Kreiselpumpe

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine 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. Ein einfacher Aufbau und eine hohe Betriebssicherheit werden dadurch erreicht, dass 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.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine 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 der Pumpe in unmittelbarer Verbindung steht. 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, dass am äußeren Umfang des Laufrads der Pumpe ein Antriebsflansch in Radialrichtung nach außen vorragt, in dem Magnete oder Wicklungen eingeformt sind, um das Laufrad berührungslos anzutreiben. 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] In der Folge wird die vorliegende Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine erste Ausführungsvariante der Erfindung im Schnitt und

Fig. 2

eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung in einem Teilschnitt.

[0010] 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.

[0011] 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.

[0012] 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.

[0013] 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 Epoxidhazen 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. Um die Spaltverluste zu verringern und die Leistungsdichte zu erhöhen, kann die weitere Rückschlussscheibe jedoch auch im Laufrad 6 eingeformt sein. Die Rückschlussscheiben 21 und 22 können in herkömmlicher Weise aus Blechen aufgebaut sein oder aus Kunststoffringen mit eingeformten Stahlpartikeln hergestellt werden.

[0014] 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.

[0015] Die Ausführungsvariante von Fig. 2 unterscheidet sich von der von Fig. 1 dadurch, dass neben dem Antriebsflansch 18, der vom Laufrad 6 nach außen vorragt, ein weiterer Antriebsflansch 28 vorgesehen ist, der hinter dem Stator 20 angeordnet ist und im Wesentlichen symmetrisch zum ersten Antriebsflansch 18 ausgebildet ist.

[0016] Auf diese Weise kann das Drehmoment wesentlich verstärkt werden und durch die symmetrische Ausbildung können Axiallagerkräfte weitgehend vermieden werden. Durch die in Axialrichtung längere Ausbildung werden zwei Lagerbuchsen 12 hintereinander eingesetzt, die beide auch eine Abstützung in Axialrichtung bieten. Ein weiterer Unterschied dieser Ausführungsvariante zu der oben beschriebenen Ausführungsvariante besteht darin, dass die Rückschlussscheiben 21 und 22 auf den Antriebsflanschen 28 bzw. 18 angeordnet sind, was vorteilhaft für den Wirkungsgrad des Motors ist. Es ist auch möglich, dass die Rückschlussscheiben 21, 22 selbst die Antriebsflansche 28, 18 bilden.

[0017] Die Schraube 13 ist als Spinner strömungsgünstig ausgebildet. Gegebenenfalls können im Zustromgehäuse 7 hier nicht dargestellte Leitschaufeln vorgesehen sein, um den hydraulischen Wirkungsgrad zu erhöhen.

[0018] Es ist ersichtlich, dass bei erhöhter Anforderung an Leistung und Drehmoment weitere Rotorscheiben vorgesehen sein können, die in Axialrichtung hintereinander angeordnet sind.

[0019] 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.

Ansprüche

1. 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, dadurch gekennzeichnet, dass 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.

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor elektronisch kommutiert ist.

3. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor als Nassläufer ausgebildet ist.

4. 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.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsflansch (18) in Axialrichtung versetzt angeordnet ist.

6. 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.

7. 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.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Laufrad (6) ein weiterer Antriebsflansch (28) verbunden ist.

9. Pumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebsflansche (18, 28) beidseits des Stator (20) symmetrisch angeordnet sind.

Zeichnung