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
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IPC-Nebenklasse |
H02K 1/06
H02K 5/00
H02K 11/00
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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.
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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
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Anspruch[de] |
- 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. Motorpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest eine den Statorraum (24) begrenzende Wand (30)
einstückig mit dem Motorgehäuse (14) ausgeführt ist.
- 3. Motorpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Stator (16) verdrehsicher an der Motorgehäusewand (30)
befestigt ist.
- 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. 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. Motorpumpe nach Anspruch 2 und 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kühlwand von der Motorgehäusewand (30) gebildet
ist.
- 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. Motorpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Fördermedium durch einen Kanal (44) in der Antriebswelle
(18) zur Saugseite (42) geleitet ist.
- 9. Motorpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sich die Antriebswelle (18) in den
radial inneren Bereich des Stators (16) erstreckt.
- 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. 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. 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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Patent Zeichnungen (PDF)
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