DE4411960C2 - Von einem elektronisch kommutierten Elektromotor angetriebene Flüssigkeitspumpe - Google Patents
Von einem elektronisch kommutierten Elektromotor angetriebene FlüssigkeitspumpeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine von einem elektronisch kommutierten Elektromotor ange
triebene Flüssigkeitspumpe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Flüssigkeitspumpe ist beispielsweise als Teil eines Kühlsystems aus
der US 4,836,147 bekannt. Die US-Schrift offenbart ein Kühlsystem mit einer Flüs
sigkeitspumpe, bei welcher ein glockenförmiger Rotor in einer Pumpenkammer mit
einem am Rotor angeformten Lagerzapfen in einem an einem Rippenstern ange
formten Lager gehalten wird.
In einer Elektronikkammer sind mehrere Statorspulen angeordnet, deren Befesti
gungsart jedoch nicht näher gezeigt oder beschrieben ist. Die Lagerung des Rotors
erscheint durch die sehr kurze Lagerlänge als unzureichend, zumal durch die mögli
cherweise ungenaue Plazierung der Statorspule ungleiche Magnetkräfte auf den
Rotor einwirken können, die diesen taumeln lassen. Hierdurch entsteht hoher Ver
schleiß und ein schlechter Wirkungsgrad, da große Spaltmaße zwischen Rotor und
Gehäusewandungen vorzusehen sind.
Aus der DE-A1-36 30 921 ist eine von einem Elektromotor angetriebene Kreisel
pumpe bekannt, bei der ein Pumpenrad eine Einheit mit einem magnetisierten Werk
stoff bildet.
Ein vom Elektromotor angetriebener Primärmagnet treibt infolge der auf den magne
tisierten Werkstoff einwirkenden magnetischen Kräfte das Pumpenrad an. Zwischen
Primärmagnet und Pumpenrad besteht eine Trennwand, so daß Pumpenkammer
und Motorkammer hermetisch abgetrennt sind. Hierdurch eignet sich diese Pumpe
z. B. zum Fördern von Heizwasser für Standheizungen.
Die aus der zweitgenannten Druckschrift bekannte Kreiselpumpe ist durch den Pri
märmagneten, der sorgfältig gelagert und ausgewuchtet werden muß, bauteilemäßig
überfrachtet.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße
Flüssigkeitspumpe derart zu gestalten, daß ein geringer Verschleiß und ein hoher
Wirkungsgrad erzielt werden.
Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst worden.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird
nachfolgend beschrieben.
Diese zeigt:
Fig. 1
eine Ausführung der Erfindung,
Fig. 2 und 3
eine Einzelheit aus Fig. 1.
Fig. 4
eine Schaltung der Kommutierungselektronik.
In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Flüssigkeitspumpe dargestellt, die mit einem
die Pumpe antreibenden elektronisch kommutierten Elektromotor 1 gemeinsam in
einem Gehäuse 2 angeordnet ist.
Das Gehäuse 2 weist hierfür eine erste Kammer 3 auf, in der ein Ständerpaket 4,
bestehend aus Einzelblechen 5, Wicklungen 6 und einer Leiterplatte 7 mit einer
Kommutierungsschaltung, auf einen Gehäusezapfen 8 aufgeschoben und durch eine
Schraube 9 axial gehalten ist. Die Leiterplatte 7 und ein Steckerdeckel 10 weisen
Kontaktelemente 11 auf, die bei der Deckelmontage geschlossen werden, an denen
elektrische Anschlüsse 12 befestigt sind, die durch den Steckerdeckel 10 nach au
ßen geführt sind. Der Steckerdeckel 10 schließt die erste Kammer 3 hermetisch ab.
Das Ständerpaket 4 wird gegen Verdrehung durch Rippen 13 gehalten, die an einer
zylindrischen Wandung 14 der Kammer 3 angeordnet sind und in entsprechende
Nuten 15 des Ständerpaketes 4 eingreifen. Diese Rippen 13 dienen andererseits da
zu, die relativ dünne zylindrische Wandung 14 zu verstärken.
Diese Wandung 14 grenzt in Verbindung mit einer Stirnwand 16 die erste Kammer 3
gegenüber einer zweiten Kammer 17 ab.
In dieser Kammer 17 ist auf einem aus der Stirnwand 16 her
vorstehenden Zapfen 18 ein Rotor 19 angeordnet, der
glockenförmig ausgebildet ist und die zylindrische Wandung
14 mit geringem Abstand überragt.
Der aus gebundenem Magnetwerkstoff hergestellte Rotor 19
besitzt an seinem Innenumfang eine mehrpolige laterale
Magnetisierung und wird bei Motorbetrieb von dem im Stän
derpaket 4 erzeugten, wandernden Magnetfeld mitgeschleppt
und in Drehung versetzt.
Der Rotor 19 weist auf seiner der ersten Kammer 3 abgewand
ten Stirnfläche 20 eine Ausbildung auf, die einem Einlauf
stutzen 21 eines Pumpendeckels 22 angeformt ist und gleich
zeitig die Nabe 23 des Rotors 19 bildet, in der eine Lager
bohrung 24 besteht, die den Zapfen 18 aufnimmt. Außerdem
sind an der ausgeformten Stirnfläche 20 Pumpenflügel 25 an
geordnet, die der Innenkontur 26 des Pumpendeckels 22 ange
paßt sind und bei Rotordrehung Flüssigkeit radial nach
außen fördern, so daß Flüssigkeit durch den Einlaufstutzen
21 nachgesaugt und aus einem Auslaufstutzen 27 (Fig. 2)
herausgedrückt wird.
Fig. 2 zeigt den Pumpendeckel 22 als Einzelheit mit Rotor
19.
Der Pumpendeckel 22 weist eine sich in Drehrichtung spiral
förmig erweiternde Kammerwandung 28 auf, die in den Aus
laufstutzen 27 übergeht, so daß sich ausgehend von einem
engsten Spalt 29 zwischen dieser Kammerwandung 28 und den
Pumpenflügeln 25 dieser Spalt 29 zunehmend vergrößert, wo
durch sich ein Peripheralkanal 30 mit zunehmendem Strö
mungsquerschnitt ergibt, der eine verlustarme Förderlei
stung sicherstellt.
Die zylindrische Wandung 14 zwischen Ständerpaket 4 und Ro
tor 19 ist sehr dünn, so daß sich ein sehr enger eisen
freier Spalt und damit geringe Magnetkreisverluste ergeben,
womit die Wicklungsanzahl und/oder die Stromstärke mini
miert werden kann.
Der Pumpendeckel 22 weist in seinem Inneren eine Quetsch
kante 31 auf, die durch eine Axialwand 32 gebildet wird und
den zwischen einer äußeren zylindrischen Mantelfläche 33
des Rotors 19 und der inneren zylindrischen Wandung 34 der
zweiten Kammer 17 bestehenden Spalt 35 abdeckt, so daß
Panschverluste minimiert werden.
Zwischen Gehäuse 2 und Pumpendeckel 22 ist eine elastische
Dichtung 36 eingelegt und durch die Kraft von Deckelschrau
ben 37 elastisch verformt.
Einlauf- und Auslaufstutzen 21 und 27 weisen einen koni
schen Ein- bzw. Auslaufabschnitt 38 auf, wodurch Kavitation
und dadurch verursachte Geräuschbildung vermieden werden.
Gehäuse 1 und Deckel 12, 22 sowie der Rotor 19 können aus
Kunststoff, vorteilhafterweise Polyphenylensulfid, beste
hen.
Zur Begrenzung des Axialspiels des Rotors 19 auf dem Zapfen
18 ist innerhalb des Pumpendeckels 22 ein Rippenstern 39
mit einem den Zapfen 18 aufnehmenden Lager 40 angeordnet,
das eine Anlauffläche für den Rotor 19 bildet, der anderer
seits durch die Stirnwand 16 des Gehäuses 1 gehalten ist.
Fig. 3 zeigt ein komplettes Ständerpaket 4 mit den Einzel
blechen 5 und Wicklungen 6. In das Ständerpaket 4 ist ein
aus Kunststoff bestehendes Mittelteil 41 eingepreßt, in
welches mehrere Kontaktelemente 42 eingefügt sind, die
Haken 43 aufweisen, die mit Wicklungsenden 44 verschweißt
sind. Hierdurch ergibt sich eine kostengünstige Fertigung.
Die Leiterplatte 7 wird ebenfalls auf das Mittelteil 41
aufgesetzt und durch Verlöten ein elektrischer Anschluß an
die Kontaktelemente 42 hergestellt.
Fig. 4 zeigt eine Schaltung der auf der Leiterplatte 7 be
stehenden Kommutierungselektronik. Ein Hallsensor H1 erfaßt
die Drehstellung des Rotors 19 und steuert von dieser
abhängig die Ständerwicklungen 6 bzw. L3 und L4. In dieser
Schaltung sind Transistoren T4 und T5 als Smith-Trigger
geschaltet und dienen als Überspannungs- bzw.
Übertemperaturschutz, z. B. beim Blockieren der Pumpe. Ein
Halbleiter R14 wird nahe der Ständerwicklungen L3 und L4
angeordnet. Bei höheren Temperaturen im Bereich der
Sprungtemperatur des Halbleiters R14 vergrößert sich der
Spannungsabfall an einem Widerstand R13 und dem Halbleiter
R14. Hierdurch wird der Transistor T5 leitend und sperrt
den Transistor T4. Transistoren T1 und T2 erhalten somit
Massepotential. Bei Normalbetrieb oder auch nach Wegfall
der Störungsursache arbeitet die Pumpe bei
Wicklungstemperaturen unterhalb der Sprungtemperatur der
Halbleiters R14.
Durch ausgewählte Widerstandsgrößen im Basiszweig des Tran
sistors T5 werden die Spannungsabfälle überwiegend durch
das Verhältnis der Widerstandsgrößen von R13 und R12
bestimmt.
Überschreitet die Anschlußspannung einen festgelegten Höch
spannungsbetrag, dann schaltet der Transistor T5 in den
leitenden Zustand und schaltet den Lastkreis ab.
Claims (8)
1. Von einem elektronisch kommutierten Elektromotor angetriebene Flüssigkeitspumpe,
deren Motor und Pumpe gemeinsam in einem Gehäuse angeordnet sind, das eine
erste Kammer aufweist, in der ein Ständerpaket angeordnet ist, dessen elektrische
Anschlüsse durch einen Steckerdeckel nach außen geführt sind, wobei der Stecker
deckel die Kammer hermetisch abschließt, und das eine zweite Kammer aufweist, in
der ein glockenförmig ausgebildeter Rotor angeordnet ist, der eine zylindrische Wan
dung des Bereichs der ersten Kammer, in dem das Ständerpaket angeordnet ist, mit
geringstem Abstand überragt und auf einer der ersten Kammer abgewandten Stirn
fläche Pumpenflügel aufweist, die der Innenkontur eines einen Einlaufstutzen auf
weisenden Pumpendeckels angepaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ständerpaket (4) auf einem Gehäusezapfen (8) aufgeschoben und durch eine
Schraube (9) axial gehalten ist und daß der Rotor (19) auf einem aus einer mit der
zylindrischen Wandung (14) verbundenen Stirnwand (16) hervorragenden Zapfen
(18) gelagert ist.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Wandung
(14) in der ersten Kammer (3) Rippen (13) aufweist, die in Nuten (15) des Ständer
pakets (4) eingreifen.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpendeckel
(22) eine sich in Rotordrehrichtung spiralförmig erweiternde Kammerwandung (28)
aufweist, die in einen Auslaufstutzen (27) übergeht und sich ausgehend von einem
engsten Spalt (29) zwischen Kammerwandung (28) und Pumpenflügeln (25) zuneh
mend vergrößert und dabei einen Peripheralkanal (30) mit zunehmendem Strö
mungsquerschnitt bildet.
4. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Pumpendeckel (22) eine Quetschkante (31) aufweist, die den zwischen einer äußeren
Mantelfläche (33) des Rotors (19) und einer zylindrischen Abschlußwandung
(34) der zweiten Kammer (17) bestehenden Spalt (35) abdeckt.
5. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Pumpendeckel (22) einen Rippenstern (39) aufweist, an dem ein den Zapfen (18)
aufnehmendes Lager (40) angeordnet ist, das eine Anlauffläche für den Rotor (19)
bildet.
6. Pumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einlauf-
und Auslaufstutzen (21, 27) einen konischen Abschnitt (38) aufweisen.
7. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rotor (19) ganz oder teilweise aus einen Kunststoff auf der Basis von Polyphe
nylensulfid besteht.
8. Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kommutierungselektronik eine Überspannungs-Übertemperatur-Schutzschaltung
aufweist.
Priority Applications (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: PIERBURG AG, 41460 NEUSS, DE |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: PIERBURG GMBH, 41460 NEUSS, DE |
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R071 | Expiry of right | ||
R071 | Expiry of right |