DE102019213331A1 - Dichtscheibe für eine Statorbaugruppe und Statorbaugruppe eines elektrischen Pumpenmotors mit einer Dichtscheibe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Statorbaugruppe (4) eines elektrischen Pumpenmotors (1), mit einem Motorgehäuse (10), einem Spalttopf (3) und einer Leiterplatte (2), wobei der Spalttopf (3) mit dem Motorgehäuse (10) einen Trockenraum (25) begrenzt, in welchem ein bewickelter Stator (7) und die Leiterplatte (2) angeordnet sind, die Leiterplatte (2) einem Spalttopfboden (17) axial gegenüberliegt und der Stator (7) um einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Mantelbereich (29) des Spalttopfs (3) angeordnet ist. Die Erfindung betrifft Statorbaugruppe (4) eines elektrischen Pumpenmotors (1), mit einem Motorgehäuse (10), einem Spalttopf (3) und einer Leiterplatte (2), wobei der Spalttopf (3) mit dem Motorgehäuse (10) einen Trockenraum (25) begrenzt, in welchem ein bewickelter Stator (7) und die Leiterplatte (2) angeordnet sind, die Leiterplatte (2) einem Spalttopfboden (17) axial gegenüberliegt und der Stator (7) um einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Mantelbereich (29) des Spalttopfs (3) angeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft Statorbaugruppe (4) eines elektrischen Pumpenmotors (1), mit einem Motorgehäuse (10), einem Spalttopf (3) und einer Leiterplatte (2), wobei der Spalttopf (3) mit dem Motorgehäuse (10) einen Trockenraum (25) begrenzt, in welchem ein bewickelter Stator (7) und die Leiterplatte (2) angeordnet sind, die Leiterplatte (2) einem Spalttopfboden (17) axial gegenüberliegt und der Stator (7) um einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Mantelbereich (29) des Spalttopfs (3) angeordnet ist.
• Bei Verbrennungsmotoren im Kfz-Bereich sind in der Regel von der Kurbelwelle über einen Zahnriemen angetriebene mechanische Pumpen als Hauptkühlwasserpumpe vorhanden. Als Unterstützung oder ersatzweise bei abgestelltem Verbrennungsmotor kommen elektrische Kreiselpumpen als Zusatzkühlwasserpumpen zum Einsatz, die in der Regel einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor umfassen. Auch Hauptkühlwasserpumpen können elektrisch betrieben sein. Gleichfalls werden Kühlwasserpumpen auch bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt. Dort vor allem im Kühlkreislauf einer Akkukühlung. Eine integrierte Elektronik, welche zum Betrieb der Kreiselpumpen erforderlich ist, wird zur Vermeidung von Kurzschlüssen in einem Trockenraum angeordnet. Um Kurzschlüsse zu vermeiden, sind aber oft noch weitere Maßnahmen erforderlich, die Verhindern dass metallischer Abrieb und sonstige leitende Partikel aus dem Herstellungsprozess auf eine Leiterplatte gelangen. Hierzu sind aufwändige Beschichtungsprozesse oder andere Maßnahmen notwendig. Partikel mit einer Größe von 0,5 mm oder mehr, dürfen unter keinen Umständen in die Elektronik gelangen.
• Aufgabe der Erfindung ist es durch möglichst einfache und wirtschaftlich tragbare Maßnahmen eine ausreichende Abdichtung einer Motorelektronik gegenüber leitenden Partikeln aus einem Statorraum eines Pumpenmotors zu erreichen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Da der Trockenraum (25) durch eine Dichtscheibe (8) in einen Statorraum (5) und einen Elektronikraum (6) getrennt ist und die Dichtscheibe (8) eine zentrale Ausnehmung (31) aufweist, die durch den Spalttopf (3) geschlossen ist, werden insbesondere leitende Partikeln, die größer als 0,5mm sind vor einem Eindringen in die Elektronik gehindert. Dabei kommt es nicht auf eine hermetische Abdichtung an, weil kleinere Partikel als unbedenklich gelten.
• Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen dargestellt. Die Dichtscheibe (8) ist bevorzugt mit dem Motorgehäuse (10) verklemmt und/oder verkrallt. Dies erlaubt eine einfache Montage ohne zusätzliche Verfahrensschritte.
• Um eine derartige Verklemmung umzusetzen ist die Dichtscheibe (8) mit einem Klemmrand (13) versehen. Dieser Klemmrand (13) ist am radial äußeren Rand der Dichtscheibe (8) mit dieser einstückig ausgebildet.
• In vorteilhafter Weise ist der Klemmrand (13) zum Motorgehäuse (10) geneigt ausgerichtet und von der Leiterplatte (2) weg gerichtet. Dadurch lässt sich die Dichtscheibe (8) leicht in Richtung Leiterplatte (2) schieben und diese damit zu fixieren oder zusätzlich zu fixieren. In entgegengesetzter Richtung tritt eine Klemmwirkung auf.
• Um eine definierte Einbaulage zu erreichen ist vorgesehen, dass die Dichtscheibe (8) Zentriermittel (32) aufweist, mit deren Hilfe sie sich am Motorgehäuse (10) abstützen und zentrieren kann.
• Weiter ist vorgesehen, dass die Zentriermittel (32) den Klemmrand (13) an mehreren Stellen unterbricht oder axial vom Klemmrand (13) abgesetzt sind. In beiden Fällen ist sichergestellt, dass die Dichtwirkung zwischen der Dichtscheibe (8) und dem Motorgehäuse (10) bestehen bleibt.
• Eine alternative Möglichkeit die Dichtscheibe (8) fest mit dem Motorgehäuse (10) zu verbinden und dabei eine ausreichende Partikeldichtheit zu erhalten, besteht darin, die Dichtscheibe (8) mit dem Motorgehäuse (10) zu verpressen. Hierzu bedarf es einer versteiften Randausbildung der Dichtscheibe (8). Der steifere Außenrand bewirkt beim Einpressen automatisch eine Zentrierung der Dichtscheibe (8).
• Mit ihrem inneren Rand liegt die Dichtscheibe (8) an einem Übergangsbereich (30) zwischen dem Spalttopfboden (17) und dem Mantelbereich (29) des Spalttopfs (3) an.
• Um eine zuverlässige Anlage der Dichtscheibe (8) am Spalttopf (3) im Bereich der zentralen Ausnehmung (31) zu erreichen ist der innere Rand der Dichtscheibe (8) einstückig mit einer Dichtlippe (12) versehen.
• Die Dichtlippe (12) läuft vollumfänglich um die zentrale Ausnehmung (31) herum und sie ist elastisch nachgiebig ausgebildet. Dadurch können Toleranzen der Teile oder ihrer Einbaulage zueinander ausgeglichen werden.
• Die Dichtlippe (12) ist gegenüber dem Spalttopfboden (17) geneigt und zeigt in Richtung Leiterplatte (2). Dadurch ist die Montage der Des Spalttopfs 3 in das Motorgehäuse zuverlässig möglich.
• Alternativ kann die Dichtscheibe (8) mit dem Spalttopf (3) verpresst sein. Hierzu sind jedoch engere Toleranzen einzuhalten und die Form des Spalttopfs müsste speziell angepasst werden.
• Da der bewickelte Stator elektrisch mit der Leiterplatte zu verbinden ist, sind in der Dichtscheibe (8) Durchgänge für Statoranschlüsse freigespart. Diese müssen die gleichen Dichtheitsanforderungen erfüllen, wie der innere und der äußere Dichtbereich der Dichtscheibe (8). Hierzu können die Durchgänge elastisch ausgebildet sein, z. B. auch in Form von Dichtlippen. Durch die elastische Ausbildung lassen sich auch Fertigungstoleranzen ausgleichen.
• Die Leiterplatte (2) liegt mittelbar über Wärmeleitmittel (18) oder unmittelbar am Spalttopf (3) an, insbesondere am Spalttopfboden (17). Hierdurch ist ein verbesserter Wärmeübergang gegeben aber auch ein Toleranzausgleich zwischen der Leiterplatte (2) und dem Spalttopfboden (17).
• Auch zwischen der Dichtscheibe (8) und der Leiterplatte (2) kann ein Wärmeleitmittel angeordnet sein. Dabei spielt die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitmittels nur eine untergeordnete Rolle.
• Der Stator wird im Betrieb deutlich heißer als die Elektronik, deshalb kommt es im Betrieb zu einer Druckdifferenz; diese sollte ausgleichbar sein.
• Im einfachsten Fall kann die Dichtlippe (12) oder der Klemmrand (13) die Druckausgleichsfunktion erfüllen.
• Zuverlässiger sollte ein zusätzlicher nur für den Druckausgleich optimierter Bereich der Dichtscheibe als Druckausgleichsmittel dienen. Prinzipiell könnte die gesamte Dichtscheibe (8) als Druckausgleichsmembran dienen. Dies wäre durch ein Sinterbauteil realisierbar. Die Dichtungseigenschaften dürften hierdurch jedoch nicht beeinträchtigt werden. Es ist auch denkbar eine Druckausgleichsöffnung in der Dichtscheibe (8) durch eine gasdurchlässige Membran zu verschließen. Beispielhaft könnte ein Druckausgleichselement mit dem Material der Dichtscheibe (8) umspritzt werden, oder es könnte durch eine Schnappverbindung mit dieser verbunden werden. Grundsätzlich sind auch Schweißverbindungen möglich.
• Zweckmäßigerweise besteht die Dichtscheibe (8) bevorzugt aus einem flexiblen, insbesondere elastischen Material.
• Ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) ist ein geeignetes Material, das sowohl ausreichend flexibel als auch beständig ist. Weitere Materialien sind Chloropren-Kautschuk (CR), Flüssigsilikonkautschuk (LSR), Thermoplastische Elastomere (TPE) Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR).
• Um die Elektronik vor übermäßiger Wärmeentwicklung aus dem Stator zu schützen, sollte die Dichtscheibe (8) ausreichend thermisch isolierend sein.
• Eine besonders einfache Möglichkeit Dichtscheiben (8) herzustellen, besteht darin, diese aus einem Bandmaterial oder aus einer Platte auszustanzen.
• Die Aufgabe wird auch durch eine Dichtscheibe (8) für eine Statorbaugruppe gemäß einem der genannten Merkmale gelöst.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Statorbaugruppe und
• 2 eine Teilschnittansicht mit einer Variante.
• 1 zeigt eine Schnittansicht durch eine Statorbaugruppe 4 eines Pumpenmotors 1 (ohne Rotorbaugruppe), mit einem Motorgehäuse 10, einem Spalttopf 3, einem Stator 7, einer Leiterplatte 2, einer Dichtscheibe 8 und einem Pumpenkopf 11. Der Stator 7 ist in einem Statorraum 5 radial außerhalb eines Mantelbereichs 29 des Spalttopfs 3 angeordnet. Die Leiterplatte 2 ist in einem Elektronikraum 6 axial außerhalb eines Spalttopfbodens 17 des Spalttopfs 3 angeordnet. Zwischen dem Statorraum 5 und dem Elektronikraum 6 ist die Dichtscheibe 8 angeordnet. Im gezeigten Beispiel liegt die Dichtscheibe 8 an der Leiterplatte 2 an. Die Dichtscheibe 8 hat eine zentrale Ausnehmung 31 die einen etwas kleineren Durchmesser aufweist als der Spalttopf in einem Übergangsbereich 30 zwischen dem Spalttopfboden 17 und dem Mantelbereich 29. Demnach ist die Dichtscheibe 8 ringförmig ausgebildet und hat einen inneren und einen äußeren Dichtbereich. Der innere Dichtbereich wird durch eine umlaufende Dichtlippe 12 gebildet und der äußere Dichtbereich durch einen Klemmrand 13. Die Dichtlippe 12 ist elastisch nachgiebig und gegen die Leiterplatte 2 geneigt ausgebildet. Der Übergangsbereich 30 entspricht im Wesentlichen einem Übergangsradius zwischen dem Mantelbereich 29 und dem Spalttopfboden 17. Durch diese Anordnungen können auf einfache Weise Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden. Die Dichtlippe 12 kann sich eng an den Übergangsbereich 30 anschmiegen. Am äußeren Rand der Dichtscheibe 8 ist der Klemmrand 13 auch als Dichtbereich ausgeführt. Daneben dient der Klemmrand 13 der Festlegung der Dichtscheibe innerhalb des Motorgehäuses. Der Klemmrand 13 ist durch Zentriermittel 32, die sich am Motorgehäuse radial abstützen unterbrochen, ohne seine Dichtwirkung zu verlieren.
• In 1 ist zunächst die Leiterplatte 2 in das Motorgehäuse 10 montiert, worauf die Dichtscheibe im Motorgehäuse 10 verklemmt wird. Das so bestückte Motorgehäuse 10 wird dann mit einer zweite Statorbaugruppe aus Spalttopf 3 und Stator 7 verschraubt. Dabei legt sich die Dichtscheibe 8 an den Übergangsbereich 30 an. In der Dichtscheibe 8 ist eine Freisparung 14 für einen Einpresskontakt 19 zu erkennen. Die Leiterplatte 2 liegt an Abstützungen 15 auf und ist über Einpresskontakte 19 mit Steckkontakten 16 in einem Steckerschacht des Motorgehäuses elektrisch verbunden. Die Steckkontakte 16 sind im Motorgehäuse formschlüssig durch Urformen gefügt und eingebettet. Einzelheiten der Leiterplatte 2 sind nicht dargestellt. Der Pumpenkopf 11 weist Versteifungsrippen 33 und einen Saugstutzen 9 auf. Ein sich radial erstreckender Druckstutzen ist verdeckt. Eine in einem Nassraum 26 drehbar gelagerte Rotorbaugruppe, bestehend aus einem Permanentmagnetrotor und einem Kreiselpumpenlaufrad ist der Einfachheit halber nicht dargestellt. Der Spalttopf 3 und weitere Bauteile sind vereinfacht ausgeführt. Die Gehäusebauteile, also das Motorgehäuse 10, der Pumpenkopf 11 und der Spalttopf 3 sind über Schrauben 28 miteinander mechanisch verbunden. Hierzu weist das Motorgehäuse 10 einen Gehäuseflansch 24, der Pumpenkopf 11 einen Pumpenkopfflansch 23 und der Spalttopf 3 einen Spalttopfflansch 22 auf, welche in Form von Anschraubaugen 27 zur Aufnahme der Schrauben 28 radial erweitert sind. Der Spalttopfflansch 22 ist dabei sandwichartig zwischen dem Gehäuseflansch 24 und dem Pumpenkopfflansch 23 angeordnet. Dichtungen sind vorhanden aber hier nicht gezeigt.
• 2 zeigt eine Teilschnittansicht mit einer Variante der Statorbaugruppe 4, mit dem Motorgehäuse 10, dem Spalttopf 3, der Leiterplatte 2, der Dichtscheibe 8, mit der Dichtlippe 12 und dem Klemmrand 13. Der Klemmrand 13 ist durch Zentriermittel 32 mehrfach unterbrochen (nur ein Zentriermittel 32 erkennbar). Die Zentriermittel 32 sind steifer als der Klemmrand 13 ausgebildet. Zwischen der Leiterplatte 2 und dem Spalttopfboden 17 ist ein Wärmeleitmittel 18 (z. B. eine Wärmeleitpaste) eingebracht. Das Wärmeleitmittel dient neben einer optimierten Wärmeübertragung auf den Spalttopf auch einem Ausgleich von Unebenheiten der Leiterplatte 2. Aus dem gleichen Grund kann das Wärmeleitmittel auch zwischen der Dichtscheibe 8 und der Leiterplatte 2 eingebracht sein.
• Bezugszeichenliste

1

Pumpenmotor

2

Leiterplatte

3

Spalttopf

4

Statorbaugruppe

5

Statorraum

6

Elektronikraum

7

Stator

8

Dichtscheibe

9

Saugstutzen

10

Motorgehäuse

11

Pumpenkopf

12

Dichtlippe

13

Klemmrand

14

Freisparung

15

Abstützung

16

Steckkontakt

17

Spalttopfboden

18

Wärmeleitmittel

19

Einpresskontakt

20

Steckerschacht

21

Motorlängsachse

22

Spalttopfflansch

23

Pumpenkopfflansch

24

Gehäuseflansch

25

Trockenraum

26

Nassraum

27

Anschraubauge

28

Schraube

29

Mantelbereich

30

Übergangsbereich

31

Ausnehmung

32

Zentriermittel

33

Versteifungsrippe

Claims (24)

1. Statorbaugruppe (4) eines elektrischen Pumpenmotors (1), mit einem Motorgehäuse (10), einem Spalttopf (3) und einer Leiterplatte (2), wobei der Spalttopf (3) mit dem Motorgehäuse (10) einen Trockenraum (25) begrenzt, in welchem ein bewickelter Stator (7) und die Leiterplatte (2) angeordnet sind, die Leiterplatte (2) einem Spalttopfboden (17) axial gegenüberliegt und der Stator (7) um einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Mantelbereich (29) des Spalttopfs (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Trockenraum (25) durch eine Dichtscheibe (8) in einen Statorraum (5) und einen Elektronikraum (6) getrennt ist und die Dichtscheibe (8) eine zentrale Ausnehmung (31) aufweist, die durch den Spalttopf (3) geschlossen ist.
2. Statorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) mit dem Motorgehäuse (10) verklemmt und/oder verkrallt ist.
3. Statorbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) einen Klemmrand (13) aufweist.
4. Statorbaugruppe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmrand (13) zum Motorgehäuse (10) geneigt ausgerichtet und von der Leiterplatte (2) weg gerichtet ist.
5. Statorbaugruppe nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) Zentriermittel (32) aufweist, mit deren Hilfe sie sich am Motorgehäuse (10) abstützen und zentrieren kann.
6. Statorbaugruppe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentriermittel (32) den Klemmrand (13) an mehreren Stellen unterbrechen oder axial vom Klemmrand (13) abgesetzt sind.
7. Statorbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) mit dem Motorgehäuse (10) verpresst ist.
8. Statorbaugruppe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) an einem Übergangsbereich (30) zwischen dem Spalttopfboden (17) und dem Mantelbereich (29) des Spalttopfs (3) anliegt.
9. Statorbaugruppe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) im Bereich der zentralen Ausnehmung (31) zumindest eine Dichtlippe (12) aufweist, die am Spalttopf (3) anliegt.
10. Statorbaugruppe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (12) vollumfänglich um die zentrale Ausnehmung (31) umläuft.
11. Statorbaugruppe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (12) elastisch nachgiebig ausgebildet ist.
12. Statorbaugruppe nach Anspruch 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (12) gegenüber dem Spalttopfboden (17) geneigt ist und in Richtung Leiterplatte (2) zeigt.
13. Statorbaugruppe nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) mit dem Spalttopf (3) verpresst ist.
14. Statorbaugruppe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) Durchgänge für Statoranschlüsse aufweist.
15. Statorbaugruppe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (2) mittelbar über Wärmeleitmittel (18) oder unmittelbar am Spalttopf (3) anliegt, insbesondere an dem Spalttopfboden (17).
16. Statorbaugruppe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Dichtscheibe (8) und der Leiterplatte (2) ein Wärmeleitmittel (18) angeordnet ist.
17. Statorbaugruppe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) einen Druckausgleich ermöglicht.
18. Statorbaugruppe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippe (12) und/oder der Klemmrand (13) als Druckausgleichsmittel dient.
19. Statorbaugruppe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) eine Druckausgleichsmembran aufweist oder zumindest partiell als solche ausgebildet ist.
20. Statorbaugruppe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) aus einem flexiblen, insbesondere elastischen Material besteht.
21. Statorbaugruppe nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) aus einem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) besteht.
22. Statorbaugruppe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) thermisch isolierend wirkt.
23. Statorbaugruppe nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtscheibe (8) ein Stanzteil ist.
24. Dichtscheibe für eine Statorbaugruppe (4) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.

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