WO2021170328A1

WO2021170328A1 - Montageoptimierte kühlmittelpumpe

Info

Publication number: WO2021170328A1
Application number: PCT/EP2021/051687
Authority: WO
Inventors: Paul Michael Ludwig; Franz Pawellek
Original assignee: Nidec Gpm Gmbh
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2021-09-02
Also published as: DE102020105339A1; DE102020105339B4

Abstract

Es wird eine montageoptimierte Kühlmittelpumpe vorgeschlagen. Die elektrische Kühlmittelpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Leistungselektronik (30) durch eine erste offene Seite einsetzbar, in einem Antriebsgehäuse (2) aufgenommen ist. Es ist eine separate Trennwand (6) zur Abgrenzung zwischen dem Antriebsgehäuse (2) und einem Pumpengehäuse (1) bereitgestellt, wobei die Trennwand (6) und die Leistungselektronik (30) dazu eingerichtet sind, in einem in der ersten offenen Seite des Antriebsgehäuses (2) zusammenführbaren, thermischen Kontakt zu stehen. Femer weist das Antriebsgehäuse (2) eine zweite offene Seite auf, die der ersten offenen Seite axial gegenüberliegt, wobei der Elektromotor (3) durch die zweite offene Seite einsetzbar, in dem Antriebsgehäuse (2) aufgenommen ist.

Description

Beschreibung

Montageoptimierte Kühlmittelpumpe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe mit einer optimierten Konstruktion in Bezug auf eine erleichtere Montage von Bauteilen der Kühlmittelpumpe in einer Serienfertigung. Eine Problemstellung bei elektrischen Kühlmittelpumpen besteht in einer ausreichenden Kühlung der Leistungselektronik. Im Falle einer hohen Leistungsbeanspruchung der V erbrennungsmaschine und einer hohen

Umgebungstemperatur, ruft die Steuerung des Thermomanagements eine maximale Kühlleistung für die V erbrennungsmaschine ab. Dabei erfahren auch der elektrische Antrieb der Kühlmittelpumpe und ebenso eine Leistungselektronik für einen bürstenlosen

Elektromotor einen maximalen Durchsatz elektrischer Leistung und erzeugen Abwärme. Hierbei erreichen die Komponenten eines Elektromotors und der Leistungselektronik kritische Temperaturen. Zudem ist die Kühlmittelpumpe üblicherweise platzsparend in unmittelbarer Nähe zu dem V erbrennungsmotor installiert. Demzufolge ist die Kühlmittelpumpe durch die Abwärme des V erbrennungsmotors einer Aufheizung mit nochmals erheblich höheren Umgebungstemperatur ausgesetzt. Eine unzureichende Abfuhr der zusätzlichen Wärmeerzeugung kann aufgrund von Überhitzung zu Schäden an der Leistungselektronik und einem Ausfall des elektrischen Antriebs führen. Somit wäre die Betriebsfähigkeit der Kühlmittelpumpe und folglich der gesamte Fährbetrieb des Fahrzeugs gefährdet.

Im Stand der Technik sind elektrische Kühlmittelpumpen bekannt, bei denen eine Leistungselektronik zur Ansteuerung eines bürstenlosen Motors auf einer der Pumpenbaugruppe gegenüber liegenden Seite des Motors angeordnet ist, d.h. zwischen demselben und einem Motordeckel oder einer geschlossenen Gehäusewand. Bei einer Serienfertigung lässt sich diese Anordnung einfach montieren. In der Regel werden die Komponenten einer elektrischen Antriebsbaugruppe von einer axialen Seite montiert, die Komponenten der Pumpenbaugruppe von der anderen axialen Seite und danach ggf. ein Antriebsgehäuse und ein Pumpengehäuse an einer Flanschebene zusammengefugt. Eine derartige, leicht montierbare Anordnung der Leistungselektronik in einer geschlossenen Bauform des elektrischen Antriebs bringt die Problemstellung mit sich, dass die Leistungselektronik einerseits mit dem erwärmten Elektromotor und andererseits mit dem Gehäuse zur erwärmten Umgebungstemperatur umgeben ist, wodurch eine Abwärme der Leistungselektronik gegebenenfalls unzureichend abgeführt wird.

Das Kühlmittel eines V erbrennungsmotors nimmt eine Temperatur auf und sorgt bereits für einen hohen Wärmeeintrag in die Kühlmittelpumpe. Nach dem Durchlaufen des Kühlers bzw. eines W ärmetauschers mit der Umgebung sollte das Kühlmittel nach Auslegung von Standards der Automobilbranche noch eine maximale T emperatur von bis zu 113 °C aufweisen. In Anwendungen mit besonderer Beanspruchung, extremen Umgebungstemperaturen, oder in ungünstigen Fällen kann das Kühlmittel in einem Kühlmittelkreislaufs eines V erbrennungsmotors in einem Fahrzeug jedoch kurzfristig eine Temperatur von 120 °C oder sogar 130 °C erreichen. Bei einer Temperatur von wenigen zehn Grad darüber entstehen bereits Schäden in elektronischen Bauteilen.

Solange ein T emperaturverlauf der Leistungselektronik eng an den T emperaturverlauf 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 T emperaturdifferenz der Leistungselektronik zu dem Kühlmittel entsteht. Es ist daher im Stand der Technik Aufbauten mit einem verbesserten W ärmeübergang zwischen der Leistungselektronik und einem flüssigkeitsführenden Bereich einer Kühlmittelpumpe vorgeschlagen worden. Es hat sich ein Aufbau zur thermischen Anbindung an den Förderstrom als effektiv erwiesen, bei dem die Leistungselektronik zwischen einer Pumpenkammer bzw. einem Spiralgehäuse und dem Elektromotor, also nicht auf der gegenüberliegenden Seite des Elektromotors angeordnet ist. Ein Beispiel aus dem Stand der Technik, das den Aspekt eines W ärmeaustauschs zwischen einer Leistungselektronik einer Kühlmittelpumpe und dem geforderten Kühlmittelstrom aufgreift, ist in der Patentanmeldung DE 102018 104015 Al derselben Anmelderin beschrieben, die eine Kühlmittelpumpe mit einer optimierten Lageranordnung und einem verbesserten Wärmehaushalt vorschlägt. Ein kühlmittelgeschmiertes Gleitlager ist in einem Trägerflansch aufgenommen. Um die Kräfte des Wellenlagers aufhehmen zu können, ist der Trägerflansch massiv dimensioniert. Ein zylindrischer Teil des Trägerflansches erstreckt sich zu einem Elektromotor und ein flanschförmiger Trennabschnitt erstreckt sich radial zu einer Umfangswand eines Motorgehäuses. Der Trägerflansch grenzt das Motorgehäuse von einem Pumpengehäuse ab. In einer Motorkammer ist eine ringförmige Steuereinheit angeordnet, wobei eine W ärmeableitung für die Steuereinheit über den Trägerflansch zu einer Pumpenkammer in dem Pumpengehäuse vorgesehen ist.

Eine Montage dieser Pumpe, insbesondere eine Verdrahtung ist schwierig. Zudem ist eine Auswahl von Motortypen auf sogenannte Außenläufer beschränkt, wie nachfolgende erläutert. Zunächst wird die ringförmige Steuereinheit mittels Wärmeleitpaste an dem Trägerflansch fixiert. Danach wird ein innenliegender Stator des Elektromotors auf dem zylindrischen Teil des Trägerflansches fixiert, während eine Verdrahtung zu der Steuereinheit schwer zugänglich ist. Es kann ebenso eine verdrahtete Einheit aus Steuereinheit und Stator vorgesehen sein, der auf dem zylindrischen Teil des Trägerflansches fixiert wird, wodurch sich ein entsprechender Aufwand einschließlich gegenseitiger Fixierungsmittel im Vorhinein erhöht. Danach kann ein außenliegender Rotor des Elektromotors auf einer Welle montiert werden.

Bei Verwendung eines Innenläufer-Motortyps, also einem Elektromotor mit außenliegendem Stator, ist eine Montage, insbesondere eine Verdrahtung der Steuereinheit und des Stators, der zuvor in dem Motorgehäuse fixiert wird, nicht möglich, oder noch schwieriger und mit weiteren Maßnahmen verbunden. Zudem ist wenig Platz für elektrische Bauelemente vorhanden. Ferner ist die Steuerschaltung nahe an dem Stator angeordnet, sodass sie der Abwärme des Elektromotors direkt ausgesetzt ist. Ferner stellt die Konstruktion des Trägerflansches ein massives Bauteilvolumen in einem Wärmeübergang zwischen der Steuerschaltung und der Pumpenkammer dar.

Die DE 11 2013 003 549 T5 beschreibt eine Kühlmittelpumpe für automobile Anwendungen mit einer Donut-förmigen Leiterplatte, die auf axialer Höhe des Flügelrads an eine Pumpenkammer grenzt. Die Pumpe ist mit einem N assläufermotor ausgestattet, bei dem ein trockener Stator durch eine Nassbüchse von einem nasslaufenden Rotor in der Pumpenkammer getrennt ist. Die Donut-formige Leiterplatte ist mit dem Stator des Nassläufermotors gemeinsam eingehaust.

Eine Montage bezüglich der bestückten Leiterplatte und des Stators ist in etwa vergleichbar und entsprechend schwierig, wie bei dem Aufbau der zuvor genannten Pumpe. Zudem ist wenig Platz für eine Bestückung mit elektrischen Bauelementen vorhanden. Ferner ist die Leiterplatte nahe an dem Stator angeordnet, sodass sie der Abwärme des Elektromotors direkt ausgesetzt ist. Nassläufermotoren sind teurer als trockenlaufende Standardmotoren und haben prinzipiell eine geringere Effizienz aufgrund des Materials der Nassbüchse im Luftspalt und Planschverlusten des nasslaufenden Rotors.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen alternativen Aufbau für eine elektrische Kühlmittelpumpe zu schaffen, der eine effektive Kühlung der Leistungselektronik eines trockenlaufenden Elektromotors gewährleistet, und eine leichte Montage der elektrischen Antriebsbaugruppe ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch eine elektrische Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.

Die elektrische Kühlmittelpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine Leistungselektronik durch eine erste offene Seite einsetzbar, in einem Antriebsgehäuse aufgenommen ist; eine separate Trennwand zur Abgrenzung zwischen dem Antriebsgehäuse und dem Pumpengehäuse bereitgestellt ist, wobei die Trennwand und die Leistungselektronik dazu eingerichtet sind, in einem in der ersten offenen Seite des Antriebsgehäuses zusammenführbaren, thermischen Kontakt zu stehen; und das Antriebsgehäuse eine zweite offene Seite aufweist, die der ersten offenen Seite axial gegenüberliegt, wobei der Elektromotor durch die zweite offene Seite einsetzbar, in dem Antriebsgehäuse aufgenommen ist.

Bislang werden an Aufbauten im Stand der Technik mit vergleichbarer Anordnung der Leistungselektronik, elektrische Bauteile der Leistungselektronik stets von einer dem zentralen Pumpeneinlass entgegengesetzten Richtung in ein Gehäuse eingesetzt bzw. an einer Gehäusewand befestigt.

Die Erfindung sieht erstmals an einer Kühlmittelpumpe einen Aufbau eines Antriebsgehäuses vor, das auf einer zum Pumpengehäuse gerichteten Seite, eine frei zugängliche Gehäuseöffnung zur Aufnahme einer Leistungselektronik einschließlich eines thermischen Kontakts und einer von außen einsetzbaren Trennwand aufweist, und auf der dem Pumpengehäuse gegenüberliegenden Seite, eine frei zugängliche Gehäuseöffnung zur Aufnahme eines Motors aufweist.

In ihrer allgemeinsten Form sieht die Erfindung erstmals eine in einem Vorgang durchführbare Montage der Leistungselektronik in dem Antriebsgehäuse sowie eines thermischen Kontakts zu einer flüssigkeitsdichten Abtrennung von einer Pumpenseite bzw. aus Richtung eines zentralen Pumpeneinlasses aus vor. In einem unabhängigen Vorgang wird die Montage des Motors in dem Antriebsgehäuse von einer entgegengesetzten Seite durchgeführt. Die erfindungsgemäße Konstruktion verschafft eine erhebliche Vereinfachung der Montage der elektrischen Antriebsgruppe in einer Serienfertigung der Kühlmittelpumpe, da sich beliebige Montagezustände der beiden Vorgänge nicht gegenseitig beeinträchtigen.

Darüber hinaus werden die Leistungselektronik und der Elektromotor von zwei verschiedenen Seiten in dem Antriebsgehäuse montiert, wobei die zwei entsprechenden Gehäuseöffnungen unabhängig von einer Reihenfolge von Montageschritten frei zugänglich sind. Darüber hinaus erfolgt eine gegenseitige Positionierung der Leistungselektronik und des Elektromotors in Bezug zu dem Antriebsgehäuse, also zu ein und demselben Element. Dadurch wird eine Toleranzkette verkürzt und ein Einstecken von Steckkontakten einer elektrischen Kontaktstruktur vereinfacht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Antriebsgehäuse einen zentralen Lageraufnahmeabschnitt aufweisen; wobei ein Wellenlager und eine W ellendichtungsanordnung durch die erste offene Seite einsetzbar, in dem Lageraufhahmeabschnitt aufgenommen sind. Durch diese Ausgestaltung kann ferner auch eine Welle einschließlich Lagerung und Abdichtung, durch die frei zugängliche Gehäuseöffiiung auf der zur Pumpe gerichteten Seite montiert werden. Durch die Bereitstellung des Lageraufhahmeabschnitts, erfolgt eine Positionierung des Elektromotors und der Welle zueinander in Bezug zu dem Antriebsgehäuse, also zu ein und demselben Element. Dadurch wird eine Toleranzkette verkürzt, wodurch insbesondere eine präzise Maßhaltigkeit des Luftspalts des Elektromotors zwischen einem Stator und einem auf der Welle angeordneten Rotor verbessert wird.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Lageraufhahmeabschnitt durch wenigstens einen radialen Gehäusesteg in dem Antriebsgehäuse getragen werden, der zwischen der ersten offenen Seite und der zweiten offenen Seite des Antriebsgehäuses integral ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung kann die Anzahl an Bauteilen reduziert werden. Ferner kann ein Abstand zwischen dem Elektromotor und der Leistungselektronik eingehalten werden, der als Bauraum für die Gehäusestege und zugleich auch als Bauraum für elektrische Bauelemente bereitgestellt werden kann.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Trennwand als ein Blechstanzteil bereitgestellt sein, wobei Umformungsabschnitte des Blechstanzteils zur Fixierung am Antriebsgehäuse dienen. Diese Ausgestaltung stellt seitens der Trennwand ein weiteres Mittel zur Erleichterung der Montage dar, da die Trennwand bereits vor einer Montage der Flanschabschnitte lagefixiert ist.

Die Ausgestaltung des Antriebsgehäuses, an dem ein Flanschabschnitt und ein darin zentral angeordneter Lageraufhahmeabschnitt mit tragender Funktion ausgebildet sind, ermöglicht es, die Trennwand derart dünn zu gestalten, dass sie als Metallblech ausgeführt werden kann. Gegenüber einer massiven Wand eines tragenden Elementes weist eine dünne Trennwand aus einem Metallblech eine geringere Masse bzw. eine geringere flächenbezogene W ärmespeicherkapazität und eine kürzere W ärmeleitstrecke zum Förderstrom auf. Eine dünne Trennwand aus einem Metallblech verschafft demnach eine unmittelbare, erheblich schnellere Wärmeableitung von Abwärme aus Verlustleistung der Leistungselektronik zu dem Förder ström in der Pumpenkammer, der die Abwärme aufhimmt und abführt.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Fixierungsmittel bereitgestellt sein, das eine Anordnung und den thermischen Kontakt zwischen der Leistungselektronik und der Trennwand fixiert. Diese Ausgestaltung stellt seitens der Leistungselektronik oder seitens der Trennwand ein weiteres Mittel zur Erleichterung der Montage dar. Das Fixierungsmittel kann beispielsweise als Wärmeleitpaste, als Wärmeleitpad oder als flexibler Wärmeleitkleber bereitgestellt sein.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann in dem Antriebsgehäuse ein Anschlussstecker für eine externe Verbindung der Kühlmittelpumpe angeordnet sein, der durch eine Mehrfachsteckverbindung mit der Leistungselektronik in einen elektrischen Kontakt versetzbar ist. Diese Ausgestaltung stellt seitens einer Verdrahtung ein weiteres Mittel zur Erleichterung der Montage dar. Der Anschlussstecker kann weiter innen im Antriebsgehäuse als die Leistungselektronik montiert sein. Die Mehrfachsteckverbindung kann als standardisierter Busbar- Stecker mit einer zugeordneten Pin-Belegung zwischen dem Anschlussstecker und der Leistungselektronik eingerichtet sein, der eine positionsgetreue Steckverbindung für die Leistungselektronik in einer Aufhahmeposition der Leistungselektronik in dem Antriebsgehäuse bereitstellt. Diese Ausgestaltung stellt seitens einer Verdrahtung ein weiteres Mittel zur Erleichterung der Montage dar.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein erstes Positionierungsmittel bereitgestellt sein, das einer Aufhahmeposition der Leistungselektronik in dem Antriebsgehäuse zugeordnet ist. Diese Ausgestaltung stellt seitens der Verdrahtung ein weiteres Mittel zur Erleichterung der Montage dar. Das erste Positionierungsmittel kann als Zentrierstifte oder Zentrierhülsen ausgestaltet sein, die in entsprechende Gegenstücke an der Leiterplatte der Leistungselektronik geführt werden. Somit kann eine positionsgetreue Anordnung und eine mechanische Entlastung der Kontakte der Leistungselektronik in dem Antriebsgehäuse bereitgestellt werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein zweites Positionierungsmittel, das dem elektrischen Kontakt zwischen dem Anschlussstecker und der Leistungselektronik zugeordnet ist bereitgestellt sein. Diese Ausgestaltung stellt seitens der Verdrahtung ein weiteres Mittel zur Erleichterung der Montage dar. Das zweite Positionierungsmittel kann als Zentrierelement ausgestaltet sein, das in ein entsprechendes Gegenstück an der Leiterplatte der Leistungselektronik geführt wird. Somit können Pressfitkontakte des Anschlusssteckers und Kontaktbohrungen der Leiterplatte der Leistungselektronik positionsgetreu zueinander ausgerichtet werden, und es wird eine mechanische Entlastung der Kontakte bereitgestellt.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann an der Leistungselektronik und an dem Elektromotor eine Gruppe von axial angeordneten Steckverbindungen bereitgestellt sein, durch welche die Leistungselektronik und der Elektromotor durch das Antriebsgehäuse hindurch in einen elektrischen Kontakt versetzbar sind. Diese Ausgestaltung stellt seitens der Verdrahtung ein weiteres Mittel zur Erleichterung der Montage dar. Die Steckverbindungen können insbesondere starr ausgeführt und über eine Querschnittsfläche des Antriebsgehäuses beabstandet angeordnet sein, sodass sie sich zwischen den Gehäusestegen des Lageraufhahmeabschnitts hindurch erstrecken. Die Steckverbindungen sind insbesondere den drei Statorphasen des bürstenlosen Elektromotors zugeordnet. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein drittes Positionierungsmittel, das der Gruppe von axialen Steckverbindungen zugeordnet ist, bereitgestellt sein. Diese Ausgestaltung stellt seitens der Verdrahtung ein weiteres Mittel zur Erleichterung der Montage dar.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Aufbau einer elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Draufsicht in das Antriebsgehäuse mit einem montierten Elektromotor der elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß der Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine perspektivische Draufsicht auf die Leiterplatte in einem Montagezustand der elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß der Ausführungsform der

Erfindung; und

Fig. 4 eine perspektivische Draufsicht auf die Trennwand in einem Montagezustand der elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß der Ausfuhrungsform der

Erfindung. Zunächst wird ein Aufbau einer elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung mit Blick auf Fig. 1 beschrieben.

Der in Fig. 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 Pumpenlauffads 4 umgibt. Der Spiralgehäuseabschnitt 14 bildet einen Kanal, der einen radial beschleunigten Förderstrom zu einem, in dem dargestellten Querschnitt nicht sichtbaren Auslass fuhrt. Ein Einlass 11 des Pumpengehäuses 1 ist als ein Stutzen ausgebildet, der den Förderstrom zentral auf das Pumpenlauffad 4 zufuhrt. 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 S chraub Verbindung auf.

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 zweite offene Seite an einem axialen Ende des Antriebsgehäuses 2 eingeführt. Die zweite offene Seite 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 einer Nut 27 eingreift, die 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.

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 Kompaktlager eingepresst, dass als einziges Wellenlager 52 zur radialen und axialen Lagerung einer Welle 5 dient. Das Wellenlager 52 ist mit einer nicht dargestellten Anordnung von W ellendichtungen 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.

Das Antriebsgehäuse 2 weist zu dem Pumpengehäuse 1 hin eine erste offene Seite auf, deren geöffneter Querschnitt sich um den Lageraufhahmeabschnitt 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 S chraubverbindung auf. Das Antriebsgehäuse 2 ist als Gussformteil hergestellt, das den Flanschabschnitt 21, die Gehäusewand 23, die radialen Gehäusestege 22 und den Lageraufhahmeabschnitt 25 integral ausgebildet umfasst.

In dem geöffneten Querschnitt der ersten 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.

Zur Kühlung der elektrischen Bauelemente steht eine dem Pumpengehäuse 1 zugewandte Rückseite der Leiterplatte der Leistungselektronik 30 mit einer Trennwand 6 in Verbindung. Die Trennwand 6 ist durch ein Metallblech bereitgestellt, das sich durch die Flanschebene zwischen dem Pumpengehäuse 1 und dem Antriebsgehäuse 2 erstreckt. Die Trennwand 6 grenzt den geöffneten Querschnitt der ersten 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 Trennwand 6 eine Bohrung für einen Durchtritt der Welle 5 auf. Die Bohrung umschließt einen Außenumfang des Lageraufhahmeabschnitts 25.

Der Lageraufhahmeabschnitt 25 umfasst ferner einen Kragen 26, der das dünne Metallblech der Trennwand 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 Lageraufhahmeabschnitt 25 und der Trennwand 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 Trennwand 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 Trennwand 6 angeordnet ist.

Die Trennwand 6 ist aus einem Metallblech mit einer Wandstärke von ca. 1,0 mm gefertigt. Im Vergleich zu den W andabschnitten der Gussformteile, die das Antriebsgehäuse 2 oder das Pumpengehäuse 1 bilden, weist die Trennwand 6 eine erheblich geringere flächenbezogene Masse auf. Demzufolge weist die Trennwand 6 unter Berücksichtigung von thermischen Materialeigenschaften, wie einer spezifischen W ärmeleitfahigkeit von geeigneten Materialien für die Trennwand 6 und dem Antriebsgehäuse 2 oder dem Pumpengehäuse 1, eine geringere flächenbezogene W ärmespeicherkapazität 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 verbesserte W ärmeableitung von Abwärme der Leistungselektronik 30 zu dem Förderstrom bereitgestellt, die im Wesentlichen ohne eine Zwischenspeicherung in einem Gehäuseabschnitt abläuft. Nachfolgend werden erfindungswesentliche Schritte einer Montage der elektrischen Kühlmittelpumpe gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Erfindung mit Blick auf die Figuren 2 bis 4 beschrieben.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht durch die erste offene Seite des Antriebsgehäuses 2 in der Flanschebene. Die Darstellung in Fig. 2 zeigt einen Montagezustand, bei dem bereits der Elektromotor 3 durch die gegenüberliegende zweite offene Seite des Antriebsgehäuses 2 eingeführt und in einer entsprechenden Aufnahme der Gehäusewand 23 befestigt wurde. Beispielsweise kann das Antriebsgehäuse 2 induktiv erwärmt werden, so dass sich ein Innenumfang geringfügig ausdehnt. Der Stator wird im erwärmten Zustand des Antriebsgehäuses 2 eingeführt, und ist nach einem Abkühlen des Antriebsgehäuses über den Umfang eingespannt und fixiert. In einer zur Oberseite dargestellten Erweiterung des Flanschabschnitts 21 wurde in der Darstellung bereits der Anschlussstecker 35 mit zwei getrennten Steckergehäusen und jeweiligen Mehrfachsteckverbindungen an dem Antriebsgehäuse 2 montiert und abgedichtet. Darüber hinaus wurde die Welle 5 gemeinsam mit dem Wellenlager 52 montiert, indem eine abgedichtete Lagereinheit, bestehend aus dem Wellenlager 52 und einer Dichtungsanordnung, in den Lageraufnahmeabschnitt 25 eingepresst wurde.

In diesem Montagezustand kann als nächstes die Leistungselektronik 30 montiert werden. Dieser Montageschritt besteht im Wesentlichen aus einem Aufstecken der Leiterplatte der Leistungselektronik 30 auf Positionierungsmittel und elektrische Steckverbindungen. So ist zwischen den beiden Steckergehäusen des Anschlusssteckers 35 ein erstes Positionierungsmittel 31 vorgesehen, das in eine entsprechende Bohrung in der Leiterplatte der Leistungselektronik 30 eingeführt wird, um die Leiterplatte positionsgetreu auszurichten. An der Mehrfachsteckverbindung 36 eines Steckergehäuses des Anschlusssteckers 35 ist ein zweites Positionierungsmittel 32 bereitgestellt, das ein positionsgetreues Einstecken von Kontaktstiften der Mehrfachsteckverbindung 36 sicherstellt und eine mechanische Entlastung für die Kontaktstifte bietet. Auch seitens des Elektromotors 3 sind dritte Positionierungsmittel 33 bereitgestellt, die sich durch das Antriebsgehäuse 2 erstrecken, um eine positionsgetreue gegenseitige Anordnung des Elektromotors 3 und der Leistungselektronik 30 beim Zusammenfügen zu gewährleisten. Insbesondere stellen die dritten Positionierungsmittel 33 ein positionsgetreues Einstecken einer Gruppe von axialen Steckverbindungen 34 sicher, wenn die Leistungselektronik 30 in axialer Richtung in das Gehäuse geschoben wird. Die Gruppe von axialen Steckverbindungen 34 besteht aus drei elektrischen Zuleitungen zu drei Phasen des Stators des bürstenlosen Motors 3. Bei höheren Leistungen kann das Kontaktsystem zwischen Stator und Leiterplatte auch mit zwei Steckkontakten pro Phase ausgeführt werden, um die Leiterquerschnitte entsprechend der höheren Phasenströme dimensionsgerecht zu gestalten.

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Rückseite der Leistungselektronik 30. In diesem Montagezustand wurde die Leiterplatte der Leistungselektronik 30 aufgesetzt, anhand der Positionierungsmittel zentriert, sowie die elektrischen Kontakte eingefädelt und zusammengesteckt. Nach dem Aufstecken kann die Rückseite der Leiterplatte der Leistungselektronik 30 mit wärmeleitenden Mitteln, wie einer Wärmeleitpaste, einem W ärmeleitkleber oder Wärmeleitpads versehen werden, um einen toleranzbedingten Spalt zwischen Leiterplatte und Flanschebene für eine optimale Wärmeleitung zu füllen sowie einen vollflächigen Kontakt zu der nachfolgend montierten Trennwand 6 herzustellen.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Trennwand 6. In diesem Montagezustand wurde die Trennwand 6 aufgelegt, an der zentralen Bohrung für den Lageraufnahmeabschnitt 25 zentriert sowie zu den Bohrungen der V erschraubungsverbindungen an dem Flanschabschnitt 21 ausgerichtet. Hierzu können in der Figur nicht dargestellte Spannhülsen in die Bohrungen eingesetzt werden. Nachfolgend wurde die Trennwand 6 durch Umformen von Umformungsabschnitten 60 fixiert, die in Form von Haltelaschen ausgebildet sind und einen Rand des Flanschabschnitts 21 umgreifen. Ferner wurden die Dichtungen 65 und 62 in einer jeweiligen Nut des Antriebsgehäuses 2 eingefügt. Die Bohrung der Trennwand 6 schließt mittels einer Presspassung auf einem Außenumfang des Lageraufhahmeabschnitts 25 gemeinsam mit der dahinterliegenden Dichtung 65 dicht ab. Zusätzlich können die Trennwand 6 und der Lageraufnahmeabschnitt 25 mittels Verstemmen gegeneinander fixiert werden. Die Trennwand 6 ist als ein Blechstanzteil hergestellt, das im Wesentlichen einer Außenkontur des Flanschabschnitts 21 des Antriebsgehäuses 2 entspricht, um die erste offene Seite in der Flanschebene abzuschließen. Die Trennwand 6 erstreckt sich insbesondere in dem flüssigkeitsführenden Bereich des Pumpengehäuses 1 im Wesentlichen flach in der Flanschebene, um Strömungshindernisse in dem Förder ström zu vermeiden. Im Bereich des Flanschabschnitts 12 des Pumpengehäuses 1 ist in der Trennwand 6 eine Ausformung 63 ausgebildet, um Raum für Positionierungsmittel und Kontaktierungsmittel zwischen der Leistungselektronik 30 und dem Anschlussstecker 35, oder auch Raum für eine bei Bedarf erforderliche, rückseitige Bestückung der Leiterplatte, insbesondere für eine 48V Leistungselektronik zu schaffen.

In dem abgebildeten Montagezustand ist die Antriebsbaugruppe für eine nachfolgende Montage der Pumpenbaugruppe bereit. Die Trennwand 6 ist anhand der Umformungsabschnitte 60 eigenständig an dem Flanschabschnitt 21 des Antriebsgehäuses 2 fixiert, und stellt zusammen mit den dahinterliegenden Dichtungen 65 und 62 bereits eine flüssigkeitsdichte Abgrenzung des Antriebsgehäuses 2 bereit, sodass eine trockene und gegen Fremdstoffe gesicherte Kammer für die elektrischen Antriebskomponenten sichergestellt ist.

In nachfolgenden Montageschritten, die nicht mehr abgebildet sind, wird das Pumpenlauffad 4 auf der Welle 5 fixiert, und der Flanschabschnitt 12 des Pumpengehäuses 1 wird mit zwei hier nicht dargestellten Spannhülsen zum Antriebsgehäuse 2 ausgerichtet und durch S chraubverbindungen mit dem Flanschabschnitt 21 des Antriebsgehäuses 2 verbunden. Der Anschlussstecker 35 kann vorzugsweise auch erst montiert werden, nachdem das Pumpengehäuse 1 an dem Antriebsgehäuse fixiert ist.

Nachfolgend werden alternative Ausführungsformen zur Ausgestaltung der Trennwand 6 genannt.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die Trennwand 6, die in Form eines Metallblechs bereitgestellt, eine kleinere Bohrung aufweisen, an der ein innerer Umfangsabschnitt durch Umformung in einer Fügeverbindungen mit einer ringförmigen Stirnfläche des Lageraufnahmeabschnitts 25 gesetzt ist. In Ausgestaltungen weiterer Ausführungsformen, die nicht in den Zeichnungen dargestellt sind, kann eine kostengünstig herstellbare Fügeverbindung zwischen der Trennwand 6 und dem Lagergehäuseabschnitt 25 in Form eines Bördelrands oder dergleichen vorgesehen sein. Unter Bereitstellung eines entsprechenden Umformwerkzeugs kann somit die Montage und Fixierung der Trennwand 6 an dem Antriebsgehäuse 2 zeitlich verkürzt und erleichtert werden.

Nachfolgend werden alternative Ausführungsformen zur Ausgestaltung eines thermischen Kontakts genannt.

Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform der Erfindung stehen die Leiterplatte der Leistungselektronik 30 und die Trennwand 6 in einem großflächigen Kontakt, der gegebenenfalls durch Wärmeleitmittel, wie einer Wärmeleitpaste, einem Wärmeleitkleber oder einem Wärmeleitpad zusätzlich sichergestellt sein wird.

In Ausgestaltungen weiterer Ausfiihrungsformen, die nicht in den Zeichnungen dargestellt sind, können weitere Mittel zur Unterstützung einer W ärmeableitung zwischen der Leistungselektronik 30 und der Trennwand 6, insbesondere in Bezug zu der Bestückungsseite der Leiterplatte bereitgestellt sein. Hierzu sind metallische Verbindungen, wie metallisierte Bohrung, metallisierte Flächen oder metallische Elemente zwischen der Rückseite und der Bestückungsseite der Leiterplatte in der Leistungselektronik 30 angeordnet.

Vorzugsweise kann ein durch Umformung ausgeprägter Abschnitt in der Trennwand 6 ausgebildet sein, der durch eine Öffnung in der Leiterplatte zu der Bestückungsseite hindurch greift und einen direkten thermischen Kontakt zu einem elektrischen Bauelement herstellt.

Es versteht sich, dass sämtliche Ausgestaltungen aus verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung untereinander austauschbar sind und in alternativen Konfigurationen miteinander kombiniert werden können und solche alternativen Konfigurationen ebenfalls Teil dieser Offenbarung sind, solange sich eine Kombination nicht widerspricht.

Bezugszeichenliste:

1 Pumpengehäuse

2 Antriebsgehäuse

3 Elektromotor

4 Pumpenlaufrad

5 Welle

6 Trennwand

7 Motordeckel

10 Pumpenkammer

11 Einlass

12 Flanschabschnitt

14 Spiralgehäuseabschnitt

21 Flanschabschnitt

22 Gehäusesteg

23 Gehäusewand

25 Lageraufnahmeabschnitt

26 Kragen

27 Nut

30 Leistungselektronik

31 erstes Positionierungsmittel

32 zweites Positionierungsmittel

33 drittes Positionierungsmittel

34 Gruppe von axialen Steckverbindungen

35 Anschlussstecker

36 Mehrfachsteckverbindung

52 Wellenlager

60 Umformungsabschnitt

61 Dichtung Dichtung Ausformung Dichtung Dichtung

Claims

Ansprüche

1. Elektrische Kühlmittelpumpe, aufweisend: ein Pumpengehäuse (1) mit einem Spiralgehäuseabschnitts (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 Pumpenlauffad (4) in der Pumpenkammer (10) antreibt; und ein Antriebsgehäuse (2) zur Aufnahme des Elektromotors (3) und einer Leistungselektronik (30), das eine erste offene Seite aufweist, die von einem Flanschabschnitt (21) umgeben ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (30) durch die erste offene Seite einsetzbar, in dem Antriebsgehäuse (2) aufgenommen ist; eine separate Trennwand (6) zur Abgrenzung zwischen dem Antriebsgehäuse (2) und dem Pumpengehäuse (1) bereitgestellt ist, wobei die Trennwand (6) und die Leistungselektronik (30) dazu eingerichtet sind, in einem in der ersten offenen Seite des Antriebsgehäuses (2) zusammenführbaren, thermischen Kontakt zu stehen; und das Antriebsgehäuse (2) eine zweite offene Seite aufweist, die der ersten offenen Seite axial gegenüberliegt, wobei der Elektromotor (3) durch die zweite offene Seite einsetzbar, in dem Antriebsgehäuse (2) aufgenommen ist.

2. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, wobei das Antriebsgehäuse (2) einen zentralen Lageraufhahmeabschnitt (25) aufweist; und ein Wellenlager (52) durch die erste offene Seite einsetzbar, in dem Lageraufhahmeabschnitt (25) aufgenommen ist.

3. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2, wobei der Lageraufnahmeabschnitt (25) durch wenigstens einen radialen Gehäusesteg (22) in dem Antriebsgehäuse (2) getragen wird, der zwischen der ersten offenen

Seite und der zweiten offenen Seite des Antriebsgehäuses (2) integral ausgebildet ist.

4. Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trennwand (6) als ein Blechstanzteil bereitgestellt ist, und wobei Umformungsabschnitte des Blechstanzteils zur Fixierung am Antriebsgehäuse (2) dienen.

5. Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Fixierungsmittel bereitgestellt ist, das eine Anordnung und den thermischen Kontakt zwischen der Leistungselektronik (30) und der Trennwand (6) fixiert.

6. Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Antriebsgehäuse (2) ein Anschlussstecker (35) für eine externe Verbindung der Kühlmittelpumpe angeordnet ist, der durch eine Mehrfachsteckverbindung (36) mit der Leistungselektronik (30) in einen elektrischen Kontakt versetzbar ist.

7. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 6, wobei ein erstes Positionierungsmittel (31) bereitgestellt ist, das einer Auftiahmeposition der Leistungselektronik (30) in dem Antriebsgehäuse (2) zugeordnet ist.

8. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 6 oder 7, wobei ein zweites Positionierungsmittel (32) bereitgestellt ist, das dem elektrischen Kontakt zwischen dem Anschlussstecker (35) und der Leistungselektronik (30) zugeordnet ist.

9. Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Leistungselektronik (30) und dem Elektromotor (3) eine Gruppe von axialen Steckverbindungen (34) bereitgestellt ist, durch welche die Leistungselektronik (30) und der Elektromotor (3) durch das Antriebsgehäuse (2) hindurch in einen elektrischen Kontakt versetzbar sind.

10. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 9, wobei ein drittes Positionierungsmittel (33) bereitgestellt ist, das der Gruppe von axialen Steckverbindungen (34) zugeordnet ist.