, within the same radius.
  • the shaft bearings 51, 52 have a bearing gap, which can be flowed through by the coolant, and thereby lubricated by additives such as glycerol or the like in the coolant.
  • the motor chamber 20 On the side facing the inlet chamber 11, the motor chamber 20 has a spherical surface which provides a flow-favorable supply of the inflowing coolant into the sheath flow.
  • the spherical surface is formed in the embodiment shown in Fig. 2 by a curved lid 22 which closes the motor chamber 20 to the outside.
  • the cover 22 also has in the center an inlet region with filter bores 26 through which coolant can enter the can 60.
  • the cover 22 has a receptacle for the axial end of the split tube 60, which seals tightly with respect to the outer annular space of the motor chamber 20, and a receptacle for a shaft bearing 51 of the motor shaft 50.
  • the filter bores 26 have a conically increasing from the outside to the inside of the lid 22 diameter of 0.1 mm to 0.15 mm.
  • the tapered shell-shaped flow channel 30 leads the coolant axially close along the motor shaft 50 to the pump impeller 55, which defines an entrance into the pump chamber 12.
  • the pump chamber 12 and a portion of the pump housing which forms the outer contour of the radially inwardly tapered portion of the shell-shaped flow passage 30 are integrally formed as a member which is inserted and fixed in the axial end of the pump housing.
  • the coolant pump 1 is designed as a semi-axial pump and has a radial pump impeller 55 and a pump chamber 12 with a spiral housing 16 and a tangential outlet connection 14.
  • the sucked by the coolant pump 1 from the radiator and possibly other heat exchangers coolant flows through the inlet port 13 into the inlet chamber 1 1 of the pump housing.
  • the refrigerant drawn from the one or more coolant circuits that has entered the inlet chamber 11 then flows toward the engine chamber 20 and is concentrically divided at the spherical shaped cover 22 of the engine chamber 20 into two coolant streams.
  • a large part of the coolant in the present example 95%, flows along the surface of the cover 22 along radially outside in the shell-shaped flow channel 30 and forms a sheath flow in the pump housing 10.
  • a small portion of the coolant, in the present example 5% flows through the filter bores 26 at the inlet region of the cover 22 and is thereby branched off as a bypass flow into the can 60 of the motor chamber 20.
  • the bypass flow surrounds the motor chamber 20, wherein a temperature exchange between the passing coolant and the outer surface of the motor chamber 20 takes place.
  • the waste heat is dissipated by the volume flow of the coolant.
  • the sheath flow may similarly receive at the opposite surface of the pump housing, a waste heat of the control electronics 43, which is arranged close to the outer periphery of the shell-shaped flow channel 30 in the pump housing.
  • the bypass flow is directed radially inwardly near the motor shaft 50 toward the end of the axial flow around the motor chamber 20 in the tapered portion of the jacket-shaped channel.
  • the branched bypass stream after passing through the filter bores 26, partially flows through an annular gap formed between the inner surface of the can 60 and that of the cover 22 within the can 60
  • the bypass flow flows into the enlarged diameter portion of the can 60 in which the rotor 45 is received, and passes through an annular gap between the inner surface of the can 60 and the outer circumference of the rotor 45.
  • a temperature exchange between the surfaces of the rotor 45 and the split tube 60 takes place with the coolant.
  • the rotating rotor 45 there is a turbulence of the bypass flow or to a turbulent flow, so that when the waste heat of the pump motor 40 exceeds the coolant temperature, despite lower flow in comparison to the sheath flow, an effective heat dissipation within the motor chamber 20 is achieved with still low churning losses of the rotor 45.
  • bypass flow flows partly through the outlet bores 23 at the outlet region of the motor chamber 20 and partly through the bearing gap of the shaft bearing 52 received in the exit region of the shaft from the motor chamber 20 and enters the tapered section of the bypass flow.
  • the sucked reunited coolant stream then flows axially into the pump impeller 55 in the pump chamber 12 and is circulated through radially accelerating vanes in the pump impeller 55.
  • the accelerated coolant leaves the pump impeller 55 radially outward, flows into a tangentially discharging volute 16 of the pump chamber 12, and exits the coolant pump 1 through the outlet port 14.
  • the pump housing 10 on the one hand a bell 15 of the inlet chamber 1 1 with a single angled exiting intake manifold, and on the other hand, a radially acting pump chamber 12 at.
  • This embodiment thus has a particularly short axial dimension.
  • an axially acting pump chamber 12 with a substantially cylindrical shape can be connected to the pump housing 10, in which an axial impeller 55 and an impeller is arranged Coolant is ejected after circulating through an axially extending outlet 14.
  • only one retaining web 21 can be provided as a connection between the motor chamber 20 and the pump housing 10, which holds the motor chamber 20 in position within the pump housing and leads the supply lines 42 to the pump motor 40, so that the sheath flow is formed in cross-section as a one-piece or simply slotted annular gap between the motor chamber 20 and the pump housing 10.
  • any number of retaining webs 21 between the motor chamber 20 and the pump housing 10 may be formed.
  • the retaining webs 21 may be configured in a different orientation than a radial course and / or extend over the entire length of the motor chamber 20 or only over a part thereof.
  • a suitable filter element can be inserted into the cover 22 of the motor chamber 20 within the radius of the can 60.
  • the motor chamber 20 may also be open over the entire radius of the can 60 and have no filtering of the bypass current.
  • the shaft bearings 51, 52 of the motor shaft 50 can be supported against the can 60 instead of against the motor chamber 20.
  • a sufficient flow cross section between the outer diameter of the shaft bearing 51, 52 and the inner diameter of the split tube 60 may be provided, for example by a radially braced bearing support in the can 60.

Abstract

The invention relates to a coolant pump (1) for a coolant circuit of an internal combustion engine. A motor chamber (20) having a pump motor (40) and having an axially oriented pump shaft (50) is arranged in a region of a pump housing through which flow passes axially. A flow channel (30) between an inlet chamber (11) and a pump chamber (12) surrounds the outer surface of the motor chamber (20) and is tapered toward the motor shaft (50) in the direction of the pump chamber (12), such that the coolant is guided around the motor chamber (20) as a jacket flow and, upon entering the pump chamber (12), axially flows against a pump impeller (55) arranged in the pump chamber. In the motor chamber, a can (60) is arranged between a rotor (45) and a stator (41) coaxially to the motor shaft (50), such that a part of the coolant is branched off into the can (60) as a bypass flow and, after flowing through the motor chamber (20), is fed back to the jacket flow, whereupon the merged coolant is circulated by the pump impeller (55) in the pump chamber (12).

Description

Beschreibung  description
Ström ungsgekühlte Kühlmittelpumpe mit Nassläufer Flow-cooled coolant pump with wet rotor
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors. The present invention relates to a coolant pump for a coolant circuit of an internal combustion engine.
Stand der Technik State of the art
Seit längerer Zeit werden in Kühlmittelkreisläufen von Verbrennungsmotoren elektrisch angetriebene Kühlmittelpumpen eingesetzt. In einer zunehmenden Zahl von Anwendungen werden elektrische Kühlmittelpumpen bevorzugt gegenüber mechanisch, beispielsweise über einen Riemen, angetriebenen Kühlmittelpumpen eingesetzt, da sie unabhängig von der Drehzahl eines Verbrennungsmotors angetrieben werden und eine höhere Flexibilität bei der Steuerung eines Kühlmittelkreislaufs in Reaktion auf verschiedene Betriebsparameter des Verbrennungsmotors oder Umgebungseinflüsse ermöglichen. Eine Problemstellung im Stand der Technik stellt die ausreichende Kühlung des Elektromotors und der Steuerungselektronik innerhalb der Kühlmittelpumpe dar, die einen wesentlichen Faktor für die Lebensdauer der Kühlmittelpumpe und ebenso für die Betriebssicherheit des Verbrennungsmotors und ggf. des angetriebenen Fahrzeugs darstellt. Die Kühlmitteltemperatur kann unter kritischen Umständen sehr nahe an die zulässige Höchsttemperatur der elektronischen und elektrischen Bauteile, die für den Aufbau einer elektrischen Kühlmittelpumpe erforderlich sind, heranreichen, sodass bei zusätzlicher Abwärme des elektrischen Pumpenmotors ein Versagen durch Überhitzung droht. Bei der Verwendung eines Elektromotors als Pumpenmotor ist dieser in der Regel gekapselt verbaut, um selbigen vor einer Beeinträchtigung der Zuverlässigkeit durch eindringendes Kühlmittel oder vor sonstigen korrosiven Einflüssen und Verschmutzungen im Betrieb zu schützen. Durch die Kapselung kann die eigene Abwärme des Elektromotors, die mit dessen Verlustleistung einhergeht, nicht wie in anderen Anwendungen durch einen Luftstrom abgeführt werden. For a long time electrically driven coolant pumps have been used in coolant circuits of internal combustion engines. In an increasing number of applications, electric coolant pumps are preferably used over mechanical, for example belt driven, coolant pumps because they are driven independently of engine speed and greater flexibility in controlling a coolant loop in response to various engine operating parameters or environmental conditions enable. A problem in the prior art is the sufficient cooling of the electric motor and the control electronics within the coolant pump, which represents a significant factor for the life of the coolant pump and also for the reliability of the internal combustion engine and possibly the driven vehicle. The coolant temperature may, in critical circumstances, approach very close to the maximum allowable temperature of the electronic and electrical components required for the construction of an electrical coolant pump, such that overheating failure may result from additional waste heat from the electric pump motor. When using an electric motor as a pump motor this is usually encapsulated installed in order to protect selbige from impairment of reliability by penetrating coolant or other corrosive influences and contamination during operation. Due to the encapsulation, the own waste heat of the electric motor, which is associated with its power loss, not be dissipated as in other applications by an air flow.
Bei einem geeigneten elektrischen Pumpenmotor beträgt die Verlustleistung rund 20% der elektrischen Leistung, so dass bei einem Pumpenmotor mit 500 W, wie er beispielsweise in einer Kühlmittelpumpe eines Kühlmittelkreislaufs in einem PKW eingesetzt wird, im Vollastbetrieb ein Wärmeeintrag von 100 W entsteht, der von der Kühlmittelpumpe zusätzlich über die Abwärme des Kühlmittels hinaus aufgenommen wird. In a suitable electric pump motor, the power loss is about 20% of the electrical power, so that in a pump motor with 500 W, as used for example in a coolant pump of a coolant circuit in a car, at full load operation, a heat input of 100 W is produced by the Coolant pump is additionally recorded on the waste heat of the coolant addition.
Zudem ist die Kühlmittelpumpe üblicherweise platzsparend in unmittelbarer Nähe zu dem Verbrennungsmotor installiert. Demzufolge ist die Kühlmittelpumpe einer durch die Abwärme des V erbrennungsmotors erheblich aufgeheizten Umgebungstemperatur ausgesetzt. In addition, the coolant pump is usually installed to save space in the immediate vicinity of the internal combustion engine. Consequently, the coolant pump is exposed to a considerably heated by the waste heat of the internal combustion engine ambient temperature.
Zur Einhaltung der zulässigen Betriebstemperatur der Kühlmittelpumpe kann ein Wärmeaustausch zu dem Kühlmittel des Verbrennungsmotors genutzt werden. Das Kühlmittel weist einen vielfach höheren Wärmeleitkoeffizienten von etwa 0,441 W/ra gegenüber Luft mit 0,0262 W/mK auf. Zudem hält es im Betrieb des Kühlmittelkreislaufs einen definierten Temperaturbereich ein, wohingegen die Temperatur der Luft in Abhängigkeit von der Umgebung, insbesondere des Verbrennungsmotors, und ggf. einer Bewegungsgeschwindigkeit stark variiert. Allerdings nimmt das Kühlmittel im Betrieb des Verbrennungsmotors eine hohe Temperatur auf und bringt abgesehen von der Verlustleistung der Kühlmittel- pumpe bereits selbst einen hohen Wärmeeintrag in die Kühlmittelpumpe ein. Nach dem Durchlaufen des Kühlers bzw. eines Wärmetauschers mit der Umgebung sollte das Kühlmittel nach Auslegung von Standards der Automobilbranche noch eine maximale Temperatur von bis zu 1 13 °C aufweisen. In Anwendungen mit besonderer Beanspruchung, extremen Umgebungstemperaturen, oder in ungünstigen Fällen kann das Kühlmittel in einem Kühlmittelkreislaufs eines Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug jedoch beispielsweise eine Temperatur von 120 °C oder sogar 130 °C erreichen. Hierbei steht eine geringe Temperaturdifferenz von nur wenigen Grad zwischen der Kühlmitteltemperatur und der zulässigen Betriebstemperatur der Kühlmittelpumpe zur Verfügung, um die Wärme der Verlustleistung des Elektromotors abzuführen. Um eine zuverlässige Funktion des Elektromotors und der elektronischen Bauteilen in der Kühlmittelpumpe auch unter kritischen Bedingungen hinsichtlich des Betriebszustands des Verbrennungsmotors oder der Außentemperatur sicherzustellen, besteht eine technische Anforderung, trotz der geringen nutzbaren Temperaturdi fferenz einen effizienten Wärmetransport zwischen der Kühlmittelpumpe und dem Kühlmittel herzustellen. Mit der deutschen Patentanmeldung DE 103 14 526 AI hat die Anmelderin eine strömungsgekühlte, elektrische Kühlmittelpumpe offenbart, bei der ein Motorgehäuse vom Kühlmittel umströmt wird. Dabei ist ein Saugstutzen im Bereich des vom Pumpenlaufrad abgewandten Endes des Pumpenmotors angeordnet. Das Kühlmittel, das durch den Saugstutzen angesaugt wird, wird von einem von der Außenwand des Pumpengehäuses und der zugewandten Innenwand des Pumpengehäuses begrenzten Strömungskanal am Pumpenmotor vorbeigeführt. To maintain the permissible operating temperature of the coolant pump, a heat exchange with the coolant of the internal combustion engine can be used. The coolant has a much higher coefficient of thermal conductivity of about 0.441 W / ra compared to 0.0262 W / mK air. In addition, during operation of the coolant circuit, it maintains a defined temperature range, whereas the temperature of the air varies greatly depending on the environment, in particular of the internal combustion engine, and possibly on a speed of movement. However, during operation of the internal combustion engine, the coolant assumes a high temperature and, apart from the power loss of the coolant pump, itself already introduces a high heat input into the coolant pump. After passing through the radiator or a heat exchanger with the environment, the coolant should still have a maximum temperature of up to 1 13 ° C according to standards of the automotive industry. However, in heavy duty applications, extreme ambient temperatures, or in adverse circumstances, for example, the coolant in a coolant circuit of an internal combustion engine in a vehicle may reach a temperature of 120 ° C or even 130 ° C. Here, a small temperature difference of only a few degrees between the coolant temperature and the permissible operating temperature of the coolant pump is available to dissipate the heat of the power loss of the electric motor. In order to ensure reliable operation of the electric motor and the electronic components in the coolant pump even under critical conditions with respect to the operating state of the engine or the outside temperature, there is a technical requirement, despite the low usable Temperaturdi fference to produce an efficient heat transfer between the coolant pump and the coolant. With the German patent application DE 103 14 526 AI, the applicant has disclosed a flow-cooled, electric coolant pump, in which a motor housing is flowed around by the coolant. In this case, a suction nozzle in the region of the pump impeller facing away from the end of the pump motor is arranged. The coolant, which is sucked in through the suction port, is guided past the pump motor by a flow channel bounded by the outer wall of the pump housing and the facing inner wall of the pump housing.
Die europäische Patentanmeldung EP 2 573 401 A2 beschreibt eine Kühlmittelpumpe mit einem Gehäuse, einem darin angeordneten Antrieb und einem Impeller. Eine Wellendichtung ist einem Unterdruckbereich auf der Auslassseite der zugeordnet, wodurch die Dichtung nicht direkt einer Belastung durch den Förderstrom ausgesetzt ist. European Patent Application EP 2 573 401 A2 describes a coolant pump with a housing, a drive arranged therein and an impeller. A shaft seal is a vacuum area on the The outlet side of the assigned, whereby the seal is not directly exposed to a load by the flow.
Die Patentanmeldung US 2002/0106290 AI betrifft eine Fluidpumpe, die eine verkapselte Stator-Baugruppe umfasst, die einen Pumpenmotor abdichtet und einen Wärmetransport von dem Motor und der Elektronik zu dem Arbeitsfluid erleichtert. The patent application US 2002/0106290 A1 relates to a fluid pump comprising an encapsulated stator assembly which seals a pump motor and facilitates heat transfer from the motor and electronics to the working fluid.
Durch diesen Aufbau konnte bereits eine wirkungsvolle Kühlung des Pumpenmotors und der Steuerungselektronik durch eine große Wärmetauschfläche zu der Mantelströmung erzielt werden. Allerdings erfordert dieser Pumpenaufbau eine besonders zuverlässige und aufwändige Abdichtung des Motorgehäuses gegenüber dem Kühlmittelstrom, die mit erhöhten Kosten verbunden ist. Zudem weist jede Dichtung eine begrenzte Lebensdauer auf, die zugleich einen entscheidenden Faktor für die maximal erreichbare Betriebsdauer der Kühlmittelpumpe darstellt. By this construction, an effective cooling of the pump motor and the control electronics could already be achieved by a large heat exchange surface to the sheath flow. However, this pump structure requires a particularly reliable and complex sealing of the motor housing with respect to the coolant flow, which is associated with increased costs. In addition, each seal has a limited life, which also represents a decisive factor for the maximum achievable operating life of the coolant pump.
Die Patentanmeldung DE 10 2008 055 614 AI offenbart eine Kreiselmotorpumpe in Nassläuferbauart, bei der ein Elektromotorenrotor von einem Vergussmaterial umgeben ist, das den Stator, die Wicklungen, das Statorpaket und ein Spaltrohr oder einen Spalttopf aufweist. Der Stator ist wiederum von einem Motorgehäuse umgeben. The patent application DE 10 2008 055 614 AI discloses a centrifugal motor pump in Naßläuferbauart, in which an electric motor rotor is surrounded by a potting material having the stator, the windings, the stator and a canned or a split pot. The stator is in turn surrounded by a motor housing.
Die EP 0 657 653 AI beschreibt eine Spaltrohrmotorpumpe mit einem gekapselten Motor von relativ kleiner Größe und geringer Ausgangsleistung beispielsweise zur Anwendung beim Zirkulieren von warmen Wasser. Bei derartigen Spaltrohrpumpen mit einem Nassläufermotor wird der gesamte Förderstrom durch ein Spaltrohr geführt, das die Welle und den Rotor einhaust und den Stator vom Förderstrom abgrenzt. Diese Pumpengattung bringt jedoch hohe Planschverluste mit sich, da der gesamte Förderstrom den rotierenden Rotor passieren muss, so dass die gewünschte Effizienz bei höheren Förderleistungen nicht mehr erreicht wird. EP 0 657 653 A1 describes a canned motor pump with an enclosed motor of relatively small size and low power output, for example for use in circulating warm water. In such canned pumps with a wet-rotor motor, the entire flow is passed through a split tube which houses the shaft and the rotor and separates the stator from the flow. However, this type of pump brings high churning losses, since the entire flow of the rotating rotor must happen, so that the desired efficiency is no longer achieved at higher flow rates.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 045 149 A2 und die deutsche Patentschrift DE 10 2011 009 192 B3 beschreiben Kühlmittelpumpen vom Radialpumpentyp mit einem Nassläufer, bei dem das Kühlmittel axial auf ein zwischen Pumpeneinlass und Pumpenmotor angeordnetes Radialpumpenlaufrad anströmt. Dabei gelangt ein kleiner Teil des Kühlmittels aus der Pumpenkammer als Leckage-Strom durch einen Spalt zwischen Pumpenlaufrad und Welle (wie bei der Pumpe aus der EP 1 045 149 A2), oder zwischen Pumpenlaufrad und Pumpengehäuse (wie bei der Pumpe aus der DE 10 201 1 009 192 B3), oder wie es ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt ist, durch eine Hohlwelle des Pumpenmotors, in einen Nasslaufbereich des Pumpenmotors, wobei durch die Umwälzung an rotierenden Bauteilen des Pumpenmotors eine Zirkulation mit einem Rückfiuss in die Pumpenkammer erzeugt wird. European Patent Application EP 1 045 149 A2 and German Patent DE 10 2011 009 192 B3 describe radial pump-type coolant pumps with a wet rotor in which the coolant flows axially onto a radial pump impeller arranged between the pump inlet and the pump motor. In this case, a small portion of the coolant from the pump chamber passes as a leakage current through a gap between the pump impeller and shaft (as in the pump from EP 1 045 149 A2), or between pump impeller and pump housing (as in the pump from DE 10 201 1 009 192 B3) or, as is also known from the prior art, through a hollow shaft of the pump motor, into a wet running region of the pump motor, circulation being generated by the circulation on rotating components of the pump motor with a return flow into the pump chamber.
Durch einen Nassläufer als Pumpenmotor entfällt bei diesen Kühlmittelpumpen der Einsatz einer Dichtung und der kleine zirkulierende Leckage-Strom verursacht geringe Planschverluste. Allerdings trägt hierbei auch ein unbedeutend geringer Teil des Kühlmittels am Wärmetransport zur Abfuhr der Abwärme des Pumpenmotors in den Kühlmittelkreislauf bei. Somit erfolgt der wesentliche Austausch der Abwärme aus der Verlustleistung des Pumpenmotors zwischen der äußeren Oberfläche des Pumpengehäuses und der Luft in einer durch den Verbrennungsmotor aufgeheizten Umgebung. A wet runner as a pump motor eliminates the use of a seal in these coolant pumps and the small circulating leakage current causes little churning losses. However, this also contributes an insignificantly small portion of the coolant at the heat transfer to dissipate the waste heat of the pump motor in the coolant circuit. Thus, the substantial replacement of the waste heat from the power loss of the pump motor between the outer surface of the pump housing and the air takes place in an environment heated by the internal combustion engine.
Aufgabenstellung task
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors zu schaffen, die eine effektive Kühlung des Pumpenmotors ermöglicht und keine Abdichtung zwischen rotierenden und statischen Elementen der Kühlmittelpumpe gegenüber dem Kühlmittel erfordert. It is therefore an object of the present invention to provide a coolant pump for a coolant circuit of an internal combustion engine, which allows effective cooling of the pump motor and none Sealing between rotating and static elements of the coolant pump compared to the coolant requires.
Die zugrundeliegende Aufgabe wird, ausgehend von der in der DE 103 14 526 AI beschriebenen Kühlmittelpumpe mit Führung eines Mantelstroms und der Verwendung eines Nassläufers mit Spaltrohr als Pumpenmotor, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Motorkammer an den axialen Enden des Spaltrohrs einen von einer Einlasskammer zum Spaltrohr geöffneten Einlassbereich und einen vom Spaltrohr zu einem radial verjüngten Abschnitt des Strömungskanals geöffneten Auslassbereich aufweist, so dass ein Teil des Kühlmittels, das aus der Einlasskammer auf die Motorkammer zuströmt, am Einlassbereich der Motorkammer in das Spaltrohr abgezweigt wird, in dem Spaltrohr als Bypass-Strom axial entlang der Motorwelle durch die Motorkammer hindurch geführt wird, dabei den Rotor passiert, und am Auslassbereich der Motorkammer koaxial zur Motorwelle dem Mantelstrom in dem verjüngten Abschnitt des Strömungskanals wieder zugeführt wird, wonach das derart zusammengeführte Kühlmittel das Pumpenlaufrad axial nahe der Motorwelle anströmt, vom Pumpenlaufrad in der Pumpenkammer umgewälzt wird, und durch den Auslassstutzen aus der Pumpenkammer ausströmt. The underlying object is, starting from the described in DE 103 14 526 AI coolant pump with a jacket flow and the use of a wet rotor with canned motor as a pump motor, according to the invention solved in that a motor chamber at the axial ends of the split tube one from an inlet chamber to the canned has an opened inlet portion and an outlet portion opened from the split tube to a radially tapered portion of the flow channel so that a portion of the refrigerant flowing from the inlet chamber to the engine chamber is branched into the gap tube at the inlet portion of the engine chamber in the split tube as a bypass flow is axially passed along the motor shaft through the motor chamber, while passing the rotor, and at the outlet region of the motor chamber coaxial with the motor shaft, the bypass flow in the tapered portion of the flow channel is fed back, after which the thus merged coolant the pump louse Frad axially flows close to the motor shaft, is circulated by the pump impeller in the pump chamber, and flows through the outlet port of the pump chamber.
Bei dem erfindungsgemäßen Pumpenaufbau ist trotz der einer Kühlmittelpumpe entsprechend hohen Förderleistung erstmals eine axiale Durchströmung des Nassläufer-Pumpenmotors vorgesehen. Im Gegensatz zu bekannten Kühlmittelpumpen mit Nassläufern, bei denen ein Leckage-Kreislauf durch einen Ringspalt oder eine Hohlwelle zirkuliert, strömt hierbei ein erheblich höherer Volumenstrom innerhalb des Stators, der durch eine Druckdifferenz zu beiden Seiten der Motorkammer bzw. des Spaltrohrs begünstigt wird. In the case of the pump construction according to the invention, an axial throughflow of the wet-rotor pump motor is provided for the first time despite the correspondingly high delivery rate of a coolant pump. In contrast to known coolant pumps with wet rotors, in which a leakage circuit circulates through an annular gap or a hollow shaft, in this case flows a significantly higher volume flow within the stator, which is favored by a pressure difference on both sides of the motor chamber or the can.
Zusätzlich ist eine axiale Umströmung außerhalb des Stators durch einen Mantelstrom vorgesehen, der einen Großteil des geförderten Volumenstroms führt. Durch die erstmalige Kombination der beiden Ströme und einem eingestellten Verhältnis zwischen diesen beiden ist es möglich, die Planschverluste des durchströmten Rotors gegenüber der herkömmlichen Bauform von Spaltrohr- pumpen zu minimieren und eine als Kühl mittelpumpe geeignete Fördereffizienz zu erzielen. In addition, an axial flow around the outside of the stator is provided by a sheath flow, which leads to a large part of the delivered volume flow. The initial combination of the two streams and a set ratio between these two, it is possible to minimize the churning losses of the flow-through rotor over the conventional design of canned pumps and to achieve a medium pump suitable as conveying efficiency.
Mit der koaxial geführten Um Strömung und Durchströmung des Pumpenmotors wird eine aktive Wasserkühlung mit erzwungener Konvektion realisiert, die insbesondere unter kritischen Umgebungs- und Betriebsbedingungen, einer Luftkühlung mit freier Konvektion zwischen einer äußeren Oberfläche des Pumpengehäuses und einer durch den Verbrennungsmotor aufgeheizten Umgebung überlegen ist. Durch zwei ringförmige Wärmetauschflächen zwischen Pumpenmotor und Kühlmittel sowie einer turbulenten Kühlmittelströmung wird ein besonders effektiver Wärmetransport erzielt. Infolgedessen wird auch bei hoher Verlustleistung unter Volllastbetrieb des Pumpenmotors und bei hoher Kühlmitteltemperatur eine ausreichende Wärmeabfuhr an dem Pumpenmotor erreicht, sodass eine geringe Temperaturdifferenz zwischen dem Kühlmittel und den Pumpenbauteilen sichergestellt ist, und eine Überschreitung der zulässigen B etri ebstemperatur der Kühlmittelpumpe zuverlässig unterbunden wird. With the coaxially guided flow and flow through the pump motor, forced convection water cooling is realized, which is superior, especially under critical ambient and operating conditions, to free convection air cooling between an outer surface of the pump housing and an environment heated by the internal combustion engine. By means of two annular heat exchange surfaces between pump motor and coolant as well as a turbulent coolant flow, a particularly effective heat transfer is achieved. As a result, even at high power dissipation under full load operation of the pump motor and high coolant temperature sufficient heat dissipation is achieved on the pump motor, so that a small temperature difference between the coolant and the pump components is ensured, and exceeding the allowable B etri ebstemperatur the coolant pump is reliably prevented.
Somit konnte nun eine Kühlmittelpumpe mit einer zuvor unerreichten Temperaturverträglichkeit geschaffen werden, die Grenzwerten von 150 °C maximaler Umgebungstemperatur und 135 °C maximaler Kühl mi tteltemperatur zuverlässig standhielt. Somit kann unteranderem eine besondere Betriebssicherheit bei kritischen Anwendungen, wie in Kraftfahrzeugen in heißen Gegenden, beispielsweise einem Allradfahrzeug für den Einsatz in der Wüste, gewährleistet werden. Thus, a coolant pump with a previously unattainable temperature compatibility could be created that reliably withstood limit values of 150 ° C maximum ambient temperature and 135 ° C maximum coolant temperature. Thus, among other things, a special reliability in critical applications, such as in motor vehicles in hot areas, such as a four-wheel drive vehicle for use in the desert, guaranteed.
Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe ist aufgrund der effizienten Wärmeabfuhr besonders für leistungsstarke Elektromotoren von z.B. 1000 W geeignet, die bei einer Verlustleistung von 200 W eine entsprechend höhere Abwärme produzieren. Dadurch können bei herkömmlicher Dimensionierung der Kühlmittelpumpe zusätzliche Leistungsreserven zur erhöhten Umwälzungsgeschwindigkeit des Kühlmittelkreislaufs in kritischen Betriebszuständen bereitgestellt werden. Anderenfalls kann durch den Einsatz eines besonders leistungsstarken Elektromotors eine, im Verhältnis zum Verbrennungsmotor bzw. dessen Kühlmittelkreislauf, kleiner dimensionierte Kühlmittelpumpe zu günstigeren Herstellungskosten eingesetzt werden. Darüber hinaus entfällt bei der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe derThe coolant pump according to the invention is due to the efficient heat dissipation especially for high-performance electric motors of eg 1000 W. suitable, which produce a correspondingly higher waste heat at a power loss of 200 W. As a result, with conventional dimensioning of the coolant pump, additional power reserves can be provided for the increased circulation speed of the coolant circuit in critical operating states. Otherwise, by using a particularly powerful electric motor, a smaller-sized coolant pump in relation to the internal combustion engine or its coolant circuit can be used at a lower production cost. In addition, omitted in the inventive coolant pump of
Einsatz einer möglichst zuverlässigen und dem entsprechend aufwändigen Abdichtung zwischen rotierenden und statischen Bauteilen, wie insbesondere zwischen der Motorwelle und einem Gehäuse des Pumpenmotors. Hierdurch werden Herstellungs- und Montagekosten eingespart. Vor allem jedoch wird bei dem erfindungsgemäßen Pumpenaufbau ein Bauteil mit begrenzter Lebensdauer eliminiert, wodurch die maximal erreichbare Betriebsdauer der Kühlmittelpumpe erhöht wird. Use of a reliable and correspondingly complex sealing between rotating and static components, in particular between the motor shaft and a housing of the pump motor. As a result, manufacturing and assembly costs are saved. Above all, however, a component with a limited service life is eliminated in the pump structure according to the invention, whereby the maximum achievable operating life of the coolant pump is increased.
Ferner weist die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe keinen volumetrischen Verlust auf, da die beiden Kühlmittelströme vor dem Pumpenlaufrad wieder vereint werden. Furthermore, the coolant pump according to the invention has no volumetric loss, since the two coolant streams are reunited before the pump impeller.
Zudem kann durch die Ausgestaltung des Pumpengehäuses und der Strömungsführung eine ausreichend dimensionierte Motorkammer für verschie- dene Statordurchmesser bereitgestellt werden, und Gestaltungsfreiheit zum Einsatz verschiedener Typen von Pumpenlaufrädern, insbesondere radial oder axial beschleunigende Typen von Pumpenlaufrädern geschaffen werden. In addition, due to the configuration of the pump housing and the flow guide, a sufficiently dimensioned motor chamber for different stator diameters can be provided, and design freedom can be created for the use of different types of pump impellers, in particular radially or axially accelerating types of pump impellers.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche. In einer bevorzugten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe ist vorgesehen, dass die Kühlmittelpumpe ein radial beschleunigendes Pumpenlaufrad aufweist, wobei die Pumpenkammer ein Spiralgehäuse und einen tangential ausleitenden Auslassstutzen umfasst. Somit lässt sich der erfindungsgemäße Pumpenaufbau mit den vorstehend genannten Vorteilen als eine Halbaxialpumpe realisieren. In dieser Ausführungsform weist die Kühlmittelpumpe kurze axiale Länge auf. Advantageous developments of the invention will become apparent from the features of the dependent claims. In a preferred embodiment of the coolant pump, it is provided that the coolant pump has a radially accelerating pump impeller, wherein the pump chamber comprises a spiral housing and a tangentially discharging outlet stub. Thus, the pump structure according to the invention can be realized with the advantages mentioned above as a Halbaxialpumpe. In this embodiment, the coolant pump has a short axial length.
In einer weiteren Ausführungsform der Kühlmittelpumpe kann die Kühlmittelpumpe ein axial beschleunigendes Pumpenlaufrad aufweisen, wobei die Pumpenkammer in einen axial ausgerichteten Auslassstutzen mündet. Somit lässt sich der erfindungsgemäße Pumpenaufbau mit den vorstehend genannten Vorteilen als eine Axialpumpe realisieren. Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe ist die Motorkammer auf der der Einlasskammer zugewandten Seite durch einen Deckel mit einer sphärisch ausgebildeten Oberfläche abgeschlossen, in dem ein geöffneter Einlassbereich und eine zur Motorkammer innenliegende Aufnahme des axialen Endes des Spaltrohrs ausgebildet ist. Durch den Deckel wird bei der Montage der Kühlmittelpumpe ein Einsetzen der Bauteile des Pumpenmotors in die Motorkammer in axialer Richtung ermöglicht. Die sphärische Form stellt eine günstige Strömungseigenschaft bei der radialen Aufteilung des Mantel Stroms und des Bypass-Stroms an der Motorkammer her. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe ist dieIn a further embodiment of the coolant pump, the coolant pump may have an axially accelerating pump impeller, wherein the pump chamber opens into an axially aligned outlet port. Thus, the pump structure according to the invention with the advantages mentioned above can be realized as an axial pump. According to a further preferred embodiment of the coolant pump, the motor chamber is closed on the side facing the inlet chamber by a cover with a spherical surface, in which an open inlet region and an intake of the axial end of the can is arranged. Through the lid, the components of the pump motor can be inserted into the motor chamber in the axial direction during assembly of the coolant pump. The spherical shape provides a favorable flow characteristic in the radial distribution of the jacket current and the bypass current to the motor chamber. In a further preferred embodiment of the coolant pump is the
Motorwelle an der Motorkammer gelagert, wobei eine Aufnahme für ein Wellenlager in dem Deckel ausgebildet ist und eine Aufnahme für ein Wellenlager an dem axial gegenüberliegenden Endabschnitt der Motorkammer ausgebildet ist, an dem die Motorwelle aus der Motorkammer austritt. Durch diese Anordnung kann, im Vergleich zu einer Lageraufnahme an dem Spaltrohr, eine gute Strömungseigenschaft des Bypass-Stroms durch das Spaltrohr hindurch hergestellt werden. Ferner kann für die Anordnung der beiden Wellenlager ein maximaler axialer Abstand über die Erstreckung der Motorkammer genutzt werden, sodass ein Abstand zwischen dem Pumpenlaufrad am freien Ende der Motorwelle und dem nächstliegenden Wellenlager sowie eine dynamische Belastung an selbigen minimiert wird. Motor shaft mounted on the motor chamber, wherein a receptacle for a shaft bearing is formed in the lid and a receptacle for a shaft bearing on the axially opposite end portion of the motor chamber is formed, at which the motor shaft exiting the motor chamber. By this arrangement, compared to a bearing receiver on the can, a good Flow characteristic of the bypass flow through the split tube are produced. Furthermore, a maximum axial distance over the extension of the motor chamber can be used for the arrangement of the two shaft bearings, so that a distance between the pump impeller at the free end of the motor shaft and the nearest shaft bearing and a dynamic load on the same is minimized.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe überdeckt die Motorkammer ein axiales Ende des Spaltrohrs im Einlassbereich, und ist innerhalb des Radius des Spaltrohrs über Filterbohrungen oder durch ein Filterelement geöffnet, durch die der Bypass-Strom in das Spaltrohr einströmt. Dadurch können Fremdkörper aus dem Bypass-Strom ferngehalten und eine Ablagerung derselben an den Wellenlagern verhindert werden. Ferner wird der Rotor, der sich zeitweise mit hoher Geschwindigkeit in dem Bypass-Strom bewegt, vor einem Kontakt mit Fremdkörpern geschont. Im Falle der Filterbohrungen kann die zur Durchströmung zulässige Partikel große genau bestimmt werden. In a further preferred embodiment of the coolant pump, the motor chamber covers an axial end of the can in the inlet region, and is opened within the radius of the can through filter bores or through a filter element through which the bypass flow flows into the can. As a result, foreign matter can be kept away from the bypass current and a deposition of the same can be prevented at the shaft bearings. Further, the rotor, which temporarily moves at high speed in the bypass current, is protected from contact with foreign matter. In the case of filter bores, the permissible large particle size can be accurately determined.
Einer hierzu bevorzugten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe zufolge verlaufen die Filterbohrungen konisch, mit einem in Strömungsrichtung zunehmenden Durchmesser, bevorzugt mit einem Durchmesser von 0,05 mm bis 0,3 mm, besonders bevorzugt von 0,1 mm bis 0,15 mm. Bei einer Partikelgröße von weniger als 0,1 mm kann eine schadhafte Wirkung der Fremdkörper auf die rotierenden Bauteile des Pumpenmotors ausgeschlossen werden. Durch die konisch verlaufende Kegelform der Filterbohrungen wird eine selbstreinigende Wirkung erzielt, die einem Verstopfen derselben entgegenwirkt. Zusätzlich begünstigt eine sphärische Form am Einlassbereich ein Abdriften von Fremdkörpern entlang der sphärischen Oberfläche in den Mantelstrom, wodurch eine Ablagerung und ein Zusetzen durch Fremdkörper mit kritischer Partikelgröße am Eingang der Filterbohrungen wirkungsvoll verhindert wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe überdeckt die Motorkammer ein axiales Ende des Spaltrohrs im Auslassbereich, und ist innerhalb des Radius des Spaltrohrs über konzentrisch zur Motorwelle angeordnete Auslassbohrungen geöffnet, durch die der Bypass-Strom in den Strömungskanal des Mantelstroms ausströmt. Durch einen Strömungsquerschnitt, der sich aus Anzahl und Durchmesser der Auslassbohrungen ergibt, kann im Verhältnis zum Strömungsquerschnitt der Filterbohrungen bzw. des Filterelements eine Druckdifferenz im Spaltrohr eingestellt werden. Ferner kann durch den gesamten Strömungsquerschnitt durch die Filterbohrungen bzw. das Filterelement und die Ausl assbohrungen ein Verhältnis des Volumenstroms zwischen Mantelstrom und Bypass-Strom eingestellt werden. According to a preferred embodiment of the coolant pump according to the filter bores extend conically, with a diameter increasing in the flow direction, preferably with a diameter of 0.05 mm to 0.3 mm, more preferably from 0.1 mm to 0.15 mm. With a particle size of less than 0.1 mm, a defective effect of the foreign matter on the rotating components of the pump motor can be excluded. Due to the conical cone shape of the filter bores a self-cleaning effect is achieved, which counteracts clogging thereof. In addition, a spherical shape at the inlet region promotes drift of foreign bodies along the spherical surface into the sheath flow, thereby effectively preventing deposition and clogging by foreign particles of critical particle size at the entrance of the filter bores. In a further preferred embodiment of the coolant pump, the motor chamber covers an axial end of the can in the outlet region, and is open within the radius of the can through concentric with the motor shaft outlet holes through which the bypass flow flows into the flow channel of the bypass flow. By means of a flow cross-section, which results from the number and diameter of the outlet bores, a pressure difference in the can is set in relation to the flow cross-section of the filter bores or of the filter element. Furthermore, a ratio of the volume flow between the bypass flow and the bypass flow can be adjusted through the entire flow cross section through the filter bores or the filter element and the outlet holes.
In einer diesbezüglich besonders bevorzugten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe weisen die Volumenströme von Mantelstrom und Bypass-Strom ein Verhältnis a) bevorzugt von etwa 90% zu 10% bis 95 % zu 5 %, In a particularly preferred embodiment of the coolant pump, the volume flows of sheath flow and bypass flow have a ratio a) preferably from about 90% to 10% to 95% to 5%,
b) besonders bevorzugt von etwa 93% zu 7% bis 97% zu 3%,  b) more preferably from about 93% to 7% to 97% to 3%,
c) ganz besonders bevorzugt von etwa 95% zu 5%, des gesamten geförderten Kühlmittelstroms auf. Bei diesem ermittelten Volumenstromverhältnis zeichnet sich die erfindungsgemäße Bauform der Kühlmittelpumpe durch ein besonders vorteilhaftes Verhältnis zwischen einer effektiven Wärmeabfuhr des Bypass-Stroms und zugleich niedrigen Planschverlusten des Rotors im Bypass-Strom aus.  c) most preferably from about 95% to 5% of the total pumped coolant flow. In this determined volume flow ratio, the design of the coolant pump according to the invention is characterized by a particularly advantageous ratio between an effective heat dissipation of the bypass flow and at the same time low churning losses of the rotor in the bypass flow.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe weisen die Wellenlager der Lagerung der Motorwelle einen Lagerspalt auf, so dass ein Teil des Kühlmittels, der die Motorkammer innerhalb des Radius des Spaltrohrs durchströmt, durch den Lagerspalt der Wellenlager fließt. Dem Kühlmittel sind Additive wie z.B. Glycerin oder dergleichen beigefügt. Diese Zusätze können gleichzeitig auch für die Schmierung von entsprechend geeigneten Wellenlagern genutzt werden, in Kombination mit der zuvor beschriebenen Filterung zur Abhaltung von Verunreinigungen, kann die Schmierfähigkeit des Bypass-Stroms an der Lagerung der Welle sichergestellt werden und eine Beeinträchtigung niedriger Reibungswerte durch Ablagerungen an selbiger unterdrückt werden. According to a further preferred embodiment of the coolant pump, the shaft bearings of the bearing of the motor shaft have a bearing gap, so that a part of the coolant flowing through the motor chamber within the radius of the gap tube flows through the bearing gap of the shaft bearings. the Coolants are additives such as glycerol or the like attached. These additives can also be used simultaneously for the lubrication of correspondingly suitable shaft bearings, in combination with the previously described filtering to keep contaminants, the lubricity of the bypass current can be ensured at the bearing of the shaft and a deterioration of low friction values by deposits on selbiger be suppressed.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe sind, im senkrechten Querschnitt zur axialen Richtung, zwischen dem Pumpengehäuse und der Motorkammer mehrere radial verlaufende Haltestege, oder sich auch in axialer Richtung erstreckende Finnen, angeordnet, und der Strömungskanal des Mantelstroms ist in mehrere um die Motorkammer herum angeordnete bogenförmige Segmente unterteilt. Dieser Aufbau ermöglicht die Ausgestaltung mit mehreren, vorzugsweise symmetrisch angeordneten, Haltestegen zwischen Pumpengehäuse und Motorkammer, in denen auch die elektrische Zuleitung des Pumpenmotors geführt ist. Dadurch wird eine verwindungssteife Konstruktion zur Integration der Motorkammer in dem Pumpengehäuse geschaffen. Einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe zufolge sind die elektronischen Bauteile, wie ein Steuergerät der Kühlmittelpumpe, im senkrechten Querschnitt zur axialen Richtung, benachbart zu dem Strömungskanal des Mantelstroms im Pumpengehäuse angeordnet. Hierdurch kann auch die außerhalb des Pumpengehäuses angeordnete Steuerungselektronik effektiv strömungsgekühlt werden. In a preferred embodiment of the coolant pump are, in the vertical cross section to the axial direction, between the pump housing and the motor chamber a plurality of radially extending retaining webs, or even axially extending fins, arranged, and the flow channel of the jacket stream is arranged in a plurality around the motor chamber around divided arcuate segments. This structure allows the design with a plurality of, preferably symmetrically arranged, holding webs between the pump housing and the motor chamber, in which the electrical supply line of the pump motor is guided. This creates a torsionally rigid construction for integrating the motor chamber in the pump housing. According to a further preferred embodiment of the coolant pump, the electronic components, such as a control device of the coolant pump, in the vertical cross section to the axial direction, adjacent to the flow channel of the sheath flow in the pump housing are arranged. As a result, the control electronics arranged outside the pump housing can also be effectively flow-cooled.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe ist eine Innenwand der Einlasskammer, in die der mindestens eine Einlassstutzen einmündet, sphärisch ausgebildet, und wird durch eine Glocke gebildet, die an dem einlassseitigen axialen Ende des Pumpengehäuses fixiert ist. Dadurch wird, insbesondere in Kombination mit der gegenüberliegenden sphärischen Oberfläche der Motorkammer, ein radial auswärts führender Strömungsquerschnitt mit einer günstigen Strömungseigenschaft des Mantelstroms um die Motorkammer geschaffen. Durch den Austausch des glockenförmigen Bauteils, kann die Kühlmittelpumpe einfach mit Einlasskammern in verschiedenen Varianten hinsichtlich der Anzahl und Ausrichtung von Einlassstutzen konfiguriert werden. In a preferred embodiment of the coolant pump, an inner wall of the inlet chamber, into which the at least one inlet port opens, is spherical, and is formed by a bell, which is fixed to the inlet-side axial end of the pump housing. This will in particular in combination with the opposite spherical surface of the motor chamber, created a radially outwardly leading flow cross section with a favorable flow characteristic of the sheath flow around the motor chamber. By replacing the bell-shaped component, the coolant pump can be easily configured with inlet chambers in different variants with regard to the number and orientation of inlet sockets.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Kühlmittelpumpe hierzu, weist die Kühlmittelpumpe lediglich einen Einlassstutzen auf, der in einem Winkel zu der Achse der Motorwelle in die sphärisch ausgebildete Innenwand der Einlasskammer einmündet. Durch den einen geneigten Saugstutzen nimmt die axiale Länge der Kühlmittelpumpe weiterhin ab. Die kompaktere Bauform und die Wahl des Winkels ermöglicht eine größere Gestaltungsfreiheit bei der Integration in einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors, wie beispielsweise bei der Anordnung in beengten Platzverhältnissen im Motorraum eines Fahrzeugs. According to a particular embodiment of the coolant pump for this purpose, the coolant pump has only one inlet port, which opens at an angle to the axis of the motor shaft in the spherically shaped inner wall of the inlet chamber. By the one inclined suction nozzle, the axial length of the coolant pump continues to decrease. The more compact design and the choice of the angle allows greater freedom in the integration into a coolant circuit of an internal combustion engine, such as in the arrangement in confined spaces in the engine compartment of a vehicle.
Ausführungsbeispiel vorstehend beschriebene Erfindung wird nachfolgend Ausführungsbeispielen anhand den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Embodiment described above will be explained in more detail below embodiments with reference to the figures of the drawing. It shows:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform der 1 is a perspective view of an exemplary embodiment of the
Kühlmittelpumpe;  Coolant pump;
Fig. 2 eine Längsschnittansicht durch eine beispielhafte Ausführungsform der Fig. 2 is a longitudinal sectional view through an exemplary embodiment of
Kühlmittelpumpe;  Coolant pump;
Fig. 3 einen Querschnittansicht durch eine beispielhafte Ausführungsform der Fig. 3 is a cross-sectional view through an exemplary embodiment of
Kühlmittelpumpe ; Fig. 4 eine Längsschnittansicht durch eine beispielhafte Ausführungsform der Kühlmittelpumpe mit einem dargestellten Strömungsverlauf des Kühlmittels; Coolant pump; 4 shows a longitudinal sectional view through an exemplary embodiment of the coolant pump with an illustrated flow path of the coolant;
Nachfolgend wird der Aufbau einer beispielhaften Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe 1 beschrieben. The structure of an exemplary embodiment of the coolant pump 1 according to the invention will be described below.
Die elektrische Kühlmittelpumpe 1 fördert das Kühlmittel, das in dem Kühlmittelkreislauf zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Wärmetauscher bzw. Kühler zirkuliert. Dazu saugt die Kühlmittelpumpe 1 das Kühlmittel vom Verbrennungsmotor über den Kühler an und stößt es wieder zurück an den Verbrennungsmotor aus. Somit wird das vom Kühler kommende, gekühlte Kühlmittel genutzt, um die Abwärme der Verlustleistung des Elektromotors aufzunehmen und diesen auf die zulässige Betriebstemperatur zu kühlen. The electric coolant pump 1 conveys the coolant circulating in the coolant circuit between the engine and the heat exchanger or radiator. For this purpose, the coolant pump 1 sucks the coolant from the engine via the radiator and pushes it back to the engine. Thus, the coming from the radiator, cooled coolant is used to absorb the waste heat of the power loss of the electric motor and to cool it to the allowable operating temperature.
Wie in der äußeren Darstellung der Kühlmittelpumpe 1 in Fig. 1 gezeigt ist, umfasst das Pumpengehäuse 10 in primärer Unterteilung eine Einlasskammer 1 1 mit einem oder mehreren Einlassstutzen 13 einerseits, eine Pumpenkammer 12 mit einem Auslassstutzen 14 andererseits, und einen dazwischen liegenden Innenraum. As shown in the external representation of the coolant pump 1 in Fig. 1, the pump housing 10 in primary subdivision, an inlet chamber 1 1 with one or more inlet port 13 on the one hand, a pump chamber 12 with an outlet 14 on the other hand, and an intermediate interior.
Die Schnittdarstellung in Fig. 2 zeigt, dass sich in dem Innenraum des Pumpengehäuses eine Motorkammer 20 befindet, in der ein elektrischer Pumpenmotor 40 mit einer Motorwelle 50 aufgenommen ist, über die ein Pumpenlaufrad 55 in der Pumpenkammer 12 angetrieben wird. The sectional view in Fig. 2 shows that in the interior of the pump housing, a motor chamber 20 is located in which an electric pump motor 40 is received with a motor shaft 50, via which a pump impeller 55 is driven in the pump chamber 12.
Je nach Anwendung kann die Kühlmittelpumpe 1 einen, zwei oder mehrere Einlassstutzen 13 zur Förderung verschiedener Kreisläufe zu verschiedenen Wärmetauschern aufweisen. Bei der Anwendungen in einem Fahrzeug kann neben dem Kühlmittelkrei slauf des Verbrennungsmotors beispielsweise ein weiterer Kreislauf für einen separaten Wärmetauscher eines Heizgebläses für den Fahrgastraum oder dergleichen betrieben werden. Bei der in Fig. 2 abgebildeten Ausführungsform ist der vom Kühler des Verbrennungsmotors kommende Kühlmittelkreislauf mit dem größeren Volumenstrom an dem axial ausgerichteten Einlassstutzen 13 angeschlossen, und der Kreislauf mit geringerem Volumenstrom an einem Einlassstutzen 13, der sich abweichend von der axialen Richtung erstreckt. Die Einlasskammer 1 1 der dargestellten Ausführungsform weist eine sphärische Innenwand auf, die für beliebige Ausrichtungswinkel und/oder mehrere Einlassstutzen 13 einen günstigen Strömungsweg beim Eintritt in das Pumpengehäuse 10 bereitstellt. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Einlasskammer 11 durch eine gewölbte Glocke 15 gebildet, die an dem einlassseitigen axialen Ende des Pumpengehäuses fixiert ist. Depending on the application, the coolant pump 1 may have one, two or more inlet ports 13 for conveying different circuits to different heat exchangers. In the applications in a vehicle, in addition to the Kühlmittelkrei slauf of the internal combustion engine, for example, another Circuit operated for a separate heat exchanger of a heater fan for the passenger compartment or the like. In the embodiment depicted in FIG. 2, the coolant circuit coming from the radiator of the combustion engine is connected to the larger volume flow at the axially oriented inlet port 13, and the circulation at lower volume flow to an inlet port 13 which extends differently from the axial direction. The inlet chamber 1 1 of the illustrated embodiment has a spherical inner wall, which provides a favorable flow path for entry into the pump housing 10 for any desired orientation angle and / or multiple inlet ports 13. In the illustrated embodiment, the inlet chamber 11 is formed by a domed bell 15 fixed to the inlet-side axial end of the pump housing.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weißt die Motorkammer 20, im Querschnitt zur axialen Richtung betrachtet, eine zylindrische Gestalt auf und ist mittig bzw. konzentrisch in einem Innenraum des Pumpengehäuses mit zylindrischen Querschnitt angeordnet. Dabei nimmt die Motorkammer 20 einen Großteil des Innenraums des Pumpengehäuses ein, sodass im Querschnitt nur ein ringförmiger Spalt zwischen der Motorkammer 20 und dem Pumpengehäuse 10 als Freiraum verbleibt. In axialer Richtung betrachtet, folgt die äußere Kontur der Motorkammer 20 der inneren Kontur des Pumpengehäuses, sodass innerhalb des im Querschnitt ringförmigen Spalts über eine axiale Erstreckung der Motorkammer 20 und des Pumpengehäuses hinweg ein mantelförmiger Strömungskanal 30 zwischen diesen beiden gebildet wird. As shown in FIG. 3, the motor chamber 20 has a cylindrical shape when viewed in cross-section with respect to the axial direction, and is arranged concentrically in an inner space of the pump housing having a cylindrical cross section. In this case, the motor chamber 20 occupies a large part of the interior of the pump housing, so that in cross-section only an annular gap between the motor chamber 20 and the pump housing 10 remains as a free space. Viewed in the axial direction, the outer contour of the motor chamber 20 follows the inner contour of the pump housing, so that within the annular gap in cross-section over an axial extent of the motor chamber 20 and the pump housing away a jacket-shaped flow channel 30 is formed between the two.
Die Motorkammer 20 wird durch Haltestege 21 bzw. Finnen, die in radialer Richtung zwischen Motorkammer 20 und Pumpengehäuse 10 verlaufen, und sich in axialer Richtung der Motorkammer 20 erstrecken, mittig in dem Pumpengehäuse 10 gehalten. Die vier radialen Haltestege 21 , die in Fig. 3 gezeigt sind, teilen den ringförmigen Mantelstrom in vier Strömungskanäle mit einem bogensegmentförmigen Strömungsquerschnitt auf. The motor chamber 20 is held by holding webs 21 and fins, which extend in the radial direction between the motor chamber 20 and the pump housing 10 and extending in the axial direction of the motor chamber 20, centrally in the pump housing 10. The four radial retaining webs 21 shown in FIG. 3 divide the annular sheath flow in four flow channels with a curved segment-shaped flow cross-section.
Die Steuerungselektronik 43 der Kühlmittelpumpe 1 ist in einem äußeren Bereich des Pumpengehäuses nahe zu der äußeren Kontur des mantelförmigen Strömungskanal s 30 angeordnet. Ein Haltesteg 21 nimmt die elektrischen Zuleitungen 42 von der Steuerungselektronik 43 zu dem Pumpenmotor 40 in sich auf und führt diese radial durch den mantelförmigen Strömungskanal 30 hindurch in die Motorkammer 20. The control electronics 43 of the coolant pump 1 is arranged in an outer region of the pump housing close to the outer contour of the jacket-shaped flow channel s 30. A holding web 21 receives the electrical leads 42 from the control electronics 43 to the pump motor 40 in itself and leads them radially through the shell-shaped flow channel 30 into the motor chamber 20th
In der Motorkammer 20 ist der Pumpenmotor 40 mit der Motorwelle 50 koaxial zu der vorstehend im Querschnitt zur axialen Richtung beschriebenen zylindrischen Struktur der Motorkammer 20 angeordnet. Der radial außenliegende Stator 41 des Pumpenmotors 40 ist in einem ringförmigen Raum der Motorkammer 20 eingeschlossen, der nach außen durch die Wand der Motorkammer 20 gebildet wird, und nach innen durch ein Spaltrohr 60 abgeschlossen ist, das sich koaxial zur Motorwelle 50 durch die Motorkammer 20 hindurch erstreckt. Der ringförmige Raum, der die Verdrahtung des Pumpenmotors 40, insbesondere die Spulen des Stators 41, umfasst, nimmt die Zuleitungen 42 von der Steuerungselektronik 43 aus dem Haltesteg 21 auf und ist durch das nicht rotierende Spaltrohr 60 gegenüber dem Kühlmittel dicht verschlossen. In the motor chamber 20, the pump motor 40 is arranged with the motor shaft 50 coaxial with the cylindrical structure of the motor chamber 20 described above in cross section to the axial direction. The radially outer stator 41 of the pump motor 40 is enclosed in an annular space of the motor chamber 20, which is formed outwardly through the wall of the motor chamber 20, and is closed inwardly by a split tube 60, which is coaxial with the motor shaft 50 through the motor chamber 20th extends through. The annular space, which comprises the wiring of the pump motor 40, in particular the coils of the stator 41, receives the leads 42 from the control electronics 43 from the holding web 21 and is sealed by the non-rotating can 60 with respect to the coolant.
Der radial innenliegende Rotor 45 des Pumpenmotors 40 ist gemeinsam mit der Motorwelle 50 konzentrisch in dem zylindrischen Raum innerhalb des Spaltrohrs 60 angeordnet. Das Spaltrohr 60 weist in der dargestellten Ausführungsform in einem axialen Bereich zur Aufnahme des Rotors 45 einen vergrößerten Querschnitt auf. Das Spaltrohr 60 bildet einen konzentrischen Strömungskanal 30, der koaxial zu der Motorwelle 50 und dem mantelförmigen Strömungskanal 30 verläuft. Die Motorwelle 50 erstreckt sich von dem einiassseitigen axialen Ende der Motorkammer 20 durch das Spaltrohr 60 hindurch, tritt an dem axial gegenüberliegenden Ende der Motorkammer 20 aus und reicht bis in die Pumpenkammer 12 hinein, in der das Pumpenlaufrad 55 auf dem Umfang der Motorwelle 50 drehfest angeordnet ist. An der Motorkammer 20 sind im Bereich der axialen Enden des Spaltrohrs 60, innerhalb des Radius desselben, Wellenlager 51 , 52 zur drehbaren Lagerung der Motorwelle 50 vorgesehen. Die Wellenlager 51 , 52 weisen einen Lagerspalt auf, der vom Kühlmittel durchströmt werden kann, und dabei durch Zusätze wie Glycerin oder dergleichen im Kühlmittel geschmiert wird. The radially inner rotor 45 of the pump motor 40 is arranged together with the motor shaft 50 concentrically in the cylindrical space within the can 60. The split tube 60 has in the illustrated embodiment in an axial region for receiving the rotor 45 has an enlarged cross-section. The split tube 60 forms a concentric flow channel 30, which runs coaxially with the motor shaft 50 and the jacket-shaped flow channel 30. The motor shaft 50 extends from the inlet-side axial end of the motor chamber 20 through the split tube 60, exits at the axially opposite end of the motor chamber 20 and extends into the pump chamber 12, in which the pump impeller 55 rotatably on the circumference of the motor shaft 50 is arranged. On the motor chamber 20, shaft bearings 51, 52 are provided for the rotatable mounting of the motor shaft 50 in the region of the axial ends of the split tube 60, within the same radius. The shaft bearings 51, 52 have a bearing gap, which can be flowed through by the coolant, and thereby lubricated by additives such as glycerol or the like in the coolant.
Auf der zur Einlasskammer 11 zugewandten Seite weist die Motorkammer 20 eine sphärische Oberfläche auf, die eine strömungsgünstige Zuführung des anströmenden Kühlmittels in den Mantelstrom bereitstellt. Die sphärische Oberfläche wird in der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform durch einen gewölbten Deckel 22 gebildet, der die Motorkammer 20 nach außen abschließt. Der Deckel 22 weist zudem mittig einen Einlassbereich mit Filterbohrungen 26 auf, durch die Kühlmittel in das Spaltrohr 60 eintreten kann. Zudem weist der Deckel 22 eine zum äußeren ringförmigen Raum der Motorkammer 20 dicht abschließende Aufnahme für das axiale Ende des Spaltrohrs 60, sowie eine Aufnahme für ein Wellenlager 51 der Motorwelle 50 auf. Die Filterbohrungen 26 weisen einen von der Außenseite zur Innenseite des Deckels 22 konisch zunehmenden Durchmesser von 0,1 mm auf 0,15mm auf. On the side facing the inlet chamber 11, the motor chamber 20 has a spherical surface which provides a flow-favorable supply of the inflowing coolant into the sheath flow. The spherical surface is formed in the embodiment shown in Fig. 2 by a curved lid 22 which closes the motor chamber 20 to the outside. The cover 22 also has in the center an inlet region with filter bores 26 through which coolant can enter the can 60. In addition, the cover 22 has a receptacle for the axial end of the split tube 60, which seals tightly with respect to the outer annular space of the motor chamber 20, and a receptacle for a shaft bearing 51 of the motor shaft 50. The filter bores 26 have a conically increasing from the outside to the inside of the lid 22 diameter of 0.1 mm to 0.15 mm.
Auf der zur Pumpenkammer 12 zugewandten Seite der Motorkammer 20 verjüngt sich in axialer Richtung zur Pumpenkammer 12 sowohl der zylindrische Querschnitt von der inneren Kontur des Pumpengehäuses als auch von der äußeren Kontur der Motorkammer 20 gleichermaßen, so dass sich auch der dazwischen verlaufende mantelförmige Strömungskanal 30 im Austrittsbereich der Motorwelle 50 aus der Motorkammer 20 bis nahe an den Radius der Motorwelle 50 radial einwärts verjüngt. Im Austrittsbereich der Motorwelle 50 ist eine weitere Aufnahme für ein Wellenlager 52 vorgesehen. Am axialen Ende des Spaltrohrs 60 ist innerhalb des Radius desselben ein Auslassbereich der Motorkammer 20 ausgebildet, in dem konzentrisch zur Motorwelle 50 verteilte Auslassbohrungen 23 angeordnet sind, durch die das Kühlmittel, das im Einlassbereich der Motorkammer 20 in das Spaltrohr 60 eingetreten ist, wieder austreten kann. Dabei führen die Auslassbohrungen 23 direkt in den verjüngten Bereich des mantel förmigen Strömungskanal 30. On the pump chamber 12 side facing the motor chamber 20 tapers in the axial direction of the pump chamber 12, both the cylindrical cross section of the inner contour of the pump housing and the outer contour of the motor chamber 20 equally, so that also extending therebetween coat-shaped flow channel 30 in Outlet region of the motor shaft 50 from the motor chamber 20 tapers to near the radius of the motor shaft 50 radially inwardly. In the exit region of the motor shaft 50 is another Mount for a shaft bearing 52 is provided. At the axial end of the can 60, an outlet region of the engine chamber 20 is formed within the radius thereof, in which outlet bores 23 distributed concentrically with the motor shaft 50 are arranged, through which the coolant which has entered the can 60 in the inlet region of the engine chamber 20 emerges again can. The outlet holes 23 lead directly into the tapered region of the shell-shaped flow channel 30th
Der verjüngte mantelförmige Strömungskanal 30 führt das Kühlmittel axial nahe entlang der Motorwelle 50 zu dem Pumpenlaufrad 55, das einen Eintritt in die Pumpenkammer 12 abgrenzt. Die Pumpenkammer 12 und ein Abschnitt des Pumpengehäuses, der die äußere Kontur des radial einwärts verjüngenden Abschnitts des mantelförmigen Strömungskanals 30 bildet, sind als ein Bauteil einteilig ausgebildet, das in das axiale Ende des Pumpengehäuses eingesetzt und fixiert wird. In den Figuren 2 und 4 ist die Kühlmittelpumpe 1 als Halbaxialpumpe ausgeführt und weist ein radiales Pumpenlaufrad 55 und eine Pumpenkammer 12 mit einem Spiralgehäuse 16 und einem tangentialen Auslassstutzen 14 auf. The tapered shell-shaped flow channel 30 leads the coolant axially close along the motor shaft 50 to the pump impeller 55, which defines an entrance into the pump chamber 12. The pump chamber 12 and a portion of the pump housing which forms the outer contour of the radially inwardly tapered portion of the shell-shaped flow passage 30 are integrally formed as a member which is inserted and fixed in the axial end of the pump housing. In FIGS. 2 and 4, the coolant pump 1 is designed as a semi-axial pump and has a radial pump impeller 55 and a pump chamber 12 with a spiral housing 16 and a tangential outlet connection 14.
Nachfolgend wird eine Funktionsweise der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe 1 mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben. Hereinafter, an operation of the above-described exemplary embodiment of the coolant pump 1 according to the present invention will be described with reference to FIG. 4.
Das von der Kühlmittelpumpe 1 aus dem Kühler und ggf. anderen Wärmetauschern angesaugte Kühlmittel strömt durch die Einlassstutzen 13 in die Einlasskammer 1 1 des Pumpengehäuses. Das aus dem einen oder mehreren Kühlmittelkreisläufen angesaugte Kühlmittel, das in die Einlasskammer 1 1 eingetreten ist, strömt anschließend auf die Motorkammer 20 zu und wird an dem sphärischen geformten Deckel 22 der Motorkammer 20 konzentrisch in zwei Kühlmittelströme aufgeteilt. Dabei strömt ein großer Teil des Kühlmittels, im vorliegenden Beispiel 95 %, an der Oberfläche des Deckels 22 entlang radial nach außen in den mantelförmigen Strömungskanal 30 und bildet einen Mantelstrom im Pumpengehäuse 10 aus. Ein kleiner Teil des Kühlmittels, im vorliegenden Beispiel 5 %, strömt durch die Filterbohrungen 26 am Einlassbereich des Deckels 22 und wird dabei als Bypass-Strom in das Spaltrohr 60 der Motorkammer 20 abgezweigt. The sucked by the coolant pump 1 from the radiator and possibly other heat exchangers coolant flows through the inlet port 13 into the inlet chamber 1 1 of the pump housing. The refrigerant drawn from the one or more coolant circuits that has entered the inlet chamber 11 then flows toward the engine chamber 20 and is concentrically divided at the spherical shaped cover 22 of the engine chamber 20 into two coolant streams. In this case, a large part of the coolant, in the present example 95%, flows along the surface of the cover 22 along radially outside in the shell-shaped flow channel 30 and forms a sheath flow in the pump housing 10. A small portion of the coolant, in the present example 5%, flows through the filter bores 26 at the inlet region of the cover 22 and is thereby branched off as a bypass flow into the can 60 of the motor chamber 20.
Der Mantelstrom umgibt die Motorkammer 20, wobei ein Temperaturaustausch zwischen dem vorbeiströmenden Kühlmittel und der Außenfläche der Motorkammer 20 erfolgt. Insofern die Motorkammer 20 durch die Abwärme der Verlustleistung des Pumpenmotors 40 eine höhere Temperatur als das Kühlmittel aufweist, wird die Abwärme durch den Volumenstrom des Kühlmittels abgeführt. Der Mantelstrom kann in gleicher Weise an der gegenüberliegenden Oberfläche des Pumpengehäuses eine Abwärme der Steuerungselektronik 43 aufnehmen, die nahe an dem äußeren Umfangs des mantelförmigen Strömungskanals 30 in dem Pumpengehäuses angeordnet ist. Der Mantelstrom wird gegen Ende der axialen Umströmung der Motorkammer 20 in dem verjüngenden Abschnitt des mantelförmigen Kanals radial einwärts nahe der Motorwelle 50 geführt. The bypass flow surrounds the motor chamber 20, wherein a temperature exchange between the passing coolant and the outer surface of the motor chamber 20 takes place. Insofar as the engine chamber 20 has a higher temperature than the coolant due to the waste heat of the power loss of the pump motor 40, the waste heat is dissipated by the volume flow of the coolant. The sheath flow may similarly receive at the opposite surface of the pump housing, a waste heat of the control electronics 43, which is arranged close to the outer periphery of the shell-shaped flow channel 30 in the pump housing. The bypass flow is directed radially inwardly near the motor shaft 50 toward the end of the axial flow around the motor chamber 20 in the tapered portion of the jacket-shaped channel.
Der abgezweigte Bypass-Strom strömt nach dem Passieren der Filterbohrungen 26 teilweise durch einen Ringspalt, der zwischen der Innenfläche des Spaltrohrs 60 und der vom Deckel 22 innerhalb des Spaltrohrs 60 verlaufendenThe branched bypass stream, after passing through the filter bores 26, partially flows through an annular gap formed between the inner surface of the can 60 and that of the cover 22 within the can 60
Lageraufnahme des Wellenlagers 51 verläuft, und teilweise durch den Lagerspalt des Wellenlagers 51. Anschließend strömt der Bypass-Strom in den Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser des Spaltrohrs 60, in dem der Rotor 45 aufgenommen ist, und passiert einen Ringspalt zwischen der Innenfläche des Spaltrohrs 60 und dem äußeren Umfang des Rotors 45. Dabei findet wiederum, wie obenstehend beschrieben, ein Temperaturaustausch zwischen den Oberflächen des Rotors 45 und des Spaltrohrs 60 mit dem Kühlmittel statt. Durch den rotierenden Rotor 45 kommt es zu einer Verwirbelung des Bypass-Stroms bzw. zu einer turbulenten Strömung, sodass, wenn die Abwärme des Pumpenmotors 40 die Kühlmitteltemperatur übersteigt, trotz geringerem Volumenstrom im Vergleich zum Mantelstrom, eine effektive Wärmeabfuhr innerhalb der Motorkammer 20 bei dennoch geringen Planschverlusten des Rotors 45 erzielt wird. Am axialen Ende des Spaltrohrs 60 strömt der Bypass-Strom teilweise durch die Auslassbohrungen 23 am Auslassbereich der Motorkammer 20 und teilweise durch den Lagerspalt des im Austrittsbereich der Welle aufgenommenen Wellenlagers 52 aus der Motorkammer 20 aus und gelangt in den verjüngten Abschnitt des Mantelstroms. Then, the bypass flow flows into the enlarged diameter portion of the can 60 in which the rotor 45 is received, and passes through an annular gap between the inner surface of the can 60 and the outer circumference of the rotor 45. In turn, as described above, a temperature exchange between the surfaces of the rotor 45 and the split tube 60 takes place with the coolant. By the rotating rotor 45, there is a turbulence of the bypass flow or to a turbulent flow, so that when the waste heat of the pump motor 40 exceeds the coolant temperature, despite lower flow in comparison to the sheath flow, an effective heat dissipation within the motor chamber 20 is achieved with still low churning losses of the rotor 45. At the axial end of the can 60, the bypass flow flows partly through the outlet bores 23 at the outlet region of the motor chamber 20 and partly through the bearing gap of the shaft bearing 52 received in the exit region of the shaft from the motor chamber 20 and enters the tapered section of the bypass flow.
Der angesaugte wiedervereinte Kühlmittelstrom strömt anschließend das Pumpenlaufrad 55 in der Pumpenkammer 12 axial an und wird durch radial beschleunigende Flügel im Pumpenlaufrad 55 umgewälzt. Das beschleunigte Kühlmittel verlässt das Pumpenlaufrad 55 radial nach außen, strömt in ein tangential ausleitendes Spiralgehäuse 16 der Pumpenkammer 12, und verlässt die Kühlmittelpumpe 1 durch den Auslassstutzen 14. Weitere Ausführungsformen und Modifikationen The sucked reunited coolant stream then flows axially into the pump impeller 55 in the pump chamber 12 and is circulated through radially accelerating vanes in the pump impeller 55. The accelerated coolant leaves the pump impeller 55 radially outward, flows into a tangentially discharging volute 16 of the pump chamber 12, and exits the coolant pump 1 through the outlet port 14. Other Embodiments and Modifications
In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe 1 schließt sich an das Pumpengehäuse 10 einerseits eine Glocke 15 der Einlasskammer 1 1 mit einem einzigen abgewinkelt austretenden Ansaugstutzen, und andererseits eine radial wirkende Pumpenkammer 12 an. Diese Ausführungsform weist somit eine besonders kurze axiale Abmessung auf. In one embodiment, not shown, of the coolant pump 1 is followed by the pump housing 10 on the one hand a bell 15 of the inlet chamber 1 1 with a single angled exiting intake manifold, and on the other hand, a radially acting pump chamber 12 at. This embodiment thus has a particularly short axial dimension.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform der Kühlmittelpumpe 1 kann sich jedoch anstelle der radial wirkenden Pumpenkammer 12 ebenso eine axial wirkende Pumpenkammer 12 mit einer im Wesentlichen zylindrischen Gestalt an das Pumpengehäuse 10 anschließen, in der ein axiales Pumpenlaufrad 55 bzw. ein Impeller angeordnet ist, und das Kühlmittel nach dem Umwälzen durch einen axial verlaufenden Auslassstutzen 14 ausgestoßen wird. Femer kann in einer Modifikation der beschriebenen Ausfuhrungsform der Kühlmittelpumpe 1 lediglich ein Haltesteg 21 als Verbindung zwischen der Motorkammer 20 und dem Pumpengehäuse 10 vorgesehen werden, der die Motorkammer 20 innerhalb des Pumpengehäuses in Position hält und die Zuleitungen 42 zu dem Pumpenmotor 40 in sich führt, so dass der Mantelstrom im Querschnitt als einteiliger bzw. einfach geschlitzter Ringspalt zwischen der Motorkammer 20 und dem Pumpengehäuse 10 ausbildet ist. Ebenso kann eine beliebige Anzahl von Haltestegen 21 zwischen der Motorkammer 20 und dem Pumpengehäuse 10 ausgebildet sein. Darüber hinaus können die Haltestege 21 in einer anderen Ausrichtung als einem radialen Verlauf ausgestaltet sein und/oder sich über die gesamte Länge der Motorkammer 20 oder lediglich über einen Teil davon erstrecken. In an embodiment, not shown, of the coolant pump 1, however, instead of the radially acting pump chamber 12, an axially acting pump chamber 12 with a substantially cylindrical shape can be connected to the pump housing 10, in which an axial impeller 55 and an impeller is arranged Coolant is ejected after circulating through an axially extending outlet 14. Furthermore, in a modification of the described embodiment of the coolant pump 1, only one retaining web 21 can be provided as a connection between the motor chamber 20 and the pump housing 10, which holds the motor chamber 20 in position within the pump housing and leads the supply lines 42 to the pump motor 40, so that the sheath flow is formed in cross-section as a one-piece or simply slotted annular gap between the motor chamber 20 and the pump housing 10. Likewise, any number of retaining webs 21 between the motor chamber 20 and the pump housing 10 may be formed. In addition, the retaining webs 21 may be configured in a different orientation than a radial course and / or extend over the entire length of the motor chamber 20 or only over a part thereof.
In einer weiteren Modifikation der beschriebenen Ausfuhrungsform der Kühlmittelpumpe 1 kann anstelle der Filterbohrungen 26 ein geeignetes Filterelement innerhalb des Radius des Spaltrohrs 60 in den Deckel 22 der Motorkammer 20 eingesetzt sein. Ferner kann die Motorkammer 20 auch über den gesamten Radius des Spaltrohrs 60 geöffnet sein und keine Filterung des ßypass- Stroms aufweisen. In a further modification of the described embodiment of the coolant pump 1, instead of the filter bores 26, a suitable filter element can be inserted into the cover 22 of the motor chamber 20 within the radius of the can 60. Furthermore, the motor chamber 20 may also be open over the entire radius of the can 60 and have no filtering of the bypass current.
Insbesondere in diesem Fall, können sich die Wellenlager 51 , 52 der Motorwelle 50 anstatt gegen die Motorkammer 20 gegen das Spaltrohr 60 abstützen. Dabei kann ein ausreichender Strömungsquerschnitt zwischen dem äußeren Durchmesser des Wellenlagers 51 , 52 und dem Innendurchmesser des Spaltrohrs 60 beispielsweise durch eine radial verstrebte Lageraufnahme im Spaltrohr 60 vorgesehen sein. In particular, in this case, the shaft bearings 51, 52 of the motor shaft 50 can be supported against the can 60 instead of against the motor chamber 20. In this case, a sufficient flow cross section between the outer diameter of the shaft bearing 51, 52 and the inner diameter of the split tube 60 may be provided, for example by a radially braced bearing support in the can 60.

Claims

Ansprache  speech
Kühlmittelpumpe (1) eingerichtet für einen Kühlmittelkreislauf eines Verbrennungsmotors, aufweisend: ein Pumpengehäuse (10), das eine Einlasskammer (11) mit wenigstens einem Einlassstutzen (13) und einer Pumpenkammer (12) mit einem Auslassstutzen (14) umfasst, wobei das Pumpengehäuse (10) in einer axialen Richtung zwischen der Einlasskammer (11) und der Pumpenkammer (12) vom Kühlmittel des Kühlmittelkreislaufs durchströmt wird, eine Motorkammer (20), die in dem axial durchströmten Bereich im Pumpengehäuse (10) angeordnet ist und einen elektrischen Pumpenmotor (40) mit einer Motorwelle (50) aufnimmt, wobei die Motorwelle (50) axial zwischen der Einlasskammer (1 1) und der Pumpenkammer (12) ausgerichtet ist, auf der von der Einlasskammer (1 1) abgewandten Seite aus der Motorkammer (20) austritt, sich in die Pumpenkammer (12) erstreckt, und in der Pumpenkammer (12) ein Pumpenlaufrad (55) auf der Motorwelle (50) angeordnet ist; einem von der Einlasskammer (1 1) zur Pumpenkammer (12) führenden Strömungskanal (30), der in einem senkrechten Querschnitt zur axialen Richtung zwischen dem Pumpengehäuse (10) und der Motorkammer (20) ausgebildet ist und eine Außenfläche der Motorkammer (20) umgibt, wobei sich der Strömungskanal (30) in einem axialen Abschnitt zwischen der Motorkammer (20) und der Pumpenkammer (12) radial einwärts zur Motorwelle (50) hin verjüngt, so dass das Kühlmittel, das durch den wenigstens einen Einlassstutzen (13) über die Einlasskammer (11) in das Pumpengehäuse (10) strömt, über einen koaxial zur Motorwelle (50) verlaufenden Abschnitt des Strömungskanals (30) hinweg, als im Wesentlichen zylindrischer Mantelstrom um die Motorkammer (20) geführt wird, und, nach einem Durchströmen eines radial verjüngten Abschnitts des Strömungskanals (30), im Bereich des Eintritts in die Pumpenkammer (12), axial nahe der Motorwelle (50) strömt, ein Spaltrohr (60), das sich koaxial zur Motorwelle (50) zwischen einem Rotor (45) des Pumpenmotors (40) und einem Stator (41) des Pumpenmotors (40) durch die Motorkammer (20) erstreckt, so dass der innerhalb des Radius des Spaltrohrs (60) liegende Abschnitt der Motorkammer (20), in dem die Motorwelle (50) und der Rotor (45) drehbar gelagert sind, von dem außenhalb des Radius des Spaltrohrs (60) liegenden Abschnitt der Motorkammer (20), in dem der Stator (41) eingeschlossen ist, abgegrenzt ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Motorkammer (20) an den axialen Enden des Spaltrohrs (60) einen von der Einlasskammer (11) zum Spaltrohr (60) geöffneten Einlassbereich und einen vom Spaltrohr (60) zum radial verjüngten Abschnitt des Strömungskanals (30) geöffneten Auslassbereich aufweist, so dass ein Teil des Kühlmittels, das aus der Einlasskammer (11) auf die Motorkammer (20) zuströmt, am Einlassbereich der Motorkammer (20) in das Spaltrohr (60) abgezweigt wird, in dem Spaltrohr (60) als Bypass-Strom axial entlang der Motorwelle (50) durch die Motorkammer (20) hindurch geführt wird, dabei den Rotor (45) passiert, und am Auslassbereich der Motorkammer (20) koaxial zur Motorwelle (50) dem Mantelstrom in dem verjüngten Abschnitt des Strömungskanals (30) wieder zugeführt wird, wonach das derart zusammengeführte Kühlmittel das Pumpenlaufrad (55) axial nahe der Motorwelle (50) anströmt, vom Pumpenlaufrad (55) in der Pumpenkammer (12) umgewälzt wird, und durch den Auslassstutzen (14) aus der Pumpenkammer (12) ausströmt. A coolant pump (1) adapted for a coolant circuit of an internal combustion engine, comprising: a pump housing (10) having an inlet chamber (11) with at least one inlet port (13) and a pump chamber (12) with an outlet port (14), the pump housing ( 10) in an axial direction between the inlet chamber (11) and the pump chamber (12) is flowed through by the coolant of the coolant circuit, a motor chamber (20) which is arranged in the axially flow-through region in the pump housing (10) and an electric pump motor (40 ) with a motor shaft (50), wherein the motor shaft (50) axially between the inlet chamber (1 1) and the pump chamber (12) is aligned on the side facing away from the inlet chamber (1 1) side of the motor chamber (20) emerges , extends into the pump chamber (12), and in the pump chamber (12) a pump impeller (55) on the motor shaft (50) is arranged; a flow passage (30) leading from the inlet chamber (11) to the pump chamber (12), formed in a vertical cross section to the axial direction between the pump housing (10) and the motor chamber (20) and surrounding an outer surface of the motor chamber (20) in that the flow channel (30) tapers in an axial section between the motor chamber (20) and the pump chamber (12) radially inwardly towards the motor shaft (50), so that the coolant, which flows through the at least one inlet port (13) via the inlet chamber (11) in the pump housing (10) over a coaxial to the motor shaft (50) extending portion of the flow channel (30) away, as a substantially cylindrical sheath flow around the Motor chamber (20) is guided, and, after flowing through a radially tapered portion of the flow channel (30), in the region of entry into the pump chamber (12), axially near the motor shaft (50) flows, a split tube (60) extending coaxially with the motor shaft (50) between a rotor (45) of the pump motor (40) and a stator (41) of the pump motor (40) through the motor chamber (20) extends, so that within the radius of the can (60) lying portion of Motor chamber (20), in which the motor shaft (50) and the rotor (45) are rotatably mounted, from the outside of the radius of the split tube (60) lying portion of the motor chamber (20) in which the stator (41) is included, is delimited; characterized in that the motor chamber (20) at the axial ends of the can (60) has an inlet region opened from the inlet chamber (11) to the can (60) and an outlet region opened from the can (60) to the radially tapered portion of the flow channel (30) such that a portion of the refrigerant flowing into the engine chamber (20) from the inlet chamber (11) is branched into the can (60) at the inlet portion of the engine chamber (20) in the can (60) as a bypass flow axially passing along the motor shaft (50) through the motor chamber (20) passing the rotor (45) and at the outlet area of the motor chamber (20) coaxial with the motor shaft (50) the sheath flow in the tapered portion of the flow channel (30) is fed again, according to which the thus merged refrigerant the pump impeller (55) flows axially close to the motor shaft (50), is circulated by the pump impeller (55) in the pump chamber (12), and through the outlet port (14) flows out of the pump chamber (12).
Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 1, aufweisend ein radial beschleunigendes Pumpenlaufrad (55), wobei die Pumpenkammer (12) ein Spiralgehäuse (16) und einen tangential ausleitenden Auslassstutzen (14) umfasst. Coolant pump (1) according to claim 1, comprising a radially accelerating pump impeller (55), wherein the pump chamber (12) comprises a volute (16) and a tangentially discharging outlet (14).
Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 1 , aufweisend ein axial beschleunigendes Pumpenlaufrad (55), wobei die Pumpenkammer (12) in einen axial ausgerichteten Auslassstutzen (14) mündet. Coolant pump (1) according to claim 1, comprising an axially accelerating pump impeller (55), wherein the pump chamber (12) opens into an axially aligned outlet port (14).
Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Motorkammer (20) auf der der Einlasskammer (11) zugewandten Seite durch einen Deckel (22) mit einer sphärisch ausgebildeten Oberfläche abgeschlossen ist, in dem ein geöffneter Einlassbereich und eine zur Motorkammer (20) innenliegende Aufnahme des axialen Endes des Spaltrohrs (60) ausgebildet ist. The coolant pump (1) according to any one of claims 1 to 3, wherein the motor chamber (20) is closed on the side facing the inlet chamber (11) by a lid (22) having a spherical surface in which an opened inlet area and one to the motor chamber (20) is formed inside receiving the axial end of the can (60).
Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 4, wobei die Motorwelle (50) an der Motorkammer (20) gelagert ist, wobei eine Aufnahme für ein Wellenlager (51) in dem Deckel (22) ausgebildet ist und eine Aufnahme für ein Wellenlager (52) an dem axial gegenüberliegenden Endabschnitt der Motorkammer (20) ausgebildet ist, an dem die Motorwelle (50) aus der Motorkammer (20) austritt. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei dieCoolant pump (1) according to claim 4, wherein the motor shaft (50) is mounted on the motor chamber (20), wherein a receptacle for a shaft bearing (51) in the cover (22) is formed and a receptacle for a shaft bearing (52) the axially opposite end portion of the motor chamber (20) is formed at which the motor shaft (50) from the motor chamber (20) emerges. Coolant pump (1) according to one of claims 1 to 5, wherein the
Motorkammer (20) ein axiales Ende des Spaltrohrs (60) im Einlassbereich überdeckt, und innerhalb des Radius des Spaltrohrs (60) über Filterbohrungen (26) oder durch ein Filterelement geöffnet ist, durch die der Bypass-Strom in das Spaltrohr (60) einströmt. Motor chamber (20) an axial end of the can (60) covered in the inlet region, and within the radius of the can (60) through filter bores (26) or through a filter element is opened, through which the bypass flow flows into the can (60) ,
Kühlmittelpumpe (1) nach Anspruch 6, wobei die Filterbohrungen (26) konisch verlaufen, mit einem in Strömungsrichtung zunehmenden Durchmesser, besonders bevorzugt mit einem Durchmesser von 0,1 mm bis 0,15 mm. Coolant pump (1) according to claim 6, wherein the filter bores (26) are conical, with a diameter which increases in the flow direction, particularly preferably with a diameter of 0.1 mm to 0.15 mm.
Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Motorkammer (20) ein axiales Ende des Spaltrohrs (60) im Auslassbereich überdeckt, und innerhalb des Radius des Spaltrohrs (60) über konzentrisch zur Motorwelle (50) angeordnete Auslassbohrungen (23) geöffnet ist, durch die der Bypass-Strom in den Strömungskanal (30) des Mantelstroms ausströmt. Coolant pump (1) according to one of claims 1 to 7, wherein the motor chamber (20) covers an axial end of the can (60) in the outlet region, and within the radius of the can (60) via concentrically arranged to the motor shaft (50) outlet bores (23 ) is opened, through which the bypass current flows into the flow channel (30) of the sheath current.
Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Volumenströme von Mantelstrom und Bypass-Strom ein Verhältnis a) bevorzugt von etwa 90% zu 10% bis 95 % zu 5 %, Coolant pump (1) according to one of claims 1 to 8, wherein flow rates of sheath flow and bypass flow a ratio a) preferably from about 90% to 10% to 95% to 5%,
b) besonders bevorzugt von etwa 93% zu 7% bis 97% zu 3%, b) more preferably from about 93% to 7% to 97% to 3%,
c) ganz besonders bevorzugt von etwa 95% zu 5%, c) most preferably from about 95% to 5%,
des gesamten geförderten Kühlmittelstroms aufweisen. of the entire conveyed coolant flow.
Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Wellenlager (51 , 52) der Motorwelle (50) einen Lagerspalt aufweisen, so dass ein Teil des Kühlmittels, der die Motorkammer (20) innerhalb des Radius des Spaltrohrs (60) durchströmt, durch den Lagerspalt der Wellenlager (51 , 52) fließt. Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei im senkrechten Querschnitt zur axialen Richtung, zwischen dem Pumpengehäuse (10) und der Motorkammer (20) mehrere radial verlaufende Haltestege (21 ), oder sich auch in axialer Richtung erstreckende Finnen, angeordnet sind, und der Strömungskanal (30) des Mantelstroms in mehrere um die Motorkammer (20) herum angeordnete bogenförmige Segmente unterteilt ist. Coolant pump (1) according to one of claims 5 to 9, wherein the shaft bearings (51, 52) of the motor shaft (50) have a bearing gap, so that a portion of the coolant, the motor chamber (20) within the radius of the can (60) flows through, through the bearing gap of the shaft bearing (51, 52) flows. Coolant pump (1) according to one of claims 1 to 10, wherein in the vertical cross section to the axial direction, between the pump housing (10) and the motor chamber (20) a plurality of radially extending retaining webs (21), or even in the axial direction extending fins arranged are divided, and the flow channel (30) of the sheath current into a plurality of around the motor chamber (20) arranged around arcuate segments.
Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , wobei elektronische Bauteile (43), wie ein Steuergerät der Kühlmittelpumpe (1), im senkrechten Querschnitt zur axialen Richtung, benachbart zu dem Strömungskanal (30) des Mantelstroms im Pumpengehäuse (10) angeordnet sind. Coolant pump (1) according to one of claims 1 to 1 1, wherein electronic components (43), such as a control device of the coolant pump (1), in the vertical cross section to the axial direction, adjacent to the flow channel (30) of the sheath flow in the pump housing (10). are arranged.
Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Innenwand der Einlasskammer (11), in die der mindestens eine Einlassstutzen (13) einmündet, sphärisch ausgebildet ist, und durch eine Glocke (15) gebildet wird, die an dem einlassseitigen axialen Ende des Pumpengehäuses (10) fixiert ist. The coolant pump (1) according to any one of claims 1 to 12, wherein an inner wall of the inlet chamber (11) into which the at least one inlet port (13) opens is spherical, and is constituted by a bell (15) located at the inlet side axial end of the pump housing (10) is fixed.
Kühlmittelpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, aufweisend lediglich einen Einlassstutzen (13), der in einem Winkel zu der Achse der Motorwelle (50) in die sphärisch ausgebildete Innenwand der Einlasskammer (1 1) einmündet. Coolant pump (1) according to one of claims 1 to 13, comprising only an inlet port (13) which opens at an angle to the axis of the motor shaft (50) in the spherically shaped inner wall of the inlet chamber (1 1).
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