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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gehäusevorrichtung für eine elektrische Fluidpumpe. Sie zeigt Aufbau- und Verbindungskonzepte für eine derartige elektrische Fluidpumpe.
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Elektrische Fluidpumpen, insbesondere Ölpumpen mit bürstenlosen Gleichstrommotoren BLDC und integriertem Steuergerät, insbesondere für den Einsatz im Automotivbereich zum Zwecke der Kühlung, Schmierung und Aktuierung, müssen die Verlustwärme der Steuergeräte abführen, um die Steuergerättemperatur unter bauteilspezifischen kritischen Werten zu halten. Typischerweise ist die Leiterplatte des Steuergeräts an einen Kühlkörper mit guten Wärmeübergangswerten befestigt, z.B. Aluminium, der die Wärme an die Umgebungsluft oder an das Öl, welches die Pumpe fördert, abgibt. Außerdem ist die Leiterplatte versiegelt und abgedichtet, um die Elektronikteile vom Öl zu trennen, dass diese z.B. chemisch angreifen und beschädigen würde.
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Die Probleme bei einer Leiterplattenkühlung des Stands der Technik sind relativ hohe Kosten für Aluminiumkühlkörper, für Wärmepasten und für eine zuverlässige Abdichtung, um das Fluid (u.a. Öl) von den Elektronikteilen zu trennen. Lösungen mit Kunststoffkühlkörpern haben typischerweise Einschränkungen hinsichtlich der Wärmeableitungswerte und schränken den Einsatz der Pumpen ein. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass die Wärmequelle auf der Leiterplatte typischerweise nicht gleichmäßig verteilt ist. Es existieren mehrere spezifische Hot-Spots (d.h. Transistoren, Controller, Stromleiterbahnen) auf der Leiterplatte, die mit Kühlkörpern verbunden werden müssen, um die Wärme über eine vergrößerte Oberfläche abzuführen. Außerdem besteht ein Konflikt zwischen der Schaffung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Steuergerät und den Motorphasen und einem kosteneffizienten Design mit einer geringen Anzahl von Teilen und Dichtungen und einer kostengünstigen Montierbarkeit der Pumpe. Im Allgemeinen ist es auch aus Kosten- und Bauraumgründen vorzuziehen, die Größe der Pumpe und das Gewicht zu reduzieren.
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend genannten Nachteile zu beseitigen und einen Kompromiss zwischen der Menge an benötigten Teilen, Teilekosten und den Kühlungsfähigkeiten der Pumpen-Steuergeräte bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Gehäusevorrichtung für eine elektrische Fluidpumpe gemäß Anspruch 1 gelöst, bei dem die Gehäusevorrichtung eine Leiterplatte aufweist, welche Leiterplatte auf einer Seite SMT-Bauteile aufweist, wobei die Leiterplatte mit einem Dichtkleber auf dem Gehäusekörperunterteil angeordnet ist, wobei im Gehäusekörperunterteil wenigstens eine Öffnung vorgesehen ist, durch die Fluid bzw. Öl durchtreten kann, und wobei der Gehäusekörperdeckel und das Gehäusekörperunterteil fluiddicht miteinander verbaut sind. Die Leiterplatte ist dabei auf dem Gehäusekörperunterteil befestigt und gleichzeitig zum Nassraum gegen Öl abgedichtet. Durch die wenigstens eine Öffnung kann Fluid bzw. Öl an die Unterseite der Leiterplatte gelangen. Dies ermöglicht eine direkte Kühlung der Leiterplatte durch das Fluid. Die Voraussetzung für die Kühlung ist das Vorhandensein des Fluids in dem Motorraum, was durch entsprechende Führung des Leckagevolumenstroms der Pumpe ermöglicht wird. Gehäusekörperdeckel und Gehäusekörperunterteil sind gegen Umwelteinflüsse auf diese Weise dicht miteinander verbaut. Es wird angestrebt die Dichtung der einzelnen Gehäuseteile, wie auch die Leiterplattendichtung gegen Öl- und Nassraum mit demselben Dichtungskleber zu realisieren und in einem Prozessschritt zu applizieren.
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In einer Ausführungsform weist die Leiterplatte auf der dem Gehäusekörperdeckel abgewandten Seite Kontaktierungselemente zum Kontakt mit von dem elektrischen Motor ausgehenden Kontaktelemente auf, welche sich durch die wenigstens eine Öffnung darin erstrecken. Da elektrischen Kontaktierungslemente als SMT-Kontakte ausgeführt sind, erfordern sie somit keine Durchgangsbohrung auf der Leiterplatte. Da die Leiterplatte aus Epoxi-Material besteht und keine Durchgangsbohrungen erforderlich sind, kann die Leiterplatte als Trenn- und Dichtungsebene gegenüber Fluid/ Öl bzw. dem Nassraum fungieren.
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Günstig ist es, wenn die Leiterplatte über ein elektrisches Verbindungselement verbindbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Gehäusekörperdeckel ein ECU-Gehäuseoberteil und das Gehäusekörperunterteil ein ECU-Gehäuseunterteil.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass das ECU-Gehäuseunterteil auf dem Motorgehäuse des elektrischen Motors angeordnet ist und das Gehäuseoberteil des Motorgehäuses bildet.
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Eine Anordnungsmöglichkeit ist es, das Pumpengehäuse auf der dem ECU-Gehäuseunterteil abgewandten Seite des Motorgehäuses anzubringen.
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Vorteilhaft ist es, wenn das ECU-Gehäuseunterteil, das Motorgehäuse und das Pumpengehäuse miteinander verschraubt sind.
Erfindungsgemäß sind dabei zwischen den jeweiligen aneinander angeordneten Gehäuseteilen Dichtungen vorgesehen. Auf eine geometrisch aufwendige bzw. aus mehreren Teilen bestehende Dichtung kann so verzichtet werden.
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Bei einer Ausführungsform ist das Gehäusekörperdeckel ein ECU-Gehäuseoberteil und das Gehäusekörperunterteil ein Gehäuseoberteil des Motorgehäuses des elektrischen Motors.
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Vorzugsweise ist eine Pumpe im Pumpengehäuse auf der dem ECU-Gehäuseoberteil abgewandten Seite des Motorgehäuses angeordnet.
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Bei einer Ausführungsform ist das ECU-Gehäusekörperoberteil, das Motorgehäuse und das Pumpengehäuse dichtend miteinander verbunden.
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Erfindungsgemäß können das Gehäusekörperdeckel, ein ECU-Gehäuseoberteil sein und das Gehäusekörperunterteil ein Gehäuseoberteil von einem Pumpgehäuse sein.
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In einer weiteren Ausführungsform ist ein elektrischer Motor auf der dem ECU-Gehäuseoberteil abgewandten Seite des Pumpengehäuses angeordnet.
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Vorzugsweise sind das ECU-Gehäusekörperoberteil, das Pumpengehäuse und das Motorgehäuse dichtend miteinander verbunden sind. Diese sind somit gegen Umwelteinflüsse abgedichtet.
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Bevorzugt sind das ECU-Gehäuseunterteil, das Motorgehäuse und das Pumpengehäuse miteinander verschraubt.
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Besonders bevorzugt ist der Gehäusevorrichtung aus Kunststoff gefertigt.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben. Dabei zeigen:
- 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gehäusevorrichtung;
- 2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gehäusevorrichtung; und
- 3 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gehäusevorrichtung.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gehäusevorrichtung 10, wie sie beispielsweise für eine elektrische Ölpumpe zum Einsatz kommt. Die Gehäusevorrichtung 10 umfasst dabei eine Pumpe 20, einen Motor 30 und ein elektronisches Steuergerät, ECU, 40.
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Die Gehäusevorrichtung 10 umfasst bei dieser Ausführungsform des Weiteren einen Gehäusekörperdeckel 50, welcher gleichzeitig das ECU-Gehäuseoberteil 50 darstellt und ein Gehäusekörperunterteil 60, welches gleichzeitig das ECU-Gehäuseunterteil 60 darstellt. Das ECU-Gehäuseoberteil 50 und das ECU-Gehäuseunterteil 60 sind mittels einer Dichtung 70 miteinander verbaut und als Gehäuseoberteil 80 auf ein Motorgehäuse 90 des elektrischen Motors 30 mittels Dichtungselement 100 verschraubt.
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Der elektrische Motor 30 umfasst eine Welle 110, einen Rotor 120 und einen Stator 130, hier einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit dem Motorgehäuse 90 und ist auf bekannte Weise aufgebaut. Auf der dem ECU-Gehäuse 50,60 abgewandten Seite ist die Pumpe 20 an dem Motorgehäuse 90 des elektrischen Motors 30 angeordnet mit einem Pumpengehäuse 150. Die Welle 110 des Motors 30 und der Pumpe 20 ist einstückig und erstreckt sich aus dem Pumpengehäuse 150 in das Motorgehäuse 90. Pumpengehäuse 150, Motorgehäuse 90 und das ECU-Gehäuseunterteil 60 sind mittels Schraubverbindung 160 miteinander verbunden, wobei jeweils zwischen dem Pumpengehäuse 150 und dem Motorgehäuse 90 und dem Motorgehäuse 90 und dem ECU-Gehäuseunterteil 60 Dichtungsmittel 100,0160 vorgesehen sind.
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In 1 ist ferner eine Leiterplatte 170 im Innern des ECU-Gehäuses 50,60 angeordnet und zwar auf dem ECU-Gehäuseunterteil 60 mittels eines Dichtklebers 180, z. B. Epoxidkleber, geklebt. Das ECU-Gehäuseunterteil 60 weist dabei Öffnungen 190 auf, durch welche Kühlmedien (typischerweise das von der Pumpe 20 geförderte Fluid) treten können und durch direkten Kontakt des Fluids, z. B. des Öls mit der Leiterplatte 170 im Bereich der Öffnungen 190 Wärmequellen kühlen. Dabei gewährleistet die Konstruktion der Pumpe 20 einen gewissen Ölaustausch des Öls, das die heißen Stellen (d. h. Transistoren, Controllers, Stromleiterbahnen) der Leiterplatte 170 berührt, um die Wärme auch durch Ölbewegungen zu übertragen. Vorzugsweise wird das pumpeninterne Leckageöl verwendet, um den Ölaustausch in den erforderlichen Kühlvolumina zu gewährleisten.
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Die Leiterplatte 170 ist mittels eines Verbindungsstifts 200, welcher sich durch das ECU-Gehäuseunterteil 60 in Richtung aus dem Gehäuseunterteil 60 in einen Anschlussbereich 210 erstreckt elektrisch verbindbar.
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Auf der dem Motorgehäuse 90 abgewandten Seite der Leiterplatte 170 sind Schaltungsanordnungen 220, SMT-Komponenten, z. B. Mosfets, angeordnet. Es ist auch möglich, wenn auch hier nicht dargestellt, die Komponenten auf der Seite der Leiterplatte 170 anzubringen, die mit dem ECU-Gehäuseunterteil 60 verklebt ist, indem Taschen in dem Gehäuse zur Aufnahme der elektronischen Komponenten eingebracht werden. Diese Schaltungsanordnungen 220, die als SMT-Komponenten ausgeführt sind, erfordern keine Durchgangsbohrungen auf der Leiterplatte 170. Da die Leiterplatte 170 aus Epoxi-Material besteht, und keine Durchgangsbohrungen erforderlich sind, kann sie als Trenn- bzw. Dichtungsebene gegenüber dem Öl- bzw. Nassraum fungieren.
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Auf der dem Motorgehäuse 90 zugewandten Seite der Leiterplatte 170 sind SMT-male Pins 230 angebracht, welche in Kontakt mit vom Stator 130 des Motors 30 ausgehenden SMT-female Pins 240 stehen zur elektrischen Kontaktierung mit dem Motor 30. Die SMT-male Pins 230 können auch vom Stator 130 ausgehen zur elektrischen Kontaktierung mit SMT-female Pins 240, die an der Leiterplatte 170 angeordnet sind. In beiden Fällen erfolgt der Anschluss der Motorphasen durch die in dem ECU-Gehäuseunterteil 60 ausgebildeten Öffnungen 190. Bei den Motorphasenkontakten handelt es sich typischerweise um Kontakte, die ohne besondere Montagekraftunterstützung auf der Leiterplatte 170 oder gänzlich ohne angeschlossen werden können.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gehäusevorrichtung 10, wobei lediglich darauf eingegangen wird, inwieweit sich die Gehäusevorrichtungen 10 unterscheiden.
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Der Gehäusevorrichtung 10 umfasst bei dieser Ausführungsform einen Gehäusekörperdeckel 250, welcher ein ECU-Gehäuse 250 darstellt, das auf der zum Motorgehäuse 90 hin gewandten Seite vollständig offen ist. Das ECU-Gehäuse 250 ist auf dem angrenzenden Motorgehäuse 90 angeordnet, nämlich verschraubt, wobei das ECU-Gehäuse 250 und das Motorgehäuse 90 mittels einer Dichtung 260 dicht verbaut sind.
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Der in dem Motorgehäuse 90 aufgenommene elektrische Motor 30 entspricht dem aus 1, auf dessen Beschreibung Bezug genommen wird. Die Pumpe 20 mit dem Pumpengehäuse 150 schließt sich an das Motorgehäuse 90 in gleicher Weise an, wie bei der Ausführung nach 1.
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Die Ausführungsform nach 2 unterscheidet sich von der in 1 dadurch, dass die Leiterplatte 170 zwar ebenfalls im Innern des ECU-Gehäuses 250 angeordnet ist, aber mittels Dichtkleber 180 auf dem oberen Gehäuseabschnitt 270 des Motorgehäuses 90 geklebt ist. In dem oberen Gehäuseabschnitt 270 des Motorgehäuses 90 sind dabei Öffnungen 280 vorgesehen, durch welche das Kühlmedium auf die Rückseite der Leiterplatte 170 gelangen kann, und durch den Ölaustausch die erforderliche Kühlung derselben erfolgt.
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Von der Leiterplatte 170 erstreckt sich der Verbindungsstift 200 durch das ECU-Gehäuse 250 zum Anschlussbereich 210 für die elektrische Verbindung.
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Genau wie bei der Ausführungsform in 1 sind auf der dem Motorgehäuse 90 abgewandten Seite der Leiterplatte 170 Schaltungsanordnungen 220 vorgesehen. Es wird auf die dortige Beschreibung verwiesen.
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Auch die Motorphasenkontakte 230, 240 sind entsprechend denen der 1 ausgebildet.
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3 zeigt eine Gehäusevorrichtung 10 bei der sich die Anordnung von Pumpe 20 mit Pumpengehäuse 150, elektrischem Motor 30 mit Motorgehäuse 90 und elektrisches Steuergerät 40 mit ECU-Gehäuse 250 von der Anordnung derselben in den 1 und 2 unterscheidet.
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Die Gehäusevorrichtung 10 dieser Ausführungsform umfasst den Gehäusekörperdeckel 250, welcher auch hier das ECU-Gehäuse 250 bildet. Das ECU-Gehäuse 250 ist auf der zum Pumpengehäuse 150 zugewandten Seite vollständig offen. Angrenzend an das ECU-Gehäuse 250 ist das Pumpengehäuse 150 mit der Pumpe 20 angeordnet, auf das das ECU-Gehäuse 250 mittels Schraubverbindung angebracht ist. Auf der dem ECU-Gehäuse 250 abgewandten Seite ist das Motorgehäuse 90 mit elektrischem Motor 30 angeordnet. Das ECU-Gehäuse, das Pumpengehäuse 150 und das Motorgehäuse 90 sind über Schrauben 290 miteinander verbaut. Jeweils zwischen dem ECU-Gehäuse 250 und dem Pumpengehäuse 150 und dem Pumpengehäuse 150 und dem Motorgehäuse 90 sind Dichtungen 260, 300 angeordnet, um das Innere der Gehäusevorrichtung fluiddicht zu verschließen und nach aussen zum Nassraum hin.
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Die Leiterplatte 170 ist mit einem Dichtkleber 160 auf dem oberen Gehäusebereich 310 des Pumpengehäuses 150 geklebt. In dem oberen Gehäusebereich 310 des Pumpengehäuses 150 sind dabei Öffnungen 320 ausgebildet, durch welche Kühlmedium aus dem Inneren des Pumpengehäuses 150 an die Rückseite der Leiterplatte 170 gelangen kann und durch diesen Ölaustausch die Kühlung der Leiterplatte 170 erfolgt. Die Wärme der Leiterplatte 170 wird also nahe an der Stelle abgeführt, an der sie entsteht. Hierdurch können sehr kleine Kühlflächen mit guter Wärmeableitung realisiert werden. Durch diese direkte Kühlung der Leiterplatte 170 ist das Gehäusematerial nicht mehr in erster Linie ausschlaggebend für die Leiterplattenkühlung. Somit können für das Gehäusematerial kostengünstigere Materialien, wie Kunststoff, verwendet werden und die Größe der Pumpe kann reduziert werden.
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Auf der dem Pumpengehäuse 150 abgewandten Seite der Leiterplatte 170, nämlich auf der Seite, die nicht auf das Pumpengehäuse 150 geklebt ist, sind auch bei dieser Ausführungsform Schaltungsanordnungen 220, SMT-Komponenten, z. B. Mosfets, angeordnet. Auch hier besteht die Möglichkeit, wie schon bei der Ausführungsform der 1, die Komponenten auf der mit dem Pumpengehäuse 150 verklebten Seite der Leiterplatte 170 vorzusehen.
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Auf der dem Pumpengehäuse 150 zugewandten Seite der Leiterplatte 170 sind SMT-female Pins 240 angebracht, welche in Kontakt mit SMT-male Pins 230 stehen zur elektrischen Kontaktierung mit dem Motor 30. Die SMT-male Pins 230 erstrecken sich von dem Stator 130 des Motor 30 durch die Pumpe 20 durch die Öffnungen in dem oberen Gehäusebereich 310 des Pumpengehäuses 150 und kontaktieren die an der Leiterplatte 170 vorgesehenen SMT-female Pins 240 im Bereich der Öffnungen 320. Auch bei dieser Ausführungsform reduziert sich aufgrund der geringen Steckkräfte der Motorphasenkontakte die Anzahl der Teile und der Dichtungsaufwand für die Gehäusevorrichtung. Ebenso ist eine gute Montierbarkeit gegeben.
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Gehäusevorrichtungen der vorstehend beschriebenen Art sind beispielsweise bei KFZ-Hydrauliksystemen, elektrischen Antrieben für Elektro- und Hybridfahrzeuge, Automatikgetrieben, Nutzfahrzeugen, Ölfördersystemen, in der nautischen Anwendung, Batteriekühlsystemen und Schmiersystemen einsetzbar.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäusevorrichtung
- 20
- Pumpe
- 30
- Motor
- 40
- Elektrisches Steuergerät, ECU
- 50
- ECU-Gehäuseoberteil
- 60
- ECU-Gehäuseunterteil
- 70
- Dichtung
- 80
- Gehäusekörperdeckel
- 90
- Motorgehäuse
- 100
- Dichtungselement
- 110
- Welle
- 120
- Rotor
- 130
- Stator
- 140
- Pumpe
- 150
- Pumpengehäuse
- 160
- Dichtungsmittel
- 170
- Leiterplatte
- 180
- Dichtkleber
- 190
- Öffnungen
- 200
- Verbindungsstift
- 210
- Anschlussbereich
- 220
- Schaltungsanordnung
- 230
- SMT-male-Pins
- 240
- STM-female-Pins
- 250
- Gehäusekörperdeckel
- 260
- Dichtung
- 270
- Oberer Gehäusebereich des Motorgehäuses 90
- 280
- Öffnungen im Motorgehäuse 90
- 290
- Schraubverbindung
- 300
- Dichtungselement
- 310
- Oberer Gehäusebereich des Pumpengehäuses 150
- 320
- Öffnungen
