WO2020173801A1 - Pumpeinheit aufweisend einen steckverbinder mit druckausgleichselement - Google Patents

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WO2020173801A1
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Conrad Nickel
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Nidec Gpm Gmbh
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    • H05K5/06—Hermetically-sealed casings
    • H05K5/068—Hermetically-sealed casings having a pressure compensation device, e.g. membrane

Definitions

  • the present invention relates to a pump unit with the features of the preamble of claim 1.
  • DC motors include a rotor which is connected to a motor shaft and is rotatably supported in a housing.
  • the rotor is provided with permanent magnets.
  • a stator is arranged in the rotor and carries a number of windings on an iron core.
  • the windings When activated, the windings generate a magnetic field that drives the rotor to rotate.
  • the windings are usually wound in three phases and are accordingly provided with three electrical connections via which the windings can be connected to a control unit (ECU).
  • ECU control unit
  • These control units are used in particular in the engine compartment, where they are exposed to considerable temperature fluctuations, which can lead to greater pressure fluctuations inside the housing.
  • semipermeable membranes are known from the prior art which, arranged via a ventilation opening, allow air and also water vapor to pass through the membrane to the outside and inside, but not water in liquid form.
  • the object of the present invention is to provide a pump unit with the simplest possible connector and with the simplest possible ventilation element.
  • a pump unit has an electric motor with a printed circuit board carrying a control unit, one by means of the electric motor
  • the connector comprising a base housing in which the contacts run and which connects to the flange.
  • the connector has a pressure compensation element that is in the basic housing.
  • the basic housing can be straight or cranked.
  • the side remote from the crank is preferably opposite the crank.
  • the plug connector preferably has a connection area for a connector plug located outside the housing.
  • the second opening is in the region of the opening of the housing.
  • the first opening is on the side away from the crank.
  • the membrane can be connected to the connector by ultrasonic welding, laser beam welding or gluing.
  • the membrane is preferably at least partially covered by a protective geometry on the outside.
  • This protective geometry protects the membrane from damage by water vapor.
  • the protective geometry can be
  • a box-shaped cover having openings for venting the housing.
  • the cover preferably has the openings for venting the housing in its edge.
  • the protective geometry can be connected to the basic housing by clipping or locking. But it can also be connected to the basic housing by clipping or locking. But it can also be connected to the basic housing by clipping or locking. But it can also be connected to the basic housing by clipping or locking. But it can also be connected to the basic housing by clipping or locking. But it can also be connected to the basic housing by clipping or locking. But it can also be connected to the basic housing by clipping or locking. But it can also be connected to the basic housing by clipping or locking. But it can also
  • the cover is attached by means of ultrasonic or laser welding.
  • the ventilation channel runs at least partially parallel and at a distance from the contacts in the base housing of the
  • the case is a metal case.
  • the housing is preferably the pump and / or motor housing.
  • the pumping unit is preferably one
  • Water pump unit or water pump that is used in a motor vehicle Water pump unit or water pump that is used in a motor vehicle.
  • the pressure compensation element is arranged in the main housing outside a connection area, preferably on a side remote from the crank.
  • Fig. 1 a plan view of a conventional water pump with
  • Fig. 2 a three-dimensional view of a connector
  • FIG. 3 Another three-dimensional view of the connector from Figure 2, and
  • FIG. 4 a longitudinal section through the connector from FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a water pump unit 1 known from the prior art with a housing 2. In the interior of the housing 2, an electric motor, a circuit board carrying a control unit and a pump are arranged. Of the
  • the housing cover of the housing 2 has two openings 3, 4 on the end face near the circuit board.
  • a membrane with a clip for forming a pressure compensation element 5 is inserted into a first opening 3.
  • the second opening 4 is closed by a plug connector 6.
  • the plug connector 6 makes direct contact with the circuit board located inside the housing 2 with its contacts.
  • Plug connector 6 has a connection area 7 for a connector plug, not shown, which is located outside the housing 2.
  • FIGS. 2 to 4 show an embodiment of a plug connector 6 according to the invention, which, as described above, makes electrical contact with the circuit board of a pump and one outside the housing
  • connection area 7 for a connector has connection area 7 for a connector.
  • the connector 6 has a cylindrical and right-angled, cranked base housing 8.
  • the contacts 9 run in the basic housing 8.
  • the contacts 9 represent a line structure which is preferably produced by stamping from sheet copper.
  • the contacts 9 are bent by about 90 ° and run in an end region remote from the pump housing, the crank 10, radially outward, parallel to the surface of the housing 2.
  • a flange 11 closes on the side near the housing for fastening the connector 6 to the Housing cover of housing 2 on.
  • the base housing 8 sits with its end region close to the housing approximately perpendicularly on the flange 11.
  • the flange 11 has a closed groove 12 on its underside for inserting a seal.
  • the contact ends 13 protrude from the underside for direct electrical contact with the control unit
  • the contact ends 13 are convex shaped pins. In particular, they are designed as press-fit pins for press-fit contact.
  • the housing-remote end of the base housing 8 is as
  • Connection area 7 designed for a connector.
  • Base housing 8 has a ventilation channel 15 for a
  • a first opening 17 of the channel 15 is arranged in the basic housing 8.
  • the first opening 17 is of a waterproof membrane 18 to
  • the ventilation channel 15 runs approximately parallel to and at a distance from the contacts 9 within the basic housing 8.
  • a second opening 19 of the channel 15 is located in the flange 11 in the area that interacts with the opening in the housing 2. The channel 15 is therefore angled by 90 °.
  • the membrane 18 is at least partially covered by a protective geometry 20 on the outside. This protective geometry 20 serves to protect the membrane 18 from vapor pressure.
  • the membrane 18 is of a
  • box-shaped cover 21 covered to protect against steam pressure.
  • the bottom 22 of the cover 21 is spaced apart from the surface of the
  • the cover of the cover 21 is thus formed by the basic housing 8 itself.
  • the edge 23 of the cover 21 stands on the surface of the base housing 8 and has a multiplicity of openings 24 through which the pressure compensation element 16, 18 arranged under the cover 21 is vented.
  • the cover 21 can be attached to the basic housing 8 by clipping or locking. It can also be provided that the cover 21 by means of ultrasound or
  • connection position of the pump unit can be selected as desired, as the
  • Pressure compensation element is surrounded by a suitable protective geometry 20.
  • the connector 6 is preferably manufactured in a single injection-molded part.
  • the contacts 9 are encapsulated with plastic during manufacture and are thus formed in an integrated manner.
  • the housing 2 of the pump unit is preferably a metal housing.
  • the housing can be the pump housing and / or the motor housing.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpeinheit (1) aufweisend einen Elektromotor mit einer eine Steuereinheit tragenden Leiterplatte, eine mittels des Elektromotors angetriebene Pumpe, ein die Leiterplatte umgebendes Gehäuse (2), und einen Steckverbinder (6), der auf der Außenseite des Gehäuses (2) mit einem Flansch (11) befestigt ist, der eine Öffnung (4) des Gehäuses überdeckt und der Kontakte (9) zur unmittelbaren elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte aufweist, die die Öffnung (4) des Gehäuses durchsetzen, wobei der 10 Steckverbinder (6) ein Grundgehäuse (8) umfasst, in dem die Kontakte (9) verlaufen und das sich an den Flansch (11) anschließt, wobei der Steckverbinder (6) ein Druckausgleichselement (16,18) aufweist, das im Grundgehäuse (8) angeordnet ist.

Description

Pumpeinheit aufweisend einen Steckverbinder mit
Druckausgleichselement
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpeinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Wasserpumpen weisen häufig Gleichstrommotoren auf. Die
Gleichstrommotoren umfassen einen Rotor, der mit einer Motorwelle verbunden ist und in einem Gehäuse drehbar gelagert ist. Der Rotor ist mit Permanentmagneten versehen. In dem Rotor ist ein Stator angeordnet, der auf einem Eisenkern eine Anzahl von Wicklungen trägt. Bei geeigneter
Ansteuerung erzeugen die Wicklungen ein Magnetfeld, das den Rotor zur Rotation antreibt. Die Wicklungen werden üblicherweise dreiphasig gewickelt und werden dementsprechend mit drei elektrischen Anschlüssen versehen, über die die Wicklungen mit einer Steuereinheit (ECU) verbunden werden können. Diese Steuergeräte werden insbesondere im Motorraum eingesetzt und sind dort erheblichen Temperaturschwankungen ausgesetzt, die zu größeren Druckschwankungen im Inneren des Gehäuses führen können. Zum Ausgleich dieser Druckschwankungen sind aus dem Stand der Technik semipermeable Membranen bekannt, die über eine Entlüftungsöffnung angeordnet Luft und auch Wasserdampf nach außen und innen über die Membran passieren lassen jedoch Wasser in flüssiger Form nicht. Bei
Wasserpumpen, die im Motorraum von Straßenfahrzeugen eingesetzt werden, besteht außerdem die Forderung zum Schutz der Pumpen vor von
Dampfdruckstrahlern erzeugtem Dampfdruck. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pumpeinheit mit einem möglichst einfachen Steckverbinder und mit einem möglichst einfachen Entlüftungselement bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird von einer Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Demnach ist eine Pumpeinheit aufweisend einen Elektromotor mit einer eine Steuereinheit tragenden Leiterplatte, eine mittels des Elektromotors
angetriebene Pumpe, ein die Leiterplatte umgebendes Gehäuse, und einen Steckverbinder, der auf der Außenseite des Gehäuses, insbesondere auf dem Gehäusedeckel, mit einem Flansch befestigt ist, der eine Öffnung des
Gehäuses, insbesondere des Gehäusedeckels, überdeckt und der Kontakte zur unmittelbaren elektrischen Kontaktierung der Leiterplatte aufweist, die die Öffnung des Gehäuses durchsetzen, vorgesehen, wobei der Steckverbinder ein Grundgehäuse umfasst, in dem die Kontakte verlaufen und das sich an den Flansch anschließt. Der Steckverbinder weist ein Druckausgleichselement auf, das im Grundgehäuse ist. Das Grundgehäuse kann gerade oder gekröpft ausgebildet sein. Durch Integration des Druckausgleichelementes in den Steckverbinder, wird der Herstellungsprozess deutlich vereinfacht.
Vorzugsweise liegt die kröpfungsferne Seite gegenüber von der Kröpfung. Der Steckverbinder weist bevorzugt einen außerhalb des Gehäuses liegenden Verbindungsbereich für einen Anschlussstecker auf.
Es ist vorteilhaft, wenn das Druckausgleichselement eine
wasserundurchlässige Membran umfasst, die in eine erste Öffnung eines Entlüftungskanals eingesetzt ist, wobei der Entlüftungskanal das
Grundgehäuse von der ersten Öffnung zu einer zweiten Öffnung hin
durchsetzt, wobei die zweite Öffnung im Bereich der Öffnung des Gehäuses liegt. Die erste Öffnung liegt auf der kröpfungsfernen Seite.
Die Membran kann durch Ultraschallschweißen, Laserstrahlschweißen oder Kleben mit dem Steckverbinder verbunden werden.
Vorzugsweise ist die Membran von einer Schutzgeometrie auf der Außenseite zumindest teilweise überdeckt. Diese Schutzgeometrie schützt die Membran vor Beschädigung durch Wasserdampf. Die Schutzgeometrie kann
beispielsweise eine kastenförmige Abdeckung umfassen, die Öffnungen zur Entlüftung des Gehäuses aufweist. Bevorzugt weist die Abdeckung in ihrem Rand die Öffnungen zur Entlüftung des Gehäuses auf.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Schutzgeometrie durch Clipsen oder Rasten mit dem Grundgehäuse verbindbar. Es kann aber auch
vorgesehen sein, dass die Abdeckung mittels Ultraschall- oder Laserschweißen befestigt wird.
In einer Ausführungsform verläuft der Entlüftungskanal zumindest teilweise parallel und beabstandet zu den Kontakten in dem Grundgehäuse des
Steckverbinders.
Das Gehäuse ist ein Metallgehäuse. Das Gehäuse ist bevorzugt das Pumpen- und/oder Motorgehäuse. Die Pumpeinheit ist vorzugsweise eine
Wasserpumpeinheit bzw. Wasserpumpe, die in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird.
In einer Ausführungsform ist das Druckausgleichselement im Grundgehäuse außerhalb eines Verbindungsbereichs, bevorzugt auf einer kröpfungsfernen Seite angeordnet.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Gleichartige oder gleichwirkende Bauteile werden in den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Es
zeigen :
Fig. 1 : eine Draufsicht auf eine herkömmliche Wasserpumpe mit
Steckverbinder und Druckausgleichselement,
Fig. 2: eine räumliche Ansicht eines Steckverbinders mit
Explosionszeichnung eines Druckausgleichselementes,
Fig. 3: eine weitere räumliche Ansicht des Steckverbinders aus Figur 2, sowie
Fig. 4: einen Längsschnitt durch den Steckverbinder aus Figur 2. Figur 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Wasserpumpeinheit 1 mit einem Gehäuse 2. Im Inneren des Gehäuses 2 ist ein Elektromotor, eine Steuereinheit tragende Leiterplatte und eine Pumpe angeordnet. Der
Gehäusedeckel des Gehäuses 2 weist an der leiterplattennahen Stirnseite zwei Öffnungen 3,4 auf. In eine erste Öffnung 3 ist eine Membran mit Clip zur Ausbildung eines Druckausgleichselementes 5 eingesetzt. Die zweite Öffnung 4 wird von einem Steckverbinder 6 verschlossen. Der Steckverbinder 6 kontaktiert unmittelbar mit seinen Kontakten die im Inneren des Gehäuses 2 befindliche Leiterplatte. Zum Anschluss des Steuergerätes weist der
Steckverbinder 6 einen Verbindungsbereich 7 für einen nicht dargestellten Anschlussstecker auf, der außerhalb des Gehäuses 2 liegt.
Die Figuren 2 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steckverbinders 6, der wie zuvor beschrieben, die Leiterplatte einer Pumpe elektrisch kontaktiert und einen außerhalb des Gehäuses liegenden
Verbindungsbereich 7 für einen Anschlussstecker aufweist. Der Steckverbinder 6 weist ein zylindrisches und rechtwinkliges, gekröpftes Grundgehäuse 8 auf.
In dem Grundgehäuse 8 verlaufen die Kontakte 9. Die Kontakte 9 stellen eine Leitungsstruktur dar, die bevorzugt durch Stanzen aus Kupferblech hergestellt ist. Die Kontakte 9 sind etwa um 90° gebogen und verlaufen in einem pumpengehäusefernen Endbereich, der Kröpfung 10, radial nach außen, parallel zur Oberfläche des Gehäuses 2. An dem Grundgehäuse 8 schließt auf der gehäusenahen Seite ein Flansch 11 zur Befestigung des Steckverbinders 6 mit dem Gehäusedeckel des Gehäuses 2 an. Das Grundgehäuse 8 sitzt mit seinem gehäusenahen Endbereich etwa senkrecht auf dem Flansch 11. Der Flansch 11 weist an seiner Unterseite eine geschlossene Nut 12 zum Einlegen einer Dichtung auf. Aus der Unterseite ragen die Kontaktenden 13 zur unmittelbaren elektrischen Kontaktierung mit der die Steuereinheit
aufweisenden Leiterplatte 14. Die Kontaktenden 13 sind bauchig ausgeformte Pins. Sie sind insbesondere als Einpressstifte zur Press-Fit-Kontaktierung ausgebildet. Der gehäuseferne Endbereich des Grundgehäuses 8 ist als
Verbindungsbereich 7 für einen Anschlussstecker ausgebildet. Das
Grundgehäuse 8 weist einen Entlüftungskanal 15 für ein
Druckausgleichselement 16 auf. Auf der kröpfungsfernen Seite des Grundgehäuses 8 ist eine erste Öffnung 17 des Kanals 15 angeordnet. Die erste Öffnung 17 ist von einer wasserundurchlässigen Membran 18 zum
Druckausgleich verschlossen. Die Membran 18 wird durch
Ultraschallschweißen, Laserstrahlschweißen oder Kleben mit dem
Steckverbinder 6 bzw. der ersten Öffnung 17 verbunden. Wie in Figur 4 dargestellt ist, verläuft der Entlüftungskanal 15 innerhalb des Grundgehäuses 8 etwa parallel und beabstandet zu den Kontakten 9. Eine zweite Öffnung 19 des Kanals 15 liegt im Flansch 11 und zwar in dem Bereich, der mit der Öffnung im Gehäuse 2 zusammenwirkt. Der Kanal 15 ist daher um 90° abgewinkelt.
Die Membran 18 ist von einer Schutzgeometrie 20 auf der Außenseite zumindest teilweise überdeckt. Diese Schutzgeometrie 20 dient zum Schutz der Membran 18 vor Dampfdruck. Die Membran 18 ist von einer
kastenförmigen Abdeckung 21 zum Schutz vor Dampfdruck abgedeckt. Der Boden 22 der Abdeckung 21 ist dabei beanstandet zur Oberfläche des
Grundgehäuses 8 angeordnet. Der Deckel der Abdeckung 21 wird somit durch das Grundgehäuse 8 selbst gebildet. Der Rand 23 der Abdeckung 21 steht auf der Oberfläche des Grundgehäuses 8 und weist eine Vielzahl an Öffnungen 24 auf, durch die eine Entlüftung des unter der Abdeckung 21 angeordneten Druckausgleichselementes 16,18 stattfindet. Die Abdeckung 21 kann durch Clipsen oder Rasten an dem Grundgehäuse 8 befestigt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Abdeckung 21 mittels Ultraschall- oder
Laserschweißen befestigt wird.
Durch die Integration des Druckausgleichselementes 16,18 in den
Steckverbinder 6 werden mögliche Leckstellen reduziert, zudem werden die Kosten reduziert, da weniger Dichtstellen vorhanden sind. Außerdem kann die Einbaulage der Pumpeinheit beliebig gewählt werden, da das
Druckausgleichselement von einer geeigneten Schutzgeometrie 20 umgeben ist. Der Steckverbinder 6 ist bevorzugt in einem einzigen Spritzgussteil gefertigt. Die Kontakte 9 werden bei der Herstellung mit Kunststoff umspritzt und somit integriert ausgebildet. Das Gehäuse 2 der Pumpeinheit ist bevorzugt ein Metallgehäuse. Das Gehäuse kann das Pumpengehäuse und/oder das Motorgehäuse sein.

Claims

Patentansprüche
1. Pumpeinheit (1) aufweisend einen Elektromotor mit einer eine
Steuereinheit tragenden Leiterplatte, eine mittels des Elektromotors angetriebene Pumpe, ein die Leiterplatte umgebendes Gehäuse (2), und einen Steckverbinder (6), der auf der Außenseite des Gehäuses (2) mit einem Flansch (11) befestigt ist, der eine Öffnung (4) des Gehäuses überdeckt und der Kontakte (9) zur unmittelbaren elektrischen
Kontaktierung der Leiterplatte aufweist, die die Öffnung (4) des Gehäuses durchsetzen, wobei der Steckverbinder (6) ein Grundgehäuse (8) umfasst, in dem die Kontakte (9) verlaufen und das sich an den Flansch (11) anschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (6) ein Druckausgleichselement (16,18) zur Entlüftung des Gehäuses (2) aufweist, das im Grundgehäuse (8) angeordnet ist.
2. Pumpeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
Druckausgleichselement eine wasserundurchlässige Membran (18) umfasst, die in eine erste Öffnung eines Entlüftungskanals (15)
eingesetzt ist, wobei der Entlüftungskanal (15) das Grundgehäuse (8) von der ersten Öffnung (17) zu einer zweiten Öffnung (19) hin
durchsetzt, wobei die zweite Öffnung (19) im Bereich der Öffnung (4) des Gehäuses (2) liegt.
3. Pumpeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Membran (18) durch Ultraschallschweißen, Laserstrahlschweißen oder Kleben mit dem Steckverbinder (6) verbunden ist.
4. Pumpeinheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (18) von einer Schutzgeometrie (20) auf der Außenseite zumindest teilweise überdeckt ist.
5. Pumpeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schutzgeometrie (20) eine kastenförmige Abdeckung (21) umfasst, die Öffnungen (24) zur Entlüftung des Gehäuses (2) aufweist.
6. Pumpeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Abdeckung (21) in ihrem Rand Öffnungen (24) zur Entlüftung des Gehäuses (2) aufweist.
7. Pumpeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzgeometrie (20) durch Clipsen oder Rasten mit dem Grundgehäuse (8) verbindbar ist.
8. Pumpeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Entlüftungskanal (15) zumindest teilweise parallel und beabstandet zu den Kontakten (9) verläuft.
9. Pumpeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) ein Metallgehäuse ist.
10. Pumpeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Grundgehäuse (8) des Steckverbinders (6) gekröpft ist und das Druckausgleichselement (16,18) im Grundgehäuse
(8) auf einer kröpfungsfernen Seite angeordnet ist.
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