DE10045596A1

DE10045596A1 - Pumpe mit einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE10045596A1
Application number: DE10045596A
Authority: DE
Inventors: Lothar Ochs; Gunther Martin
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2002-04-04
Anticipated expiration: 2020-09-16
Also published as: DE10045596B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, einer Kommutierungsschaltung und einem Lagerschild, das zwischen einem fördermediumdurchströmten Pumpenraum und dem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor angeordnet ist. Bei bekannten Pumpen dieser Art sind die Kommutierungsschaltung und eine Statorwicklung in dem gleichen Raum untergebracht, wodurch die Wärmeabfuhr nur unzureichend gewährleistet ist. Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei einer Pumpe, insbesondere für den Einsatz als Kfz-Kühlwasserpumpe, eine optimale Kühlung der Kommutierungsschaltung und der Statorwicklung bei möglichst geringem Bauraum und geringem Gewicht und einfacher Montagemöglichkeit zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kommutierungsschaltung im Lagerschild angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe mit einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, einer Kommutierungsschaltung und einem Lagerschild, das zwischen einem fördermediumdurchströmten Pumpenraum und dem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor angeordnet ist.

Derartige Pumpen werden u. a. als Kühlwasserpumpe in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Aufgrund zunehmend strengeren Umweltschutzauflagen ist es zwingend notwendig, nicht nur den Kraftstoffverbrauch von Kraftfahrzeugen kontinuierlich zu senken, sondern auch die Emissionen zu verringern. Eine Möglichkeit dazu bietet der Ersatz der herkömmlichen, vom Verbrennungsmotor über Riemen direkt angetriebenen Kühlwasserpumpe durch eine ebensolche elektromotorisch betriebene. Diese bietet die Vorteile, einfach ein- und ausschaltbar sowie regel- und steuerbar zu sein, um so insbesondere in der ohnehin kalten Motorstartphase Kraftstoff zu sparen und Emissionen zu verringern. Nach hoher Belastung des Verbrennungsmotors kann dieser zudem besser vor Überhitzung geschützt werden, indem mittels einer Nachlauffunktion die elektrische Kühlwasserpumpe weiterbetrieben und so der ruhende Verbrennungsmotor zuverlässig nachgekühlt wird. Um den Vorteil des so eingesparten Kraftstoffs nicht durch Erhöhung des Fahrzeuggewichts teilweise wieder zu kompensieren ist es erforderlich, gewichtsparende, elektromotorisch betriebene Kühlwasserpumpen mit hohem Wirkungsgrad zu verwenden. Dazu sind elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren besonders geeignet, da diese neben einer hohen Lebensdauer einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Voraussetzung für einen guten Wirkungsgrad ist ein gute Kühlung sowohl der Wicklung des Elektromotors als auch der Kommmutierungsschaltung.

Bei bekannten Kühlwasserpumpen ist die Kommutierungsschaltung zusammen mit einer Statorwicklung im wesentlichen in einem einzigen Raum angeordnet. Dadurch ist eine Kühlung der Statorwicklung und der Kommutierungsschaltung nur begrenzt zu gewährleisten. Die von diesen Baugruppen produzierte Wärmemengen wirken sich negativ auf die elektrischen und elektronischen Bauteile und deren Wirkungsgrad aus.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung bei einer Pumpe, insbesondere für den Einsatz als Kfz-Kühlwasserpumpe, eine optimale Kühlung der Kommutierungsschaltung und der Statorwicklung bei möglichst geringem Bauraum, geringem Gewicht und einfacher Montagemöglichkeit zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Kommutierungsschaltung im Lagerschild angeordnet ist. Dadurch wird einerseits die Kommutierungsschaltung besonders raumsparend untergebracht und andererseits durch Ihre direkte Lage am Fördermedium optimal gekühlt. Dabei kann die Kommutierungsschaltung als separates Bauteil gefertigt und zusammen mit dem Lagerschild als Baueinheit auf einfache Weise montiert werden. Die gute Bauraumausnutzung und optimierte Kühlung begründen zudem eine deutliche Gewichtseinsparung.

Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt.

Es ist bei einem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen, das Lagerschild aus zwei Lagerschildteilen aufzubauen. So besteht die Möglichkeit, die Kommutierungsschaltung auf einfache Weise darin aufzunehmen. Um alle spannungsführenden Bauteile, insbesondere die Kommmutierungsschaltung und eine Statorwicklung, vor einem Kontakt zum Fördermedium isolierend zu schützen ist vorgesehen, diese vom fördermediumdurchströmten Pumpenraum hermetisch dicht zu trennen.

Es genügt, nur Schnittstellen zwischen dem ersten Lagerschildteil und dem zweiten Lagerschildteil, die mit dem Fördermedium in Kontakt stehen, hermetisch abzudichten. Dadurch wird sehr wenig Dichtungsmaterial benötigt und das Gewicht verringert.

Montagetechnische Vorteile ergeben sich mit einer Dichtung, die formschlüssig mit dem Lagerschild und/oder dem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor und/oder dem Pumpenkopf verbunden ist. Für die Herstellung dieser Dichtung eignet sich besonders ein Zweikomponenten-Spritzgussverfahren.

Aus montagetechnischen Gründen kann zur hermetisch dichten Trennung der stromführenden Bauteile vom fördermediumdurchströmten Pumpenraum eine feste Dichtung vorgesehen sein, es ist aber auch denkbar, eine flüssige Dichtmasse zu verwenden.

Vorteilhafterweise befinden sich zum Abtransport der Wärmeenergie aus dem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor im komplett montierten Lagerschild mindestens ein Zirkulationskanal, welcher einen Austausch des Fördermediums zwischen den Bereichen des Pumpenraums und eines von einem Spalttopf begrenzten Rotorraums erlaubt. Auch wird die Kühlung und Schmierung hydrodynamischer Gleitlager verbessert.

Bei einer ersten Variante der ersten Ausführungsform trägt eine Leiterplatte die Kommutierungsschaltung, die zwischen dem ersten Lagerschildteil und dem zweiten Lagerschildteil angeordnet ist. Dies ermöglicht die Verwendung erprobter Fertigungsverfahren und eine einfache Montage.

Eine zweite Variante der ersten Ausführungsform sieht vor, eines der beiden Lagerschildteile als Leiterplatte der Kommutierungsschaltung auszubilden. Hierdurch kann weiterer Bauraum und Gewicht eingespart werden. Die Kühlung kann so weiter verbessert werden, da das Fördermedium zumindest von einer Seite unmittelbar an der Leiterplatte vorbeiströmt, ohne mit dieser elektrisch in Kontakt zu treten.

Besonders vorteilhaft ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pumpe, bei der das Lagerschild als einteilige Leiterplatte ausgebildet ist und die vom Fördermedium isolierte Kommutierungsschaltung trägt. Auf diese Weise kann von zwei Seiten aus der Abtransport großer Wärmeenergiemengen erfolgen.

Es kann bei beiden Ausführungsformen vorgesehen sein, die Leiterplatte mit Sensorhaltern auszustatten, welche mit dem jeweiligen Lagerschildteil einstückig sind. Ohne weitere Bauteile notwenig zu machen können so Sensoren wie z. B. Hallsensoren im Bereich eines Magneten oder Temperaturfühler im Bereich einer Statorwicklung in gewünschter Position dauerhaft gehalten werden.

Vorzugsweise kann die Leiterplatte bei beiden Ausführungsformen Leitbleche und damit einstückige Schneidklemm-Konturen zur Kontaktierung der Statorwicklung des elektronisch kommutierten Gleichstrommotors aufweisen. Auf diese Weise ist eine lötfreie, kontaktsichere Montage möglich.

Damit ein Spalttopf mit Flansch an das Lagerschild montiert werden kann, sind durchgehende Ausnehmungen im Flansch für die Sensorhalter und/oder die Leitbleche vorgesehen.

Um Material einzusparen ist es sinnvoll das erste Lagerschildteil und/oder das zweite Lagerschildteil mit dem Spalttopf hermetisch dicht zu verbinden. Dadurch kann auf den Flansch verzichtet werden.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine räumliche Darstellung einer erfindungsgemäßen Pumpe,

Fig. 2 eine räumliche Darstellung eines Lagerschildes,

Fig. 3 eine räumliche Darstellung eines ersten Lagerschildteils,

Fig. 4 eine räumliche Darstellung eines zweiten Lagerschildteils,

Fig. 5 eine räumliche Darstellung eines einteiligen Lagerschildes mit eingebetteter Kommutierungsschaltung,

Fig. 6 eine räumliche Darstellung eines Pumpenkopfs mit daran angeordnetem Lagerschild,

Fig. 7 eine räumliche Darstellung nach Fig. 6 mit zusätzlichem Spalttopf

Fig. 8 eine räumliche Darstellung des Spalttopfs mit einem Flansch und einem Motorgehäuseteil,

Fig. 9 eine räumliche Darstellung der Pumpe mit abgenommenem Pumpenkopf,

Fig. 1 zeigt eine Pumpe 1 mit einem Pumpenkopf 20, der einen Saugstutzen 21 und einen Druckstutzen 22 enthält, einem Lagerschild 3, einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor 2, wobei das Lagerschild 3 zwischen dem Pumpenkopf 20 und dem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor 2 angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt das Lagerschild 3, bestehend aus einem ersten Lagerschildteil 7 mit einem Lager 9 und einem ersten und zweiten Zirkulationskanal 10, 11 und einem zweiten Lagerschildteil 8, das mit Anschlüssen 23 versehen ist.

In Fig. 3 ist ein erstes Lagerschildteil 7 dargestellt, mit Versteifungsrippen 24, das Lager 9, dem ersten Zirkulationskanal 10 und dem zweiten Zirkulationskanal 11.

Fig. 4 zeigt ein zweites Lagerschildteil 8, mit Sensorhaltern 14, Leitblechen 15, die mit Schneidklemm-Konturen 16 versehen sind, Hallsensoren 25 und einen Temperaturfühler 26.

Fig. 5 zeigt eine räumliche Darstellung einer zweiten Ausführungsform, gekennzeichnet durch ein einteiliges Lagerschildes 3 mit eingebetteter Kommmutierungsschaltung, wobei das Lagerschild 3 eine Leiterplatte 27 ist, Sensorhaltern 14, einem Hallsensor 25, einem Temperaturfühler 26, dem Lager 9, dem ersten Zirkulationskanal 10, dem zweiten Zirkulationskanal 11 und den Anschlüssen 23.

Fig. 6 zeigt eine räumliche Darstellung des Pumpenkopfs 20 mit dem Saugstutzen 21 und dem Druckstutzen 22 mit dem am Pumpenkopf 20 angeordneten Lagerschild 3 mit den Anschlüssen 23, den Sensorhaltern 14 und den Leitblechen 15 mit Schneidklemm-Konturen 16.

Fig. 7 zeigt die Pumpe 1 mit dem Pumpenkopf 20 mit dem Druckstutzen 22, dem Lagerschild 3 mit den Anschlüssen 23, den Sensorhaltern 14, den Hallsensoren 25, dem Temperaturfühler 26 und den Leitblechen 15, wobei die Sensorhalter 14 mit den Hallsensoren 25 bzw. dem Temperaturfühler 26 und den Leitblechen 15 über Ausnehmungen 19 in einem Flansch 18, der einstückig mit einem Spalttopf 6 und einem zylindrischen Motorgehäuseteil 29 ist, vorspringen.

Fig. 8 zeigt das Motorgehäuseteil 29 mit dem Flansch 18, einem Rotorraum 28 und den Ausnehmungen 19.

Fig. 9 zeigt die Pumpe 1 mit einem Pumpenraum 4 bei abgenommenem Pumpenkopf mit einem Pumpenrad 30, dem Lagerschild 3 und dem Motorgehäuseteil 29.

Bezugszeichenliste

1

Pumpe

2

elektronisch kommutierter Gleichstrommotor

3

Lagerschild

4

fördermediumdurchströmter Pumpenraum

5

Kommutierungsschaltung

6

Spalttopf

7

erstes Lagerschildteil

8

zweites Lagerschildteil

9

Lager

10

erster Zirkulationskanal

11

zweiter Zirkulationskanal

12

Leiterplatte (in Form eines Lagerschildteiles)

13

Leiterplatte (in Form einer zusätzlichen Leiterplatte)

14

Sensorhalter

15

Leitbleche

16

Schneidklemm-Konturen

17

Statorwicklung

18

Flansch

19

Ausnehmungen

20

Pumpenkopf

21

Saugstutzen

22

Druckstutzen

23

Anschlüsse

24

Versteifungsrippen

25

Hallsensor

26

Temperaturfühler

27

einteilige Leiterplatte

28

Rotorraum

29

Motorgehäuseteil

30

Pumpenrad

31

Dichtung

Claims

1. Pumpe (1) mit einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor (2), einer Kommutierungsschaltung (5) und einem Lagerschild (3) das zwischen einem fördermediumdurchströmten Pumpenraum (4) und dem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutierungsschaltung (5) im Lagerschild (3) angeordnet ist.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (6) zumindest aus einem ersten Lagerschildteil (7) und einem zweiten Lagerschildteil (8) besteht.

3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutierungsschaltung (5) zwischen dem ersten Lagerschildteil (7) und dem zweiten Lagerschildteil (8) angeordnet ist.

4. Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle stromführenden Bauteile, insbesondere die Kommutierungsschaltung (5) und eine Statorwicklung (17) vom fördermediumdurchströmten Pumpenraum (4) hermetisch dicht getrennt sind.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Schnittstellen zwischen dem ersten Lagerschildteil (7) und dem zweiten Lagerschildteil (8), die mit einem Fördermedium in Kontakt stehen, hermetisch dicht sind.

6. Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (31) formschlüssig mit dem Lagerschild (3) und/oder dem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor (2) und/oder dem Pumpenkopf (20) verbunden ist.

7. Pumpe nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (31) durch ein Zweikomponenten-Spritzgussverfahren aufgebracht ist und formschlüssig mit dem Lagerschild (3) und/oder dem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor (2) und/oder dem Pumpenkopf (20) verbunden ist.

8. Pumpe nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (31) eine feste Dichtung (31) ist.

9. Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (31) eine flüssige Dichtmasse ist.

10. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellen Durchgänge zwischen dem fördermediumdurchströmten Pumpenraum (4) und einem von einem Spalttopf (6) begrenzten Rotorraum (28) des elektronisch kommutiertem Gleichstrommotor (2) darstellen.

11. Pumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnittstelle ein Lager (9) ist.

12. Pumpe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Schnittstellen Zirkulationskanäle (10, 11) für das Fördermedium sind.

13. Pumpe nach Anspruch 1 und zumindest einem weiteren Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterplatte (13) die Kommutierungsschaltung (5) trägt, die zwischen dem ersten Lagerschildteil (7) und dem zweiten Lagerschildteil (8) angeordnet ist.

14. Pumpe nach Anspruch 1 und zumindest einem weiteren Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutierungsschaltung (5) auf einer Leiterplatte (12) angeordnet ist, die durch das erste Lagerschildteil (7) und/oder durch das zweite Lagerschildteil (8) gebildet wird.

15. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild als einteilige Leiterplatte ausgebildet ist und die Kommutierungsschaltung (5) trägt.

16. Pumpe nach Anspruch 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (12, 13) mit Sensorhaltern (14) einstückig ist.

17. Pumpe nach Anspruch 13, 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (12, 13) Leitbleche (15) und damit einstückige Schneidklemm-Konturen (16) zur Kontaktierung der Statorwicklung (17) des elektronisch kommutierten Gleichstrommotors (2) aufweist.

18. Pumpe nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Spalttopf (6) ein Flansch (18) einstückig ist, der durchgängige Ausnehmungen (19) für die Aufnahme der Sensorhalter (14) und/oder der Leitbleche (15) aufweist.

19. Pumpe nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerschildteil (7) und/oder das zweite Lagerschildteil (8) mit dem Spalttopf (6) hermetisch dicht verbunden sind/ist.