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Dokumentenidentifikation DE202005013923U1 16.02.2006
Titel Anordnung zur Förderung von Fluiden
Anmelder ebm-papst St. Georgen GmbH & Co. KG, 78112 St. Georgen, DE
DE-Aktenzeichen 202005013923
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 16.02.2006
Registration date 12.01.2006
Application date from patent application 03.09.2005
IPC-Hauptklasse F04D 13/06(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse F04D 19/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Förderung von Fluiden. Als Fluide können flüssige und/oder gasförmige Medien gefördert werden.

Besonders bei Computern werden heute Bauteile mit hohen Wärmestromdichten verwendet, z.B. 60 W/cm2. Von diesen Bauteilen muss die Wärme zunächst in einen Flüssigkeitskreislauf überführt werden, und von dort muss diese Wärme über einen Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher an die Umgebungsluft abgegeben werden.

Die Ableitung der Wärme von Bauteilen mit hoher Wärmestromdichte erfolgt mittels so genannter Wärmeaufnehmer oder Cold Plates. In diesen wird die Wärme zu einer Kühlflüssigkeit übertragen, und diese Kühlflüssigkeit wird gewöhnlich in einem Kreislauf in Zwangsumlauf versetzt.

Dabei durchströmt die Kühlflüssigkeit nicht nur den Wärmeaufnehmer, sondern auch eine Flüssigkeitspumpe, welche den Zwangsumlauf bewirkt und einen adäquaten Druckaufbau und einen adäquaten Volumenstrom durch den Wärmeaufnehmer und einen zugeordneten Wärmetauscher bewirkt, so dass die zugehörigen Wärmeübertragungs-Koeffizienten groß und die zur Wärmeübertragung notwendigen Temperaturgradienten klein werden.

Beim Wärmetauscher wird gewöhnlich ein Lüfter angeordnet, welcher auf der Luftseite des Wärmetauschers eine erzwungene Konvektion der Kühlluft und gute Übertragungskoeffizienten bewirkt.

Bei derartigen Kühlanordnungen werden der Lüfter und die Flüssigkeitspumpe separat angetrieben, und diese Bauteile sind häufig auch räumlich voneinander getrennt. Man benötigt deshalb zwei Antriebe, welche meist rotatorisch arbeiten. Diese Antriebe benötigen Energie und auch einen ziemlich großen Bauraum, was beides unerwünscht ist.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Anordnung zur Förderung von Fluiden bereit zu stellen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Man erhält so eine sehr kompakte Anordnung mit gutem Wirkungsgrad, da der Innenläufermotor und die Magnetkupplung der Fluidpumpe sozusagen ineinander verschachtelt (nested) sind.

Eine andere Lösung der gestellten Aufgabe ist Gegenstand des Anspruchs 20. Dies ermöglicht eine besonders gute Integration der Bauteile der Anordnung, da Elektromotor, Fluidpumpe, Lüfterrad und Luftleitgehäuse in enorm kompakter Weise zusammengebaut sind.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:

1 einen Längsschnitt durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, gesehen längs der Linie I-I der 2,

2 eine Draufsicht auf das lüfterseitige Ende der Anordnung, gesehen in Richtung des Pfeiles II der 1,

3 eine Draufsicht auf das pumpenseitige Ende der Anordnung, gesehen in Richtung des Pfeiles III der 1,

4 einen Schnitt, gesehen längs der Linie IV-IV der 1,

5 eine erste Explosionsdarstellung der Anordnung nach den 1 bis 4, gesehen von der Pumpenseite,

6 eine zweite Explosionsdarstellung der Anordnung nach den 1 bis 4, gesehen von der Lüfterseite,

7 einen Schnitt durch das Gehäuse der Anordnung, in welchem nur das Pumpenrad der Kreiselpumpe und eine Art seiner Befestigung dargestellt ist,

8 eine perspektivische Darstellung analog 7, welche ebenfalls die Befestigung des Pumpenrades der Kreiselpumpe und einen bevorzugten Aufbau dieses Pumpenrades zeigt,

9 eine Variante zu den vorhergehenden Figuren, bei denen für die axiale Lagerung des Pumpenrades ein gesondertes Bauteil vorgesehen ist, das im Zulaufstutzen angeordnet ist,

10 eine dritte Variante zu den vorhergehenden Figuren, bei welcher der Aufbau des Rotormagneten und der Magnetkupplung im Vergleich zu 9 vereinfacht ist, und

11 einen vergrößert dargestellten Schnitt, gesehen längs der Linie XI-XI der 10, wobei aber nur der Magnetring 140 dieser Anordnung und dessen bevorzugte Magnetisierung dargestellt sind.

1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung 20. Diese hat außen ein etwa zylindrisches Lüftergehäuse 22 mit zwei Flanschen 24, 26 (5 und 6), an deren Ecken sich jeweils eine Befestigungsbohrung 28 befindet, und die durch ein rohrförmiges Teil 30 miteinander verbunden sind.

Gemäß 3 und 5 ist der Flansch 26 durch zwei schräg verlaufende Stege oder Speichen 32, sowie durch einen Teilabschnitt eines Auslassstutzens 34, mit dem zylindrischen Teil 36 eines Pumpengehäuses verbunden, das im fertigen Zustand durch einen Deckel 38 verschlossen ist, an dem sich ein Einlassrohr 40 befindet. Der Deckel 38 kann z. B. durch eine Klebeverbindung, durch Kunststoffschweißen oder durch eine O-Ring-Dichtung mit dem Teil 36 flüssigkeitsdicht verbunden sein.

Das Teil 36 geht in 1 auf seiner linken Seite über in einen senkrecht zu einer Drehachse 42 verlaufenden Abschnitt 44, der auf seiner radial inneren Seite in ein zylindrisches Spaltrohr 46 übergeht. An seinem in 1 linken Ende ist das Spaltrohr 46 durch einen Abschnitt 48 verschlossen, an welchem eine nach rechts in Richtung der Drehachse 42 ragende Welle 50 in geeigneter Weise befestigt ist. Das Spaltrohr 46 und der Abschnitt 48 bilden zusammen einen sog. Spalttopf 52, der in 1 grau hervorgehoben ist. Dieser Spalttopf kann auch eine andere geometrische Form haben, als sie in 1 dargestellt ist.

Unter einem Spaltrohr bzw. Spalttopf versteht man im Elektromaschinenbau ein Bauteil aus einem nichtmagnetischen Material, z. B. Kunststoff oder rostfreiem Stahl, das sich mindestens bereichsweise durch den Luftspalt eines magnetischen Kreises erstreckt und dort eine Fluidbarriere bildet.

An den Abschnitt 48 schließt sich ein Lagerrohr 54 an, in welchem mittels zweier Wälzlager 56 die Welle 58 eines Innenrotors 60 gelagert ist. Die Welle 58 ist an einem becherartigen Trägerteil 62 aus weichferromagnetischem Werkstoff befestigt, auf dessen Außenseite ein Permanentmagnetring 64 befestigt ist, der z. B. vierpolig magnetisiert sein kann. Dieser Magnetring 64 ist durch einen Luftspalt 66 getrennt vom Stator 68 eines elektronisch kommutierten Innenläufermotors (ECM) 70, dem eine Leiterplatte 72 mit (nicht dargestellten) elektronischen Bauelementen zugeordnet ist, welche Leiterplatte sich parallel zum Abschnitt 44 und, bezogen auf 1, links von diesem erstreckt.

4 zeigt beispielhaft den Aufbau des Stators 68 mit insgesamt sechs ausgeprägten Polen 76, deren Wicklungen nicht dargestellt sind. Zur Erzeugung eines ausreichend großen und gleichmäßigen Drehmoments wird eine dreiphasige Bauweise bevorzugt, wie sie dem Fachmann bekannt ist. Jedoch haben Versuche gezeigt, dass auch elektronisch kommutierte Motoren mit einer einfacheren Bauweise für den Antrieb gut geeignet sind. Solche einfacheren Motoren werden oft als einphasige Motoren bezeichnet.

Der Stator 68 ist befestigt auf der Innenseite eines zylindrischen Abschnitts 74, der bevorzugt mit dem Abschnitt 44 einstückig ausgebildet ist.

Etwa dem Magnetring 64 gegenüber liegend ist auf der Innenseite des Trägerteils 62 ein Magnetring 76 befestigt. Dieser dreht sich im Betrieb um den Spalttopf 52 herum.

Auf dem becherartigen Trägerteil 62 ist mittels eines becherartigen Abschnitts 78 ein Lüfterrad 80 befestigt, das z. B. als Axial-, Diagonal- oder Radial-Lüfterrad ausgebildet sein kann. Es hat ein etwa zylindrisches äußeres Teil 81, dessen Außendurchmesser dem des zylindrischen Abschnitts 74 entspricht, und an diesem Teil 81 sind die Lüfterflügel 82 in der dargestellten Weise angeordnet, vgl. 5 und 6. Die Flügel 82 drehen sich im Betrieb innerhalb des zylindrischen Abschnitts 30 des Lüftergehäuses 22 und fördern Luft durch diesen Abschnitt 30.

Auf der Welle 50 ist drehbar ein Pumpenrad 90 einer Kreiselpumpe oder sonstigen Strömungsmaschine 91 gelagert, das bevorzugt einstückig mit einem kunststoffgebundenen ersten Dauermagneten 92 ausgebildet ist. Letzterer hat bevorzugt die gleiche Zahl von Magnetpolen wie der Magnetring 76, der im Folgenden auch als zweiter Dauermagnet bezeichnet wird, und bildet mit diesem eine Magnetkupplung 93, welche durch den Spalttopf 52 hindurch das vom Motor 70 erzeugte Drehmoment auf das Pumpenrad 90 überträgt und dieses dadurch mit der Drehzahl des Innenrotors 60 antreibt.

Dadurch wird im Betrieb Flüssigkeit durch den Stutzen 40 in Richtung eines Pfeiles 94 angesaugt und in Richtung eines Pfeiles 96 durch den Auslassstutzen 34 gefördert.

Der Rotor 60 treibt also einerseits das Lüfterrad 80 durch eine direkte mechanische Kupplung an, andererseits das Pumpenrad 90 über die Magnetkupplung 93.

Sehr vorteilhaft, weil platzsparend ist, dass der Motor 70 und die Magnetkupplung 93 in derselben Antriebsebene liegen, wobei der Magnet 92 des Pumpenrads 90 das innerste rotierende Element ist. Dies ermöglicht es, den Durchmesser des Magneten 92 so klein zu machen, wie das angesichts des zu übertragenden Drehmoments noch vertretbar ist.

Da der Magnet 92 direkt im gepumpten Fluid rotiert, haftet das unmittelbar an ihn angrenzende Fluid direkt an ihm und bewegt sich mit derselben Umfangsgeschwindigkeit. An der Grenzfläche zum stationären Spalttopf 52 haftet dieses Fluid ebenfalls an, wodurch es dort still steht. Zwischen diesen beiden Extremwerten existiert ein kontinuierliches Geschwindigkeitsgefälle. Das Fluid im Spalt zwischen dem ersten Magneten 90 und dem stehenden Gehäuse 52 wird somit Scherspannungen ausgesetzt. Durch die Viskosität des Fluids ergeben sich Reibungsverluste. Maßgebend für diese ist der Durchmesser der rotierenden Flächen, welcher quadratisch in das Reibungsmoment eingeht. Die Reibungs-Verlustleistung steigt also mit der dritten Potenz des Durchmessers (D3) der rotierenden Flächen an und kann bei der vorliegende Erfindung minimiert werden.

Die dargestellte und beschriebene Bauweise ermöglicht einen sehr hohen Wirkungsgrad einer solchen Pumpe, welche über eine Magnetkupplung 93 angetrieben wird, weil die rotierenden Flächen am ersten Magneten 92 klein ausgeführt werden können. Der kleinstmögliche Durchmesser wird, wie bereits ausgeführt, durch das Drehmoment bestimmt, welches von der Magnetkupplung 93 übertragen werden muss. Würde der Durchmesser noch weiter verkleinert, so hätte dies eine Verminderung der Pumpleistung zur Folge, d. h. bei einer erfindungsgemäßen Anordnung kann die Magnetkupplung so ausgelegt werden, so dass man im Arbeitspunkt einen sehr guten Wirkungsgrad erhält.

Eine weitere Optimierung ist möglich durch die Verwendung besonders hochwertiger Magnetwerkstoffe für die Dauermagnete 76 und 92. Hierdurch lässt sich der Durchmesser der rotierenden Flächen weiter reduzieren, was einen besonders hohen Wirkungsgrad ergibt, aber die Kosten entsprechend erhöht.

Montage (1 bis 6)

Zunächst wird das Pumpenrad 90 auf die Welle 50 gesteckt, und dann wird das zylindrische Teil 36 durch den Deckel 38 flüssigkeitsdicht verschlossen.

Die Lagerung des Pumpenrads 90 erfolgt meist durch Gleitlager, doch sind auch andere Lager möglich. Das Pumpenrad 90 wird durch magnetischen Zug, also die Anziehung zwischen den Magneten 76 und 92, festgehalten und kann zusätzlich mechanisch gesichert werden, z. B. durch Sprengringe, Anlaufscheiben etc.

Leiterplatte 72 und Stator 68 werden innerhalb des zylindrischen Abschnitts 74 montiert. Anschließend wird die Welle 58 des becherartigen Teils 62, auf dem die Magnete 64 und 76 sowie das Lüfterrad 80 montiert sind, mittels der Lager 56 im Lagerrohr 54 montiert.

Das Lüfterrad 80 kann bereits vor der Montage ausgewuchtet werden, oder auch dann, wenn es in der Anordnung bereits montiert ist.

7 und 8 zeigen in einer Variante das Gehäuse der Anordnung 20. Die Welle 50 des Pumpenrads 90 ist im Abschnitt 48 befestigt. Sie hat an ihrem freien Ende eine Ringnut, in der ein Sprengring 89 befestigt ist, welcher das Pumpenrad 90 auf der Welle 50 festhält und gleichzeitig ein Axiallager für das Pumpenrad 90 bildet. 8 zeigt auch eine bevorzugte Form der Flügel 93 des Pumpenrads 90 der Strömungsmaschine 91.

9 zeigt eine stark vergrößerte Darstellung einer zweiten Variante, etwa analog zur Darstellung der 1. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden auch hier mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht nochmals beschrieben. Die Form des Gehäuses ist weitgehend gleich wie in 8.

Im Zufluss 40 ist hier mittels dreier Stützbeine 100, von denen in 9 nur zwei sichtbar sind, eine Halteschale 102 befestigt, welche im montierten Zustand das freie Ende der Welle 50 übergreift und abstützt. Dabei behindern die Stützbeine 100 nicht den Durchfluss des Kühlfluids durch den Zufluss 40. Sie sind einstückig mit diesem ausgebildet.

Der erste Magnet 92 hat hier an beiden Enden Vertiefungen 104, 106. In diesen ist jeweils eine Anlaufscheibe 108 bzw. 110 angeordnet, von denen die Scheibe 108 zwischen dem Abschnitt 48 und der Vertiefung 104 angeordnet ist. Die andere Scheibe 110 ist zwischen einem erhabenen Rand 112 der Lagerschale 102 und der Vertiefung 106 angeordnet. Auf diese Weise ist der Pumpenrotor 90 auf der Welle 50 auch axial sicher gelagert.

Die Leiterplatte 72 ist in 9 dicker dargestellt als in 1. Dies hängt davon ab, wie lang der zweite Dauermagnet 76 sein muss, um das gewünschte Drehmoment vom Rotor 60 auf den ersten Magneten 92 übertragen zu können. Durch Verwendung geeigneter Magnetwerkstoffe gelingt es, die axiale Baulänge der Anordnung sehr niedrig zu halten. Alternativ kann die Leiterplatte 72 seitlich am Luftleitgehäuse 22 angeordnet werden.

Bei der Montage wird zuerst das Pumpenrad 92 auf die Welle 50 aufgesteckt, und anschließend wird das Teil 38, 40 mit der Lagerschale 102 in der dargestellten Weise montiert. Das Teil 38, 40 kann z.B. durch Laserschweißen im Bereich einer Trennfuge 114 flüssigkeitsdicht mit dem Abschnitt 36 des Pumpengehäuses verbunden werden. Auf diese Weise erhält man eine Lagerung, die sehr sicher und langlebig ist und bei der ein Klappern des Pumpenrades 90 sicher verhindert wird.

10 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer dritten, noch weiter optimierten Variante der Erfindung. Diese Darstellung ist weitgehend analog zur Darstellung nach 9. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden auch hier mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nicht nochmals beschrieben. Die Form des Gehäuses 22 und des Lüfterrades 80 entspricht weitgehend der 1. Die Leiterplatte des ECM 70 ist nicht dargestellt. Sie kann sich an derselben Stelle befinden wie die Leiterplatte 72 der 9, aber man kann sie auch seitlich am Gehäuse 22 anordnen. Aus Platzgründen kann letztere Variante manchmal vorteilhaft sein.

Die Welle 58, welche den Rotor 60 des ECM 70 und das Lüfterrad 80 lagert, ist auch hier mittels zwei Kugellagern 56 in einem Lagerrohr 54 gelagert, welches einstückig mit dem Spalttopf 52 ausgebildet ist. Der Hohlraum des Lagerrohres 54 setzt sich in 10 nach rechts fort in eine Mulde 120, welche bei dieser bevorzugten Ausführungsform für die Montage der Welle 58 und der Kugellager 56 erforderlich ist.

Zwischen den Außenringen der Kugellager 56 befindet sich ein Distanzglied 122. Die Welle 58 ist in den Innenringen der beiden Kugellager 56 verschiebbar. Zwischen dem Innenring des linken Kugellagers 56 und einer Vertiefung 124 der Rotornabe 126 befindet sich eine Druckfeder 128, welche bei der Montage der Welle 58 zusammengepresst wird, wobei sich das rechte Ende der Welle 58 kurzzeitig in die Mulde 120 verschiebt, welche also nur aus Gründen dieser speziellen Art der Montage vorgesehen werden muss. Diese Verschiebung der Welle 58 nach rechts wird bewirkt durch eine entsprechende Verschiebung des Lüfterrads 80 nach rechts.

Zu diesem Zweck hat die Nabe 126 einen axialen Vorsprung 130, mit dem sie bei dieser Verschiebung gegen die linke Seite eines Rastglieds 131 und über dieses gegen die linke Seite des linken Kugellagers 56 drückt und dadurch die Außenringe der beiden Kugellager 56 in das Lagerrohr 54 einpresst. Anschließend wird das Lüfterrad 80 automatisch durch die gespannte Feder 128 wieder nach links in die dargestellte endgültige Stellung verschoben, wobei ein Sprengring 132 am rechten Ende der Welle 58 gegen die rechte Seite des Innenrings des rechten Kugellagers 56 anliegt. Das Rastglied 131 rastet bei diesem Vorgang in der dargestellten Weise in die Innenwand des Lagerrohres 54 ein und hält so die Kugellager 56 im Lagerrohr 54 fest.

Das linke Ende der Welle 50 ist in einem axialen Vorsprung 136 des Spalttopfs 52 befestigt, welcher Vorsprung in eine hierzu komplementäre Ausnehmung 138 des Magneten 92 der Magnetkupplung 93 ragt.

Das Lüfterrad 80 ist aus Kunststoff hergestellt, und seine Nabe 126 ist in der dargestellten Weise durch Kunststoff-Spritzguss an der Welle 58 befestigt. Von dieser Nabe 126 erstreckt sich in 10 ein erster zylindrischer Abschnitt 78a nach rechts und ist an seinem rechten Ende in geeigneter Weise mit einem Magnetring 140 verbunden, dessen bevorzugte Magnetisierung in 11 schematisch und vergrößert für eine vierpolige Version dargestellt ist.

Diese Magnetisierung hat vier so genannte Pollücken 142, d.h. das sind im Normalfall keine physikalischen Unterbrechungen des Magnetrings 140, sondern nur Unterbrechungen seiner Magnetisierung. Letztere ist in der üblichen Weise durch N (Nordpol) und S (Südpol) angedeutet, d.h. der Magnetring 140 ist in Durchmesserrichtung (diametral) magnetisiert und hat eine etwa trapezförmige Magnetisierung, welche bei einem Ring eine optimale Ausnutzung des magnetischen Werkstoffs ermöglicht. Naturgemäß sind auch andere Arten der Magnetisierung nicht ausgeschlossen. Eine trapezförmige Magnetisierung wird oft auch als "rechteckförmige" Magnetisierung bezeichnet, wobei "trapezförmig" und "rechteckförmig" in diesem Fall für den Elektromaschinenbauer Synonyme sind.

Die Magnetisierung des Magnetrings 140 ist bevorzugt, wie dargestellt, vierpolig auf beiden Seiten. Andere Polzahlen sind nicht ausgeschlossen. Da aber der Magnet 92, welcher mit dem Pumpenrad 90 verbunden ist, einen kleinen Durchmesser hat und da er dieselbe Polzahl haben sollte wie der Ringmagnet 140, sind Polzahlen über vier oder maximal sechs schlecht realisierbar und führen zu einer Reduzierung des Drehmoments, das von der Magnetkupplung 93 übertragen werden kann.

Der Motor 70 ist gewöhnlich ein dreiphasiger Motor. Seine elektronische Kommutierung kann durch Hallsensoren gesteuert werden, oder auch durch Erfassung der in den Wicklungen induzierten Spannungen nach dem so genannten Sensorless-Prinzip. Alternativ ist es auch möglich, den Motor 70 nur mit einem einzigen Wicklungsstrang oder mit zwei Wicklungssträngen auszuführen. Solche Motoren werden gewöhnlich als "einphasige" Motoren bezeichnet, obwohl sie nur eine Phase oder auch zwei Phasen haben können. Auch hier handelt es sich um Spezialausdrücke des Elektromaschinenbaus, die dem Fachmann auf diesem Gebiet geläufig sind.

Zur sicheren Verbindung mit dem Kunststoff des zylindrischen Abschnitts 78A hat der Magnetring 140 bevorzugt eine Ausdrehung 142, in welche sich der Abschnitt 78a erstreckt. Der Magnet 140 kann ein so genannter kunststoffgebundener Magnet sein, bei dem hartferromagnetische Partikel in einer Kunststoffmatrix angeordnet sind. Bei einem solchen Magneten ist die Verbindung mit den Teilen 78a und 78c besonders leicht und sicher möglich. Jedoch sind auch andere Formen dieses Magnets möglich. Z.B. kann der Ring 140 auch aus vier Einzelmagneten aufgebaut sein, wie das dem Fachmann des Elektromaschinenbaus geläufig ist.

Der zylindrische Abschnitt 78a geht über einen kurzen radialen Abschnitt 78b über in einen zweiten zylindrischen Abschnitt 78c, der sich parallel zum ersten zylindrischen Abschnitt 78a und im Abstand von diesem nach links erstreckt und der an seinem linken Ende über einen radialen Abschnitt 78d in das eigentliche Lüfterrad 80 mit seinen Flügeln 82 übergeht und bevorzugt mit dem Lüfterrad einstückig ist. Zwischen den Abschnitten 78a und 78c sind bevorzugt Verbindungsrippen 78e vorgesehen, von denen eine in 10 angedeutet ist.

Der Magnetring 140 erstreckt sich in einem Ringraum zwischen der Innenseite des Stators 68 und der Außenseite des Spaltrohres 46. In der Terminologie des Elektromaschinenbaus wird dieser Ringraum auch als "Luftspalt" bezeichnet. Die Außenseite 144 (11) des Magnetrings 140 stellt den Innenrotor des ECM 70 dar, und seine Innenseite 146 arbeitet mit dem Magneten 92 zusammen und bildet mit diesem die Magnetkupplung 93.

Auf diese Weise gelingt es, in dem kleinen Luftspalt zwischen dem Stator 68 und dem Spaltrohr 46 ein ausreichend großes Volumen an magnetischem Werkstoff unterzubringen. (Hier ist darauf hinzuweisen, dass 10 eine starke Vergrößerung darstellt. Eine solche ist notwendig, weil die Einzelheiten sonst nicht dargestellt werden könnten.) Der Vergleich mit 9 zeigt, dass dies eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, welche eine noch kompaktere Bauweise und/oder eine höhere Leistung ermöglicht. Dabei ist zu bedenken, dass der Motor 70 sowohl die Pumpe 91 wie den Lüfter 80 antreiben muss, also eine entsprechende Leistung benötigt.

Wie 10 durch graue Darstellung einzelner Teile symbolisch zeigt, ist der Spalttopf 52 in bevorzugter Weise einstückig mit dem Lagerrohr 54, der Halterung 74 für den Stator 68, einem Teil 36 des Pumpengehäuses, den Stegen 32, und dem rohrförmigen Teil 30 des Lüftergehäuses 22 ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung und Montage.

Der innere Magnet 92 der Magnetkupplung 93 ist mit einer Lagerbuchse 148 verbunden, die sich auf der feststehenden Achse 50 dreht, wobei die Ringe 108, 110 als Axiallager dienen.

Durch den Wegfall eines Trägerteils 62 aus Metall, wie es bei 1 und 9 verwendet wird, ergibt sich eine wesentliche Reduzierung des axialen Trägheitsmoments, was den Start einer solchen Anordnung erleichtert und die Anlaufgröße reduziert.

Wesentliche Vorteile einer erfindungsgemäßen Anordnung sind:

  • • Unkomplizierte Montage des Lüfterrads 80 zusammen mit den Magneten 66, 76 bzw. dem Ringmagneten 140.
  • • Unkompliziertes Auswuchten des Lüfterrades 80.
  • • Großvolumiger Stator 68 mit Bauart bedingt guter Eigenkühlung und hohem Drehmoment.
  • • Die gesamte Anordnung kann sehr kompakt gebaut werden.
  • • Die gesamte Anordnung kann sehr gut optimiert werden.
  • • Die Stromversorgung der Anordnung ist mit bekannten Bauelementen in einfacher Weise möglich.
  • • Da kleine Luftspalte verwendet werden können, kann man preiswerte Magnetwerkstoffe verwenden.
  • • Die rotierenden Massen bleiben beim Antrieb durch einen Innenrotor prinzipbedingt kleiner als bei vergleichbaren Außenläufermotoren. Dadurch werden die axialen Trägheitsmomente geringer. Dies ermöglicht eine bessere Dynamik, geringere Anlaufströme, sowie generell ein unproblematisches Startverhalten mit hoher Startsicherheit.
  • • Die Geräusche entsprechen etwa denen eines normalen Axiallüfters.
  • • Das becherartige Teil 62 wirkt als Dämpfungsglied und wirkt der Bildung von Drehschwingungen zwischen dem Pumpenrad 90 und seinem Antriebsmagneten 76 bzw. 140 entgegen. Dies gilt ebenso für die Kunststoffteile 78a, 78c, 78e der 10 und 11.
  • • Obwohl der Magnet 92 des Pumpenrades 90 einen kleinen Durchmesser hat, kann das Pumpenrad 90 selbst einen größeren Durchmesser haben, so dass auch größere Kennlinienbereiche mit dieser Bauweise abgedeckt werden können.
  • • Die Möglichkeit der Befestigung auf einem Wärmetauscher wird nicht eingeschränkt. Je nach Auslegung des Lüfterrades 80 ist entweder ein blasender oder saugender Betrieb möglich, d.h. der Lüfter 80 bläst entweder kalte Luft in den Wärmetauscher, oder saugt warme Luft aus diesem.

Durch die Erfindung erhält man also eine sehr kompakte Anordnung, die für die Luftkühlung und den Antrieb der Flüssigkeitspumpe nur einen gemeinsamen Elektromotor benötigt. Im Zentrum der Baugruppe befindet sich dabei ein zylindrischer Körper, vgl. 7. Dieser verfügt auf einer Seite über ein zylindrisches Lagerrohr 54 zur Aufnahme mindestens eines Lagerelements 56 des Lüfterrads 80. An seine andere Seite schließt sich der Spalttopf 52 an. Radial außerhalb dieses Spalttopfs ist bevorzugt ein rinnenförmiger Ringansatz vorgesehen, und dieser trägt den Stator 68 des ECM 70, sowie bevorzugt auch eine zugehörige Leiterplatte 72, auf welcher die Steuerelektronik des ECM untergebracht ist. Alternativ kann diese Leiterplatte z.B. auch seitlich am Lüftergehäuse 22 angebracht werden.

Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.


Anspruch[de]
  1. Anordnung zur Förderung von Fluiden, welche aufweist:

    Eine nach Art einer Kreiselpumpe ausgebildete Fluidpumpe (91), welche ein Pumpenrad (90) aufweist, das mit einem ersten Dauermagneten (92) verbunden ist;

    einen elektronisch kommutierten Innenläufermotor (70) mit einem Stator (68), innerhalb dessen ein Rotor (60) drehbar angeordnet ist, welcher mit einem zweiten Dauermagneten (76; 140) verbunden ist, der mit dem ersten Dauermagneten (92) nach Art einer Magnetkupplung (93) zusammenwirkt;

    einen Spalttopf (52), welcher den innerhalb dieses Spalttopfs (52) angeordneten ersten Dauermagneten (92) der Magnetkupplung (93) fluiddicht vom außerhalb des Spalttopfs (52) angeordneten zweiten Dauermagneten (76; 140) trennt;

    wobei der Stator (68) des Innenläufermotors (70) im Wesentlichen in derselben Antriebsebene wie die Magnetkupplung (93) und radial außerhalb derselben angeordnet ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher der Rotor des Innenläufermotors (70) ein permanentmagnetischer Rotor (60) ist, und seine Permanentmagnetanordnung (64; 140) etwa in derselben Ebene liegt wie der zweite Dauermagnet (76; 140) der Magnetkupplung (93).
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Rotor (60) des Innenläufermotors (70) ein Trageteil (62) aus einem weichferromagnetischen Werkstoff aufweist, und die Permanentmagnetanordnung (64) des Rotors sowie der zweite Dauermagnet (76) der Magnetkupplung (93) an diesem Trageteil (62) angeordnet sind.
  4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher mit dem Rotor (60) des Innenläufermotors (70) ein Lüfterrad (82) verbunden ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, bei welcher der Rotor (60) des Innenläufermotors (70) ein Trageteil (62; 78a, 78c) aufweist, an welchem der Rotor (60; 140) angeordnet ist, und das Lüfterrad (80) mit diesem Trageteil (62; 78a, 78c) verbunden ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher das Lüfterrad als Axiallüfterrad (80) ausgebildet ist.
  7. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher das Lüfterrad als Diagonallüfterrad ausgebildet ist.
  8. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher das Lüfterrad als Radiallüfterrad ausgebildet ist.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei welcher mit dem Spalttopf (52) ein Luftleitgehäuse (22) verbunden ist, welches das Lüfterrad (80) mit radialem Abstand umgibt.
  10. Anordnung nach Anspruch 9, bei welcher das Luftleitgehäuse (22) als mit dem Spalttopf (52) einstückiges Kunststoffteil ausgebildet ist.
  11. Anordnung nach Anspruch 10, bei welcher der Spalttopf (52) über mindestens einen Steg (32) mit dem Luftleitgehäuse (22) verbunden ist.
  12. Anordnung nach Anspruch 10, bei welcher die Fluidpumpe (91) einen Auslassstutzen (34) aufweist, welcher als Teil der mechanischen Verbindung zwischen dem Spalttopf (52) und dem Luftleitgehäuse (22) ausgebildet ist.
  13. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei welcher der Spalttopf (52) mit einem Wandabschnitt (74) verbunden ist, welcher sich innerhalb des Luftleitgehäuses (22) und mit Abstand von diesem erstreckt, und der Stator (68) des Innenläufermotors (70) an diesem Wandabschnitt (74) angeordnet ist.
  14. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher innerhalb des Spalttopfs (52) an diesem eine Lagerung (50) für das Pumpenrad (90) und außerhalb des Spalttopfs (52) an diesem eine Lagerung (54, 56) für den Rotor (60) des Innenläufermotors (70) vorgesehen ist.
  15. Anordnung nach Anspruch 14, bei welcher am Spalttopf (52) eine stehende Achse (50) für die Lagerung des Pumpenrads (90) befestigt ist.
  16. Anordnung nach Anspruch 15, bei welcher der innere Bereich des Pumpenrads (90) von einem Stützglied (102) durchdrungen ist, welches das freie Ende der stehenden Achse (50) abstützt.
  17. Anordnung nach Anspruch 16, bei welcher das Stützglied (102) als Anschlag für axiale Bewegungen des Pumpenrads (90) wirksam ist.
  18. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher zur Lagerung für den Rotor (60) des Innenläufermotors (70) ein Lagerrohr (54) vorgesehen ist, das mit dem Spalttopf (52) fest verbunden ist.
  19. Anordnung nach Anspruch 18, bei welcher das Lagerrohr (54) einstückig mit dem Spalttopf (52) ausgebildet ist.
  20. Anordnung zur Förderung von Fluiden, welche aufweist:

    Eine nach Art einer Kreiselpumpe ausgebildete Fluidpumpe (91), welche einen Zulaufanschluss (40) und einen Ablaufanschluss (34) aufweist, welche beide mit einem Spalttopf (52) flüssigkeitsdicht verbunden sind;

    einen elektronisch kommutierten Innenläufermotor (70) mit einem Stator (68), innerhalb dessen ein Rotor (60) drehbar angeordnet ist, welcher über eine Magnetkupplung (93) mit der Fluidpumpe (91) in Antriebsverbindung steht und mit einem Lüfterrad (80) verbunden ist;

    und ein Luftleitgehäuse (22) welches um das Lüfterrad (80) herum angeordnet ist,

    wobei der Auslassstutzen (34) der Fluidpumpe (91) eine mechanische Verbindung zwischen dem Spalttopf (52) und dem Luftleitgehäuse (22) bildet.
  21. Anordnung nach Anspruch 20, bei welcher zusätzlich zum Auslassstutzen (34) mindestens ein Steg (32) vorgesehen ist, welcher das Luftleitgehäuse (22) mechanisch mit dem Spalttopf (52) verbindet.
  22. Anordnung nach Anspruch 21, bei welcher der Spalttopf (52), der Steg (32) und das Luftleitgehäuse (22) einstückig miteinander ausgebildet sind.
  23. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Rotor (60) des Innenläufermotors (70) einen ringförmigen Dauermagneten (140) aufweist,

    – dessen Außenseite (144) mit dem Stator (68) des Innenläufermotors (70) zusammenwirkt,

    – und dessen Innenseite (146) mit dem ersten Dauermagneten (92) nach Art einer Magnetkupplung (93) zusammenwirkt.
  24. Anordnung nach Anspruch 23, bei welcher der ringförmige Dauermagnet (140) in einer etwa diametralen Richtung magnetisiert ist.
  25. Anordnung nach Anspruch 24, bei welcher der ringförmige Dauermagnet (140) vierpolig ist.
  26. Anordnung nach Anspruch 24, bei welcher der ringförmige Dauermagnet (140) sechspolig ist.
  27. Anordnung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, bei welcher der ringförmige Dauermagnet (140) über einen ersten Verbindungsabschnitt (78a) mit einer Nabe (126) verbunden ist, welche ihrerseits mittels einer mit ihr verbundenen Welle (58) drehbar gelagert ist, und bei welcher der ringförmige Dauermagnet (140) über einen zweiten Verbindungsabschnitt (78c) mit einem Lüfterrad (80) der Anordnung in Antriebsverbindung steht.
  28. Anordnung nach Anspruch 27, bei welcher der erste Verbindungsabschnitt (78a) und der zweite Verbindungsabschnitt (78c) über mindestens ein radial verlaufendes Verbindungselement (78e) miteinander verbunden sind.
  29. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher zur Lagerung des Rotors (60) des Innenläufermotors (70) ein Lagerrohr (54) vorgesehen ist, in welchem Wälzlager (56) angeordnet sind, die zur Lagerung der Welle (58) des Rotors (60) dienen, wobei die Welle (58) in den Innenringen dieser Wälzlager (56) in Achsrichtung verschiebbar ist.
  30. Anordnung nach Anspruch 29, bei welcher zwischen einem der Wälzlager (56) und einem Verbindungsglied (126) zur Verbindung der Welle (58) mit dem Innenrotor (60) ein Sicherungsglied (131) vorgesehen ist, welches dazu dient, zumindest eines der Wälzlager (56) nach seiner Montage in seiner Stellung im Lagerrohr (54) festzuhalten, und zwischen einem der Wälzlager (56) und dem Verbindungsglied (126) ein Federglied (128) vorgesehen ist, welches das Verbindungsglied (126) weg von diesem Wälzlager (56) beaufschlagt.
  31. Anordnung nach Anspruch 29 oder 30, bei welcher das Verbindungsglied (126) auf seiner dem zu ihm benachbarten Wälzlager (56) zugewandten Seite einen Vorsprung (130) aufweist, welcher zur Anlage gegen das Halteglied (131) ausgebildet ist.
  32. Anordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 31, bei welcher zwischen den Außenringen der Wälzlager (56) ein Distanzglied (122) vorgesehen ist.
  33. Anordnung nach einem der Ansprüche 29 bis 32, bei welcher an der Welle (58) eine Verbreiterung (132) vorgesehen ist, welche zur Anlage gegen den Innenring eines der Wälzlager (56) ausgebildet ist.
Es folgen 11 Blatt Zeichnungen






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