DE4411960C2 - Von einem elektronisch kommutierten Elektromotor angetriebene Flüssigkeitspumpe - Google Patents

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.