WO2023036834A1 - Pumpe, insbesondere getriebeölpumpe mit modularem aufbau - Google Patents

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WO2023036834A1
WO2023036834A1 PCT/EP2022/074887 EP2022074887W WO2023036834A1 WO 2023036834 A1 WO2023036834 A1 WO 2023036834A1 EP 2022074887 W EP2022074887 W EP 2022074887W WO 2023036834 A1 WO2023036834 A1 WO 2023036834A1
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pump
housing
position sensor
rotary position
motor
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PCT/EP2022/074887
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Sigismund Jones
Christian Böhm
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Vitesco Technologies Germany Gmbh
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    • F04C2240/81—Sensor, e.g. electronic sensor for control or monitoring

Definitions

  • the invention relates to a pump, preferably a transmission oil pump, having a pump device, a pump housing, an electric motor, the drive shaft of which is coupled to the pump device, a rotary position sensor connected to a shaft end of the drive shaft, a motor controller for controlling the electric motor, and a rotary position sensor connected to the motor controller .
  • the electric motor and possibly the pump device are located between the electronics used to control the motor on the one hand and the rotary position transmitter and rotary position sensor on the other; since the rotational position sensor is thus arranged far away from the electronics, it has to be electrically connected to the electronics in a complex manner.
  • a pump in particular a transmission oil pump, having a pump device, a pump housing, which has at least one Bounded pumping device fluidly connected pump chamber.
  • the pump also includes an electric motor whose drive shaft is coupled to the pump device, a rotary position sensor connected to a shaft end of the drive shaft, a motor controller for controlling the electric motor and a rotary position sensor connected to the motor controller.
  • the rotary position sensor and the shaft end of the drive shaft are rotatably accommodated in the pump housing.
  • a control circuit of the motor control and the rotary position sensor are arranged adjacent to the pump housing accommodating the rotary position sensor. This arrangement is intended to enable improved cooling of the electronics used to control the electric motor.
  • the centering of the electric motor housing to the pump housing is done here with the help of the stator, more precisely at the end winding of the stator. This is usually difficult, since wires and contact elements and possibly the encapsulation of the stator usually get in the way. Under certain circumstances, the stator's laminated core must protrude far into the pump housing in order to enable sufficient centering. However, this increases the axial overall height of the arrangement.
  • a particular disadvantage of this arrangement of the electric motor or the housing of the electric motor and the pump or pump housing is that the drive shaft, the rotor of the electric motor and the rotor of the pump may not be optimally aligned with one another after final assembly. On the one hand, this has a negative impact on the properties of the magnetic field of the motor. On the other hand, a pump rotor that is not optimally aligned feeds Eccentricities in the pressure chambers of the pump and the resulting increased radial forces must be compensated for by bearings of the appropriate size.
  • the invention is based on the object of advantageously further developing a generic pump. Above all, the invention aims at improved assembly and disassembly, in particular the coaxiality of the individual components of the pump in the assembled state being increased while at the same time reducing the number of components.
  • the invention proposes that a housing wall of the motor housing designed as a bearing plate is detachably arranged in the area of a groove running around the edge of the bearing plate on the edge of the motor housing, and that at the same time the pump housing has an edge running around the edge of the pump housing on the inside on the bearing plate of the electric motor is also detachably arranged.
  • This has several advantages.
  • the alignment of the motor and the pumping device in particular is done on the end shield.
  • the end shield of the motor housing serves to center the essential components of the pump.
  • the end shield serves as a bearing for the drive shaft in this area, which means that in particular the number of components and thus costs can be reduced. This also reduces the tolerance chain with regard to a possible misalignment, in particular of the drive shaft in the pump.
  • an increase in coaxiality is achieved when arranging the components of the pump.
  • the drive shaft can be guided through a bore in a housing wall arranged between the electric motor and the pump device, meandering structures or differently shaped geometries being formed on the inside of the bore and/or on the outside of the shaft lying in the bore .
  • This housing wall can be about that Act stock shield.
  • leakage oil can be supplied from the pump to the electric motor for its cooling by the pressure in particular of a vane pump of, for example, 40 bar.
  • the shaft and plain bearing are also lubricated.
  • the electrical connection between the electric motor and the electronics/control can be free of the fluid to be pumped, in particular oil. This design enables a very short connection to be achieved between the electric motor and its control electronics.
  • a rotary position sensor connected to a shaft end of the drive shaft and in particular the shaft end of the drive shaft is rotatably accommodated in the pump housing and a control circuit of the motor control and a rotary position sensor connected to the motor control are arranged adjacent to the pump housing accommodating the rotary position sensor.
  • the motor control as closely as possible to the pump housing bordering the pump chamber promotes heat dissipation from the motor control, in particular from a commutation circuit, into the pump housing and from there the heat dissipation through the pumped fluid (preferably oil).
  • the advantage is also achieved that the rotary position sensor can be located only a small distance from the rotary position transmitter and at the same time in the vicinity of the motor control. The rotary position sensor can generate a precise sensor signal for the motor control that is dependent on the position of the rotary position transmitter that is constantly changing during operation.
  • the pump can preferably be an oil pump, such as a transmission oil pump.
  • an oil pump such as a transmission oil pump.
  • the use is not limited to this, but applications for all liquid pumpable media are possible, such as an application as a water pump.
  • the pump housing has a modular design, ie forms a housing module of the pump. It can preferably be arranged between a motor housing and an electrical housing.
  • the pump housing can represent an interface between the pump device and its suction and pressure-side pump chambers on the one hand and the electronics on the other.
  • the pump housing can, on the one hand, e.g. together with the end shield of the electric motor, border a pump space representing a wet space for the pump device and its pump chambers and at the same time, e.g. together with an electrical housing, an electronics space representing a dry space for the electronics or for the control of the limit the electric motor.
  • it is a multifunctional modular pump housing.
  • the pump housing also serves as a boundary for the electronics space, that is to say functionally also as an electronics housing, means that the entire structure and assembly/disassembly can be simplified and made more cost-effective.
  • the additional complex connection of the electronics to the sensor system required in the prior art can be dispensed with.
  • the electronics and the control of the electric motor due to their low Distance from the or the pump chambers of the pump device can be cooled by means of the pumped fluid (preferably oil), can be dispensed with an otherwise required separate cooling system for the power electronics. This also contributes to a simpler and more economical construction and more economical assembly/disassembly.
  • the sensor system which includes the rotary position transmitter and the rotary position sensor, can be selected and arranged in such a way that no second printed circuit board separate from the control or no extra electronic connection is required for them.
  • the distance between the rotary position sensor and the electronics or control can be shortened by arranging the electronics or control in an electronics installation space bordered by the pump housing.
  • the electronics installation space can be separated from the pump space by a wall of the pump housing.
  • the motor control and the rotational position sensor are arranged on a side of a wall of the pump housing that borders the pump chamber and faces away from the electric motor.
  • a distance between components of a control circuit of the motor control and a wall of the pump housing facing away from the electric motor and bordering the pump chamber is in the range of a few millimeters or less than one millimeter.
  • the pump chamber can preferably be a pressure chamber (as a pressure-side pump chamber) of the pumped fluid, preferably oil, that is fluidically connected to the pump device.
  • the drive shaft it is considered expedient for the drive shaft to extend through at least one component of the pumping device that can be driven by it. This favors a desired small distance between the rotary position transmitter and thus the rotary position sensor from the control of the electric motor. It is preferred that the rotational position sensor is mounted on a printed circuit board on which a control circuit for the motor control is located.
  • An expedient configuration is seen in the fact that the rotary position transmitter is fastened to the end of the drive shaft on the face side.
  • the rotary encoder which is preferably magnetic, can be mounted on the drive shaft on the pump side (wet room).
  • the rotary position sensor (slave) can be located within the dry electronics space in the housing.
  • the rotary position transmitter can be mounted on the drive shaft later, ie after the drive shaft has been guided through components of the pumping device.
  • the rotary position transmitter can have larger dimensions, in particular a larger diameter, than the smallest passage in the pumping device in terms of cross section.
  • the pump can be of compact design in terms of its radial extent, even when the rotational position sensor has comparatively large dimensions.
  • the rotary position transmitter is a permanent magnet and that the rotary position sensor is a magnetic field sensor. Due to the possibility of subsequent assembly, the magnet can be made sufficiently large to generate a sufficiently strong magnetic field. In order on the one hand to enable precise axial placement of the magnet and on the other hand to simplify subsequent dismantling of the pump, there is the possibility that the magnet is guided or held in an additional element. This element, which as
  • Magnet housing can be referred to, preferably at the interface to the drive shaft has a similar coefficient of expansion as the drive shaft. This enables a secure, non-positive connection (in particular a press fit) of the magnetic rotary position sensor to the drive shaft. In order to keep the tolerances of the axial position of the magnetic rotary encoder relative to the adjacent pump housing low, the magnet housing can be pressed onto the drive shaft during assembly. In addition, thanks to the degree of freedom gained in terms of magnet size, it is possible to use a less expensive magnet material (e.g. samarium cobalt). Since the pump in can have small dimensions in the radial direction, the friction torque of the pump can also be kept low.
  • a less expensive magnet material e.g. samarium cobalt
  • the rotational position sensor is positioned in such a way that an imaginary linear extension of the drive shaft leads geometrically through the rotational position sensor.
  • the wall of the pump housing facing away from the electric motor and bordering the pump chamber is thinner in an area between the rotary position sensor and the rotary position transmitter than in laterally adjoining wall areas and in particular has a thickness of less than two millimeters.
  • the rotational position sensor and the control circuit are mounted together on a printed circuit board.
  • the printed circuit board can be, for example, what is known as a printed circuit board (PCB) or, for example, a ceramic circuit carrier or, for example, a flex film or, for example, a rigid flex film.
  • the printed circuit board is arranged in such a way that the rotational position sensor and/or at least one electrical or electronic component of the control circuit and/or at least one other electrical or electronic component arranged on the printed circuit board and/or at least one surface area of the printed circuit board parallel to the circuit level is in heat-transferring direct or indirect contact with a wall of the pump housing that faces away from the electric motor and borders the pump chamber.
  • the circuit board can, for example, be equipped with transistors, in particular so-called MOSFETs, or other electrical and/or electronic components. It is also possible to equip the printed circuit board on both sides, in particular in such a way that components are located in the same position on the two opposite sides of the printed circuit board.
  • a heat conductor is applied to the outside of the wall of the pump housing that faces away from the electric motor and borders the pump chamber, so that it transfers heat.
  • the heat conductor is in particular a solid or a pasty or a liquid heat conductor, and that the rotational position sensor and/or at least one electrical or electronic component of the control circuit and/or at least one other electrical or electronic component arranged on the printed circuit board and/or at least one surface area of the printed circuit board parallel to the circuit level is in heat-transferring contact with the heat conductor.
  • the thermal conductor can be a thermally conductive adhesive, for example.
  • a sealing adhesive can be applied, as a result of which the electronics can be sealed off from the pump housing and from the environment.
  • thermally conductive adhesive and a sealing adhesive for cooling the power electronics means that once the adhesive material has hardened, the fastening elements that would otherwise be required, such as screws, rivets or the like, can be omitted. This also contributes to space and process savings.
  • the wall of the pump housing facing the printed circuit board and bordering the pump chamber can have a dome-like projection or a plurality of dome-like projections on the outside.
  • One or more dome-like projections can promote the transfer of heat from the control circuit, the printed circuit board or other electrical/electronic components fitted therewith to the wall of the pump housing bordering the pump chamber.
  • the control or power electronics in combination with a rotary position sensor selected to be insensitive to electronic field influences makes it possible for all electronic components to be cooled to be optimally cooled within a small installation space (due to the possible small dimensions of the pump) when the printed circuit board is equipped on both sides, which is almost parallel on top of each other to cool.
  • the power electronics can be cooled using a thermally conductive adhesive in conjunction with an additional sealing adhesive (seal of the electronics from the pump housing and from the environment).
  • the pump device can be a vane pump device. This also favors a space-saving construction of the pump. Alternatively, it would be possible to use a different type of pump, for example a G-rotor.
  • one or more projections can extend into the pump chamber, the projection or projections being designed such that a laminar or turbulent flow is promoted in the pump chamber during operation. In this way, a flow type that is favorable for cooling can be activated, so that one can speak of an active laminar or an active turbulent flow.
  • the projection or projections can be designed and arranged in such a way that a flow type favorable for heat transport results. At least one dome-like, preferably ring-shaped, projection is preferably formed.
  • the pump housing can preferably be produced in a casting process, preferably in the die-casting process. Aluminum, for example, comes into consideration as the material, but other materials can also be used.
  • the pump housing is preferably of modular design and can be exchanged for another pump housing on the pump if necessary, there is the possibility, depending on the requirements (in particular on the cooling capacity), of a pump housing with a suitable geometry, in particular with a suitable one, protruding into the pressure chamber select projections.
  • Pump housings that deviate from one another can be produced, for example, by arranging or by omitting interchangeable inserts in the casting tool. In this way, a pump housing can be provided that meets the requirements that exist in the individual case and enables effective cooling of the control, specifically a commutation circuit.
  • the electric motor can be a brushless direct current motor, in particular a single-phase or three-phase one. It is considered expedient for the control circuit to include power electronics, in particular a commutation circuit, with the commutation circuit having in particular a B2 bridge or a B6 bridge or an electrical circuit such as a midpoint circuit or full bridge.
  • the commutation circuit can have, for example, transistors, capacitors, resistors, coils, etc. as components.
  • both the pump and the pump housing have a modular design, with it being provided in particular that the pump housing is detachably attached to the bearing plate of the electric motor and that an electrical housing is detachably attached to a side of the pump housing facing away from the electric motor attached to the pump housing.
  • a pump space that represents a wet space can be delimited by the end shield and the pump housing, and an electronics space that represents a dry space can be delimited by the pump housing and the electrical housing. It is possible that the phase lines of the electric motor exit the pump at the highest point in the radial direction and are routed there parallel to the motor axis in the direction of the control.
  • the pumping device comprises a pressure plate, that the pressure plate has a through opening through which the drive shaft extends, and that an assembly comprising the rotary position sensor, which is a permanent magnet, and a magnet housing comprises a Having a diameter that is larger than a through hole diameter in the pressure plate.
  • the magnet For a sufficiently strong magnetic field, the magnet must have at least a certain diameter. A magnet diameter greater than 7.5 millimeters is preferred.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a pump according to the invention according to a preferred embodiment.
  • Fig. 3 shows a detail from Fig. 2
  • a pump 1 from the prior art is presented. It is a transmission oil pump, such as can be used in a motor vehicle, for example.
  • the pump 1 has a pump device 2 , a pump housing 3 , an electric motor 4 , a rotary position sensor 5 , a motor control 6 for controlling the electric motor 4 and a rotary position sensor 7 .
  • the pump device 2 has a vane pump device 18 and a pressure plate 19 .
  • the pump housing 3 borders the pump device 2, a pressure-side pump chamber 8 fluidically connected thereto and a suction-side pump chamber 9 fluidically connected to the pump device 2.
  • the electric motor 4 is a three-phase, brushless DC motor, which has a drive shaft 10, a associated rotor 11, and a cylindrical surrounding stator 12 has.
  • the drive shaft 10 is connected in a torsion-resistant manner to a rotating cylinder of the vane cell pump device 18, which is not shown in the schematic representation of FIG.
  • the rotary position sensor 5, which is a permanent magnet in the example, is fastened on the end face to a shaft end 13 of the drive shaft 10, which is rotatable in a bore 14, which is slightly larger in diameter, in the pump housing.
  • the rotary position sensor 7 is a magnetic field sensor.
  • the shaft end 13 of the drive shaft 10 and the rotary position sensor 5 fastened to it at the end are rotatably accommodated in the bore 14 in the pump housing 3 .
  • the motor control 6 and the rotational position sensor 7 are arranged adjacent to a wall 16 of the pump housing 3 which faces away from the electric motor 4 and in which the bore 14 is located.
  • the drive shaft 10 extends through components of the pump device 2 that can be driven by it.
  • the drivable components are at least one rotatable cylinder (rotor), which forms radial guides in itself, in which rotary slides are arranged to slide.
  • This rotor (or, if necessary, several rotors) are located within the vane cell pump device 18, which is shown only schematically and is hatched in this respect.
  • the drive shaft 10 also extends in the direction of its shaft end 13 through the pressure plate 19 and from there further into the bore 14.
  • the rotational position sensor 7 and the drive circuit 17 of the motor drive 6 are mounted together on a printed circuit board 20 .
  • the printed circuit board 20 is inserted into a geometrically matching recess 21 in the pump housing 3 and at its outer edge to the adjacent one Wall of the pump housing 3 attached, glued in the example.
  • a power supply of the printed circuit board 20 is denoted by 22 .
  • signal lines 23 are connected to the circuit board 20; these can be used, for example, to supply control signals in order to change the speed of the electric motor 4 or to switch the electric motor 4 on or off.
  • the drive circuit 17 includes a commutation circuit 24 which includes a B6 bridge.
  • the electric motor 4 is a three-phase direct current motor. From the three phases U, V, W go from the phase lines uniformly designated 25, which are connected to the printed circuit board 20 and the control circuit 17 formed on it. It follows from the description that the electric motor 4 has a sensor-based control.
  • a heat conductor 26 is applied on the outside in several sections to the wall 16 of the pump housing 3 which faces away from the electric motor 4 and borders the pressure-side pump chamber 8 .
  • the sections in which the heat conductor 26 is applied are selected in such a way that the rotary position sensor 7, also two transistors 27 (so-called MOSFETs) arranged on the circuit board 20 and several surface areas of the circuit board 20 parallel to the circuit level are in thermally conductive contact with the heat conductor 26 and are also in thermally conductive contact with the wall 16 by means of the heat conductor 26 .
  • the wall 16 has dome-like projections 28 on its side facing the printed circuit board 20 in order to promote heat transfer.
  • a likewise dome-like projection 29 extends into the pump chamber 8 on the pressure side, in order to provide for the heat transfer from the wall 16 to the fluid flowing in the pump chamber 8 (in Figure 1 not shown) advantageous flow type (laminar or turbulent) to favor.
  • the drive shaft 10 is guided through a bore 30 in a housing wall 31 arranged between the electric motor 4 and the pump device 2, the housing wall 31 being an end shield 32 of the electric motor 4 acts.
  • meandering depressions are formed on the inside of the bore 30, which are suitable for supplying leakage fluid from the pump device 2 to the electric motor 4 for its cooling.
  • the pump housing 3 has a modular design and has several functions.
  • the pump housing 3 is detachably fastened to the bearing plate 32 of the electric motor 4
  • an electrical housing 33 is detachably attached to the side of the pump housing 3 facing away from the electric motor 4 .
  • the electric motor 4 is surrounded by the end shield 32 and also by a motor housing 34 .
  • the drive shaft 10 is slidably mounted in the bore 30 and in a bearing 35 (not shown) in the motor housing 34 .
  • FIG. 1 A preferred exemplary embodiment of a pump 1 according to the invention is presented with reference to FIG.
  • the structure of the pump 1 according to the invention in FIG. 2 essentially corresponds to the pump from the prior art in FIG. 2 in particular the projections in the pump chambers 8 and 9 and the individual components of the electrical housing 33 including their thermally conductive connection to the pump housing 3 are not shown in detail here.
  • FIG. 3 The configuration according to the invention of the edge regions of the motor housing 34, the end shield 31 and the pump housing 3 and the corresponding relative arrangement of these components to one another is shown in FIG. 3 in detail.
  • the trained as a bearing plate 32 housing wall 31 of the motor housing 34 has at its edge facing the motor housing 34 to a continuous groove 32.1, the bearing plate 32 in the region of the groove 32.1 at the edge 34.1 of the Motor housing 34 is detachably arranged.
  • the pump housing 3 is in turn arranged detachably on the end shield 32 with an edge 3.2 that runs around the edge 3.1 of the pump housing 3 on the inside.
  • the end shield 32 of the motor housing 33 or of the electric motor 4 is used on the one hand to center the essential components of the pump.
  • the bearing plate 32 also serves in particular as a bearing for the drive shaft 10 in this area, as a result of which the number of components and thus costs can be saved, in particular by eliminating a corresponding bearing. This also reduces the tolerance chain with regard to a possible misalignment, in particular of the drive shaft 10 in the pump 1. Overall, compared to the known prior art, an increase in coaxility is achieved when arranging the components of the pump according to the invention.

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Abstract

Die folgende Erfindung betrifft eine Pumpe (1), vorzugsweise Getriebeölpumpe, umfassend einen Elektromotor (4) mit einem Motorgehäuse (34) umfassend eine Gehäusewand (31), eine Pumpeinrichtung (2) mit einem Pumpengehäuse (3), wobei die Antriebswelle (10) des Elektromotors (4) mit der Pumpeinrichtung (2) gekoppelt ist, und ein Elektrogehäuse (33) mit einer Motoransteuerung (6) zur Ansteuerung des Elektromotors (4), wobei das Elektrogehäuse (33) an einer von dem Elektromotor (4) abgewandten Seite des Pumpengehäuses (3) lösbar an dem Pumpengehäuse (3) angebracht ist, wobei die als Lagerschild (32) ausgebildete Gehäusewand (31) des Motorgehäuses (34) im Bereich einer am Rand des Lagerschilds (32) umlaufenden Nut (32.1) am Rand (34.1) des Motorgehäuses (34) lösbar angeordnet ist, und wobei das Pumpengehäuse (3) mit einer am Rand (3.1) innen umlaufenden Kante (3.2) am Lagerschild (32) des Elektromotors (4) lösbar angeordnet ist.

Description

Beschreibung
Pumpe, insbesondere Getriebeölpumpe mit modularem Aufbau
Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft eine Pumpe, vorzugsweise eine Getriebeölpumpe, aufweisend eine Pumpeinrichtung, ein Pumpengehäuse, einen Elektromotor, dessen Antriebswelle mit der Pumpeinrichtung gekoppelt ist, einen mit einem Wellenende der Antriebswelle verbundenen Drehpositionsgeber, eine Motoransteuerung zur Ansteuerung des Elektromotors und einen an die Motoransteuerung angeschlossenen Drehpositionssensor.
Stand der Technik
Die bekannten Lösungen für das Anbringen der Elektronik und eines als Drehpositionsgeber verwendeten Magnetes in einer elektrischen Getriebeölpumpe mit integrierter Elektronik und sensorbehafteter Ansteuerung beliefen sich unter anderem auf folgende zwei Möglichkeiten. Bei der einen Lösung wurde die Elektronik, in die der Drehpositionssensor (Nehmer) integriert war, am Elektromotor angeflanscht. Der magnetische Drehpositionsgeber wurde direkt auf der Motorwelle in der Nähe des Drehpositionssensors platziert. Als nachteilig daran wird empfunden, dass sich die Elektronik unerwünscht erwärmt. Als alternative Lösung ist bekannt, dass die Elektronik, die zur Ansteuerung des Elektromotors dient, an die Pumpeinrichtung angeflanscht wird. Bei dieser bekannten Lösung befinden sich der Elektromotor und ggf. die Pumpeinrichtung zwischen der zur Motoransteuerung dienenden Elektronik einerseits und dem Drehpositionsgeber und Drehpositionssensor andererseits; da der Drehpositionssensor somit weit von der Elektronik entfernt angeordnet ist, muss er aufwändig elektrisch an die Elektronik angebunden werden.
Eine Weiterbildung der bekannten Lösungen stellt die DE 10 2017 210 426 A1 dar. Diese beschreibt eine Pumpe, insbesondere Getriebeölpumpe, aufweisend eine Pumpeinrichtung, ein Pumpengehäuse, das zumindest eine mit der Pumpeinrichtung fluidisch verbundene Pumpkammer berandet. Weiterhin umfasst die Pumpe einen Elektromotor, dessen Antriebswelle mit der Pumpeinrichtung gekoppelt ist, einen mit einem Wellenende der Antriebswelle verbundenen Drehpositionsgeber, eine Motoransteuerung zur Ansteuerung des Elektromotors und einen an die Motoransteuerung angeschlossenen Drehpositionssensor. Dabei ist der Drehpositionsgeber und das Wellenende der Antriebswelle drehbar in dem Pumpengehäuse aufgenommen. Des Weiteren sind eine Ansteuerschaltung der Motoransteuerung und der Drehpositionssensor benachbart zu dem den Drehpositionsgeber aufnehmenden Pumpengehäuse angeordnet. Diese Anordnung soll eine verbesserte Abkühlung der zur Ansteuerung des Elektromotors dienenden Elektronik ermöglichen. . Dabei werden ein möglichst kompakter Aufbau der Pumpe und eine möglichst geringe Störanfälligkeit der Ansteuerung gegenüber magnetischen Fremdfeldern erreicht. Ferner lässt sich damit ein möglichst geringer Abstand mit geringen Toleranzen zwischen dem Drehpositionsgeber und dem Drehpositionssensor erreichen sowie eine genaue Erfassung der Drehposition der Antriebswelle des Elektromotors mittels des dazu mit dem Drehpositionsgeber zusammenwirkenden Drehpositionssensors.
Die Zentrierung des Elektromotorgehäuses zum Pumpengehäuse geschieht hier mit Hilfe des Stators, genauer gesagt am Wickelkopf des Stators. Dies ist in der Regel schwierig, da normaler Weise Drähte und Kontaktelemente und gegebenenfalls die Umspritzung des Stators im Weg sind. Unter Umständen muss das Blechpaket des Stators weit in das Pumpengehäuse hineinragen, um eine ausreichende Zentrierung zu ermöglichen. Dies erhöht aber die axiale Bauhöhe der Anordnung.
Besonders nachteilig bei dieser Anordnung von Elektromotor beziehungsweise Gehäuse des Elektromotors und Pumpe beziehungsweise Pumpengehäuse ist also, dass nach der Endmontage eventuell die Antriebswelle, der Rotor des Elektromotors und der Rotor der Pumpe nicht optimal zu einander ausgerichtet sind. Dies hat einerseits einen negativen Einfluss auf die Eigenschaft des Magnetfelds des Motors. Andererseits führt ein nicht optimal ausgerichteter Pumpenrotor zu Exzentrizitäten in den Druckkammern der Pumpe und dadurch erhöhte Radialkräfte müssen durch Lager entsprechender Größe kompensiert werden.
In der Regel muss auch das als Gehäusewand der Elektromotorgehäuses ausgebildet Lagerschild mit dem Stator des Elektromotors ausgerichtet werden. Zusammenfassung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Pumpe vorteilhaft weiterzubilden. Vor allem bezweckt die Erfindung eine verbesserte Montage und Demontage, wobei insbesondere die Koaxialität der einzelnen Komponenten der Pumpe im montierten Zustand, bei gleichzeitiger Reduzierung der Anzahl der Komponenten, erhöht wird.
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass eine als Lagerschild ausgebildete Gehäusewand des Motorgehäuses im Bereich einer am Rand des Lagerschilds umlaufenden Nut am Rand des Motorgehäuses lösbar angeordnet ist, und dass gleichzeitig das Pumpengehäuse mit einer am Rand des Pumpengehäuses innen umlaufenden Kante am Lagerschild des Elektromotors ebenfalls lösbar angeordnet ist. Dies hat mehrere Vorteile. Die Ausrichtung insbesondere des Motors und der Pumpeinrichtung geschieht am Lagerschild. Das Lagerschild des Motorgehäuses dient zum Einen zur Zentrierung der wesentlichen Komponenten der Pumpe. Zum Anderen dient das Lagerschild als Lager für die Antriebswelle in diesem Bereich, wodurch insbesondere die Anzahl der Komponenten und damit Kosten gespart werden können. Dadurch wird auch die Toleranzkette bezüglich einer möglichen Fehlausrichtung insbesondere der Antriebswelle in der Pumpe reduziert. Insgesamt wird eine Steigerung der Koaxilität bei der Anordnung der Komponenten der Pumpe erreicht.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Antriebswelle durch eine Bohrung in einer zwischen dem Elektromotor und der Pumpeinrichtung angeordneten Gehäusewand geführt ist, wobei auf der Innenseite der Bohrung und/oder auf der in der Bohrung liegenden Außenseite der Welle mäanderförmige Strukturen oder anders geformte Geometrien ausgebildet sind. Bei dieser Gehäusewand kann es sich um das Lagerschild handeln. Mittels der mäanderförmigen Strukturen oder mittels geeignet anders geformter Geometrien kann durch den Druck insbesondere einer Flügelzellenpumpe von bspw. 40 bar Leckageöl von der Pumpe dem Elektromotor zu dessen Kühlung zugeführt werden. Neben der Kühlung des Motors wird außerdem eine Schmierung der Welle und des Gleitlagers erreicht. Die elektrische Verbindung zwischen dem Elektromotor und der Elektronik/Ansteuerung kann frei von dem zu pumpenden Fluid, insbesondere Öl, sein. Durch die Gestaltung dieses Designs kann eine sehr kurze Verbindung zwischen dem Elektromotor und seiner zur Ansteuerung dienenden Elektronik erreicht werden.
Insbesondere ist ein mit einem Wellenende der Antriebswelle verbundener Drehpositionsgeber und insbesondere das Wellenende der Antriebswelle drehbar in dem Pumpengehäuse aufgenommen und es sind eine Ansteuerschaltung der Motoransteuerung und ein an die Motoransteuerung angeschlossener Drehpositionssensor benachbart zu dem den Drehpositionsgeber aufnehmenden Pumpengehäuse angeordnet.
Dadurch lassen sich mehrere Vorteile erreichen. Einerseits begünstigt eine möglichst eng benachbarte Anordnung der Motoransteuerung zu dem die Pumpkammer berandenden Pumpengehäuse eine Wärmeabfuhr aus der Motoransteuerung, insbesondere aus einer Kommutierungsschaltung, in das Pumpengehäuse und von dort den Wärmeabtransport durch das gepumpte Fluid (vorzugsweise Öl). Andererseits wird in Verbindung damit auch der Vorteil erreicht, dass sich der Drehpositionssensor in nur geringem Abstand von dem Drehpositionsgeber und gleichzeitig in der Nähe der Motoransteuerung befinden kann. Der Drehpositionssensor kann ein genaues, von der sich im Betrieb laufend ändernden Position des Drehpositionsgebers abhängiges Sensorsignal für die Motoransteuerung erzeugen. Es wird ein einfacher und zugleich gegenüber Störeinflüssen insbesondere gegenüber magnetischen Fremdfeldern auf den Drehpositionssensor unempfindlicher Aufbau bei zugleich einfacher und platzsparender Konstruktion, insbesondere bei Verwendung kostengünstiger Materialien, ermöglicht. Ebenfalls kann eine Konstruktion erreicht werden, bei der sich die Pumpe leicht montieren und demontieren lässt. Bevorzugt ist, dass ein Abstand zwischen dem Drehpositionssensor und dem Drehpositionsgeber im Bereich von wenigen Millimetern liegt. Da sich ein geringer Abstand zwischen dem Drehpositionsgeber und dem Drehpositionssensor wählen lässt, können auch von der Größe des Abstands abhängige Toleranzen verringert werden. Als zweckmäßig wird angesehen, dass dieser Abstand, insbesondere stufenlos, einstellbar ist, um ein bestmögliches Sensorsignal zu erhalten. Somit kann eine hohe Genauigkeit der Drehpositionserfassung der Antriebswelle erreicht werden. Anstelle von Drehposition könnte auch von Drehlage gesprochen werden.
Bei der Pumpe kann es sich vorzugsweise um eine Ölpumpe, wie bspw. um eine Getriebeölpumpe handeln. Der Einsatz ist aber nicht hierauf beschränkt, sondern es kommen Anwendungen für alle flüssigen pumpbaren Medien in Betracht, wie zum Beispiel auch eine Anwendung als Wasserpumpe.
Bevorzugt ist, dass das Pumpengehäuse modular gestaltet ist, d. h. ein Gehäusemodul der Pumpe bildet. Es kann vorzugsweise zwischen einem Motorgehäuse und einem Elektrogehäuse angeordnet sein. Das Pumpengehäuse kann eine Schnittstelle zwischen der Pumpeinrichtung und deren saug- und druckseitigen Pumpkammern einerseits und der Elektronik andererseits darstellen. Das Pumpengehäuse kann einerseits, bspw. gemeinsam mit dem Lagerschild des Elektromotors, ein einen Nassraum darstellenden Pumpenraum für die Pumpeinrichtung und deren Pumpkammern beranden und gleichzeitig, zum Beispiel gemeinsam mit einem Elektrogehäuse, ein einen Trockenraum darstellenden Elektronikraum für die Elektronik bzw. für die Ansteuerung des Elektromotors begrenzen. Insofern handelt es sich um ein multifunktionales modulares Pumpengehäuse. Dadurch, dass das Pumpengehäuse auch zur Berandung des Elektronikraumes, also funktional auch als Elektronikgehäuse dient, kann der gesamte Aufbau und die Montage/Demontage vereinfacht und kostengünstiger gestaltet werden. Zufolge der räumlichen Nähe zwischen dem Drehpositionssensor und der Ansteuerung kann auf die im Stand der Technik erforderliche zusätzliche aufwändige Anbindung der Elektronik an die Sensorik verzichtet werden. Da die Elektronik bzw. die Ansteuerung des Elektromotors zufolge ihres geringen Abstands von der oder den Pumpkammern der Pumpeinrichtung mittels des gepumpten Fluids (vorzugsweise Öl) gekühlt werden kann, kann auf ein sonst benötigtes gesondertes Kühlsystem für die Leistungselektronik verzichtet werden. Auch dies trägt zu einem einfacheren und preiswerteren Aufbau und einer günstigeren Montage/Demontage bei. Ein Vorteil ist außerdem, dass man die Sensorik, welche den Drehpositionsgeber und den Drehpositionssensor umfasst, so auswählen und anordnen kann, dass für sie keine zweite, von der Ansteuerung getrennte Leiterplatte bzw. keine extra elektronische Anbindung benötigt wird. Die Distanz zwischen dem Drehpositionssensor und der Elektronik bzw. Ansteuerung kann verkürzt werden, indem die Elektronik bzw. Ansteuerung in einem von dem Pumpengehäuse berandeten Elektronikbauraum angeordnet ist. Der Elektronikbauraum kann von dem Pumpenraum durch eine Wandung des Pumpengehäuses getrennt sein.
Bevorzugt ist, dass die Motoransteuerung und der Drehpositionssensor auf einer von dem Elektromotor abgewandten Seite einer die Pumpkammer berandenden Wandung des Pumpengehäuses angeordnet sind. Es besteht die Möglichkeit, dass ein Abstand zwischen Komponenten einer Ansteuerungsschaltung der Motoransteuerung und einer von dem Elektromotor abgewandten, die Pumpkammer berandenden Wandung des Pumpengehäuses im Bereich von wenigen Millimetern liegt oder kleiner als ein Millimeter ist. Mit abnehmendem Abstand und besonders, wenn dieser Abstand ganz entfällt, kann der Wärmeübergang von der Motoransteuerung auf das Pumpengehäuse und das darin geförderte Fluid, vorzugsweise Öl, begünstigt und dadurch vorteilhaft eine Kühlung der Motoransteuerung erreicht werden. Bei der Pumpkammer kann es sich vorzugsweise um eine mit der Pumpeinrichtung fluidisch verbundene Druckkammer (als druckseitige Pumpkammer) des gepumpten Fluids, vorzugsweise von Öl, handeln.
Als zweckmäßig wird angesehen, dass sich die Antriebswelle durch zumindest eine von ihr antreibbare Komponente der Pumpeinrichtung hindurch erstreckt. Dies begünstigt einen gewünschten geringen Abstand zwischen dem Drehpositionsgeber und somit dem Drehpositionssensor von der Ansteuerung des Elektromotors. Bevorzugt ist, dass der Drehpositionssensor auf einer Leiterplatte, auf der sich eine Ansteuerungsschaltung der Motoransteuerung befindet, montiert ist. Eine zweckmäßige Ausgestaltung wird darin gesehen, dass der Drehpositionsgeber an dem Wellenende der Antriebswelle stirnseitig befestigt ist. Der, vorzugsweise magnetische, Drehpositionsgeber kann auf der Pumpenseite (Nassraum) auf die Antriebswelle montiert sein. Der Drehpositionssensor (Nehmer) kann innerhalb des trockenen Elektronikraumes im Gehäuse sitzen. Vorzugsweise kann der Drehpositionsgeber an der Antriebswelle nachträglich montiert werden, also nachdem die Antriebswelle durch Komponenten der Pumpeinrichtung hindurchgeführt wurde. Dadurch kann der Drehpositionsgeber größere Abmessungen, insbesondere einen größeren Durchmesser, als der im Querschnitt kleinste Durchtritt in der Pumpeinrichtung aufweisen. Dadurch kann die Pumpe auch dann, wenn der Drehpositionssensor vergleichsweise große Abmessungen besitzt, in ihrer radialen Ausdehnung kompakt aufgebaut sein.
Bevorzugt ist, dass es sich bei dem Drehpositionsgeber um einen Permanentmagnet handelt und dass es sich bei dem Drehpositionssensor um einen Magnetfeldsensor handelt. Wegen der Möglichkeit der nachträglichen Montage kann der Magnet hinreichend groß ausgeführt sein, um ein ausreichend starkes Magnetfeld zu erzeugen. Um einerseits eine genaue axiale Platzierung des Magneten zu ermöglichen und um andererseits eine nachträgliche Demontage der Pumpe zu vereinfachen, besteht die Möglichkeit, dass der Magnet in einem zusätzlichen Element geführt oder gehalten ist. Dieses Element, das als
Magnetgehäuse bezeichnet werden kann, hat vorzugsweise an der Schnittstelle zur Antriebswelle einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie die Antriebswelle. Dies ermöglicht eine sichere, kraftschlüssige Anbindung (insbesondere eine Presspassung) des magnetischen Drehpositionsgebers an die Antriebswelle. Um die Toleranzen der axialen Position des magnetischen Drehpositionsgebers zu dem benachbarten Pumpengehäuse gering zu halten, kann das Magnetgehäuse bei der Montage auf die Antriebswelle auf Maß aufgepresst werden. Zusätzlich ist es durch den gewonnenen Freiheitsgrad in der Magnetgröße möglich, ein kostengünstigeres Magnetmaterial (zum Beispiel Samarium Kobalt) zu verwenden. Da die Pumpe in radialer Richtung kleine Abmessungen besitzen kann, kann auch das Reibmoment der Pumpe gering gehalten werden.
Bevorzugt ist, dass der Drehpositionssensor so positioniert ist, dass eine gedachte geradlinige Verlängerung der Antriebswelle geometrisch durch den Drehpositionssensor führt. Vorzugsweise ist die von dem Elektromotor abgewandte, den Pumpraum berandenden Wandung des Pumpengehäuses in einem Bereich zwischen dem Drehpositionssensor und dem Drehpositionsgeber dünnwandiger als in seitlich angrenzenden Wandbereichen ausgeführt und besitzt insbesondere eine Dicke von weniger als zwei Millimetern. Bevorzugt ist, dass der Drehpositionssensor und die Ansteuerungsschaltung gemeinsam auf einer Leiterplatte montiert sind. Bei der Leiterplatte kann es sich zum Beispiel um ein sog. Printed Circuit Board (PCB) handeln oder zum Beispiel um einen keramischen Schaltungsträger oder zum Beispiel um Flexfolie oder zum Beispiel um eine Starr-Flexfolie.
Um einen Wärmeentzug aus der Leistungselektronik der Ansteuerungsschaltung zu begünstigen, ist bevorzugt, dass die Leiterplatte so angeordnet ist, dass sich der Drehpositionssensor und/oder zumindest ein elektrisches oder elektronisches Bauelement der Ansteuerungsschaltung und/oder zumindest ein sonstiges auf der Leiterplatte angeordnetes elektrisches oder elektronisches Bauelement und/oder zumindest ein zur der Schaltungsebene paralleler Oberflächenbereich der Leiterplatte in wärmeübertragendem direktem oder indirektem Kontakt mit einer von dem Elektromotor abgewandten, die Pumpkammer berandenden Wandung des Pumpengehäuses befindet. Die Leiterplatte kann zum Beispiel mit Transistoren, insbesondere sog. MOSFETs, oder sonstigen elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen bestückt sein. Möglich ist auch eine beidseitige Bestückung der Leiterplatte, insbesondere in der Weise, dass sich Bauelemente an gleicher Position auf den beiden entgegengesetzten Leiterplattenseiten befinden.
Als zweckmäßige Weiterbildung wird angesehen, dass auf die von dem Elektromotor abgewandte, die Pumpkammer berandende Wandung des Pumpengehäuses außenseitig wärmeübertragend ein Wärmeleiter aufgebracht ist, wobei es sich bei dem Wärmeleiter insbesondere um einen festen oder um einen pastösen oder um einen flüssigen Wärmeleiter handelt, und dass der Drehpositionssensor und/oder zumindest ein elektrisches oder elektronisches Bauelement der Ansteuerungsschaltung und/oder zumindest ein sonstiges auf der Leiterplatte angeordnetes elektrisches oder elektronisches Bauelement und/oder zumindest ein zur der Schaltungsebene paralleler Oberflächenbereich der Leiterplatte in wärmeübertragendem Kontakt mit dem Wärmeleiter befindet. Bei dem Wärmeleiter kann es sich zum Beispiel um einen Wärmeleitkleber handeln. In Verbindung damit kann ein Dichtkleber aufgebracht werden, wodurch sich eine Abdichtung der Elektronik zum Pumpengehäuse und zur Umwelt erreichen lässt. Die Verwendung eines Wärmeleitklebers sowie eines Dichtklebers zur Entwärmung der Leistungselektronik ermöglicht es, dass bei ausgehärtetem Klebematerial die sonst benötigten Befestigungselemente, wie bspw. Schrauben, Nieten oder dergleichen, weggelassen werden können. Auch dies trägt zu Platz- und Prozesseinsparungen bei.
Die der Leiterplatte zuweisende, die Pumpkammer berandende Wandung des Pumpengehäuses kann außenseitig einen domartigen Vorsprung oder mehrere domartige Vorsprünge aufweisen. Ein oder mehrere domartige Vorsprünge können die Wärmeübertragung von der Ansteuerungsschaltung, der Leiterplatte oder von sonstigen damit bestückten elektrischen/elektronischen Bauelementen auf die die Pumpkammer berandende Wandung des Pumpengehäuses begünstigen. Die Ansteuerung bzw. Leistungselektronik in Kombination mit einem auf elektronische Feldeinflüsse unempfindlich gewählten Drehpositionssensor ermöglicht es bei einer beidseitigen Bestückung der Leiterplatte, die nahezu parallel übereinander liegt, alle zu kühlenden elektronischen Komponenten innerhalb eines kleinen Bauraumes (bedingt durch die möglichen geringen Abmessungen der Pumpe) optimal zu kühlen. Die Entwärmung der Leistungselektronik kann über einen Wärmeleitkleber in Verbindung mit einem zusätzlichen Dichtkleber (Abdichtung der Elektronik zum Pumpengehäuse und zur Umwelt) erfolgen. Die Pumpeinrichtung kann eine Flügelzellenpumpeinrichtung sein. Dies begünstigt ebenfalls einen platzsparenden Aufbau der Pumpe. Alternativ wäre eine Verwendung eines anderen Pumpentyps möglich, zum Beispiel eines G-Rotors.
Es können sich von dem Pumpengehäuse ausgehend ein Vorsprung oder mehrere Vorsprünge in die Pumpkammer hinein erstrecken, wobei der Vorsprung oder die Vorsprünge so ausgebildet ist oder sind, dass in der Pumpkammer im Betrieb eine laminare oder eine turbulente Strömung begünstigt wird. Auf diese Weise lässt sich ein zur Kühlung günstiger Strömungstyp aktivieren, so dass man von einer aktiven laminaren oder von einer aktiven turbulenten Strömung sprechen kann. Der oder die Vorsprünge können so gestaltet und angeordnet sein, dass ein zum Wärmetransport günstiger Strömungstyp resultiert. Bevorzugt ist zumindest ein domartiger, vorzugsweise ringförmiger, Vorsprung ausgebildet. Vorzugsweise kann das Pumpengehäuse in einem Gießverfahren, bevorzugt im Druckguss-Verfahren, hergestellt sein. Als Material kommt zum Beispiel Aluminium in Betracht, es können aber auch andere Materialien verwendet werden. Indem das Pumpengehäuse vorzugsweise modular ausgebildet ist und an der Pumpe bei Bedarf gegen ein anderes Pumpengehäuse ausgetauscht werden kann, besteht die Möglichkeit, je nach Anforderungen (insbesondere an die Kühlleistung) ein Pumpengehäuse mit dazu passender Geometrie, insbesondere mit dazu passenden, in den Druckraum ragenden Vorsprüngen auszuwählen. Insofern voneinander abweichende Pumpengehäuse können zum Beispiel mittels Anordnung oder durch Weglassen von Wechseleinsätzen im Gießwerkzeug hergestellt werden. Auf diese Weise kann ein Pumpengehäuse bereitgestellt werden, das den im Einzelfall bestehenden Anforderungen gerecht wird und eine wirksame Entwärmung der Ansteuerung, speziell eines Kommutierungskreises, ermöglicht. Durch die insbesondere im Zusammenhang mit Wechseleinsätzen mögliche Anpassung der Kühldomgeometrie ist es möglich, bei einer Variation von unterschiedlichen Leistungshalbleitern und insbesondere dadurch bedingten höheren elektrischen Strömen eine Skalierbarkeit von zur Zeit beispielsweise 700 W auf beispielsweise geschätzte 1500 W Pumpenleistung bei gleichem Gesamtaufbau der elektrischen Pumpe zu erreichen. Es besteht die Möglichkeit einer eventuellen Anpassung eines längeren Blechpaketes im Elektromotor. Dies ist im Rahmen einer modularen Bauweise möglich.
Bei dem Elektromotor kann es sich um einen, insbesondere einphasigen oder dreiphasigen, bürstenlosen Gleichstrommotor handeln. Als zweckmäßig wird angesehen, dass die Ansteuerungsschaltung Leistungselektronik, insbesondere einen Kommutierungskreis, umfasst, wobei der Kommutierungskreis insbesondere eine B2-Brücke oder eine B6-Brücke oder eine elektrische Beschaltung wie Mittelpunkt-Schaltung oder Vollbrücke aufweist. Der Kommutierungskreis kann als Komponenten bspw. Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, Spulen usw. aufweisen.
Wie schon ausgeführt wurde, ist bevorzugt, dass sowohl die Pumpe als auch das Pumpengehäuse modular aufgebaut ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Pumpengehäuse an dem Lagerschild des Elektromotors lösbar angebracht ist und dass an einer von dem Elektromotor abgewandten Seite des Pumpengehäuses ein Elektrogehäuse lösbar an dem Pumpengehäuse angebracht ist. Von dem Lagerschild und dem Pumpengehäuse kann ein einen Nassraum darstellender Pumpenraum begrenzt werden, und von dem Pumpengehäuse und dem Elektrogehäuse kann ein einen Trockenraum darstellender Elektronikraum begrenzt werden. Es besteht die Möglichkeit, dass die Phasenleitungen des Elektromotors in radialer Richtung an der höchsten Stelle aus der Pumpe austreten und dort parallel zur Motorachse in Richtung zu der Ansteuerung geführt werden. Dabei kann wahlweise ein lösbares oder ein nicht lösbares Verbindungsglied zwischen Motor und Elektronik eingesetzt werden. Es besteht die Möglichkeit, dass die Pumpeinrichtung eine Druckplatte umfasst, dass die Druckplatte eine Durchgangsöffnung aufweist, durch die sich die Antriebswelle erstreckt, und dass eine Baugruppe, die den Drehpositionsgeber, bei dem es sich um einen Permanentmagnet handelt, und ein Magnetgehäuse umfasst, einen Durchmesser aufweist, der größer als ein Durchgangsöffnungsdurchmesser in der Druckplatte ist. Für ein ausreichend starkes Magnetfeld muss der Magnet mindestens einen gewissen Durchmesser besitzen. Bevorzugt ist ein Magnetdurchmesser, der größer als 7,5 Millimeter ist. Ein entsprechend großer Durchtritt (Durchgangsöffnung) in der Druckplatte (für eine Montage mit vorinstallierten Magneten) verkleinert allerdings die Dichtfläche zwischen Pumpenrotor und Platte, bzw. bei gleicher Dichtfläche würde die Pumpe radial größer bauen und würde dadurch ungünstigere Reibradien erhalten. Die Auflösung dieses Zielkonfliktes zwischen einem kleinen Durchgangsöffnungsdurchmesser (Durchtrittsdurchmesser) und einem großen Magnetdurchmesser wird durch die in dieser Anmeldung beschriebene Möglichkeit, den Magneten nachträglich zu montieren, erreicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Figur, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt, weiter beschrieben. Dabei zeigt:
Fig.1 schematisch in einer Schnittansicht einer Pumpe gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 2 schematisch in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Pumpe gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 2
Beschreibung des Stands der Technik
Mit Bezug auf Figur 1 wird eine Pumpe 1 aus dem Stand der Technik vorgestellt. Es handelt sich um eine Getriebeölpumpe, wie diese zum Beispiel für ein Kraftfahrzeug Verwendung finden kann. Die Pumpe 1 weist eine Pumpeinrichtung 2, ein Pumpengehäuse 3, einen Elektromotor 4, einen Drehpositionsgeber 5, eine Motoransteuerung 6 zur Ansteuerung des Elektromotors 4 sowie einen Drehpositionssensor 7 auf. Die Pumpeinrichtung 2 weist eine Flügelzellenpumpeinrichtung 18 und eine Druckplatte 19 auf. Das Pumpengehäuse 3 berandet die Pumpeinrichtung 2, eine fluidisch damit verbundene druckseitige Pumpkammer 8 und eine fluidisch mit der Pumpeinrichtung 2 verbundene saugseitige Pumpkammer 9. Bei dem Elektromotor 4 handelt es sich in dem Beispiel um einen dreiphasigen, bürstenlosen Gleichstrommotor, der eine Antriebswelle 10, einen damit verbundenen Rotor 11 , und einen diesen zylindrisch umgebenden Stator 12 aufweist. Die Antriebswelle 10 ist zur Übertragung von Drehmoment drehsteif mit einem in der schematischen Darstellung von Figur 1 nicht gezeigten rotierenden Zylinder der Flügelzellenpumpeinrichtung 18 verbunden. Der Drehpositionsgeber 5, bei dem es sich im Beispiel um einen Permanentmagnet handelt, ist an einem Wellenende 13 der Antriebswelle 10, das in einer im Durchmesser geringfügig größeren Bohrung 14 in dem Pumpengehäuse drehbar ist, stirnseitig befestigt. Dazu passend handelt es sich bei dem Drehpositionssensor 7 um einen Magnetfeldsensor. Der Drehpositionsgeber 5, bei dem es sich um einen Permanentmagneten handelt, ist in einem zylindrischen Magnetgehäuse 15 fixiert, welches mittels einer Presspassung auf das Wellenende 13 aufgepresst ist, so dass dabei ein gewünschter axialer Abstand zwischen der Stirnwand der Bohrung 14 und der ihr zugewandten Oberfläche des Drehpositionsgebers 5 eingestellt werden kann. Das Wellenende 13 der Antriebswelle 10 und der daran stirnseitig befestigte Drehpositionsgeber 5 sind drehbar in der Bohrung 14 in dem Pumpengehäuse 3 aufgenommen. Die Motoransteuerung 6 und der Drehpositionssensor 7 sind benachbart zu einer von dem Elektromotor 4 abgewandten Wandung 16 des Pumpengehäuses 3, in der sich die Bohrung 14 befindet, angeordnet.
Damit sich das Wellenende 13 in der dem Drehpositionssensor 7 benachbarten Bohrung 14 in der Wandung 16 befinden kann, erstreckt sich die Antriebswelle 10 durch von ihr antreibbare Komponenten der Pumpeinrichtung 2 hindurch. In dem Beispiel handelt es sich bei den antreibbaren Komponenten um zumindest einen drehbaren Zylinder (Rotor), welcher in sich radiale Führungen ausbildet, in denen gleitend Drehschieber angeordnet sind. Dieser Rotor (oder bei Bedarf mehrere Rotoren) befinden sich innerhalb der nur schematisch wiedergegebenen und insofern schraffierten Flügelzellenpumpeinrichtung 18. Im Weiteren erstreckt sich die Antriebswelle 10 in Richtung zu ihrem Wellenende 13 durch die Druckplatte 19 und von dort weiter bis in die Bohrung 14 hinein.
Der Drehpositionssensor 7 und die Ansteuerungsschaltung 17 der Motoransteuerung 6 sind gemeinsam auf einer Leiterplatte 20 montiert. Die Leiterplatte 20 ist in eine zu ihr geometrisch passende Ausnehmung 21 in dem Pumpengehäuse 3 eingesetzt und an ihrem Außenrand an der angrenzenden Wandung des Pumpengehäuses 3 befestigt, in dem Beispiel verklebt. Mit 22 ist eine Stromversorgung der Leiterplatte 20 bezeichnet. Des Weiteren sind Signalleitungen 23 an die Leiterplatte 20 angeschlossen; diese können beispielsweise zur Zufuhr von Steuersignalen dienen, um die Drehzahl des Elektromotors 4 zu verändern oder um den Elektromotor 4 ein- oder auszuschalten. In Fig. 1 beinhaltet die Ansteuerungsschaltung 17 einen Kommutierungskreis 24, der eine B6-Brücke beinhaltet. Dementsprechend handelt es sich bei dem Elektromotor 4 um einen dreiphasigen Gleichstrommotor. Von dessen drei Phasen U, V, W gehen die einheitlich mit 25 bezeichneten Phasenleitungen aus, die mit der Leiterplatte 20 und der auf ihr gebildeten Ansteuerungsschaltung 17 verbunden sind. Aus der Beschreibung folgt, dass der Elektromotor 4 eine sensorbehaftete Ansteuerung aufweist.
In der Fig. 1 ist vorgesehen, dass auf die von dem Elektromotor 4 abgewandte, die druckseitige Pumpkammer 8 berandende Wandung 16 des Pumpengehäuses 3 außen in mehreren Abschnitten ein Wärmeleiter 26 aufgebracht ist. Die Abschnitte, in denen der Wärmeleiter 26 aufgebracht ist, sind so gewählt, dass der Drehpositionssensor 7, außerdem zwei auf der Leiterplatte 20 angeordnete Transistoren 27 (sog. MOSFETs) sowie mehrere zu der Schaltungsebene parallele Oberflächenbereiche der Leiterplatte 20 in wärmeleitendem Kontakt mit dem Wärmeleiter 26 und mittels der Wärmeleiters 26 auch in wärmeleitendem Kontakt zu der Wandung 16 stehen. Dabei weist die Wandung 16 auf ihrer der Leiterplatte 20 zugewandten Seite domartige Vorsprünge 28 auf, um den Wärmeübergang zu begünstigen. In dem Beispiel ist des Weiteren vorgesehen, dass sich von der entgegengesetzten Wandseite der Wandung 16 ausgehend ein ebenfalls domartiger Vorsprung 29 in die druckseitige Pumpkammer 8 erstreckt, um darin einen für den Wärmeübergang von der Wandung 16 auf das in der Pumpkammer 8 strömende Fluid (in Figur 1 nicht mit dargestellt) vorteilhaften Strömungstyp (laminar oder turbulent) zu begünstigen.
In Fig. 1 ist die Antriebswelle 10 durch eine Bohrung 30 in einer zwischen dem Elektromotor 4 und der Pumpeinrichtung 2 angeordneten Gehäusewand 31 geführt, wobei es sich bei der Gehäusewand 31 um einen Lagerschild 32 des Elektromotors 4 handelt. Auf der Innenseite der Bohrung 30 sind in dem Beispiel mäanderförmige Vertiefungen (in Figur 1 nicht mit dargestellt) ausgebildet, die geeignet sind, um dem Elektromotor 4 zu dessen Kühlung Leckagefluid aus der Pumpeinrichtung 2 zuzuführen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Pumpengehäuse 3 modular aufgebaut und besitzt mehrere Funktionen. Das Pumpengehäuse 3 ist an dem Lagerschild 32 des Elektromotors 4 lösbar befestigt, und an der von dem Elektromotor 4 abgewandten Seite des Pumpengehäuses 3 ist daran ein Elektrogehäuse 33 lösbar angebracht. Der Elektromotor 4 wird von dem Lagerschild 32 und zusätzlich von einem Motorgehäuse 34 umgeben. Die Antriebswelle 10 ist in der Bohrung 30 gleitend und in einer nicht näher dargestellten Lagerung 35 in dem Motorgehäuse 34 gelagert.
Beschreibung der Ausführungsformen
Mit Bezug auf Fig. 2 wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe 1 vorgestellt.
Bis auf die Ausgestaltung der Randbereiche des Motorgehäuses 34, des Lagerschilds 31 und des Pumpengehäuses 3 und der entsprechenden relativen Anordnung dieser Komponenten zueinander entspricht der Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpe 1 in Fig. 2 im Wesentlichen der Pumpe aus dem Stand der Technik in die Figur 1 , wobei hier in Fig. 2 insbesondere die Vorsprünge in den Pumpenräumen 8 und 9 und die einzelnen Bestandteile des Elektrogehäuses 33 einschließlich deren wärmeleitende Anbindung an das Pumpengehäuse 3 nicht im Detail gezeigt sind.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Randbereiche des Motorgehäuses 34, des Lagerschilds 31 und des Pumpengehäuses 3 und der entsprechenden relativen Anordnung dieser Komponenten zueinander wird in Fig. 3 im Detail gezeigt.
Die als Lagerschild 32 ausgebildete Gehäusewand 31 des Motorgehäuses 34 weist an seinem dem Motorgehäuse 34 zugewandten Rand eine um laufende Nut 32.1 auf, wobei das Lagerschild 32 im Bereich der Nut 32.1 am Rand 34.1 des Motorgehäuses 34 lösbar angeordnet ist. Auf der dem Motorgehäuse 34 abgewandten Seite des Lagerschilds 32 ist wiederum das Pumpengehäuse 3 mit einer am Rand 3.1 des Pumpengehäuses 3 innen umlaufenden Kante 3.2 am Lagerschild 32 lösbar angeordnet. Somit ist bei der Montage der Komponenten der Pumpe 1 das Lagerschild 32 die Komponente, an der die übrigen Komponenten ausgerichtet, insbesondere zentriert werden. Die nach der Montage auftretenden Axialkräfte wirken insbesondere nicht auf den Stator des Elektromotors, sondern werden am Lagerschild 22 neutralisiert.
Das Lagerschild 32 des Motorgehäuses 33 beziehungsweise des Elektromotors 4 dient zum Einen zur Zentrierung der wesentlichen Komponenten der Pumpe. Zum Anderen dient das Lagerschild 32 insbesondere auch als Lager für die Antriebswelle 10 in diesem Bereich, wodurch insbesondere durch Wegfall eines entsprechenden Lagers die Anzahl der Komponenten und damit Kosten gespart werden können. Dadurch wird auch die Toleranzkette bezüglich einer möglichen Fehlausrichtung insbesondere der Antriebswelle 10 in der Pumpe 1 reduziert. Insgesamt wird gegenüber dem bekannten Stand der Technik eine Steigerung der Koaxilität bei der Anordnung der Komponenten der erfindungsgemäßen Pumpe erreicht.

Claims

Patentansprüche
1. Pumpe (1 ), insbesondere Getriebeölpumpe, umfassend einen Elektromotor (4) mit einem Motorgehäuse (34) umfassend eine Gehäusewand (31 ), eine Pumpeinrichtung (2) mit einem Pumpengehäuse (3), wobei die Antriebswelle (10) des Elektromotors (4) mit der Pumpeinrichtung (2) gekoppelt ist, und ein Elektrogehäuse (33) mit einer Motoransteuerung (6) zur Ansteuerung des Elektromotors (4), wobei das Elektrogehäuse (33) an einer von dem Elektromotor (4) abgewandten Seite des Pumpengehäuses (3) lösbar an dem Pumpengehäuse (3) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die als Lagerschild (32) ausgebildete Gehäusewand (31 ) des Motorgehäuses (34) im Bereich einer am Rand des Lagerschilds (32) umlaufenden Nut (32.1 ) am Rand (34.1 ) des Motorgehäuses (34) lösbar angeordnet ist, und dass das Pumpengehäuse (3) mit einer am Rand (3.1 ) innen umlaufenden Kante (3.2) am Lagerschild (32) des Elektromotors (4) lösbar angeordnet ist.
2. Pumpe (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (10) durch eine Bohrung (30) in der zwischen dem Elektromotor (4) und der Pumpeinrichtung (2) angeordneten Gehäusewand (31 ) geführt ist, wobei auf der Innenseite der Bohrung und/oder auf der in der Bohrung liegenden Außenseite der Welle mäanderförmige Strukturen oder anders geformte Geometrien ausgebildet sind.
3. Pumpe (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einem Wellenende (13) der Antriebswelle (10) verbundener Drehpositionsgeber (5) und insbesondere das Wellenende (13) der Antriebswelle (10) drehbar in dem Pumpengehäuse (3) aufgenommen ist oder sind und dass eine Ansteuerschaltung (17) der Motoransteuerung (6) und ein an die Motoransteuerung (6) angeschlossener Drehpositionssensor (7) benachbart zu dem den Drehpositionsgeber (5) aufnehmenden Pumpengehäuse (3)angeordnet sind.
4. Pumpe (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motoransteuerung (6) und der Drehpositionssensor (7) auf einer von dem Elektromotor (4) abgewandten Seite einer die Pumpkammer (8) berandenden Wandung (16) des Pumpengehäuses (3) angeordnet sind.
5. Pumpe (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Antriebswelle (10) zumindest durch eine von ihr antreibbare Komponente der Pumpeinrichtung, insbesondere durch die gesamte Pumpeinrichtung (2), hindurch erstreckt.
6. Pumpe (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpositionssensor (7) auf einer Leiterplatte (20), auf der sich eine Ansteuerungsschaltung (17) der Motoransteuerung (6) befindet, montiert ist.
7. Pumpe (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpositionsgeber (5) an dem Wellenende (13) der Antriebswelle (10) stirnseitig befestigt ist.
8. Pumpe (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Drehpositionsgeber (5) um einen Permanentmagnet handelt und dass es sich bei dem Drehpositionssensor (7) um einen Magnetfeldsensor handelt.
9. Pumpe (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpositionssensor (7) so positioniert ist, dass eine gedachte geradlinige Verlängerung der Antriebswelle (10) geometrisch durch den Drehpositionssensor (7) führt.
10. Pumpe (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpositionssensor (7) und die Ansteuerungsschaltung (17) gemeinsam auf einer Leiterplatte (20) montiert sind. 19
11. Pumpe (1 ) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (20) so angeordnet ist, dass sich der Drehpositionssensor (7) und/oder zumindest ein elektrisches oder elektronisches Bauelement der Ansteuerungsschaltung (17) und/oder zumindest ein sonstiges auf der Leiterplatte (20) angeordnetes elektrisches oder elektronisches Bauelement und/oder zumindest ein zur der Schaltungsebene paralleler Oberflächenbereich der Leiterplatte (20) in wärmeübertragendem direktem oder indirektem Kontakt mit einer von dem Elektromotor (4) abgewandten, die Pumpkammer (8) berandenden Wandung (16) des Pumpengehäuses (3) befindet.
12. Pumpe (1 ) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpeinrichtung (2) eine Druckplatte (19) umfasst, dass die Druckplatte (19) eine Durchgangsöffnung aufweist, durch die sich die Antriebswelle (10) erstreckt, und dass eine Baugruppe, die den Drehpositionsgeber (5), bei dem es sich um einen Permanentmagnet handelt, und ein Magnetgehäuse (15) umfasst, einen Durchmesser aufweist, der größer als ein Durchgangsdurchmesser der Druckplatte (19) ist.
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