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Dokumentenidentifikation DE19948972A1 19.04.2001
Titel Motorpumpe
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Daub, Hans-Guenter, 77836 Rheinmünster, DE;
Weigold, Thomas, 76532 Baden-Baden, DE;
Zierer, Gerald, 77815 Bühl, DE;
Pfetzer, Johannes, 77815 Bühl, DE;
Riehl, Guenther, 77830 Bühlertal, DE;
Schmitz, Matthias, 76534 Baden-Baden, DE;
Rocklage, Gerta, 44797 Bochum, DE;
Melzer, Frank, Dr., 76530 Baden-Baden, DE;
Heidrich, Torsten, 71665 Vaihingen, DE;
Linde, Hansjuergen, Prof. Dr., 96450 Coburg, DE;
Neumann, Uwe, 96050 Bamberg, DE;
Rehklau, Andreas, 96450 Coburg, DE
DE-Anmeldedatum 12.10.1999
DE-Aktenzeichen 19948972
Offenlegungstag 19.04.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2001
IPC-Hauptklasse F04D 13/06
IPC-Nebenklasse H02K 1/06   H02K 5/00   H02K 11/00   
Zusammenfassung Die Erfindung geht aus von einer Motorpumpe mit einem Pumpenteil (10), das von einem Elektromotor (12) angetrieben ist, der einen in einem Motorgehäuse (14) angeordneten Stator (16) und einen mit einer Antriebswelle (18) verbundenen Rotor (20) aufweist, wobei der Stator (16) in einem durch eine Bauteileeinheit (22) zur fördermediumführenden Seite hin geschlossenen Statorraum (24) und der Rotor (20) in einem zur fördermediumführenden Seite hin offenen Rotorraum (26) angeordnet ist.
Es wird vorgeschlagen, daß der Statorraum (24) von einem zwischen zwei Wänden (30, 32) und einem Rohrstück (54) eingeschlossenen Zwischenraum gebildet ist, der in axialer Richtung (28) in den Rotorraum (26) ragt und der Rotor (20) im radial äußeren Bereich des Statorraums (24) vorbeigeführt ist.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Motorpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Pumpen besitzen die Aufgabe, ein Fluid zu fördern oder dessen Druck zu erhöhen. Die Pumpe wird in der Regel über eine Antriebswelle von einem Motor angetrieben. um zu vermeiden, daß das Fluid über eine Verbindung zwischen der Pumpe und dem Motör nach außen dringt, ist bekannt, die Pumpe zur Antriebsseite über Gleitringdichtungen an der Antriebswelle abzudichten.

Ferner können vorteilhaft Dichtungen zwischen der sich drehenden Antriebswelle und einem ruhenden Bauteil mit einem speziellen Elektromotor vermieden werden, und zwar mit einem sogenannten Spaltmotor. Aus der EP 0713 282 B1 ist eine gattungsbildende Motorpumpe mit einem entsprechenden Elektromotor bekannt. Der Elektromotor ist als Asynchronmotor ausgeführt, der eine zylindrische Ständerwicklung aufweist, die auf einen sogenannten Spalttopf außen aufgeschoben oder aufgebracht ist. Innerhalb des Spalttopfs befindet sich eine über zwei Lager abgestützte Antriebswelle, auf der zwischen den Lagern eine Rotorwicklung angeordnet ist. An einem der Spalttopföffnung zugewandten Ende der Antriebswelle ist ein Pumpenrad zum Fördern eines Fördermediums befestigt, welches die Antriebswelle und die Rotorwicklung umströmt. Zwischen der Rotorwicklung und dem Spalttopf befindest sich ein Luftspalt. Der Spalttopf trennt die fördermediumführende Seite von der elektrischen Antriebsseite.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Motorpumpe mit einem Pumpenteil, das von einem Elektromotor angetrieben ist, der einen in einem Motorgehäuse angeordneten Stator und einem mit einer Antriebswelle verbundenen Rotor aufweist, wobei der Stator in einem durch eine Bauteileeinheit zur fördermediumführenden Seite hin geschlossenen Statorraum und der Rotor in einem zur fördermediumführenden Seite hin offenen Rotorraum angeordnet ist. Derartige Elektromotoren werden als Naßläufer bezeichnet.

Es wird vorgeschlagen, daß der Statorraum von einem zwischen zwei Wänden und einem Rohrstück eingeschlossenen Zwischenraum gebildet ist, der in axialer Richtung in den Rotorraum ragt und der Rotor im radial äußeren Bereich des Statorraums vorbeigeführt ist. Derartige Elektromotoren werden als Außenläufer bezeichnet. Bauteile des Rotors, die elektromagnetisch mit dem Stator in Wirkverbindung stehen, wie insbesondere Permanentmagnete bei einem kommutierten Motor, können radial nach außen an einem Trägerteil vorteilhaft formschlüssig abgestützt und dadurch besonders einfach und sicher befestigt werden. Auf die Bauteile wirkende Fliehkräfte können von dem Trägerteil aufgenommen werden. Ferner kann mit einem sogenannten Außenläufer bei einer besonders kompakten Bauweise ein großes Drehmoment erreicht werden.

Vorteilhaft ist zumindest eine den Statorraum begrenzende Wand einstückig mit dem Motorgehäuse ausgeführt. Zusätzliche Bauteile, Bauraum, Gewicht, Montageaufwand und Kosten können eingespart werden. Ferner kann vorteilhaft der Stator verdrehsicher an der Motorgehäusewand befestigt werden. Die wesentlichen Kräfte und Momente, wie Lagerkräfte der Motorpumpe, beispielsweise an einer Fahrzeugkarosserie, und Drehmomente des Elektromotors können vorteilhaft direkt vom Motorgehäuse aufgenommen werden. Zusätzliche Trägerteile können vermieden werden. Eine besonders einfache und schnelle Montage des Stators ist mit Zapfen an der Motorgehäusewand erreichbar, die sich in axialer Richtung erstrecken. Der Stator kann auf die Zapfen aufgeschoben und über diese verdrehsicher an der Motorgehäusewand befestigt werden.

Ferner wird vorgeschlagen, zumindest ein Elektronikbauteil an einer vom Fördermedium gekühlten Kühlwand anzuordnen. Bei Naßläufern ist ein großer Bereich vom Fördermedium durchströmt, wodurch dieses besonders vorteilhaft dazu genutzt werden kann, Elektronikbauteile des Elektromotors und möglicherweise anderer Baugruppen ohne zusätzlichen Dichtungsaufwand, Bauraum und ohne zusätzliche Kanalsysteme zu kühlen.

Bildet das Motorgehäuse eine Wand des Statorraums, so wird diese vom Fördermedium umströmt und kann vorteilhaft als Kühlwand für Elektronikbauteile genutzt werden, wie insbesondere für Transistoren, Kondensatoren usw. Um die Kräfte am Motorgehäuse sicher abstützen zu können, ist dieses, insbesondere bei größeren Elektromotoren aus Metall, wodurch die Wärme der Elektronikbauteil besonders gut an das Fördermedium übertragen werden kann. Zusätzliche metallische Bauteile zur Wärmeleitung können vermieden werden. Neben der Wärmeabfuhr an das Fördermedium kann zudem Wärme der Elektronikbauteile, des Stators und des Rotors vorteilhaft über das Motorgehäuse an die umgebende Luft abgeführt werden.

Eine besonders vorteilhafte Kühlung der Elektronikbauteile, des Stators und des Rotors wird durch Konvektion mit einem Volumenstrom des Fördermediums erreicht, das erfindungsgemäß von einer Druckseite des Pumpenteils an der Kühlwand vorbei zu einer Saugseite des Pumpenteils geleitet ist. Ferner kann mit dem Volumenstrom der Rotorraum bzw. der Naßbereich des Elektromotors entlüftet und sichergestellt werden, daß Lager der Antriebswelle stets in Flüssigkeit laufen. Eine Verbindung zur Saugseite des Pumpenteils kann konstruktiv einfach mit einem Kanal in der Antriebswelle erreicht werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß sich die Antriebswelle in den radial inneren Bereich des Stators erstreckt. Der radial innere Bauraum des Stators kann vorteilhaft genutzt werden, und zwar insbesondere zur Lagerung der Antriebswelle, wodurch zusätzlicher Bauraum eingespart werden kann.

Die den Statorraum begrenzenden Wände und das Rohrstück können von einen Bauteil gebildet sein, beispielsweise von, einem den Stator umgebenden Gußteil. Besonders vorteilhaft sind jedoch zumindest die Wände von zwei getrennten Bauteilen gebildet, wodurch der Stator einfach und schnell, vormontiert zwischen den Wänden befestigt werden kann.

Um einen möglichst kleinen Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor und einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ist vorteilhaft das den Statorraum in radialer Richtung zur fördermediumführenden Seite begrenzende Rohrstück von einer von den Wänden separaten Hülse gebildet. Die Hülse muß im wesentlichen keine Kräfte aufnehmen und kann dadurch besonders dünn ausgeführt werden. Grundsätzlich ist jedoch auch möglich, daß das Rohrstück von einem oder von beiden Bauteilen gebildet ist, die gleichzeitig die Wände des Statorraums bilden. Die Bauteile können in axialer Richtung ineinander greifend ausgeführt und durch ein geeignetes Verbindungsverfahren dicht verbunden sein, beispielsweise durch Schweißen, Kleben, Rollen oder über eine O-Ringverbindung usw.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß zumindest eine den Statorraum begrenzende Wand von einem im Motorgehäuse abgestützten Bauteil gebildet und die Antriebswelle über das Bauteil im Motorgehäuse abgestützt ist. Lagerkräfte der Antriebswelle können vorteilhaft ohne zusätzliche Dichtstellen über einen kleinen Weg über das Bauteil im Motorgehäuse abgestützt werden. Neben dem Motorgehäuse können zusätzliche, kräfteaufnehmende Bauteile vermieden und Gewicht, Bauraum und Kosten eingespart werden.

Die erfindungsgemäße Motorpumpe eignet sich für Verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anwendungsbereiche. Besonders vorteilhaft wird die erfindungsgemäße Motorpumpe jedoch als Hauptwasserpumpe zur Kühlung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Die vorgeschlagene Motorpumpe besitzt durch die Vermeidung von Dichtungen zwischen sich relativ zueinander bewegenden Teilen und infolge der guten Kühlung der Elektronikbauteile, des Stators und des Rotors eine besonders hohe Betriebssicherheit. Ferner baut die erfindungsgemäße Motorpumpe besonders kompakt, wodurch diese trotz großer Leistung platzsparend in einem Brennkraftmaschinenraum eines Kraftfahrzeugs integriert werden kann.

Grundsätzlich können sämtliche, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Arten von Elektromotoren eingesetzt werden, wie Asynchronmotoren, permanenterregte Synchronmotoren und Reluktanzmotoren. Bei einem permanentmagneterregten Motor kann jedoch besonders einfach ein Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator durch stärkere Permanentmagnete ausgeglichen werden, wodurch sich dieser besonders vorteilhaft für den Einsatz in einer erfindungsgemäßen Motorpumpe eignet.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Motorpumpe und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt II aus Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine im wesentlichen rotationssymmetrische Motorpumpe mit einem Pumpenteil 10, das ein auf einer Antriebswelle 18 befestigtes Laufrad 60 aufweist. Die Antriebswelle 18 ist von einem bürstenlosen, elektrisch kommutierten Motor 12 angetrieben. Das Pumpenteil 10 ist an einem Flansch 96 eines Motorgehäuses 14 des Elektromotors 12 befestigt und über einen O-Ring 98 nach außen abgedichtet.

Der Elektromotor 12 besitzt einen im Motorgehäuse 14 angeordneten Stator 16 und einen mit der Antriebswelle 18 verbundenen Rotor 20. Der Rotor 20 besitzt ein topfförmiges Trägerteil 56 mit einem radialen Teil und einem sich in axialer Richtung erstreckenden Teil. An dem sich in axialer Richtung erstreckenden Teil des Trägerteils 56 sind auf der radial nach innen weisenden Seite Permanentmagnete 58 des Rotors 20 befestigt, die über den Umfang gleichmäßig verteilt sind. Der Stator 16 ist in einem durch eine Bauteileeinheit 22 zur fördermediumführenden Seite hin geschlossenen Statorraum 24 und der Rotor 20 ist in einem zur fördermediumführenden Seite hin offenen Rotorraum 26 angeordnet.

Erfindungsgemäß ist der Statorraum 24 von einem zwischen zwei Wänden 30, 32 und einer Hülse 54 eingeschlossenen Zwischenraum gebildet, der in axialer Richtung 28 in den Rotorraum 26 ragt und der Rotor 20 ist mit den Permanentmagneten 58 im radial äußeren Bereich des Statorraums 24 vorbeigeführt. Die auf die Permanentmagneten 58 wirkenden Fliehkräfte können vorteilhaft am Trägerteil 56 des Rotors 20 formschlüssig abgestützt werden.

Die den Statorraum 24 auf der dem Pumpenteil 10 abgewandten Seite begrenzende Wand 30 ist einstückig mit dem Motorgehäuse 14 ausgeführt. An der Wand 30, die gleichzeitig als Kühlwand dient, sind auf der zum Fördermedium abgedichteten Seite, in einem Elektronikraum 90, Elektronikbauteile 34, 36 angeordnet, und zwar Transistoren 34 zur Steuerung des Stators 16 und ein Kondensator 36. Die Transistoren 34 sind über einen Durchbruch 62 in der Wand 30 mit dem Stator 16 über ein Kontaktkörper 64 verbunden. Der Elektronikraum 90 ist in die vom Pumpenteil 10 abgewandte Richtung 46 über einen Deckel 92 verschlossen.

Zur Kühlung der Elektronikbauteile 34, 36 ist durch den Rotorraum 26 bzw. den Naßbereich des Elektromotors 12 ein Volumenstrom 38 des Fördermediums von einer Druckseite 40 des Pumpenteils 10 an der Motorgehäusewand 30 vorbei zu einer Saugseite 42 des Pumpenteils 10 geleitet. Das Fördermedium wird dabei durch eine Bohrung 94 im Pumpenteil 10 in den Rotorraum 26 und über ein Wellenlager 66 in eine Bohrung 44 in der Antriebswelle 18 und durch die Bohrung 44 zur Saugseite 42 geleitet. Durch die Größe der Bohrung 94 im Pumpenteil 10 kann der Volumenstrom 38 einfach für unterschiedliche Anwendungsbereiche ausgelegt werden.

Auf der zum Pumpenteil 10 weisenden Seite der Motorgehäusewand 30 ist der gewickelte Stator 16 auf sich in axialer Richtung 28 erstreckenden Zapfen 48 der Motorgehäusewand 30 in Richtung 46 aufgeschoben und verdrehsicher fixiert. Um den Stator 16 in axialer Richtung 28 zu fixieren, werden die Zapfen 48 an ihren Stirnseiten radial nach außen aufgebogen. Über den Umfang sind vier Zapfen 58 in gleichem Abstand angeordnet.

Der von den Wänden 30, 32 in axialer Richtung 28, 46 begrenzte Statorraum 24 wird in radialer Richtung 52 über eine dünnwandige Edelmetallhülse 54 zur fördermediumführenden Seite dicht verschlossen. Die Hülse 54 wird vor der Montage eines die zweite Wand 32 bildenden Bauteils 50 auf einen axialen Vorsprung 82 der Motorgehäusewand 30 geschoben (Fig. 2).

Das Bauteil 50 wird nach der Montage des Stators 16 und der Hülse 54 mit einer Ausbuchtung 70 durch den radial inneren Bereich des Stators 16 und durch eine Öffnung 74 der Motorgehäusewand 30 geschoben und über einen Preßsitz 68 im radial inneren Bereich des Stators 16 in einem Vorsprung 72 der Motorgehäusewand 30 radial und über einen Absatz 80 in eine Richtung 46 axial fixiert. Dabei wird gleichzeitig das Bauteil 50 mit einer axialen Erstreckung 84 in die Hülse 54 geschoben. Im Vorsprung 82 und in der Erstreckung 84 ist jeweils ein O-Ring 86, 88 angeordnet, die die Kontaktstellen zwischen der Hülse 54 und dem Motorgehäuse 14 und dem Bauteil 50 zur fördermediumführenden Seite bzw. zum Rotorraum 26 abdichten.

Durch den Preßsitz 68 des Bauteils 50 im Vorsprung 72 der Motorgehäusewand 30 und durch den Absatz 80 können zusätzliche Befestigungsteile des Bauteils 50 eingespart und das Bauteil 50 kann schnell und exakt montiert werden. Um zu vermeiden, daß sich der Preßsitz 68 lockert und sich das Bauteil 50 verschiebt, ist dieses an dem durch die Öffnung 74 ragenden Teil mit einem Spannring 78 in Richtung 28 gesichert.

Die Antriebswelle 18 wird bei der Montage mit dem bereits auf der Antriebswelle 18 montierten Rotor 20 und mit dem komplett vormontierten Pumpenteil 10 in axialer Richtung 46 in die Ausbuchtung 70 in das zuvor montierte Lager 66 geschoben. Im montierten Zustand ist die Antriebswelle 18 über das Lager 66 und über das Bauteil 50 in dem Vorsprung 72 in der Motorgehäusewand 30 abgestützt. Ferner ist die Antriebswelle 18 über ein zweites Lager 76 im Pumpenteil 10 abgestützt. Bezugszeichen 10 Pumpenteil

12 Elektromotor

14 Motorgehäuse

16 Stator

18 Antriebswelle

20 Rotor

22 Bauteileeinheit

24 Statorraum

26 Rotorraum

28 Richtung

30 Wand

32 Wand

34 Elektronikbauteil

36 Elektronikbauteil

38 Volumenstrom

40 Druckseite

42 Saugseite

44 Kanal

46 Richtung

48 Zapfen

50 Bauteil

52 Richtung

54 Hülse

56 Trägerteil

58 Permanentmagnet

60 Laufrad

62 Durchbruch

64 Kontaktkörper

66 Lager

68 Preßsitz

70 Ausbuchtung

72 Vorsprung

74 Öffnung

76 Lager

78 Spannring

80 Absatz

82 Vorsprung

84 Erstreckung

86 O-Ring

88 O-Ring

90 Elektronikraum

92 Deckel

94 Bohrung

96 Flansch

98 O-Ring


Anspruch[de]
  1. 1. Motorpumpe mit einem Pumpenteil (10), das von einem Elektromotor (12) angetrieben ist, der einen in einem Motorgehäuse (14) angeordneten Stator (16) und einen mit einer Antriebswelle (18) verbundenen Rotor (20) aufweist, wobei der Stator (16) in einem durch eine Bauteileeinheit (22) zur fördermediumführenden Seite hin geschlossenen Statorraum (24) und der Rotor (20) in einem zur fördermediumführenden Seite hin offenen Rotorraum (26) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Statorraum (24) von einem zwischen zwei Wänden (30, 32) und einem Rohrstück (54) eingeschlossenen Zwischenraum gebildet ist, der in axialer Richtung (28) in den Rotorraum (26) ragt und der Rotor (20) im radial äußeren Bereich des Statorraums (24) vorbeigeführt ist.
  2. 2. Motorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine den Statorraum (24) begrenzende Wand (30) einstückig mit dem Motorgehäuse (14) ausgeführt ist.
  3. 3. Motorpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (16) verdrehsicher an der Motorgehäusewand (30) befestigt ist.
  4. 4. Motorpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (16) auf sich in axialer Richtung (28) erstreckenden Zapfen (48) der Motorgehäusewand (30) befestigt ist.
  5. 5. Motorpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Elektronikbauteil (34, 36) an einer vom Fördermedium gekühlten Kühlwand angeordnet ist.
  6. 6. Motorpumpe nach Anspruch 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwand von der Motorgehäusewand (30) gebildet ist.
  7. 7. Motorpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Volumenstrom (38) des Fördermediums von einer Druckseite (40) des Pumpenteils (10) an der Kühlwand vorbei zu einer Saugseite (42) des Pumpenteils (10) geleitet ist.
  8. 8. Motorpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fördermedium durch einen Kanal (44) in der Antriebswelle (18) zur Saugseite (42) geleitet ist.
  9. 9. Motorpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Antriebswelle (18) in den radial inneren Bereich des Stators (16) erstreckt.
  10. 10. Motorpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Statorraum (24) begrenzenden Wände (30, 32) von getrennten Bauteilen (14, 50) gebildet sind.
  11. 11. Motorpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Statorraum (24) in radialer Richtung (52) zur fördermediumführenden Seite begrenzende Rohrstück (54) von einer von den Wänden (30, 32) separaten Hülse gebildet ist.
  12. 12. Motorpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine den Statorraum (24) begrenzende Wand (32) von einem im Motorgehäuse (14) abgestützten Bauteil (50) gebildet und die Antriebswelle (18) über das Bauteil (50) im Motorgehäuse (14) abgestützt ist.






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