EP1256722B1 - Kreiselpumpe - Google Patents
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- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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- F04D13/00—Pumping installations or systems
- F04D13/02—Units comprising pumps and their driving means
- F04D13/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
- F04D13/0666—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the motor being of the plane gap type
Definitions
- the invention relates to a pump for liquid media according to the preamble of patent claim 1.
- DE 196 17 495 A relates to a fuel pump for motor vehicles, which has a rotor which serves on the one hand as a pancake of an electric motor and on the other hand as a pump impeller.
- blades are formed on the outer periphery of the rotor to convey the medium.
- the pump geometry is less optimal.
- the classic pancake it is necessary to supply the current to the electrical windings in the disk via brushes which must be sealed against the flow medium.
- DE 196 46 617 A shows an electric coolant pump, which has a fixed return plate in the region of the stator. On the opposite side of the rotor is a fixedly mounted in the rotor second return plate is provided.
- Object of the present invention is to provide a pump in which these disadvantages are avoided and the smallest possible size has a simple structure and can be operated fail-safe.
- Such a pump has only a single movable component, namely the impeller with the molded drive flange. Due to the large diameter of the drive flange, a large drive torque can be achieved, but the dimension in the axial direction of the pump is very small.
- the electric motor of the pump according to the invention is not designed as a classic pancake in which flat-pressed magnet coils are arranged in the disk-shaped rotor, which are supplied with power via brushes, but it is designed as a permanent magnet DC motor or as an asynchronous three-phase motor. In both cases, the torque is caused by an external magnetic field generated in the stator.
- the rotating field is in any case generated by an electronic circuit. This has the additional advantage that the performance of the pump can be easily adapted to the respective needs. In particular, a great smoothness can be achieved with the pump according to the invention.
- a particularly preferred embodiment provides that the electric motor is designed as a wet rotor. This means that within the pump, the moving parts are not sealed, that is, that also the gap between the stator and the rotor of the pump is flooded with the medium to be pumped.
- the impeller is designed as an axial-radial impeller, the opposite side has a flange on the inflow side, are formed on the blades, and the drive flange is arranged radially outside the flange. It is particularly preferred in this context, when the drive flange is arranged offset in the axial direction. In this way it is possible to form the discharge housing radially outside the impeller unhindered and at the same time to provide a part of the stator between the Ausströmgephaseuse and the drive flange.
- the structure of the pump according to the invention is particularly simplified and made cost-effective when the impeller is made of plastic and the magnets are molded as inserts by injection molding.
- Such a solution is also characterized by a robust mechanical construction.
- the injection molding process must take into account that the magnets are heated only within the allowable limits to prevent demagnetization.
- the magnets can also be magnetized in situ only after the production of the impeller, so that the injection molding process is not limited.
- the housing of the pump according to the invention shown in FIG. 1, which is an electric coolant pump for an internal combustion engine, which promotes a conventional coolant, which is composed of water and glycol, consists of a hydraulic cover 1, the inflow 7 and half the Outflow channel 10 encloses, a hydraulic bottom 2, which surrounds the second half of the outflow channel 10 and carries a half of the stator, and a motor cover 3, which closes the housing on the hydraulic cover 1 opposite side.
- the motor cover 3 carries in the axial region an axis 5 on which the impeller 6 is mounted.
- the axis 5 is held by a collar 4 of the engine cover 3 and is injected as an insert in the manufacture of the engine cover 3.
- the impeller 6 is formed as an axial-radial impeller, that is, that flows through the formed by the hydraulic cover 1 inflow housing 7, the medium to be conveyed in the axial direction.
- the flow direction of the medium is deflected radially outwards, so that it is conveyed into the outflow housing 10. Via a helical out of the hydraulic cover 1 led out exhaust pipe 11, the medium is discharged.
- a plain bearing bush 12 is formed, which can be encapsulated in the production.
- the impeller 6 can be produced in two-component injection molding.
- a screw 13 secures the impeller 6 on the axis fifth
- the back of the flow channels 8 of the impeller 6 forms a disc 14, which bulges inwardly toward the hub 15 and outside substantially in an axis perpendicular to the axis 16 of the impeller 6 axis.
- On the outer periphery of the disc 14 includes a tubular portion 17 which carries at its other end a drive flange 18 which extends outwardly.
- magnets 19 are formed as inserts, which form the rotor of the electric motor.
- the magnets 19 are rare earth magnets based on Nd-Fe-B and Pr-Fe-B, respectively, which have an extremely high field strength. It is also possible to use plastic-bonded magnets, so-called polymer magnets, which are produced by powder-pressing a mixture of magnetic particles with a binder based on epoxy resins, but also by injection-molding a compound. In this way, high magnetic properties can be achieved at low cost.
- the windings 20 of the stator are attached, which forms a disc substantially parallel to the drive flange 18.
- a return plate 21 is provided at the drive flange 18 opposite side of the winding 20 at the drive flange 18 opposite side of the winding 20, a return plate 21 is provided. By another return plate 22 which is fixed to the hydraulic base 2, the magnetic circuit is closed.
- the backwash discs 21 and 22 may be conventionally constructed of sheets or made of plastic rings with molded-steel particles.
- the winding 20 of the stator itself is ironless, which can be achieved particularly compact dimensions.
- the motor of the pump according to the invention is powered by a plug 23 with power, not shown motor electronics for electronic commutation can be accommodated in the pump or outside. Alternatively, the engine electronics may be potted together with the winding 20, for example.
- the cooling water pump according to the invention like a conventional coolant pump, can be mounted as a plug-in module on the internal combustion engine.
- the location of the attachment is independent of belt drives or the like and that the control of the pump can be made much more sensitive to the respective cooling requirements of the internal combustion engine.
- the pump is designed as a wet rotor, that is, that the entire interior is flooded with the coolant or the medium to be pumped, no stuffing boxes, mechanical seals, Simmerrings or the like are required, which reduces costs and increases reliability.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Pumpe für flüssige Medien gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
- Je nach Einsatzzweck werden an Pumpen die unterschiedlichsten Anforderungen gestellt. So ist etwa bei elektrischen Kühlmittelpumpen ein wesentliches Kriterium die absolute Zuverlässigkeit, da bei Ausfall des Kühlsystems schwerwiegende Schäden an der Brennkraftmaschine auftreten können. Weiter wird im Sinne einer Kostenreduktion und der Erreichung einer weitest gehenden Wartungsfreiheit angestrebt, möglichst ohne die Abdichtung drehender Bauteile auszukommen. Weitere Vorgaben betreffen den zur Verfügung stehenden Einbauraum, der in vielen Fällen eingeschränkt ist.
- Die DE 196 17 495 A betrifft eine Kraftstoffpumpe für Kraftfahrzeuge, die einen Rotor aufweist, der einerseits als Scheibenläufer eines Elektromotors und andererseits als Pumpenlaufrad dient. Zu diesem Zweck sind am äußeren Umfang des Rotors Schaufeln ausgebildet, um das Medium zu fördern. Mit einer solchen Pumpe kann einerseits nur ein beschränkter Wirkungsgrad erreicht werden, da die Pumpengeometrie wenig optimal ist. Weiters ist es beim klassischen Scheibenläufer erforderlich, den Strom zu den elektrischen Wicklungen in der Scheibe über Bürsten zuzuführen, die gegenüber dem Strömungsmedium abgedichtet werden müssen.
- Aus der DE 16 13 626 A oder der DE 25 56 631 A sind Elektromotoren bekannt, die Pumpen oder Lüfter antreiben und bei denen eine Wicklung im Bereich des Laufrads angeordnet ist. Das Drehmoment solcher Motoren ist jedoch beschränkt, und es können ausfallssichere Kühlwasserpumpen für Motoren von Kraftfahrzeugen nicht ohne weiteres dargestellt werden
- Die DE 196 46 617 A zeigt eine elektrische Kühlmittelpumpe, die im Bereich des Stators eine feststehende Rückschlusscheibe aufweist. An der gegenüberliegenden Seite des Rotors ist eine fest im Rotor angebrachte zweite Rückschlussscheibe vorgesehen. Dadurch wird zwar ein relativ günstiger und verlustarmer Verlauf des Magnetfelds erreicht, aber es tritt eine unerwünschte Beanspruchung des Rotors und seiner Lager in Axialrichtung auf, die durch Instabilitäten in Lauf zusätzlich verstärkt wird. Dies wirkt sich bei Schelbenläufern, die naturgemäß einem sehr dünnen Rotor mit großem Durchmesser aufweisen besonders ungünstig aus.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pumpe zu schaffen, bei der diese Nachteile vermieden werden und die bei möglichst kleiner Baugröße einen einfachen Aufbau aufweist und ausfallssicher betrieben werden kann.
- Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch die Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst. Eine solche Pumpe besitzt nur einen einzigen beweglichen Bauteil, nämlich das Laufrad mit dem angeformten Antriebsflansch. Aufgrund des großen Durchmessers des Antriebsflansches kann ein großes Antriebsdrehmoment erreicht werden, die Abmessung in Axialrichtung der Pumpe ist jedoch sehr gering. Der Elektromotor der erfindungsgemäßen Pumpe ist dabei nicht als klassischer Scheibenläufer ausgebildet, bei dem in dem scheibenförmigen Rotor flachgepresste Magnetspulen angeordnet sind, die über Bürsten mit Strom versorgt werden, sondern er ist als Permanentmagnet-Gleichstrommotor oder als Asynchron-Drehstrommotor ausgebildet. In beiden Fällen wird das Drehmoment durch ein äußeres Magnetfeld hervorgerufen, das im Stator erzeugt wird. Wenn man davon ausgeht, dass der Motor der Pumpe grundsätzlich mit Gleichstrom angetrieben wird, so wird das Drehfeld jedenfalls durch eine elektronische Schaltung erzeugt. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass die Leistung der Pumpe sehr leicht an den jeweiligen Bedarf angepasst werden kann. Mit der erfindungsgemäßen Pumpe kann insbesondere eine große Laufruhe erreicht werden.
- Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass der Elektromotor als Nassläufer ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass innerhalb der Pumpe die beweglichen Teile nicht abgedichtet sind, das heißt, dass auch der Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor der Pumpe mit dem zu fördernden Medium geflutet ist.
- In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist das Laufrad als Axial-Radial-Laufrad ausgebildet, das an der Einströmseite gegenüberliegenden Seite eine Flanschfläche aufweist, an der Schaufeln angeformt sind, und der Antriebsflansch ist radial außerhalb der Flanschfläche angeordnet. Besonders bevorzugt ist es in diesem Zusammenhang, wenn der Antriebsflansch in Axialrichtung versetzt angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, das Ausströmgehäuse radial außerhalb des Laufrades unbehindert auszubilden und gleichzeitig zwischen dem Ausströmgehäuse und dem Antriebsflansch einen Teil des Stators vorzusehen.
- Der Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpe wird insbesondere vereinfacht und kostengünstig gemacht, wenn das Laufrad aus Kunststoff hergestellt ist und die Magnete als Einlegeteile im Spritzgussverfahren eingeformt sind. Eine solche Lösung zeichnet sich auch durch einen robusten mechanischen Aufbau aus. Bei dem Spritzgussverfahren muss jedoch berücksichtigt werden, dass die Magnete nur innerhalb der zulässigen Grenzen erwärmt werden, um die Entmagnetisierung zu verhindern. Alternativ dazu können die Magnete aber auch erst nach der Herstellung des Laufrads in situ magnetisiert werden, so dass der Spritzguss-Prozess keinen Beschränkungen unterliegt.
- In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand ein in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine erste Ausführungsvariante der Erfindung im Schnitt und
- Fig. 2
- Stand der Technik.
- Das Gehäuse der erfindungsgemäßen Pumpe gemäß Fig. 1, die eine elektrische Kühlmittelpumpe für eine Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung ist, die ein übliches Kühlmittel fördert, das aus Wasser und Glykol zusammengesetzt ist, besteht aus einen Hydraulikdeckel 1, der den Einströmkanal 7 und zur Hälfte den Ausströmkanal 10 umschließt, einem Hydraulikboden 2, der die zweite Hälfte des Ausströmkanals 10 umschließt und eine Hälfte des Stators trägt, und einem Motordeckel 3, der das Gehäuse auf der dem Hydraulikdeckel 1 gegenüberliegenden Seite abschließt. Der Motordeckel 3 trägt im axialen Bereich eine Achse 5, auf der das Laufrad 6 gelagert ist. Die Achse 5 ist von einem Bund 4 des Motordeckels 3 gehalten und wird als Einlegeteil bei der Herstellung des Motordeckels 3 mitgespritzt. Das Laufrad 6 ist als Axial-Radial-Laufrad ausgebildet, das heißt, dass durch das vom Hydraulikdeckel 1 gebildete Zustromgehäuse 7 das zu fördernde Medium in Axialrichtung zuströmt. In den Strömungskanälen 8 des Laufrads 6 in denen Schaufeln 9 angeordnet sind, wird die Strömungsrichtung des Mediums radial nach außen umgelenkt, so dass dieses in das Abströmgehäuse 10 gefördert wird. Über ein schneckenförmig aus dem Hydraulikdeckel 1 herausgeführtes Ausströmrohr 11 wird das Medium abgeführt.
- An der Nabe 15 des Laufrads 6 ist eine Gleitlagerbuchse 12 eingeformt, die bei der Herstellung umspritzt werden kann. Alternativ kann das Laufrad 6 im Zweikomponenten-Spritzguss hergestellt werden. Eine Schraube 13 sichert das Laufrad 6 auf der Achse 5.
- Die Rückseite der Strömungskanäle 8 des Laufrads 6 bildet eine Scheibe 14, die sich innen zur Nabe 15 hin wölbt und außen im Wesentlichen in einer zur Achse 16 des Laufrads 6 senkrechten Achse liegt. Am äußeren Umfang der Scheibe 14 schließt ein rohrförmiger Abschnitt 17 an, der an seinem anderen Ende einen Antriebsflansch 18 trägt, der sich nach außen erstreckt.
- In dem Antriebsflansch 18 sind Magnete 19 als Einlegeteile eingeformt, die den Rotor des Elektromotors bilden. Die Magnete 19 sind Selten-Erd-Magnete auf der Basis von Nd-Fe-B beziehungsweise Pr-Fe-B, die eine extrem hohe Feldstärke aufweisen. Es können auch kunststoffgebundene Magnete, sogenannte Polymermagnete verwendet werden, die durch Pulverpressen eines Gemisches aus Magnetpartikeln mit einem Bindemittel auf der Basis von Epoxidharzen hergestellt werden, aber auch durch Spritzgießen eines Compounds. Auf diese Weise können hohe magnetische Eigenschaften mit geringen Kosten erzielt werden. Auf dem Bund 4 des Motordeckels 3 oder im Motordeckel 3 selbst sind die Wicklungen 20 des Stators befestigt, der im Wesentlichen eine Scheibe parallel zum Antriebsflansch 18 bildet. An der dem Antriebsflansch 18 gegenüberliegenden Seite der Wicklung 20 ist eine Rückschlussscheibe 21 vorgesehen. Durch eine weitere Rückschlussscheibe 22, die am Hydraulikboden 2 befestigt ist, wird der magnetische Kreis geschlossen. Die Rückschlussscheiben 21 und 22 können in herkömmlicher Weise aus Blechen aufgebaut sein oder aus Kunststoffringen mit eingeformten Stahlpartikeln hergestellt werden.
- Die Wicklung 20 des Stators selbst ist eisenlos ausgeführt, wodurch sich besonders kompakte Abmessungen erzielen lassen. Der Motor der erfindungsgemäßen Pumpe wird über einen Stecker 23 mit Strom versorgt, die nicht dargestellte Motorelektronik zur elektronischen Kommutierung kann dabei im Bereich der Pumpe oder außerhalb untergebracht sein. Alternativ dazu kann die Motorelektronik beispielsweise gemeinsam mit der Wicklung 20 vergossen sein.
- Die erfindungsgemäße Kühlwasserpumpe kann wie eine herkömmliche Kühlmittelpumpe als Steckmodul an der Brennkraftmaschine angebracht werden. Im Vergleich zu mechanisch angetriebenen Pumpen besteht jedoch dabei einerseits der Vorteil, dass der Ort der Anbringung unabhängig von Riementrieben oder dergleichen ist und dass die Steuerung der Pumpe wesentlich feinfühliger auf den jeweiligen Kühlbedarf der Brennkraftmaschine vorgenommen werden kann. Da die Pumpe als Nassläufer konzipiert ist, das heißt, dass der gesamte Innenraum mit dem Kühlmittel beziehungsweise dem zu fördernden Medium geflutet ist, sind keinerlei Stopfbuchsen, Gleitringdichtungen, Simmerringe oder dergleichen erforderlich, was die Kosten senkt und die Betriebssicherheit erhöht.
Claims (9)
- Pumpe für flüssige Medien, insbesondere Kühlwasserpumpe für Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung mit einem als Scheibenläufer ausgebildeten Elektromotor zum Antrieb der Pumpe, der mit einem Laufrad (6) der Pumpe in unmittelbarer Verbindung steht, wobei am äußeren Umfang des Laufrads der Pumpe ein Antriebsflansch (18) in Radialrichtung nach außen vorragt, in dem Magnete (19) oder Wicklungen (20) eingeformt sind, um das Laufrad (6) berührungslos anzutreiben, und wobei Rückschlussscheiben (21, 22) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsflansch (18) in Axialrichtung beidseitig von feststehenden Rückschlussscheiben (21, 22) umgeben ist.
- Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor elektronisch kommutiert ist.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor als Nassläufer ausgebildet ist.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (6) als Axial-Radial-Laufrad ausgebildet ist, das an der der Einströmseite gegenüberliegenden Seite eine Flanschfläche aufweist, an der Schaufeln angeformt sind, und dass der Antriebsflansch (18) radial außerhalb der Flanschfläche angeordnet ist.
- Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsflansch (18) in Axialrichtung versetzt angeordnet ist.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (6) aus Kunststoff hergestellt ist und dass die Magnete (19) als Einlegeteile im Spritzgussverfahren eingeformt sind.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (6) aus Kunststoff hergestellt ist und dass die Magnete (19) als kunststoffgebundene Magnete ausgebildet sind.
- Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Laufrad (6) ein weiterer Antriebsflansch (28) verbunden ist.
- Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebsflansche (18, 28) beidseits des Stator (20) symmetrisch angeordnet sind.
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