DE102020105337B4

DE102020105337B4 - Thermally optimized coolant pump

Info

Publication number: DE102020105337B4
Application number: DE102020105337.1A
Authority: DE
Inventors: Paul Ludwig; Franz Pawellek
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2040-02-29
Also published as: DE102020105337A1; WO2021170327A1

Abstract

Elektrische Kühlmittelpumpe, aufweisend:ein Pumpengehäuse (1) mit einem Spiralgehäuseabschnitt (14), der eine Pumpenkammer (10) umgibt und zu einem Auslass führt, sowie mit einem zentralen Einlass (11); wobei das Pumpengehäuse (1) eine offene Seite aufweist, die von einem Flanschabschnitt (12) umgeben ist;einen trockenlaufenden Elektromotor (3), der über eine Welle (5) ein Pumpenlaufrad (4) in der Pumpenkammer (10) antreibt; undein Antriebsgehäuse (2), in dem ein Elektromotor (3) und eine Leistungselektronik (30) aufgenommen sind, und das eine offene Seite aufweist, die von einem Flanschabschnitt (21) umgeben ist; dadurch gekennzeichnet, dassdas Antriebsgehäuse (2) einen zentralen Lageraufnahmeabschnitt (25) aufweist, in dem ein Wellenlager (52) aufgenommen ist, und das Antriebsgehäuse (2) den Lageraufnahmeabschnitt (25) integral ausgebildet aufweist;eine zu dem Antriebsgehäuse (2) separate Wärmeableitwand (6) bereitgestellt ist, die den Elektromotor (3) von dem Pumpengehäuse (1) abgrenzt, und in einem thermischen Kontakt mit der Leistungselektronik (30) steht; wobeidie Wärmeableitwand (6) zu einer offenen Querschnittsfläche der Pumpenkammer (10) und einer offenen Querschnittsfläche des Spiralgehäuseabschnitts (14) freiliegt; unddie Wärmeableitwand (6) eine geringere flächenbezogene Wärmespeicherkapazität als der Lageraufnahmeabschnitt (25), der Spiralgehäuseabschnitt (14) und die Flanschabschnitte (12, 21) aufweist.An electric coolant pump comprising: a pump housing (1) having a volute section (14) surrounding a pump chamber (10) and leading to an outlet, and a central inlet (11); the pump housing (1) having an open side surrounded by a flange portion (12);a dry-running electric motor (3) driving a pump impeller (4) in the pump chamber (10) via a shaft (5); anda drive housing (2) accommodating an electric motor (3) and power electronics (30) and having an open side surrounded by a flange portion (21); characterized in thatthe drive housing (2) has a central bearing receiving section (25) in which a shaft bearing (52) is received, and the drive housing (2) has the bearing receiving section (25) formed integrally;a heat dissipation wall separate from the drive housing (2). (6) is provided which delimits the electric motor (3) from the pump housing (1) and is in thermal contact with the power electronics (30); whereinthe heat dissipation wall (6) is exposed to an open cross-sectional area of the pump chamber (10) and an open cross-sectional area of the volute portion (14); and the heat dissipation wall (6) has a smaller heat storage capacity per unit area than the bearing receiving portion (25), the volute portion (14) and the flange portions (12, 21).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einer optimierten Konstruktion in Bezug auf eine thermisch kritische Leistungselektronik eines Elektromotors.The present invention relates to an electric coolant pump with an optimized design with regard to thermally critical power electronics of an electric motor.

Aufgrund der flexiblen Steuerungsmöglichkeiten werden zum Thermomanagement von Verbrennungsmaschinen im Fahrzeugbau bevorzugt elektrische Kühlmittelpumpen eingesetzt. Die Kühlmittelpumpe ist im Motorraum eines Fahrzeugs zahlreichen Umgebungseinflüssen, wie Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und Verschmutzungen ausgesetzt. Daher werden Kühlmittelpumpen einschließlich des elektrischen Antriebs in einer nach außen abgeschlossenen bzw. gekapselten Bauform ausgestaltet, die gegen äußere Einflüsse abgedichtet ist.Due to the flexible control options, electric coolant pumps are preferably used for the thermal management of combustion engines in vehicle construction. The coolant pump is exposed to numerous environmental influences in the engine compartment of a vehicle, such as temperature fluctuations, moisture and dirt. For this reason, coolant pumps, including the electric drive, are designed in an outwardly closed or encapsulated design that is sealed against external influences.

Bei der Verwendung eines Elektromotors als Pumpenmotor ist dieser in der Regel mit einer Leistungselektronik gemeinsam gekapselt, um selbige vor äußeren korrosiven Einflüssen und Verschmutzungen im Betrieb zu schützen. Durch die gemeinsame Kapselung des Elektromotors und der Leistungselektronik kann die Abwärme des Elektromotors, die mit dessen Verlustleistung einhergeht, jedoch nicht wie in anderen Anwendungen durch einen Luftstrom abgeführt werden. Somit fließt ein Teil der Abwärme des Elektromotors unmittelbar als Wärmeeintrag in die elektronischen Bauteile der Leistungselektronik der Kühlmittelpumpe ein.When using an electric motor as a pump motor, this is usually encapsulated together with power electronics in order to protect the same from external corrosive influences and contamination during operation. Due to the joint encapsulation of the electric motor and the power electronics, the waste heat from the electric motor, which is associated with its power loss, cannot be dissipated by an air flow as in other applications. As a result, part of the waste heat from the electric motor flows directly into the electronic components of the power electronics of the coolant pump as heat input.

Bei einem geeigneten elektrischen Pumpenmotor beträgt die Verlustleistung bis zu etwa 20% der elektrischen Leistung, so dass bei einem Pumpenmotor mit 500 W, wie er beispielsweise in einer Kühlmittelpumpe eines Kühlmittelkreislaufs in einem PKW eingesetzt wird. Im Volllastbetrieb kann je nach Konstruktion des Elektromotors ein Wärmeeintrag von bis zu 100 W entstehen, der von der Kühlmittelpumpe zusätzlich über die Abwärme des Kühlmittels hinaus aufgenommen wird. Die Feldspulen des Stators können so Temperaturen bis zu 200 °C erreichen.In a suitable electric pump motor, the power loss is up to about 20% of the electric power, so that in a pump motor with 500 W, such as is used in a coolant pump of a coolant circuit in a car. Depending on the design of the electric motor, heat input of up to 100 W can occur in full-load operation, which the coolant pump absorbs in addition to the waste heat from the coolant. The field coils of the stator can thus reach temperatures of up to 200 °C.

Im Stand der Technik sind Kühlmittelpumpen bekannt, die zur Einhaltung der zulässigen Betriebstemperatur der elektronischen Bauteile einen Wärmeaustausch zu dem Kühlmittel des Verbrennungsmotors nutzen. Das Kühlmittel weist einen vielfach höheren Wärmeleitkoeffizienten von etwa 0,441 W/mK gegenüber Luft mit 0,0262W/mK auf. Zudem hält es im Betrieb des Kühlmittelkreislaufs einen definierten Temperaturbereich ein, wohingegen die Temperatur der Luft in Abhängigkeit von der Umgebung, insbesondere des Verbrennungsmotors, und ggf. einer Bewegungsgeschwindigkeit stark variiert.Coolant pumps are known in the prior art that use heat exchange with the coolant of the internal combustion engine to maintain the permissible operating temperature of the electronic components. The coolant has a much higher thermal conductivity coefficient of around 0.441 W/mK compared to air with 0.0262 W/mK. In addition, it maintains a defined temperature range during operation of the coolant circuit, whereas the temperature of the air varies greatly depending on the environment, in particular the internal combustion engine, and possibly a movement speed.

Es sind Bemühungen in unterschiedlichen konstruktiven Ausgestaltungen unternommen worden, um die Leistungselektronik in einen Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel einzubinden, das durch die Kühlmittelpumpe gefördert wird. Das Kühlmittel nimmt im Fahrbetrieb eine Solltemperatur von etwa 110 °C ein, und kann unter besonderen Belastungszuständen kurzfristig auf 120 °C oder bis 130 °C ansteigen. Bei einer Temperatur von wenigen zehn Grad darüber entstehen bereits Schäden in elektronischen Bauteilen. Solange ein Temperaturverlauf der Leistungselektronik eng an den Temperaturverlauf des Kühlmittels gekoppelt bleibt, kann eine Überhitzung der Leistungselektronik verhindert werden. Hierzu muss jedoch ein effizienter Wärmeübergang geschaffen werden, sodass in Belastungszuständen nur eine geringe Temperaturdifferenz der Leistungselektronik zu dem Kühlmittel entsteht.Efforts have been made in various constructive configurations to integrate the power electronics into a heat exchange with the coolant that is conveyed by the coolant pump. When driving, the coolant assumes a target temperature of around 110 °C and can briefly rise to 120 °C or up to 130 °C under special load conditions. At a temperature of just a few tens of degrees above this, electronic components are already damaged. As long as the temperature profile of the power electronics remains closely linked to the temperature profile of the coolant, the power electronics can be prevented from overheating. For this purpose, however, an efficient heat transfer must be created so that in load states there is only a small temperature difference between the power electronics and the coolant.

Ein Beispiel aus dem Stand der Technik, das die Problemstellung eines Wärmeaustauschs zwischen einer Leistungselektronik einer Kühlmittelpumpe und dem geförderten Kühlmittelstrom aufgreift, ist in der DE 10 2015 114 783 B3 beschrieben. Die Patentanmeldung derselben Anmelderin beschreibt eine elektrische Kühlmittelpumpe, bei der sich eine ECU auf einer Seite des Pumpengehäuses befindet, die dem elektrischen Motor gegenüberliegt, und innerhalb einer Abdeckung in der Form eines Donuts bzw. ringförmig um den zentralen Einlass herum angeordnet ist. Die vordere Seite der Pumpenkammer, die zur ECU weist, ist durch einen Pumpendeckel aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit abgeschlossen, der einen verbesserten Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel in der Pumpenkammer und der ECU ermöglichen soll. Es ist vorgesehen, den Pumpendeckel als massives gefrästes Aluminiumteil herzustellen, das eine bessere Wärmeleitfähigkeit als eine Gusslegierung für ein Spiralgehäuse aufweist.An example from the prior art, which takes up the problem of heat exchange between power electronics of a coolant pump and the coolant flow conveyed, is in DE 10 2015 114 783 B3 described. The applicant's patent application describes an electric coolant pump in which an ECU is located on a side of the pump housing opposite the electric motor and is located within a donut-shaped cover around the central inlet. The front side of the pump chamber, which faces the ECU, is closed off by a pump cover made of a material with high thermal conductivity, which is intended to allow improved heat exchange between the coolant in the pump chamber and the ECU. It is envisaged that the pump cover will be manufactured as a solid machined aluminum part which has better thermal conductivity than a cast alloy for a volute.

Die Patentanmeldung DE 10 2018 104 015 A1 derselben Anmelderin beschreibt eine Kühlmittelpumpe mit einer optimierten Lageranordnung und einem verbesserten Wärmehaushalt. Ein kühlmittelgeschmiertes Gleitlager ist in einem Trägerflansch aufgenommen. Ein zylindrischer Teil des Trägerflansches erstreckt sich zu einem Elektromotor und ein flanschförmiger Trennabschnitt erstreckt sich radial zu einer Umfangswand eines Motorgehäuses. In einer Motorkammer ist eine ringförmige Steuereinheit angeordnet, wobei eine Wärmeableitung für die Steuereinheit über den Trägerflansch vorgesehen ist. Um die Kräfte des Wellenlagers aufnehmen zu können, ist es erforderlich, den Trägerflansch entsprechend massiv zu dimensionieren.The patent application DE 10 2018 104 015 A1 The same applicant describes a coolant pump with an optimized bearing arrangement and an improved heat balance. A coolant-lubricated slide bearing is accommodated in a carrier flange. A cylindrical part of the support flange extends to an electric motor, and a flange-shaped partition portion radially extends to a peripheral wall of a motor housing. A ring-shaped control unit is arranged in a motor chamber, heat dissipation being provided for the control unit via the carrier flange. In order to be able to absorb the forces of the shaft bearing, it is necessary to dimension the carrier flange accordingly.

Die japanische Patentanmeldung JP 2017 110 593 A beschreibt eine elektrische Umwälzpumpe mit einer Motorkammer und einer Pumpenkammer, die durch eine metallische Trennwand des Gehäuses voneinander getrennt sind. Im Bereich des Spiralgehäuses ist auf der Seite der Motorkammer eine Elektronikplatine an der Trennwand angeordnet, die mittels eines Wärmeüberträgers Abwärme hin zu dem Fördermedium übertragen kann.The Japanese patent application JP 2017 110 593 A describes an electric Circulation pump with a motor chamber and a pump chamber separated from each other by a metal partition of the housing. In the area of the volute housing, an electronic circuit board is arranged on the partition wall on the side of the motor chamber, which can transfer waste heat to the pumped medium by means of a heat exchanger.

Die Veröffentlichungsschrift DE 11 2013 003 549 T5 beschreibt eine elektrische Spaltrohrwasserpumpe mit einem Nassläufermotor. Eine so bezeichnete Nassbüchse bzw. ein Spalttopf trennt einen fluidführenden Bereich, in dem der Rotor angeordnet ist, von dem Stator ab. Ein so bezeichneter elektronischer Donut, das heißt eine Steuerungselektronik auf einer ringförmigen Leiterplatte, ist direkt neben dem Stator angeordnet und ist folglich dessen Abwärme ausgesetzt. Die ringförmige Leiterplatte ist jedoch um das Pumpenlaufrad herum angeordnet und wird durch die Nassbüchse bzw. das Spaltrohr gekühlt. Das Spaltrohr verläuft durch den Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator. Derartige Spaltrohre werden im Allgemeinen möglichst dünn ausgestaltet, um eine Herabsetzung der elektromotorischen Effizienz am Luftspalt so gering wie möglich zu halten. Denn der Einsatz des Spaltrohrs bedingt eine Vergrößerung des Luftspalts und das im Luftspalt befindliche Material stellt eine Beeinträchtigung des magnetischen Flusses zwischen den Feldspulen des Stators und dem Rotor dar. Eine weitere Herabsetzung der Effizienz entsteht durch Planschverluste des Rotors, der sich im Fluid bewegt. Neben der schlechteren Effizienz weisen Nassläufermotoren den Kostennachteil auf, dass der Rotor und der Stator auf die Geometrie des Spalttopfs, d.h. auf die Geometrie eines Pumpenmodells individuell zugeschnitten gefertigt werden müssen, und nicht als standardisierte Einheit wie ein trockenlaufender Elektromotor günstig bezogen werden können.The publication font DE 11 2013 003 549 T5 describes an electric canned water pump with a glandless motor. A so-called wet sleeve or containment shell separates a fluid-carrying area, in which the rotor is arranged, from the stator. A so-called electronic donut, ie control electronics on a ring-shaped printed circuit board, is arranged directly next to the stator and is consequently exposed to its waste heat. However, the ring-shaped circuit board is arranged around the pump impeller and is cooled by the wetsleeve or can. The can passes through the air gap between the rotor and the stator. Such gap tubes are generally designed to be as thin as possible in order to keep a reduction in the electromotive efficiency at the air gap as low as possible. Because the use of the can causes an increase in the air gap and the material in the air gap impairs the magnetic flux between the field coils of the stator and the rotor. A further reduction in efficiency is caused by splashing losses of the rotor, which moves in the fluid. In addition to the poorer efficiency, glandless motors have the cost disadvantage that the rotor and the stator have to be manufactured individually tailored to the geometry of the containment shell, i.e. to the geometry of a pump model, and cannot be obtained cheaply as a standardized unit like a dry-running electric motor.

Die DE 10 2013 012 143 A1 und die WO 2019 233 600 A1 Kreiselpumpen, die der Förderung von Kühlmittel dienen.the DE 10 2013 012 143 A1 and the WO 2019 233 600 A1 Centrifugal pumps used to pump coolant.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen alternativen Aufbau für eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einem trockenlaufenden Elektromotor zu schaffen, der eine verbesserte Temperaturführung einer Leistungselektronik bereitstellt.One object of the present invention is to create an alternative design for an electric coolant pump with a dry-running electric motor that provides improved temperature control of power electronics.

Die Aufgabe wird durch eine elektrische Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.The task is solved by an electric coolant pump with the features of main claim 1 .

Die elektrische Kühlmittelpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass ein Antriebsgehäuse einen zentralen Lageraufnahmeabschnitt aufweist, in dem ein Wellenlager aufgenommen ist, und das Antriebsgehäuse den Lageraufnahmeabschnitt integral ausgebildet aufweist; und ferner eine zu dem Antriebsgehäuse separate Wärmeableitwand bereitgestellt ist, die den Elektromotor von dem Pumpengehäuse abgrenzt, und in einem thermischen Kontakt mit der Leistungselektronik steht. Die Wärmeableitwand liegt zu einer offenen Querschnittsfläche der Pumpenkammer und einer offenen Querschnittsfläche des Spiralgehäuseabschnitts frei. Insbesondere weist die Wärmeableitwand eine geringere flächenbezogene Wärmespeicherkapazität als der Lageraufnahmeabschnitt, der Spiralgehäuseabschnitt und die Flanschabschnitte auf.The electric coolant pump is characterized in that a drive housing has a central bearing accommodating portion in which a shaft bearing is accommodated, and the drive housing has the bearing accommodating portion formed integrally; and furthermore, a heat dissipation wall that is separate from the drive housing is provided, which delimits the electric motor from the pump housing and is in thermal contact with the power electronics. The heat dissipation wall is exposed to an open cross-sectional area of the pump chamber and an open cross-sectional area of the volute portion. In particular, the heat dissipation wall has a smaller heat storage capacity per unit area than the bearing receiving section, the spiral housing section and the flange sections.

Die Erfindung sieht erstmals eine separate Wand zur Abgrenzung eines flüssigkeitsführenden Bereichs vor, durch welche eine Welle eines trockenlaufenden Antriebs hindurchtritt, und die weder als integraler Bestandteil des Antriebsgehäuses oder des Pumpengehäuses ausgebildet ist, noch eine tragende Funktion in der Gehäusekonstruktion erfüllt. Dabei sieht die Erfindung ferner erstmals in einem Querschnitt des Pumpenlaufrads eine separate Wand zur Abgrenzung der Pumpenkammer vor, die eine geringere flächenbezogene Wärmespeicherkapazität als angrenzende Gehäuseabschnitte aufweist.The invention provides for the first time a separate wall for delimiting a liquid-carrying area, through which a shaft of a dry-running drive passes, and which is neither designed as an integral part of the drive housing or the pump housing nor fulfills a supporting function in the housing construction. The invention also provides for the first time in a cross section of the pump impeller a separate wall for delimiting the pump chamber, which has a lower surface-related heat storage capacity than adjacent housing sections.

In der allgemeinsten Form der Erfindung folgt der Aufbau des Pumpengehäuses nicht einem üblichen Konstruktionsansatz, der eine Integration von Elementen zur Erzielung einer geringeren Anzahl von Bauteilen und Abdichtungen vorsieht. Stattdessen folgt der Aufbau des Pumpengehäuses einem Ansatz, einzelnen Elementen oder Abschnitten des Gehäuses eine Funktion zuzuweisen, und diese aus einer herkömmlichen Konstruktion ggf. herausgelöst, mit einer auf die zugewiesene Funktion optimierten Beschaffenheit auszugestalten.In the broadest form of the invention, the construction of the pump housing does not follow a conventional design approach that involves integration of elements to achieve a reduced number of components and seals. Instead, the design of the pump housing follows an approach of assigning a function to individual elements or sections of the housing and, if necessary, separating them from a conventional design and designing them with a structure optimized for the assigned function.

Ferner besteht im Hinblick auf eine thermische Optimierung einer Gehäusekonstruktion für elektrische Antriebskomponenten die allgemeine Erkenntnis, dass eine verbesserte Wärmeableitung aus dem elektrischen Antrieb durch eine möglichst gute spezifische Wärmeleitfähigkeit (λ = m/K) eines Gehäusematerials erzielbar ist. Diese Eigenschaft ist beispielsweise anhand von Kühlkörpern aus Aluminium bekannt. Nach dieser allgemeinen Erkenntnis genügt es, tragende Elemente massiv, d.h. insbesondere ohne isolierende Hohlräume auszubilden und aus Aluminium oder einer Aluminiumdruckgusslegierung zu fertigen.Furthermore, with regard to thermal optimization of a housing construction for electric drive components, there is the general knowledge that improved heat dissipation from the electric drive can be achieved by the best possible specific thermal conductivity (λ=m/K) of a housing material. This property is known, for example, from aluminum heat sinks. According to this general knowledge, it is sufficient to design load-bearing elements solidly, i.e. in particular without insulating cavities, and to manufacture them from aluminum or an aluminum die-cast alloy.

In dem Fall eines Förderstroms, der in der Regel einen sehr großen Massestrom mit einer hohen Wärmespeicherungszahl s [kJ/m³ K] zur Wärmeabfuhr sowie eine Konvektion zur Wärmeaufnahme an einer Grenzfläche bereitstellt, kommen jedoch weitere Faktoren zum Tragen.In the case of a flow, which usually provides a very large mass flow with a high heat storage coefficient s [kJ/m ³ K] for heat dissipation and convection for heat absorption at an interface, other factors come into play.

Der Erfindung liegt abweichend hierzu die Erkenntnis zugrunde, dass eine verbesserte dynamische Wärmeableitung bei Betriebszuständen von zunehmender elektrischer Leistung insbesondere durch einen geringeren thermischen Widerstand in einer Wärmeleitungsstrecke zwischen der Wärmequelle und dem Förderstrom in einem Gehäuse erzielbar ist. Ein solcher thermischer Widerstand hängt nicht nur von einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit des Materials ab, sondern auch von einer flächenbezogenen Wärmespeicherkapazität (χ = c/A) des Gehäuses, die sich auf eine spezifische Wärmespeicherkapazität c [kJ/kg K] der Gehäusemasse innerhalb einer Wärmeleitungsstrecke bezogen auf eine Querschnittsfläche A eines Wärmestroms bezieht. Solange eine ausreichende Wärmeaufnahme und Wärmeabfuhr in Form des Massestroms auf einer Seite bereitgestellt ist, stellen Wärmespeicherkapazitäten des Gehäuses innerhalb der Wärmeleitungsstrecke eine Trägheit als Komponente des thermischen Widerstands, d.h. eine verzögernde Zwischenspeicherung in einem dynamischen Wärmestrom dar.In contrast to this, the invention is based on the finding that improved dynamic heat dissipation in operating states of increasing electrical power can be achieved in particular by a lower thermal resistance in a heat conduction section between the heat source and the flow in a housing. Such thermal resistance not only depends on a specific thermal conductivity of the material, but also on a surface-related heat storage capacity (χ = c/A) of the housing, which relates to a specific heat storage capacity c [kJ/kg K] of the housing mass within a heat conduction path refers to a cross-sectional area A of a heat flow. As long as there is sufficient heat absorption and heat dissipation in the form of mass flow on one side, the heat storage capacities of the housing within the heat conduction path represent an inertia as a component of thermal resistance, i.e. a retarding intermediate storage in a dynamic heat flow.

Gehäuse werden in der Regel als Gussteile hergestellt, deren komplexe Formgebung verschiedene Elemente und Punkte zur Abgrenzung, Aufnahme, Befestigung usw. in einem integralen Körper verbindet. In Bezug auf Pumpen können hierdurch Bauteile und Dichtungsstellen eingespart werden. Gehäusewände, die zur Abgrenzung eines flüssigkeitsführenden Bereichs einer Pumpe dienen und einen Durchbruch für eine Welle aufweisen, sind aufgrund der gießtechnischen Fertigung stets massiv ausgeführt und weisen funktionale Formabschnitte zur Befestigung oder Aufnahme einer Dichtung oder eines Lagers oder einer sonstigen tragenden Funktion auf. Ferner bestehen diese Gehäusewände herkömmlicherweise aus demselben Material wie umliegende Gehäusewände mit einer anderen Funktion.Housings are typically manufactured as castings, the complex shaping of which combines various elements and points of demarcation, housing, attachment, etc. into an integral body. With regard to pumps, components and sealing points can be saved as a result. Housing walls, which serve to delimit a liquid-carrying area of a pump and have an opening for a shaft, are always solid due to the casting technology and have functional shaped sections for fastening or receiving a seal or a bearing or another supporting function. Furthermore, these housing walls are conventionally made of the same material as surrounding housing walls with a different function.

Erfindungsgemäß ist das Gehäuse in separate Abschnitte aufgeteilt. Das Antriebsgehäuse übernimmt die tragenden Funktionen zur Aufnahme des Elektromotors und zur Fixierung der Welle. Die separat ausgebildete Wärmeableitwand übernimmt die Funktion einer Abgrenzung zwischen dem flüssigkeitsführenden Bereich im Pumpengehäuse und dem Antriebsgehäuse. Dadurch liegt zwar ein Bauteil vor, das eine zusätzliche Abdichtung um einen Wellendurchbruch herum erfordert. Allerdings ist es dadurch möglich, die Wärmeableitwand einer gießtechnischen Fertigung zu entziehen und mit eigenen Eigenschaften auszustatten. Erfindungsgemäß ist eine abweichende Beschaffenheit der Wärmeableitwand im Unterschied zu den übrigen angrenzenden Gehäuseabschnitten dahingehend ausgelegt, dass sie eine geringere flächenspezifische Wärmspeicherkapazität (χ = c/A) aufweist. Die herabgesetzte Wärmespeicherkapazität gewährleistet einer Wärmequelle, die mit der Wärmeableitwand in einem thermischen Kontakt steht, eine schnellere Wärmeableitung.According to the invention, the housing is divided into separate sections. The drive housing assumes the supporting functions of accommodating the electric motor and fixing the shaft. The separately designed heat dissipation wall assumes the function of a boundary between the liquid-carrying area in the pump housing and the drive housing. As a result, there is indeed a component that requires additional sealing around a shaft breakthrough. However, this makes it possible to avoid casting the heat dissipation wall and equip it with its own properties. According to the invention, a different quality of the heat dissipation wall in contrast to the other adjacent housing sections is designed in such a way that it has a lower area-specific heat storage capacity (χ=c/A). The reduced heat storage capacity ensures faster heat dissipation for a heat source that is in thermal contact with the heat dissipation wall.

Die Erfindung sieht ferner vor, als Wärmequelle seitens des elektrischen Antriebs die Leistungselektronik für einen bürstenlosen Elektromotor, die Feldeffekttransistoren und Kondensatoren mit einer hohen Leistungsaufnahme umfasst, mit der Wärmeableitwand in einen thermischen Kontakt zu setzen. Somit wird eine schnellere Wärmeableitung von dynamischen Wärmeströmen aus Verlustleistung der Leistungselektronik bereitgestellt, sodass bei ansteigenden Belastungszuständen eine Abwärme weniger seitens des Gehäuses zwischengespeichert, sondern vielmehr eine möglichst unmittelbare Wärmeaufnahme und Wärmeabfuhr durch den Förderstrom erfolgen kann.The invention also provides, as a heat source on the part of the electric drive, for the power electronics for a brushless electric motor, which includes field-effect transistors and capacitors with a high power consumption, to be in thermal contact with the heat dissipating wall. This provides faster heat dissipation of dynamic heat flows from power loss of the power electronics, so that with increasing load conditions, waste heat is less temporarily stored by the housing, but rather heat can be absorbed and dissipated as directly as possible by the flow.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Advantageous developments of the invention are the subject matter of the dependent patent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Wärmeableitwand eine geringere Wandstärke als der Lageraufnahmeabschnitt, der Spiralgehäuseabschnitt und die Flanschabschnitte aufweisen. Eine geringere Wandstärke ist der einfachste Weg, um eine Länge der Wärmeableitungsstrecke zu verkürzen, d.h. eine flächenbezogene Masse und somit auch eine flächenbezogene Wärmespeicherkapazität der Wärmeableitwand innerhalb einer Wärmeleitungsstrecke zu verringern.According to an aspect of the invention, the heat dissipation wall can have a smaller wall thickness than the bearing receiving section, the volute section and the flange sections. A smaller wall thickness is the easiest way to shorten the length of the heat dissipation section, i.e. to reduce a mass per unit area and thus also a heat storage capacity per unit area of the heat dissipation wall within a heat conduction section.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Wärmeableitwand als ein Metallblech mit einer Wandstärke von 0,2 bis 1,5 mm ausgebildet sein. Nach den herkömmlichen Erwartungen an die Konstruktion einer Gehäusewand zur Abgrenzung einer Druckseite einer Pumpe über einen gesamten Querschnitts eines Pumpengehäuses wäre ein derart dünnes Metallblech ungeeignet, insbesondere in dem vorliegenden Fall einer ebenen Erstreckung ohne versteifende Strukturen. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Antriebsgehäuses, an dem ein Flanschabschnitt und ein darin zentral angeordneter Lageraufnahmeabschnitt mit tragender Funktion ausgebildet sind, ermöglicht erst konstruktiv den Einsatz eines derart dünn ausgeführten Metallblechs. Die dünne Ausführung der Wandstärke erweitert eine geeignete Materialauswahl auch auf Metalle, die eine geringere spezifische Wärmeleitfähigkeit als Aluminium aufweisen. So kann beispielsweise anstelle eines Aluminiumbleches auch ein rostfreies oder gegen Korrosion geschütztes Stahlblech eingesetzt werden, welches aufgrund der geringen Wandstärke noch immer eine geringere flächenbezogene Wärmespeicherkapazität aufweist als eine vergleichsweise massive Gehäusewand aus einer Aluminiumgusslegierung oder als ein gefrästes Aluminiumteil.According to one aspect of the invention, the heat dissipation wall can be designed as a metal sheet with a wall thickness of 0.2 to 1.5 mm. According to conventional expectations of the construction of a housing wall for defining a pressure side of a pump over an entire cross-section of a pump housing, such a thin metal sheet would be unsuitable, particularly in the present case of a planar extension without stiffening structures. The configuration of the drive housing according to the invention, on which a flange section and a bearing receiving section arranged centrally therein with a load-bearing function are formed, makes it possible to use such a thin metal sheet only in terms of construction. The thin design of the wall thickness extends a suitable selection of materials to metals that have a lower specific thermal conductivity than aluminum. For example, instead of an aluminum sheet, a stainless steel sheet or one protected against corrosion can also be used, which due to the small wall thickness still has a lower area-related heat storage capacity than a comparatively solid housing wall made of an aluminum cast alloy or as a milled aluminum part.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann sich die Wärmeableitwand in einem axialen Bereich zwischen dem Flanschabschnitt des Pumpengehäuses und dem Flanschabschnitt des Antriebsgehäuses im Wesentlichen eben erstrecken. Eine ebene Erstreckung ohne versteifende Strukturen wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Antriebsgehäuses, an dem ein Flanschabschnitt und ein darin zentral angeordneter Lageraufnahmeabschnitt mit tragender Funktion ausgebildet sind, konstruktiv ermöglicht. Eine ebene Wärmeableitwand enthält keine Strömungshindernisse seitens des Spiralgehäuses sowie der rückwärtigen Pumpenkammer hinter dem Pumpenlaufrad.According to one aspect of the invention, the heat dissipation wall can extend essentially flat in an axial area between the flange section of the pump housing and the flange section of the drive housing. A planar extension without stiffening structures is structurally made possible by the design of the drive housing according to the invention, on which a flange section and a bearing receiving section arranged centrally therein and having a load-bearing function are formed. A flat heatsink contains no flow obstructions from the volute and the rear pump chamber behind the pump impeller.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Wärmeableitwand in einer Flanschebene zwischen dem Flanschabschnitt des Pumpengehäuses und dem Flanschabschnitt des Antriebsgehäuses fixiert sein. Durch diese Ausgestaltung wird eine außenliegende Fixierung und Abdichtung der Wärmeableitwand durch Nutzung bestehender Befestigungsstrukturen konstruktiv vereinfacht.According to one aspect of the invention, the heat dissipation wall can be fixed in a flange plane between the flange portion of the pump housing and the flange portion of the drive housing. This configuration simplifies the design of an external fixing and sealing of the heat dissipation wall by using existing fastening structures.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Wärmeableitwand mit einer Fläche einer Rückseite einer Leiterplatte der Leistungselektronik in einem direkten thermischen Kontakt stehen. Diese Ausgestaltung stellt eine flächenoptimierte thermische Anbindung der Leistungselektronik dar. Hierzu kann beispielsweise Wärmleitpaste zur Unterstützung eines vollflächigen Kontakts bei der Montage aufgebracht werden.According to one aspect of the invention, the heat dissipation wall can be in direct thermal contact with a surface of a rear side of a printed circuit board for the power electronics. This configuration represents a surface-optimized thermal connection of the power electronics. For this purpose, for example, thermally conductive paste can be applied to support full-area contact during assembly.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann an einer Rückseite einer Leiterplatte wenigstens eine metallisierte Fläche angeordnet sein, durch die ein thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitwand und der Rückseite der Leiterplatte bereitgestellt ist. Diese Ausgestaltung stellt seitens der Leistungselektronik ein Mittel mit optimierter Wärmeleitfähigkeit zur thermischen Anbindung der Leiterplatte dar.According to one aspect of the invention, at least one metallized surface can be arranged on a back side of a printed circuit board, by means of which a thermal contact is provided between the heat dissipating wall and the back side of the printed circuit board. On the part of the power electronics, this configuration represents a means with optimized thermal conductivity for the thermal connection of the printed circuit board.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann in einer Leiterplatte der Leistungselektronik wenigstens eine metallisierte Bohrung angeordnet sein, die sich von einer Rückseite durch die Leiterplatte zu einer Bestückungsseite erstreckt, wodurch über die wenigstens eine metallisierte Bohrung ein thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitwand und einem elektrischen Bauteil der Leistungselektronik bereitgestellt ist. Diese Ausgestaltung stellt seitens der Leistungselektronik ein Mittel mit optimierter Wärmeleitfähigkeit dar, durch das eine thermische Anbindung eines Transistors, eines Kondensators, o.ä. auf der Bestückungsseite der Leiterplatte, die der Wärmeableitwand gegenüberliegt, hergestellt wird.According to one aspect of the invention, at least one metallized hole can be arranged in a printed circuit board of the power electronics, which extends from a back through the printed circuit board to an assembly side, whereby thermal contact between the heat dissipating wall and an electrical component of the power electronics is achieved via the at least one metalized hole is provided. In terms of power electronics, this configuration represents a means with optimized thermal conductivity, by means of which a thermal connection of a transistor, a capacitor, or the like is produced on the component side of the printed circuit board that is opposite the heat dissipation wall.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann in einer Leiterplatte der Leistungselektronik wenigstens eine Öffnung angeordnet sein, und sich ein metallisches Bauteil von einer Rückseite durch die Öffnung zu einer Bestückungsseite der Leiterplatte erstrecken, wodurch über das metallische Bauteil ein thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitwand und einem elektrischen Bauteil der Leistungselektronik bereitgestellt ist. Diese Ausgestaltung stellt ein Mittel mit optimierter Wärmeleitfähigkeit dar, durch das eine thermische Anbindung eines Transistors, eines Kondensators, o.ä. auf der Bestückungsseite der Leiterplatte, die der Wärmeableitwand gegenüberliegt, hergestellt wird.According to one aspect of the invention, at least one opening can be arranged in a printed circuit board of the power electronics, and a metallic component can extend from a rear side through the opening to an assembly side of the printed circuit board, whereby thermal contact between the heat dissipating wall and an electrical component is established via the metallic component the power electronics is provided. This configuration represents a means with optimized thermal conductivity, by means of which a thermal connection of a transistor, a capacitor, or the like is produced on the component side of the printed circuit board that is opposite the heat dissipation wall.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Wärmeableitwand ausgeprägte Abschnitte aufweisen, die mit einer Rückseite einer Leiterplatte der Leistungselektronik in einem thermischen Kontakt stehen. Diese Variante sieht erstmals seitens der Wärmeableitwand Ausgestaltungen derselben vor, die abschnittsweise, z.B. in Bereichen von Transistors, eines Kondensators, o.ä. eine direkte thermische Anbindung der Leiterplatte an die Wärmeableitwand herstellen.According to one aspect of the invention, the heat dissipation wall can have pronounced sections that are in thermal contact with a rear side of a printed circuit board of the power electronics. This variant provides for the first time on the part of the heat dissipation wall configurations of the same that produce a direct thermal connection of the circuit board to the heat dissipation wall in sections, e.g. in areas of transistors, a capacitor, or the like.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Wärmeableitwand einen ausgeprägten Abschnitt aufweisen und in einer Leiterplatte der Leistungselektronik eine Öffnung angeordnet sein, wobei sich der ausgeprägte Abschnitt von einer Rückseite der Leiterplatte durch die Öffnung zu einer Bestückungsseite der Leiterplatte hindurch erstreckt, wodurch ein direkter thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitwand und einem elektrischen Bauteil der Leistungselektronik bereitgestellt ist. Diese bevorzugte Variante sieht erstmals seitens der Wärmeableitwand eine Ausgestaltung derselben vor, die durch die Leiterplatte hindurch greift, und somit eine direkte thermische Anbindung eines Transistors, eines Kondensators, o.ä. an die Wärmeableitwand herstellt.According to one aspect of the invention, the heat dissipation wall can have a pronounced section and an opening can be arranged in a printed circuit board for power electronics, the pronounced section extending from a rear side of the printed circuit board through the opening to an assembly side of the printed circuit board, thereby creating direct thermal contact between the heat dissipation wall and an electrical component of the power electronics is provided. For the first time, this preferred variant provides for the heat dissipation wall to be designed in such a way that it extends through the printed circuit board and thus produces a direct thermal connection of a transistor, a capacitor, or the like to the heat dissipation wall.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 einen Querschnitt durch einen Aufbau einer elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine perspektivische Draufsicht auf die Wärmeableitwand in einem Montagezustand der elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
3 eine perspektivische Draufsicht auf die Leiterplatte in einem Montagezustand der elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß der Ausführungsform der Erfindung; und
4 eine perspektivische Draufsicht in das Antriebsgehäuse mit einem montierten Elektromotor der elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß der Ausführungsform der Erfindung.

An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Show in the drawing:

1 a cross section through a structure of an electric coolant pump according to an embodiment of the invention;
2 a perspective plan view of the heat dissipation wall in an assembled state of the electric coolant pump according to the embodiment of the invention;
3 a perspective plan view of the circuit board in an assembly state of the electric coolant pump according to the embodiment of the invention; and
4 a perspective top view of the drive housing with a mounted electric motor of the electric coolant pump according to the embodiment of the invention.

1 zeigt einen Querschnitt durch den Aufbau einer elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der in 1 gezeigte Aufbau der elektrischen Kühlmittelpumpe ist im Wesentlichen in eine Pumpenbaugruppe und eine Antriebsbaugruppe aufgeteilt, die in einer Flanschebene verbunden sind. Auf der rechts dargestellten Seite ist ein Pumpengehäuse 1 angeordnet, das als ein Gussformteil gefertigt ist und mehrere Abschnitte integral umfasst. So umfasst das Pumpengehäuse 1 eine Pumpenkammer 10, in der ein Pumpenlaufrad 4 drehbar aufgenommen ist, und einen Spiralgehäuseabschnitt 14, der die Pumpenkammer 10 zu einem radialen Austrittsbereich des Pumpenlaufrads 4 umgibt. Der Spiralgehäuseabschnitt 14 bildet einen Kanal, der einen radial beschleunigten Förderstrom zu einem, in dem dargestellten Querschnitt nicht sichtbaren Auslass führt. Ein Einlass 11 des Pumpengehäuses 1 ist als ein Stutzen ausgebildet, der den Förderstrom zentral auf das Pumpenlaufrad 4 zuführt. Das Pumpengehäuse 1 weist zu einer Rückseite der Pumpenkammer 10 und des Spiralgehäuses 14, d.h. in Strömungsrichtung hinter dem Pumpenlaufrad 4, eine offene Seite auf, die über einen gesamten Querschnitt eines fluidführenden Bereichs geöffnet ist. Eine geöffnete Querschnittsfläche an der offenen Seite des Pumpengehäuses 1 ist von einem Flanschabschnitt 12 umgeben. Der Flanschabschnitt 12 dient zur gegenseitigen Befestigung der Pumpenbaugruppe und der Antriebsbaugruppe und weist entsprechende Mittel, wie Bohrungen und Gewinde für eine lösbare Schraubverbindung auf. 1 shows a cross section through the structure of an electric coolant pump according to an embodiment of the invention. the inside 1 The structure of the electric coolant pump shown is essentially divided into a pump assembly and a drive assembly, which are connected in a flange plane. On the side shown on the right, a pump housing 1 is arranged, which is manufactured as a cast part and integrally comprises several sections. The pump housing 1 thus comprises a pump chamber 10 in which a pump impeller 4 is rotatably accommodated, and a spiral housing section 14 which surrounds the pump chamber 10 in a radial outlet area of the pump impeller 4 . The spiral housing section 14 forms a channel which leads a radially accelerated delivery flow to an outlet that is not visible in the cross section shown. An inlet 11 of the pump housing 1 is in the form of a socket which feeds the delivery flow centrally to the pump impeller 4 . The pump housing 1 has an open side on a rear side of the pump chamber 10 and the spiral housing 14, ie behind the pump impeller 4 in the direction of flow, which side is open over an entire cross section of a fluid-carrying region. An opened cross-sectional area at the open side of the pump housing 1 is surrounded by a flange portion 12 . The flange section 12 is used for mutual attachment of the pump assembly and the drive assembly and has appropriate means, such as bores and threads for a detachable screw connection.

Auf der links dargestellten Seite ist ein Antriebsgehäuse 2 angeordnet. Das Antriebsgehäuse 2 umfasst eine Gehäusewand 23, die einen Elektromotor 3 umschließt. Hierzu ist in der Gehäusewand 23 eine Aufnahme für einen Stator des Elektromotors 3 ausgebildet. Der Elektromotor 3 ist durch eine offene Rückseite des Antriebsgehäuses 2 axial eingeführt. Die offene Rückseite ist durch einen Motordeckel 7 verschlossen. Der Motordeckel 7 ist aus einem Metallblech hergestellt und ist mittels Umformung eines Bördelrands fixiert, der in einen Hinterschnitt eingreift, der an einer Außenseite der Gehäusewand 23 umlaufend ausgebildet ist. Zwischen dem Motordeckel 7 und einer axialen Endfläche der Gehäusewand 23 ist eine Dichtung 72 angeordnet.A drive housing 2 is arranged on the side shown on the left. The drive housing 2 includes a housing wall 23 which encloses an electric motor 3 . For this purpose, a receptacle for a stator of the electric motor 3 is formed in the housing wall 23 . The electric motor 3 is inserted axially through an open rear side of the drive housing 2 . The open back is closed by a motor cover 7. The motor cover 7 is made of sheet metal and is fixed by forming a flanged edge that engages in an undercut that runs around the outside of the housing wall 23 . A seal 72 is arranged between the motor cover 7 and an axial end face of the housing wall 23 .

In dem Antriebsgehäuse 2 ist ein zentraler Lageraufnahmeabschnitt 25 bereitgestellt, der über radiale Gehäusestege 22 mit der äußeren Gehäusewand 23 verbunden ist. In dem zentralen Lageraufnahmeabschnitt 25 ist ein Wellenlager 52 eingepresst, das zumindest zur radialen Lagerung einer Welle 5 dient und als Wälzlager, als Gleitlager oder gleichen ausgeführt ist. Das Wellenlager 52 ist mit einer nicht dargestellten Anordnung von Wellendichtungen zwischen dem Lageraufnahmeabschnitt 25 und einem Umfang der Welle 5 flüssigkeitsdicht abgedichtet. Auf einem Abschnitt der Welle 5, der zu dem Pumpengehäuse 1 gerichtet ist, ist das Pumpenlaufrad 4 drehfest fixiert. Auf einem Abschnitt der Welle 5, der zu dem Motordeckel 7 gerichtet ist, ist ein Rotor des Elektromotors 3 drehfest fixiert.A central bearing receiving section 25 is provided in the drive housing 2 and is connected to the outer housing wall 23 via radial housing webs 22 . A shaft bearing 52 is pressed into the central bearing receiving section 25, which is used at least for the radial bearing of a shaft 5 and is designed as a roller bearing, a plain bearing or the like. The shaft bearing 52 is sealed in a liquid-tight manner with an arrangement of shaft seals (not shown) between the bearing receiving section 25 and a circumference of the shaft 5 . The pump impeller 4 is fixed in a rotationally fixed manner on a section of the shaft 5 which is directed towards the pump housing 1 . A rotor of the electric motor 3 is fixed in a rotationally fixed manner on a section of the shaft 5 which is directed towards the motor cover 7 .

Das Antriebsgehäuse 2 weist zu dem Pumpengehäuse 1 hin eine offene Seite auf, deren geöffneter Querschnitt sich um den Lageraufnahmeabschnitt 25 herum im Wesentlichen radial zu der Gehäusewand 23 erstreckt. Außerhalb des geöffneten Querschnitts umfasst das Antriebsgehäuse 2 einen Flanschabschnitt 21. Der Flanschabschnitt 21 dient zur gegenseitigen Befestigung der Pumpenbaugruppe und der Antriebsbaugruppe und weist entsprechende Mittel wie Bohrungen für eine lösbare Schraubverbindung auf. Das Antriebsgehäuse 2 ist als Gussformteil hergestellt, das den Flanschabschnitt 21, die Gehäusewand 23, die radialen Gehäusestege 22 und den Lageraufnahmeabschnitt 25 integral ausgebildet umfasst.The drive housing 2 has an open side towards the pump housing 1 , the open cross section of which extends around the bearing receiving section 25 essentially radially to the housing wall 23 . Outside of the open cross section, the drive housing 2 includes a flange section 21. The flange section 21 is used for mutual attachment of the pump assembly and the drive assembly and has appropriate means such as bores for a detachable screw connection. The drive housing 2 is produced as a cast part, which comprises the flange section 21, the housing wall 23, the radial housing webs 22 and the bearing receiving section 25 in an integral manner.

In dem geöffneten Querschnitt der offenen Seite des Antriebsgehäuses 2 ist eine Leistungselektronik 30 mit einer Leiterplatte angeordnet. Die Leistungselektronik 30 dient zur Ansteuerung von Feldspulen des Elektromotors 3 aus einer elektrischen Leistungszufuhr. Der Elektromotor 3 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einem außenliegenden Stator und einem innenliegenden, permanenterregten Rotor. Zur Bereitstellung der elektrischen Leistungszufuhr ist ein Anschlussstecker 35 im Bereich des Flanschabschnitts 21 an dem Antriebsgehäuse 2 angeordnet, der mit der Leistungselektronik 30 elektrisch verbunden ist. Auf einer Bestückungsseite der Leiterplatte, die dem Elektromotor 3 zugewandt ist, sind nicht weiter dargestellte elektrische Bauelemente angeordnet. Insbesondere sind in einem radialen Bereich, der sich mit dem Spiralgehäuseabschnitt 14 überdeckt, solche elektrischen Bauelemente angeordnet, die einen hohen elektrischen Leistungsdurchsatz haben und eine entsprechend hohe Abwärme erzeugen, wie z.B. Transistoren oder Kondensatoren.Power electronics 30 with a printed circuit board are arranged in the open cross section of the open side of drive housing 2 . The power electronics 30 are used to control field coils of the electric motor 3 from an electrical power supply. The electric motor 3 is a brushless DC motor with an external stator and an internal, permanently excited rotor. To provide the electrical power supply, a connector plug 35 is arranged in the area of the flange section 21 on the drive housing 2 , which is electrically connected to the power electronics 30 . On an assembly side of the printed circuit board, which faces the electric motor 3, electrical components that are not shown are arranged. In particular, in a radial area that overlaps with the spiral housing section 14, electrical components are arranged that have a high electrical power throughput and generate a correspondingly high level of waste heat, such as transistors or capacitors.

Zur Kühlung der elektrischen Bauelemente steht eine dem Pumpengehäuse 1 zugewandte Rückseite der Leiterplatte der Leistungselektronik 30 mit einer Wärmeableitwand 6 in Verbindung. Die Wärmeableitwand 6 ist durch ein Metallblech bereitgestellt, das sich durch die Flanschebene zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Antriebsgehäuse 2 erstreckt. Die Wärmeableitwand 6 grenzt den geöffneten Querschnitt der offenen Seite des Antriebsgehäuses 2 von dem fluidführenden, geöffneten Querschnitt der Pumpenkammer 10 und des Spiralgehäuseabschnitts 14 in der offenen Seite des Pumpengehäuses 1 ab. Somit ist eine trockene Kammer für die elektrischen Antriebskomponenten in dem Antriebsgehäuse 2 sichergestellt. Hierzu weist die Wärmeableitwand 6 eine Bohrung für einen Durchtritt der Welle 5 auf. Die Bohrung umschließt einen Außenumfang des Lageraufnahmeabschnitts 25.To cool the electrical components, a rear side of the printed circuit board of the power electronics 30 facing the pump housing 1 is connected to a heat dissipation wall 6 . The heat dissipation wall 6 is provided by a metal sheet that extends through the flange plane between the pump housing 1 and the drive housing 2 . The heat dissipation wall 6 delimits the open cross-section of the open side of the drive housing 2 from the fluid-carrying, open Cross section of the pump chamber 10 and the volute section 14 in the open side of the pump housing 1 from. A dry chamber for the electrical drive components in the drive housing 2 is thus ensured. For this purpose, the heat dissipation wall 6 has a bore for the shaft 5 to pass through. The bore encloses an outer circumference of the bearing receiving section 25.

Der Lageraufnahmeabschnitt 25 umfasst ferner einen Kragen 26, der das dünne Metallblech der Wärmeableitwand 6 gegen einen Förderdruck in dem fluidführenden Bereich der Pumpenbaugruppe abstützt. In dem Kragen 26 ist eine Ringnut eingearbeitet, in der eine Dichtung 65 zur Abdichtung zwischen dem Lageraufnahmeabschnitt 25 und der Wärmeableitwand 6 angeordnet ist. Auch in dem Flanschabschnitt 21 ist eine Nut eingearbeitet, in der eine Dichtung 62 zur Abdichtung zwischen dem Flanschabschnitt 21 und der Wärmeableitwand 6 angeordnet ist. Ebenso ist in dem Flanschabschnitt 12 des Pumpengehäuses 1 eine Nut eingearbeitet, in der eine Dichtung 61 zur Abdichtung des Flanschabschnitts 12 zu der Wärmeableitwand 6 angeordnet ist.The bearing receiving section 25 also includes a collar 26, which supports the thin metal sheet of the heat dissipation wall 6 against a feed pressure in the fluid-carrying area of the pump assembly. An annular groove is worked into the collar 26, in which a seal 65 for sealing between the bearing receiving section 25 and the heat dissipating wall 6 is arranged. A groove is also worked into the flange section 21, in which a seal 62 for sealing between the flange section 21 and the heat dissipating wall 6 is arranged. Likewise, a groove is worked into the flange section 12 of the pump housing 1, in which a seal 61 for sealing the flange section 12 to the heat dissipating wall 6 is arranged.

An einem Außenrand weist die Wärmeableitwand 6 Umformungsabschnitte 60 auf, die nach einer Umformung den Flanschabschnitt 21 umgreifen und somit eine formschlüssige Fügeverbindung zur eigenständigen Fixierung der Wärmeableitwand 6 an dem Antriebsgehäuse 2 ermöglichen. Die Wärmeableitwand 6 erstreckt sich insbesondere in dem flüssigkeitsführenden Bereich des Pumpengehäuses 1 im Wesentlichen flach in der Flanschebene, um Strömungshindernisse in dem Förderstrom zu vermeiden. Im Bereich des Flanschabschnitts 12 des Pumpengehäuses 1 ist in der Wärmeableitwand 6 eine Ausformung 63 ausgebildet, um Raum für Positionierungsmittel und Kontaktierungsmittel zwischen der Leistungselektronik 30 und dem Anschlussstecker 35 sowie für eine optionale rückseitige Bestückung der Leiterplatte, beispielsweise bei einer Betriebsspannung von 48 V, zu schaffen. Hierzu kann die sickenförmige Ausformung 63 auch größer bzw. breiter ausgeführt werden, als dargestellt.On an outer edge, the heat dissipation wall 6 has reshaped sections 60 which, after reshaping, encompass the flange section 21 and thus enable a form-fitting joint connection for the independent fixing of the heat dissipation wall 6 to the drive housing 2 . The heat dissipation wall 6 extends in particular in the liquid-carrying area of the pump housing 1 essentially flat in the flange plane in order to avoid flow obstacles in the delivery flow. A protrusion 63 is formed in the heat dissipating wall 6 in the area of the flange section 12 of the pump housing 1 in order to create space for positioning means and contacting means between the power electronics 30 and the connector plug 35 as well as for an optional rear assembly of the printed circuit board, for example with an operating voltage of 48 V create. For this purpose, the bead-shaped formation 63 can also be made larger or wider than shown.

2 zeigt eine Draufsicht auf die Wärmeableitwand 6 aus einer Richtung des Pumpengehäuses 1. Die Wärmeableitwand 6 ist als ein Blechstanzteil hergestellt, das im Wesentlichen einer Außenkontur des Flanschabschnitts 21 des Antriebsgehäuses 2 entspricht, um die offene Seite in der Flanschebene abzuschließen. 2 shows a plan view of the heat dissipation wall 6 from one direction of the pump housing 1. The heat dissipation wall 6 is produced as a stamped sheet metal part which essentially corresponds to an outer contour of the flange section 21 of the drive housing 2 in order to close off the open side in the flange plane.

3 zeigt eine Draufsicht auf die Rückseite der Leiterplatte der Leistungselektronik 30, die sich in dieser Perspektive unterhalb der Wärmeableitwand 6 aus 2 in einer Aufnahme des Antriebsgehäuses 2 befindet. 3 shows a top view of the back of the printed circuit board of the power electronics 30, which is below the heat dissipation wall 6 in this perspective 2 located in a receptacle of the drive housing 2.

4 ist eine Draufsicht auf die offene Seite des Antriebsgehäuses 2 sowie dem geöffneten Querschnitt, der durch die Wärmeableitwand 6 abgegrenzt und durch die Dichtung 62 abgedichtet wird. Zwischen den radialen Gehäusestegen 22 sind axiale Steckverbindungen für eine gegenseitige Ausrichtung und elektrische Kontaktierung zwischen dem Elektromotor 3 und der Leistungselektronik 30 vorgesehen. Ebenso sind an einer Fassung des Anschlusssteckers 35 und in einer Mehrfachsteckverbindung Positionierungsmittel für eine Ausrichtung und eine elektrische Kontaktierung der Leistungselektronik 30 vorgesehen. 4 12 is a plan view of the open side of the drive housing 2 and the open cross-section defined by the heat dissipation wall 6 and sealed by the gasket 62. FIG. Axial plug connections for mutual alignment and electrical contacting between the electric motor 3 and the power electronics 30 are provided between the radial housing webs 22 . Positioning means for alignment and electrical contacting of the power electronics 30 are also provided on a socket of the connector plug 35 and in a multiple plug connection.

Die Wärmeableitwand 6 ist aus einem Metallblech mit einer Wandstärke von ca. 1,0 mm gefertigt. Im Vergleich zu den Wandabschnitten der Gussformteile, die das Antriebsgehäuse 2 oder das Pumpengehäuse 1 bilden, weist die Wärmeableitwand 6 eine erheblich geringere flächenbezogene Masse auf. Demzufolge weist die Wärmeableitwand 6, unter Berücksichtigung von thermischen Materialeigenschaften, wie einer spezifischen Wärmeleitfähigkeit von geeigneten Materialien für die Wärmeableitwand 6 und dem Antriebsgehäuse 2 oder dem Pumpengehäuse 1, eine geringere flächenbezogene Wärmespeicherkapazität auf. Darüber hinaus ist eine Wärmeleitstrecke von einer thermischen Kontaktfläche zu der Leiterplatte der Leistungselektronik 30 bis zu einer Grenzfläche des flüssigkeitsführenden Bereichs kürzer. Demzufolge wird eine erfindungsgemäße, verbesserte Wärmeableitung von Abwärme der Leistungselektronik 30 zu dem Förderstrom bereitgestellt, die im Wesentlichen ohne eine Zwischenspeicherung in einem Gehäuseabschnitt abläuft.The heat dissipation wall 6 is made from sheet metal with a wall thickness of approximately 1.0 mm. Compared to the wall sections of the cast parts that form the drive housing 2 or the pump housing 1, the heat dissipation wall 6 has a significantly lower mass per unit area. Consequently, the heat dissipation wall 6, taking into account thermal material properties such as a specific thermal conductivity of suitable materials for the heat dissipation wall 6 and the drive housing 2 or the pump housing 1, has a lower surface-related heat storage capacity. In addition, a heat conduction path from a thermal contact surface to the printed circuit board of the power electronics 30 to a boundary surface of the liquid-carrying area is shorter. Accordingly, improved heat dissipation according to the invention from waste heat from the power electronics 30 to the delivery flow is provided, which takes place essentially without intermediate storage in a housing section.

Nachfolgend werden alternative Ausführungsformen zur Ausgestaltung eines thermischen Kontakts genannt.Alternative embodiments for designing a thermal contact are mentioned below.

In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung stehen die Leiterplatte der Leistungselektronik 30 und die Wärmeableitwand 6 in einem großflächigen Kontakt, der gegebenenfalls durch Wärmeleitmittel, wie einer Wärmeleitpaste, einem Wärmeleitkleber oder einem Wärmeleitpad zusätzlich sichergestellt sein kann.In the illustrated embodiment of the invention, the printed circuit board of the power electronics 30 and the heat dissipation wall 6 are in contact over a large area, which can optionally be additionally ensured by heat-conducting means such as a heat-conducting paste, a heat-conducting adhesive or a heat-conducting pad.

In nicht dargestellten Ausführungsformen der Erfindung können ferner weitere Mittel zur Unterstützung einer Wärmeableitung zwischen der Leistungselektronik 30 und der Wärmeableitwand 6, insbesondere in Bezug zu der Bestückungsseite der Leiterplatte bereitgestellt sein. Hierzu sind metallische Verbindungen zwischen der Rückseite der Leiterplatte und der Bestückungsseite der Leiterplatte in der Leistungselektronik 30 angeordnet. Die metallischen Verbindungen können in Form von einer metallisierten Bohrung, metallisierten Flächen an der Leiterplatte, oder metallischen Elementen, die eine Öffnung der Leiterplatte durchgreifen, bereitgestellt sein. Derartige metallische Verbindungen stellen einen thermischen Kontakt von der Wärmeableitwand 6, durch die Leiterplatte hindurch, zu einem elektrischen Bauelement, wie einem Transistor oder einem Kondensator her.In non-illustrated embodiments of the invention, additional means can also be provided to support heat dissipation between the power electronics 30 and the heat dissipation wall 6, in particular in relation to the component side of the printed circuit board. For this purpose, metal connections are arranged between the back of the printed circuit board and the component side of the printed circuit board in the power electronics 30 . The metallic connections can be in the form of a plated hole, plated surfaces the printed circuit board, or metallic elements that pass through an opening in the printed circuit board. Metallic connections of this type establish thermal contact from the heat dissipation wall 6, through the printed circuit board, to an electrical component such as a transistor or a capacitor.

In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung, sind anstelle der metallischen Verbindungen, durch Umformung ausgeprägte Abschnitte in der Wärmeableitwand 6 ausgebildet, die zu der Leiterplatte der Leistungselektronik 30 gerichtet sind. Die umgeformten, ausgeprägten Abschnitte stellen einen thermischen Kontakt zu ausgewählten Bereichen der Leiterplatte her, in denen elektrische Bauteile mit einem hohen elektrischen Leistungsdurchsatz angeordnet sind.In a further embodiment of the invention, which is not shown, instead of the metal connections, embossed sections are formed in the heat dissipating wall 6 by forming, which sections are directed towards the printed circuit board of the power electronics 30 . The deformed, embossed portions make thermal contact with selected areas of the circuit board where high electrical power throughput electrical components are located.

In einer nicht dargestellten, bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein durch Umformung ausgeprägter Abschnitt in der Wärmeableitwand 6 ausgebildet, der eine Öffnung in der Leiterplatte zu der Bestückungsseite hindurch greift. Der umgeformte, ausgeprägte Abschnitt steht mit einem elektrischen Bauelement, wie einem Transistor oder einem Kondensator in Verbindung. In dieser Ausgestaltung wird ein direkter thermischer Kontakt zwischen dem elektrischen Bauelement und der Wärmeableitwand 6 hergestellt, der ohne Materialgrenzen einer dazwischen liegenden metallischen Verbindung auskommt. Somit wird in dem umgeformten Bereich des ausgeprägten Abschnitts eine erfindungsgemäß möglichst unmittelbare Wärmeableitung aus der Leistungselektronik 30 über die kurze Strecke der geringen Wandstärke der Wärmeableitwand 6 zu dem Förderstrom erzielt.In a preferred embodiment of the invention that is not shown, a section that is stamped out by forming is formed in the heat dissipation wall 6, which extends through an opening in the printed circuit board to the component side. The deformed salient portion connects to an electrical component such as a transistor or a capacitor. In this configuration, a direct thermal contact is produced between the electrical component and the heat dissipation wall 6, which does not require material boundaries of a metallic connection lying between them. Thus, in the deformed area of the pronounced section, heat is dissipated as directly as possible according to the invention from the power electronics 30 over the short distance of the small wall thickness of the heat dissipation wall 6 to the conveying flow.

BezugszeichenlisteReference List

11: Pumpengehäusepump housing
22: Antriebsgehäusedrive housing
33: Elektromotorelectric motor
44: Pumpenlaufradpump impeller
55: WelleWave
66: Wärmeableitwandheat dissipation wall
77: Motordeckelengine cover
1010: Pumpenkammerpump chamber
1111: Einlassinlet
1212: Flanschabschnittflange section
1414: Spiralgehäuseabschnittvolute section
2121: Flanschabschnittflange section
2222: Gehäusesteghousing bar
2323: Gehäusewandhousing wall
2525: LageraufnahmeabschnittBearing Receptacle Section
2626: Kragencollar
3030: Leistungselektronikpower electronics
3535: Anschlusssteckerconnector plug
5252: Wellenlagershaft bearing
6060: Umformungsabschnittreshaping section
6161: Dichtungpoetry
6262: Dichtungpoetry
6363: Ausformungmolding
6565: Dichtungpoetry
7272: Dichtungpoetry

Claims

Elektrische Kühlmittelpumpe, aufweisend: ein Pumpengehäuse (1) mit einem Spiralgehäuseabschnitt (14), der eine Pumpenkammer (10) umgibt und zu einem Auslass führt, sowie mit einem zentralen Einlass (11); wobei das Pumpengehäuse (1) eine offene Seite aufweist, die von einem Flanschabschnitt (12) umgeben ist; einen trockenlaufenden Elektromotor (3), der über eine Welle (5) ein Pumpenlaufrad (4) in der Pumpenkammer (10) antreibt; und ein Antriebsgehäuse (2), in dem ein Elektromotor (3) und eine Leistungselektronik (30) aufgenommen sind, und das eine offene Seite aufweist, die von einem Flanschabschnitt (21) umgeben ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsgehäuse (2) einen zentralen Lageraufnahmeabschnitt (25) aufweist, in dem ein Wellenlager (52) aufgenommen ist, und das Antriebsgehäuse (2) den Lageraufnahmeabschnitt (25) integral ausgebildet aufweist; eine zu dem Antriebsgehäuse (2) separate Wärmeableitwand (6) bereitgestellt ist, die den Elektromotor (3) von dem Pumpengehäuse (1) abgrenzt, und in einem thermischen Kontakt mit der Leistungselektronik (30) steht; wobei die Wärmeableitwand (6) zu einer offenen Querschnittsfläche der Pumpenkammer (10) und einer offenen Querschnittsfläche des Spiralgehäuseabschnitts (14) freiliegt; und die Wärmeableitwand (6) eine geringere flächenbezogene Wärmespeicherkapazität als der Lageraufnahmeabschnitt (25), der Spiralgehäuseabschnitt (14) und die Flanschabschnitte (12, 21) aufweist.An electric coolant pump comprising: a pump housing (1) having a volute section (14) surrounding a pump chamber (10) and leading to an outlet, and a central inlet (11); the pump housing (1) having an open side surrounded by a flange portion (12); a dry-running electric motor (3) which drives a pump impeller (4) in the pump chamber (10) via a shaft (5); and a drive housing (2) accommodating an electric motor (3) and power electronics (30) and having an open side surrounded by a flange portion (21); characterized in that the drive housing (2) has a central bearing receiving portion (25) in which a shaft bearing (52) is received, and the drive housing (2) has the bearing receiving portion (25) integrally formed; a heat dissipation wall (6) separate from the drive housing (2) is provided, which delimits the electric motor (3) from the pump housing (1) and is in thermal contact with the power electronics (30); said heat dissipation wall (6) being exposed to an open cross-sectional area of said pump chamber (10) and an open cross-sectional area of said volute portion (14); and the heat dissipation wall (6) has a smaller heat storage capacity per unit area than the bearing accommodating portion (25), the volute portion (14) and the flange portions (12, 21).

Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, wobei die Wärmeableitwand (6) eine geringere Wandstärke als der Lageraufnahmeabschnitt (25), der Spiralgehäuseabschnitt (14) und die Flanschabschnitte (12, 21) aufweist.Electric coolant pump after claim 1 , wherein the heat dissipation wall (6) has a smaller wall thickness than the bearing receiving section (25), the spiral housing section (14) and the flange sections (12, 21).

Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wärmeableitwand als ein Metallblech mit einer Wandstärke von 0,5 bis 1,5 mm ausgebildet ist.Electric coolant pump after claim 1 or 2 , wherein the heat dissipation wall is designed as a metal sheet with a wall thickness of 0.5 to 1.5 mm.

Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Wärmeableitwand (6) in einem axialen Bereich zwischen dem Flanschabschnitt (12) des Pumpengehäuses (1) und dem Flanschabschnitt (21) des Antriebsgehäuses (2) im Wesentlichen eben erstreckt.Electric coolant pump according to one of the preceding claims, wherein the heat dissipation wall (6) extends essentially flat in an axial region between the flange section (12) of the pump housing (1) and the flange section (21) of the drive housing (2).

Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wärmeableitwand (6) in einer Flanschebene zwischen dem Flanschabschnitt (12) des Pumpengehäuses (1) und dem Flanschabschnitt (21) des Antriebsgehäuses (2) fixiert ist.Electric coolant pump according to one of the preceding claims, wherein the heat dissipation wall (6) is fixed in a flange plane between the flange section (12) of the pump housing (1) and the flange section (21) of the drive housing (2).

Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wärmeableitwand (6) mit einer Fläche einer Rückseite einer Leiterplatte der Leistungselektronik (30) in einem direkten thermischen Kontakt steht.Electric coolant pump according to any of Claims 1 until 5 , wherein the heat dissipation wall (6) is in direct thermal contact with a surface of a rear side of a printed circuit board of the power electronics (30).

Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei an einer Rückseite einer Leiterplatte der Leistungselektronik (30) wenigstens eine metallisierte Fläche angeordnet ist, durch die ein thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitwand (6) und der Rückseite der Leiterplatte bereitgestellt ist.Electric coolant pump according to any of Claims 1 until 5 At least one metallized surface is arranged on a rear side of a printed circuit board of the power electronics (30), through which a thermal contact between the heat dissipating wall (6) and the rear side of the printed circuit board is provided.

Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in einer Leiterplatte der Leistungselektronik (30) wenigstens eine metallisierte Bohrung angeordnet ist, die sich von einer Rückseite durch die Leiterplatte zu einer Bestückungsseite erstreckt, wodurch über die wenigstens eine metallisierte Bohrung ein thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitwand (6) und einem elektrischen Bauteil der Leistungselektronik (30) bereitgestellt ist.Electric coolant pump according to any of Claims 1 until 5 At least one metallized bore is arranged in a printed circuit board of the power electronics (30) and extends from a back through the printed circuit board to an assembly side, whereby thermal contact between the heat dissipating wall (6) and an electrical component is achieved via the at least one metallized bore the power electronics (30) is provided.

Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in einer Leiterplatte der Leistungselektronik (30) wenigstens eine Öffnung angeordnet ist, und sich ein metallisches Bauteil von einer Rückseite durch die Öffnung zu einer Bestückungsseite der Leiterplatte erstreckt, wodurch über das metallische Bauteil ein thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitwand (6) und einem elektrischen Bauteil der Leistungselektronik (30) bereitgestellt ist.Electric coolant pump according to any of Claims 1 until 5 At least one opening is arranged in a printed circuit board of the power electronics (30), and a metallic component extends from a rear side through the opening to an assembly side of the printed circuit board, whereby thermal contact between the heat dissipating wall (6) and a electrical component of the power electronics (30) is provided.

Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wärmeableitwand (6) ausgeprägte Abschnitte aufweist, die mit einer Rückseite einer Leiterplatte der Leistungselektronik (30) in einem thermischen Kontakt stehen.Electric coolant pump according to any of Claims 1 until 5 , wherein the heat dissipation wall (6) has pronounced sections which are in thermal contact with a rear side of a printed circuit board of the power electronics (30).

Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wärmeableitwand (6) einen ausgeprägten Abschnitt aufweist, und in einer Leiterplatte der Leistungselektronik (30) eine Öffnung angeordnet ist, wobei sich der ausgeprägte Abschnitt von einer Rückseite der Leiterplatte durch die Öffnung zu einer Bestückungsseite der Leiterplatte hindurch erstreckt, wodurch ein direkter thermischer Kontakt zwischen der Wärmeableitwand (6) und einem elektrischen Bauteil der Leistungselektronik (30) bereitgestellt ist.Electric coolant pump according to any of Claims 1 until 5 , wherein the heat dissipation wall (6) has a pronounced section, and an opening is arranged in a printed circuit board of the power electronics (30), the pronounced section extending from a rear side of the printed circuit board through the opening to an assembly side of the printed circuit board, whereby a direct thermal contact between the heat dissipation wall (6) and an electrical component of the power electronics (30) is provided.