Die Erfindung betrifft eine Umwälzpumpe, umfassend einen Elektromotor
mit einem Stator, einem Rotor und einer Motorschaltung, und ein Gehäuse, in
welchem der Elektromotor angeordnet ist. Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde,
eine Umwälzpumpe bereitzustellen, welche kostengünstig hergestellt ist.
Dieses Aufgabe wird bei der eingangs genannten Umwälzpumpe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, dass das Gehäuse eine erste Kammer aufweist, in welcher
der Stator und der Rotor angeordnet sind, und eine von der ersten Kammer getrennte
zweite Kammer aufweist, an welcher mindestens ein Träger positioniert ist,
an welchem mindestens ein Teil der Motorschaltung angeordnet ist, und dass die erste
Kammer und die zweite Kammer über mindestens eine Verbindungsöffnung verbunden
sind, über welche mindestens ein elektrisches Element der Motorschaltung, welches
an dem mindestens einen Träger angeordnet ist, in thermischem Kontakt mit dem
Stator in der ersten Kammer steht.
Der Stator lässt sich über Förderflüssigkeit der
Umwälzpumpe (wie beispielsweise Wasser) kühlen. Beispielsweise weist die
Förderflüssigkeit eine Höchsttemperatur auf, welche im Bereich zwischen
95°C und 110°C liegt. Der Stator kann Temperaturen entwickeln, welche
im Bereich bei ca. 130°C liegen. Es lässt sich dadurch eine effektive
Kühlung erreichen.
Wenn ein oder mehrere elektrische Elemente der Motorschaltung über
die Verbindungsöffnung in thermischem Kontakt mit dem Stator stehen, dann lassen
sich diese über die Förderflüssigkeit kühlen, das heißt
es ist eine Mediumkühlung bereitgestellt. Dadurch lässt sich effektiv
Wärme abführen. Beispielsweise werden elektronische Leistungsbauelemente
der Motorschaltung entsprechend gekühlt.
Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich,
in der zweiten Kammer (welche einen "Schaltschrank" für den Elektromotor bildet)
einen Träger zu positionieren, an dem sowohl Niedertemperaturschaltungselemente
als auch Hochtemperaturschaltungselemente positionierbar sind. Die Niedertemperaturschaltungselemente
weisen eine geringere Wärmeentwicklung als die Hochtemperaturschaltungselemente
auf. Die Niedertemperaturschaltungselemente lassen sich über Luftkühlung
kühlen. Die Hochtemperaturschaltungselemente lassen sich über die Förderflüssigkeit
aufgrund der thermischen Verbindung mit dem Stator kühlen.
Insbesondere ist der Stator in der ersten Kammer über Förderflüssigkeit
kühlbar. Damit ist dann auch das mindestens eine elektrische Element der Motorschaltung,
welches über die Verbindungsöffnung mit dem Stator in thermischen Kontakt
steht, über Förderflüssigkeit kühlbar.
Es ist ferner vorgesehen, dass die zweite Kammer luftkühlbar
ist.
Günstig ist es, wenn der mindestens eine Träger einen Niedertemperaturbereich
und einen Hochtemperaturbereich aufweist, wobei der Niedertemperaturbereich luftgekühlt
ist und der Hochtemperaturbereich über Förderflüssigkeit gekühlt
ist. Dadurch lassen sich an demselben Träger sowohl Niedertemperaturschaltungselemente
anordnen, für die eine Luftkühlung ausreicht, als auch Hochtemperaturschaltungselemente,
die über Förderflüssigkeit gekühlt sind. Die entsprechende Umwälzpumpe
lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise herstellen. Insbesondere
lassen sich kostengünstige Niedertemperaturschaltungselemente einsetzen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn elektrische Elemente des Niedertemperaturbereichs
an einer Seite des mindestens einen Trägers angeordnet sind, welche der ersten
Kammer abgewandt sind. Dadurch ist für eine effektive thermische Entkopplung
gesorgt, wobei der Träger zwischen der ersten Kammer und den elektrischen Elementen
liegt.
Es ist dann auch günstig, wenn elektrische Elemente des Hochtemperaturbereichs
an einer Seite des mindestens einen Trägers angeordnet sind, welche der ersten
Kammer zugewandt ist. Dadurch lässt sich auf einfache Weise ein thermischer
Kontakt mit dem Stator, welcher in der ersten Kammer sitzt, erreichen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen der ersten Kammer
und der zweiten Kammer ein Zwischenraum zur Bildung eines Luftspalts liegt. Über
diesen Zwischenraum ist eine Luftspalttrennung zwischen der ersten Kammer und der
zweiten Kammer bereitgestellt. Dadurch lassen sich die erste Kammer und die zweite
Kammer thermisch entkoppeln.
Günstig ist es, wenn der Zwischenraum zum Außenraum hin
offen ist. Dadurch kann Luft durch den Zwischenraum strömen, um für eine
Luftkühlung zu sorgen. Ferner wird durch die Luft im Zwischenraum für
eine thermische Entkopplung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer gesorgt.
Günstigerweise ist die mindestens eine Verbindungsöffnung
gegenüber dem Zwischenraum geschlossen, so dass sie gegenüber dem Außenraum
geschlossen ist.
Günstig ist es, wenn der Zwischenraum einen Luftspalt umfasst.
Über den Luftspalt sind die erste Kammer und die zweite Kammer
thermisch entkoppelt. Dadurch ist es beispielsweise möglich, elektrische Elemente,
welche an dem Träger in der ersten Kammer angeordnet sind, über Luftkühlung
zu kühlen, wenn sie nur eine geringe Wärmeentwicklung aufweisen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Niedertemperaturbereich
des mindestens einen Trägers (direkt) unterhalb des Luftspalts liegt. Dadurch
ist für eine effektive thermische Entkopplung zwischen elektrischen Elementen
des Niedertemperaturbereichs und der ersten Kammer gesorgt.
Bei einer Ausführungsform liegt die zweite Kammer unterhalb der
ersten Kammer. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine thermische Kontaktierung
zwischen dem mindestens einen Element der Rotorschaltung und dem Stator erreichen.
Günstig ist es, wenn die erste Kammer zur zweiten Kammer hin
eine Stirnwand aufweist. Diese Stirnwand schließt die erste Kammer ab.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn die zweite Kammer
zur ersten Kammer hin eine Stirnwand aufweist, welche beabstandet zur Stirnwand
der ersten Kammer ist. Über die beabstandeten Stirnwände lässt sich
ein Zwischenraum zwischen den beiden Kammern herstellen, welcher zur Luftspalttrennung
dient.
Bei einer Ausführungsform weist die Stirnwand der ersten Kammer
an einer Innenseite eine Ausnehmung zur Aufnahme einer Kontaktplatine des Stators
auf. Die Innenseite der Stirnwand der ersten Kammer dient insbesondere zur Positionierung
des Stators in der ersten Kammer. In der Ausnehmung lässt sich eine Kontaktplatine
positionieren, über welche Spulen des Stators elektrisch mit der Motorschaltung
verbunden sind.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gehäuse einstückig
ausgebildet ist. Es ist insbesondere aus Kunststoff beispielsweise über Spritzgießen
hergestellt. Dadurch sind die Zusammenbauschritte bei der Herstellung der Umwälzpumpe
gering gehalten.
Günstig ist es, wenn in der ersten Kammer Positionierelemente
für den Stator angeordnet sind. Über die Positionierelemente lässt
sich bei der Herstellung der Umwälzpumpe der Stator in der ersten Kammer positionieren
und insbesondere zentrieren. Dadurch ist die Herstellung vereinfacht.
Günstig ist es, wenn eine Trennfläche zwischen dem Stator
und dem Rotor dem Rotor zugewandt sphärisch ausgebildet ist. Der Elektromotor
der Umwälzpumpe weist dadurch einen hohen Wirkungsgrad auf.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn der Rotor dem Stator
zugewandt eine sphärische Oberfläche hat.
Der Rotor ist insbesondere über einen oder mehrere Permanentmagnete
magnetfelderzeugend. Der Elektromotor und damit die Umwälzpumpe weisen dadurch
einen hohen Wirkungsgrad auf.
Günstig ist es, wenn der Rotor sphärisch gelagert ist. Eine
solche Lagerung weist einen geringen Verschleiß und im Betrieb eine geringe
Geräuschentwicklung auf.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient
im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung.
Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Umwälzpumpe;
2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 gemäß
1;
3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 gemäß
2;
4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 gemäß
3;
5 eine perspektivische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Stators;
6 eine Draufsicht auf den (Teil-)Stator gemäß
5 in der Richtung A (von oben);
7 eine Draufsicht auf den (Teil-)Stator gemäß
5 in der Richtung B (von unten);
8 eine Schnittansicht durch den (Teil-)Stator gemäß
5;
9 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Spulenmoduls; und
10 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
eines Aufsatzes.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Umwälzpumpe,
welches in den 1 bis 3
gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst ein Gehäuse
12. In dem Gehäuse 12 ist ein Elektromotor 14 mit
einer elektrischen Motorschaltung 16 angeordnet.
Das Gehäuse 12 weist eine erste Kammer 18 und
eine von der ersten Kammer 18 getrennte zweite Kammer 20 auf.
Die erste Kammer 18 hat einen im Wesentlichen zylindrischen Innenraum
22. Die zweite Kammer 20 hat ebenfalls einen im Wesentlichen zylindrischen
Innenraum 24.
In der ersten Kammer 18 ist ein Stator 26 und ein
Rotor 28 des Elektromotors 14 angeordnet.
In der zweiten Kammer 20 ist ein Träger 30
angeordnet, bei welchem es sich insbesondere um eine Trägerplatine handelt,
an welcher die Motorschaltung 16 oder zumindest Hauptkomponenten der Motorschaltung
16 sitzen. Die zweite Kammer 20 dient als "Schaltschrank" für
den Elektromotor 14.
Die zweite Kammer 20 weist zu der ersten Kammer
18 hin eine Stirnwand 32 auf. An der Stirnwand 32 sitzt
in den Innenraum 24 weisend ein Stiftelement, 34. Dieses Stiftelement
34 ist insbesondere koaxial zu einer Mittelachse 36 des Gehäuses
12 angeordnet. Vorzugsweise weisen die erste Kammer 18 und die
zweite Kammer 20 eine Mittelachse auf, welche mit der Mittelachse
36 zusammenfällt. An dem Stiftelement 34 ist der Träger
30 beabstandet zu der Stirnwand 32 fixiert.
Auf dem Träger 30 sind elektrische Schaltungselemente
und Verbindungsleitungen beispielsweise in der Form von Leiterbahnen angeordnet.
Es handelt sich dabei insbesondere um diskrete Schaltungselemente und integrierte
Schaltungselemente. Die Motorschaltung 16 umfasst ein oder mehrere elektronische
Leistungsschaltungselemente 38, wie beispielsweise ein oder mehrere Thyristoren,
welche an dem Träger 30 angeordnet sind.
Die zweite Kammer 20 ist nach außen hin über ein
Deckelelement 40 geschlossen, welches beispielsweise über eine Schraube
42 an dem Stiftelement 34 fixiert ist.
Die erste Kammer 18 weist eine Stirnwand 44 zu der
zweiten Kammer 20 hin auf. Diese Stirnwand 44 ist beabstandet
zu der Stirnwand 32 der zweiten Kammer 20. Zwischen der Stirnwand
44 und der Stirnwand 32 ist ein Zwischenraum 46 gebildet,
welcher zu dem Außenraum offen ist und einen Luftspalt umfasst. Zwischen einer
Außenseite der Stirnwand 32 und einer Außenseite der Stirnwand
44 sind dabei Stegelemente 48a, 48b usw. angeordnet,
welche die Stirnwand 44 und die Stirnwand 32 unter Bildung des
Zwischenraums 46 auf Abstand halten.
Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet.
Insbesondere sind die Stirnwände 32 und 44 mit entsprechenden
Kammerwänden einstückig ausgebildet.
Die zweite Kammer 20 mit der Motorschaltung 16 ist
luftgekühlt. Durch den Zwischenraum 46 ist die zweite Kammer
20 thermisch von der ersten Kammer 18 getrennt, wobei Luft den
Zwischenraum 46 durchströmen kann bzw. ein Luftpolster im Zwischenraum
46 liegt.
Der Rotor 28 ist um eine Drehachse 50 rotierbar,
welche mit der Mittelachse 36 zusammenfällt. Mit dem Rotor
28 drehfest verbunden ist ein Schaufelrad 52 zur Förderung
einer Flüssigkeit.
An dem Gehäuse 12 ist ein oberes Deckelelement
54 angeordnet, welches eine Ausnehmung 56 aufweist, in welcher
das Schaufelrad 52 rotierbar ist. Das obere Deckelelement 54 umfasst
einen ersten Anschlussstutzen 58, welcher beispielsweise koaxial zur Mittelachse
36 ausgerichtet ist. Über diesen ersten Anschlussstutzen
58 ist Förderflüssigkeit in den Innenraum 56 einführbar.
Über den ersten Anschlussstutzen 58 ist eine Saugseite der Umwälzpumpe
10 definiert.
An dem oberen Deckelelement 54 ist ferner ein zweiter Anschlussstutzen
60 angeordnet (1 und 3),
welcher beispielsweise quer und insbesondere senkrecht zu der Mittelachse
36 orientiert ist. Über diesen zweiten Anschlussstutzen
60 ist geförderte Flüssigkeit abführbar. Der zweite Anschlussstutzen
60 definiert eine Druckseite der Umwälzpumpe 10.
Das obere Deckelelement 54 ist an dem Gehäuse
12 beispielsweise über einen Flansch 62 fixiert. Dazu weist
das Gehäuse 12 an seinem oberen Ende 64, welches der zweiten
Kammer 20 abgewandt ist, einen nach außen ragenden Ringbereich
66 auf. Der Flansch 62 liegt von unten her an dem Ringbereich
66 an. Über Verspannelemente 68, wie beispielsweise Schrauben
oder Bolzen, wird das obere Deckelelement 54 mit dem Flansch
62, welcher insbesondere als Ringflansch ausgebildet ist, verspannt und
dadurch an dem Gehäuse 12 gehalten, wobei eine fluiddichte Fixierung
mittels eines O-Rings 63 hergestellt ist.
In den Innenraum 22 der ersten Kammer 18 weisend
sind an einer Kammerwand 70 Positionierelemente 72 angeordnet
(3, 4). Diese Positionierelemente
72 sind beispielsweise als Rippen ausgebildet. Beispielsweise sind, wie
in 4 gezeigt, eine Mehrzahl von Rippenpaaren um die
Mittelachse 36 verteilt an der Kammerwand 70 angeordnet. Diese
Positionierelemente 72 dienen zur Positionierung des Stators
26 bei der Herstellung der Umwälzpumpe 10.
Der Stator 26 umfasst eine magnetische Rückschlusseinrichtung
73 mit einem Rückschlusskörper 74 und Polschuhen. Dieser
Rückschlusskörper 74 ist insbesondere einstückig
ausgebildet. Er ist vorzugsweise aus einem gepressten Pulvermaterial hergestellt,
welches beispielsweise Eisenkörner umfasst, die gegeneinander elektrisch isoliert
sind. Ein solches Pulvermaterial ist unter der Bezeichnung "SOMALOY" von der Firma
Höganäs, Schweden bekannt. Dadurch lassen sich die Wirbelstromverluste
in dem Rückschlusskörper 74 gering halten. Die erforderlichen
magnetischen Eigenschaften (große Magnetleitfähigkeit) sind bei einer
optimierten geometrischen Gestaltbarkeit des Rückschlusskörpers
74 vorhanden.
Der Rückschlusskörper 74 weist eine Haltebasis
76 auf, welche insbesondere als Ring 78 ausgebildet ist. Über
diese Haltebasis 76 ist der Stator 26 an einer Innenseite der
Stirnwand 44 positioniert.
Die Stirnwand 44 weist zu dem Innenraum 22 weisend
eine beispielsweise kreisförmige Ausnehmung 80 (Vertiefung) auf (4).
In dieser Ausnehmung 80 ist eine Kontaktplatine 82 angeordnet.
Diese Kontaktplatine 82 weist Kontaktstellen 84a, 84b
usw. auf (6), an welchen jeweils eine Spule
86 des Stators 26 elektrisch mit der Kontaktplatine
82 insbesondere über Anschweißung oder Anlötung verbunden
ist.
Die Kontaktplatine 82 mit ihren Kontaktstellen
84a, 84b usw. wiederum ist über eine oder mehrere elektrische
Verbindungsleitungen 88 (3) mit der Motorschaltung
16 verbunden. Dazu ist an der Stirnwand 32 und der Stirnwand
44 eine durchgehende Öffnung 90 (4)
angeordnet, über welche die Verbindungsleitung 88 von der ersten Kammer
18 in die zweite Kammer 20 geführt ist. Die Öffnung
90 ist zu dem Zwischenraum 46 hin über eine Außenwand
geschlossen.
Zwischen der ersten Kammer 18 und der zweiten Kammer
20 ist ferner eine Verbindungsöffnung 92 vorgesehen (4).
Diese Verbindungsöffnung 92 ist zu dem Zwischenraum 46 hin
durch eine Umgebungswand 94 (3) geschlossen.
An dem Träger 30, welcher wiederum in der zweiten Kammer
20 fixiert ist, sind elektrische Schaltungselemente angeordnet, welche
in der zweiten Kammer 20 positioniert sind, und welche luftgekühlt
sind. An dem Träger 30 sind ferner elektronische Leistungsschaltungselemente
38 angeordnet, welche mindestens teilweise in der ersten Kammer
18 positioniert sind. Sie ragen durch die Verbindungsöffnung
92 hindurch in die erste Kammer 18 und stehen in thermischem Kontakt
mit dem Stator 26 und insbesondere mit dem Rückschlusskörper
74.
Der Stator 26 lässt sich auf effektive Weise über
die Förderflüssigkeit, welche durch die Umwälzpumpe 10 gefördert
wird, kühlen. Beispielsweise erreicht der Stator 26 eine Temperatur
von ca. 130°C. Durch die Umwälzpumpe 10 gefördertes Wasser
erreicht maximal eine Temperatur von ca. 95°C bis 110°C. Derjenige Teil
der Motorschaltung 16, der viel Wärme erzeugt (insbesondere elektronische
Leistungsschaltungselemente 38), steht über die Verbindungsöffnung
92 in thermischem Kontakt mit dem Stator 26, um die Kühlwirkung
der Förderflüssigkeit am Stator 26 zu nutzen.
Die erste Kammer 18 und die zweite Kammer 20 sind
dabei über den Zwischenraum 26 durch einen Luftspalt getrennt.
Der Träger 30 ist in einen Niedertemperaturbereich
93a und in einen Hochtemperaturbereich 93b aufgeteilt, wobei der
Niedertemperaturbereich 93a luftgekühlt ist und Schaltungselemente
des Hochtemperaturbereichs 93b über die Förderflüssigkeit
gekühlt sind. Schaltungselemente des Hochtemperaturbereiches 93b stehen
in thermischem Kontakt mit dem Stator 26 und ragen in Richtung der ersten
Kammer 18 von dem Träger 30 weg. Schaltungselemente des Niedertemperaturbereichs
93a ragen von dem Träger 30 weg in die entgegengesetzte Richtung
95, d.h. von der ersten Kammer 18 weg in Richtung des Deckelelements
42, um für eine effektive thermische Entkopplung zu sorgen. Der Niedertemperaturbereich
93a ist direkt unterhalb des Luftspalts des Zwischenraums 46 angeordnet.
Die Kontaktplatine 82 sitzt unterhalb des Rückschlusskörpers
74 in der Ausnehmung 80.
Die Haltebasis 76 ist koaxial zu der Mittelachse
36 ausgerichtet. An der Haltebasis 76 sitzen gleichmäßig
verteilt um die Mittelachse 36 eine Mehrzahl von Haltestiften
96 (5 bis 8).
Die Haltestifte 96 (Haltezähne) weisen alle den gleichen Abstand zu
der Mittelachse 36 auf. Ferner weisen benachbarte Haltestifte
96 den gleichen Abstand zueinander auf. Durchstoßpunkte von Achsen
98 der Haltestifte 96 an der Haltebasis 76 definieren
ein regelmäßiges Vieleck. Bei dem in 5 gezeigten
Ausführungsbeispiel umfasst der Stator 26 sechs Spulen 86.
Das regelmäßige Vieleck ist in diesem Beispiel ein Sechseck, wobei der
Winkelabstand zwischen benachbarten Haltestiften 96 60° ist.
Die Achsen 98 der Haltestifte 96 sind jeweils parallel
zur Mittelachse 36 orientiert.
Die Haltestifte 96 sind einstückig mit der Haltebasis
76 verbunden.
Ein Haltestift 96 weist einen ersten Bereich 100
auf, an welchem ein Spulenmodul 102 (9) angeordnet
ist. Der erste Bereich 100 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet.
Über diesen ersten Bereich 100 ist ein Haltestift 96 mit
der Haltebasis 76
verbunden.
Ferner weist ein Haltestift 96 einen zweiten Bereich
104 auf, welcher oberhalb des ersten Bereichs 100 und oberhalb
des jeweiligen Spulenmoduls 102 liegt. Der zweite Bereich 104
weist jeweils einen unteren Flächenbereich 106 auf, welcher im Wesentlichen
eben ausgebildet ist und welcher parallel zu der Haltebasis 76 ist. Dieser
untere Flächenbereich 106 weist eine Flächennormale auf, welche
parallel zur Mittelachse 36 ist.
Der zweite Bereich 104 weist ferner einen sphärischen
Flächenbereich 108 auf, wobei die Einhüllende der sphärischen
Flächenbereiche 108 aller Haltestifte 96 ein Kugeloberflächenabschnitt
ist. Ein Mittelpunkt der zu diesem Kugeloberflächenabschnitt gehörenden
Kugel liegt auf der Mittelachse 36. Dieser Mittelpunkt, welcher in
2 mit dem Bezugszeichen 110 angedeutet ist,
liegt insbesondere im Mittelpunkt eines konvexen Lagerkörpers 112,
über welchen der Rotor 28 sphärisch gelagert ist.
An den jeweiligen Haltestiften 96 sitzen Spulenmodule
102, welche grundsätzlich gleich ausgebildet sind.
Ein Spulenmodul 102 umfasst einen Spulenhalter
114. Der Spulenhalter 114 wiederum weist ein Basiselement
116 und ein Deckelelement 118 auf. Zwischen dem Basiselement
116 und dem Deckelelement 118 ist ein insbesondere hohlzylindrischer
Wickelkern 120 angeordnet. Auf diesen Wickelkern 120 ist die jeweilige
Spule 86 mit einer Mehrzahl von Windungen 122 gewickelt. Das Deckelelement
118 und das Basiselement 116 sind dabei so ausgebildet, dass sie
über eine äußere Begrenzungseinhüllende der Spule
86 hinausragen und damit die Spule 86 nach oben und nach unten
hin abdecken.
Das Basiselement 116 (und auch das Deckelelement
118) ist so ausgebildet, dass zu benachbarten Spulen und zu geerdeten Teilen
über die entsprechende Luftstrecke der notwendige Abstand hergestellt ist.
Beispielsweise umfasst das Basiselement hierzu seitliche Ohren 117a,
117b mittels welchen das Basiselement 116 von einer Kreisscheibengestalt
abweicht.
Beispielsweise ist ein Mindestabstand (Luftstrecke) von 3 mm von Metall
zu Metall realisiert.
Der Spulenhalter 114 weist eine insbesondere zylindrische
Ausnehmung 124 auf, welche als durchgehende Öffnung ausgebildet ist.
Die Ausnehmung 124 bildet eine Stiftaufnahme für einen Haltestift
96, welcher durch die Ausnehmung 124 hindurchtauchen kann. Über
die Ausnehmung 124 ist das Spulenmodul 102 auf den zugeordneten
Haltestift 96 aufsetzbar, um die Spule 86 an dem Stator
26 zu fixieren.
Der Spulenhalter 114 ist in der Art einer Fadenrolle ausgebildet.
Der Spulenhalter 114 ist insbesondere so ausgebildet, dass
die Spule 86 an dem Spulenhalter 114 automatisch über eine
Wicklungsmaschine herstellbar ist.
Eine Spulenachse 126 ist quer und insbesondere senkrecht
zu dem Basiselement 116 und zu dem Deckelelement 118 orientiert.
Bei an dem Rückschlusskörper 74 fixiertem Spulenmodul
102 ist die Spulenachse 126 im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse
36 und zu der Achse 98 des entsprechenden Haltestifts
96 orientiert. Sie fällt dabei insbesondere mit der Achse
98 des Haltestifts 96 zusammen.
An dem Basiselement 116 des Spulenhalters 114 ist
ein Flansch 128 angeordnet, welcher sich von dem Basiselement
116 nach unten erstreckt. Der Flansch 128 weist dabei eine Erstreckungsrichtung
auf, welche parallel zur Spulenachse 126 ist. (Der Flansch 128
kann dabei selber parallel zur Spulenachse 126 ausgerichtet sein oder beispielsweise
schräg zur Spulenachse 126 angeordnet sein.) Der Flansch
128 ragt dadurch über eine untere Begrenzungsebene 130 hinaus,
welche durch das Basiselement 116 definiert ist.
An dem Flansch 128 sitzen ein erster Steg 132 und
ein zweiter Steg 134. Der erste Steg 132 und der zweite Steg
134 sind beispielsweise parallel zueinander orientiert. Die beiden Stege
132 und 134 sind quer zur Spulenachse 126 orientiert
und insbesondere senkrecht zu dieser. Die beiden Stege 132 und
134 ragen über eine Begrenzungsfläche der Spule 86 an
dem Spulenmodul 102 hinaus.
Der erste Steg 132 und der zweite Steg 134 sitzen
dabei an oder in der Nähe eines unteren Endes des Flansches 128.
Der Spulenhalter 114 mit seinem Basiselement 116
und seinem Deckelelement 118 ist insbesondere einstückig ausgebildet.
Ferner ist der Flansch 128 mit dem ersten Steg 132 und dem zweiten
Steg 134 einstückig an dem Spulenhalter 114 angeordnet. Der
Spulenhalter 114 ist insbesondere aus einem Kunststoffmaterial hergestellt.
Der erste Steg 132 und der zweite Steg 134 dienen
dazu, einen ersten Spulenabschnitt 136 und einen zweiten Spulenabschnitt
138 zu halten, wobei diese beiden Spulenabschnitte 136,
138 quer und insbesondere mindestens näherungsweise senkrecht zu der
Spulenachse 126 orientiert sind. Ferner sind der erste Spulenabschnitt
136 und der zweite Spulenabschnitt 138 mindestens
näherungsweise auf der gleichen Höhe angeordnet. Sie weisen vorzugsweise
eine Einhüllendenebene auf, welche parallel zu der Kontaktplatine
82 orientiert ist, wenn das Spulenmodul 102 an dem Rückschlusskörper
174 positioniert ist.
Der erste Spulenabschnitt 136 und der zweite Spulenabschnitt
138 sind quer zu dem ersten Steg 132 und dem zweiten Steg
134 orientiert. Beispielsweise ist der erste Spulenabschnitt
136 im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Steg 132 und dem zweiten
Steg 134 orientiert. Der zweite Spulenabschnitt 138 liegt nicht
parallel zum ersten Spulenabschnitt 136, sondern in einem Winkel zu diesem
und damit auch in einem kleinen spitzen Winkel (beispielsweise in der Größenordnung
von 30°) zu dem ersten Steg 132 und dem zweiten Steg 134.
Dazu kann es vorgesehen sein, dass der erste Steg 132 kürzer ausgebildet
ist als der zweite Steg 134.
Bei dieser Ausbildung lässt sich bei Bereitstellung einer großen
Kontaktfläche eine Mehrzahl von Spulenmodulen 102 verteilt um die
Mittelachse 36 an dem Rückschlusskörper 74 anordnen
(6).
Der erste Spulenabschnitt 136 liegt in der Nähe eines
ersten Drahtendes 140 der Spule 86. Der zweite Spulenabschnitt
138 liegt in der Nähe eines zweiten Drahtendes 142 der Spule
86.
Der Spulendraht ist an dem ersten Steg 132 und dem zweiten
Steg 134 jeweils über eine Wicklung 144a, 144b,
144c, 144d fixiert. So ist der Spulendraht im Bereich des ersten
Drahtendes 140 über die Wicklung 144a an dem ersten Steg
132 fixiert. Von dieser Wicklung geht der erste Spulenabschnitt
136 aus, welcher sich zwischen dem ersten Steg 132 und dem zweiten
Steg 134 erstreckt. Über die Wicklung 144b ist der Spulendraht
dann weiter an dem zweiten Steg 134 fixiert. Von dort aus führt der
Spulendraht zu dem Spulenhalter 114.
Im Bereich des zweiten Drahtendes 142 ist der Spulendraht
über die Wicklung 144d an dem zweiten Steg 134 fixiert. Ausgehend
von dieser Wicklung 144d führt der zweite Spulenabschnitt
138, welcher zwischen dem ersten Steg 132 und dem zweiten Steg
134 liegt, zu der Wicklung 144c, über welche der Spulendraht
an dem ersten Steg 132 fixiert ist. Von dieser Wicklung 144c läuft
der Spulendraht dann zu dem Spulenhalter 114.
Der erste Steg 132 und der zweite Steg 134 weisen
jeweils Ausnehmungen 145 zur Aufnahme der entsprechenden Wicklungen
144a, 144b, 144c, 144d auf.
Dem Spulenmodul 102 ist eine Drehsicherungseinrichtung
146 zugeordnet, über welche sich das Spulenmodul 102 drehfest
an dem Rückschlusskörper 74 fixieren lässt. Die Drehsicherungseinrichtung
146 umfasst dazu (mindestens) einen Stift 148, welcher an dem
Flansch 128 sitzt und im Wesentlichen parallel zur Spulenachse
126 nach unten ragt.
Die Kontaktplatine 82 weist eine dem entsprechenden Spulenmodul
102 zugeordnete Stiftaufnahme 150 auf (7),
in welche der Stift 148 bei korrekter Positionierung des Spulenmoduls
102 an dem zugeordneten Haltestift 96 eingetaucht ist.
Die Haltebasis 76 weist eine Ausnehmung 152 auf.
Wenn die Haltebasis 76 als Ring 78 ausgebildet ist, dann ist die
Ausnehmung 152 die Ringausnehmung. Der Flansch 128 der jeweiligen
Spulenmodule 102 ist in diese Ausnehmung 152 eingetaucht. Der
erste Steg 132 und der zweite Steg 134 und damit auch der erste
Spulenabschnitt 136 und der zweite Spulenabschnitt 138 des entsprechenden
Spulenmoduls 102 sind dadurch in der Ausnehmung 152 positioniert.
Nach unten zu der Stirnwand 32 in ist die Ausnehmung 152 durch
die Kontaktplatine 82 begrenzt. Die Spulenabschnitte 136 und
138 liegen an den Kontaktstellen 84a, 84b der Kontaktplatine
82 an und sind mit diesen elektrisch verbunden. Die Verbindung ist insbesondere
durch Schweißen oder Löten hergestellt.
Über die Verbindungsleitung oder Verbindungsleitungen
88 wiederum ist der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktstellen
84a, 84b und der Motorschaltung 16 hergestellt.
Zur Herstellung des Stators 26 wird der Rückschlusskörper
74 insbesondere einstückig aus dem gepressten Pulvermaterial hergestellt.
Getrennt davon werden die Spulenmodule 102 hergestellt. Es
werden dabei insbesondere die Spulen 86 an den Spulenhaltern
114 durch Wicklung mittels einer Wicklungsmaschine hergestellt.
Die jeweiligen Spulenmodule 102 werden dann von oben auf
die Haltestifte 96 des Rückschlusskörpers 74 aufgesetzt,
und zwar derart, dass die Stifte 148 der Spulenmodule 102 in die
Stiftaufnahmen 150 der Kontaktplatine 82 (welche zuvor am Rückschlusskörper
74 positioniert wurde) eintauchen können. Dadurch ist eine richtige
Ausrichtung der Spulenmodule 102 erreicht.
Die jeweiligen ersten Spulenabschnitte 136 und zweiten Spulenabschnitte
138 sind dabei bei entsprechender Dimensionierung an den jeweiligen Kontaktstellen
84a, 84b positioniert. Die elektrische Verbindung kann dann von
oben her durch Schweißen über einen Schweißroboter oder durch Löten
erfolgen.
Die Herstellung des Stators 26 lässt sich dadurch mit
einem hohen Automatisierungsgrad durchführen.
Auf dem Rückschlusskörper 74 mit den Spulenmodulen
102 ist ein Aufsatz 154 aufgesetzt (10),
welcher insbesondere aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist.
Der Aufsatz 154 ist beispielsweise einstückig ausgebildet.
Er umfasst ein Ringelement 156, welches auf dem Rückschlusskörper
74 positionierbar ist. Es ist insbesondere auf die Deckelelemente
108 der Spulenmodule 102 aufsetzbar. Das Ringelement
156 ist dann in dem Innenraum 22 der ersten Kammer 18
positioniert.
Innerhalb des Ringelements 156 ist ein Innenelement
158 angeordnet. Das Innenelement ist über entsprechende Anlageflächen
an die unteren Flächenbereiche 106 der Haltestifte 96 anlegbar.
Durch das Innenelement 158 ist der Zwischenraum zwischen den Spulenmodulen
102 um die Mittelachse 36 abgedeckt.
Das Innenelement 158 ist an dem Ringelement 156
über Zwischenstege 160 gehalten. Die Anzahl der Zwischenstege entspricht
dabei der Anzahl der Spulenmodule 102. Bei dem in 10
gezeigten Ausführungsbeispiel sind sechs Zwischenstege 160 entsprechend
den sechs vorgesehenen Spulenmodulen 102 vorgesehen. Die Zwischenstege
160 sind gleichmäßig beabstandet zueinander, beispielsweise in
einem Winkelabstand von 60°.
Zwischen benachbarten Zwischenstegen 160a, 160b
sind an dem Ringelement 156 Positionierelemente 162 angeordnet.
Diese Positionierelemente 162 dienen zur Anlage an die zweiten Bereiche
104 der Haltestifte 96 an einer den sphärischen Flächenbereich
108 abgewandten Seite. Über sie lässt sich der Aufsatz
105 an dem Rückschlusskörper 74 zentrieren.
Zwischen benachbarten Zwischenstegen 160a, 160b
sind jeweils Polschuhe 164 der magnetischen Rückschlusseinrichtung
73 angeordnet, welche aus magnetisch leitfähigem Material hergestellt
sind (2). Die Anzahl der Haltestifte 96 und
die Anzahl der Polschuhe 164 entspricht der Anzahl der Zwischenstege
160. Die Zwischenstege 160 dienen als Anlageelement für die
Polschuhe 164 und zur räumlichen Trennung benachbarter Polschuhe
164.
Die Polschuhe 164 sind beispielsweise aus einem gepressten
Pulvermaterial hergestellt, welches insbesondere Eisenkörner aufweist, die
elektrisch voneinander isoliert sind.
Die Polschuhe 164 haben die Form eines Abschnitts einer Kugelschale,
das heißt sie weisen gegenüberliegende sphärische Oberflächen
auf. Dadurch weist der Stator 26 dem Rotor 28 zugewandt im Bereich
der Polschuhe 164 eine sphärische Oberfläche auf.
Die Polschuhe 164 stehen in mechanischem Kontakt mit den
jeweiligen Haltestiften 96, um eine magnetisch leitfähige Verbindung
bereitzustellen.
Auf den Polschuhen 164 ist eine Abdeckung 166 (Trennkalotte)
angeordnet, welche den Stator 26 fluiddicht von einem Nassraum der Umwälzpumpe
10 trennt. Die Abdeckung definiert eine Trennfläche zwischen dem Stator
26 und dem Rotor 28.
Die Spulenmodule 102 mit den jeweiligen Spulen
86 sind bezogen auf die Mittelachse 86 unterhalb des Rotors
28 und unterhalb des Aufsatzes 154 angeordnet, das heißt
eine Einhüllende der Deckelelemente 118 liegt unterhalb des Rotors
28 und unterhalb der Polschuhe 164.
Durch die Abdeckung 166 ist ein Raum 168 in der
Umwälzpumpe 10 gebildet, in welchem der Rotor 28 positioniert
ist. Dieser Raum 168 hat die Form eines Kugelabschnitts entsprechend einer
Halbkugel, welche eine abgeschnittene Polkappe hat.
Der Rotor 28 ist über den Lagerkörper
112 sphärisch gelagert. Der Lagerkörper 112 ist konvex
ausgebildet mit einer sphärischen Oberfläche 170. Der Lagerkörper
112 ist an einer Säule 172 drehfest angeordnet. Diese Säule
172 ist auf einer Auswölbung 173 der Abdeckung
166 fixiert und erstreckt sich oberhalb des Innenelements 158
mit koaxialer Ausrichtung zur Mittelachse 36. Der Lagerkörper
112 ist beispielsweise aus einem keramischen Material hergestellt.
Der Rotor 28 umfasst eine konkave Lagerschale 174,
welche auf dem Lagerkörper 112 positioniert ist. Durch die Lagerschale
174 und den Lagerkörper 112 ist ein sphärisches Lager
bereitgestellt.
Der Rotor 28 ist dem Stator 26 zugewandt sphärisch
ausgebildet, wobei ein entsprechender Kugelmittelpunkt mindestens näherungsweise
mit dem Mittelpunkt 110 zusammenfällt.
Der Rotor 28 ist magnetfelderzeugend ausgebildet. Dazu weist
er ein oder mehrere Permanentmagnete 176 auf.
Zwischen der Abdeckung 166 und dem Rotor 28 ist
ein "Luft"-Spalt 178 gebildet, welcher abschnittsweise eine Kugelschalenform
hat. Durch diesen Spalt 178 ist Förderflüssigkeit durchströmbar
bis zu dem Lagerkörper 112, um für eine Flüssigkeitsschmierung
des sphärischen Lagers (gebildet mittels des Lagerkörpers
112 und der Lagerschale 174) zu sorgen.
Der Luftspalt 178 steht dazu in fluidwirksamer Verbindung
mit dem Innenraum 56 der Umwälzpumpe 10, in welchem das Schaufelrad
52 rotierbar ist.
Das Schaufelrad 52 ist dabei drehfest mit der Lagerschale
174 verbunden und ist insbesondere oberhalb des Lagerkörpers
112 angeordnet.
Der Elektromotor 14 ist elektronisch kommutiert. Er weist
dazu einen Positionsgeber auf, welcher insbesondere auf dem Träger
30 angeordnet ist und Teil der Motorschaltung 16 ist.
Diesem Positionsgeber ist mindestens ein Sensor 180 zugeordnet,
welcher zur Ermittlung der Rotorposition dient, um die Spulen 86 des Stator
26 entsprechend ansteuern zu können.
Bei dem Sensor 180 handelt es sich beispielsweise um einen
Hall-Sensor.
Der Sensor 180 ist entfernt von dem Rotor 28 angeordnet.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist
er auf einem Zusatzträger 182 angeordnet, welche unterhalb der Spulen
86 sitzt.
Es ist auch möglich, dass der Sensor 180 an dem Träger
30 in der zweiten Kammer 20 angeordnet ist.
Zur Signalwirkankopplung des Sensors 180 und des Rotors
28 ist (mindestens) ein Flussleitelement 184 als Flussleiteinrichtung
185 vorgesehen, über welches ein Rotorsignal von dem Rotor
28 zu dem entfernt angeordneten Sensor 180übertragen wird;
das Flussleitelement 184 sorgt für eine magnetische Flussübertragung
von einer Außenseite des Stators 26 her (welche dem Rotor
28 zugewandt ist) zu dem Sensor 180.
Das Flussleitelement 184 ist aus einem paramagnetischen Material
und insbesondere Weicheisen hergestellt.
Es weist einen Signalaufnahmebereich 186 auf, welcher mit
einer Stirnseite 188 dem Rotor 28 zugewandt ist. Diese Stirnseite
188 ist dabei sphärisch oder zylindrisch ausgebildet. Sie liegt unmittelbar
unter der Abdeckung 166.
Insbesondere ist in einem Zwischensteg 160 eine beispielsweise
schlitzförmige Ausnehmung 190 gebildet (10),
in welcher der Signalaufnahmebereich 186 angeordnet ist.
Einstückig mit dem Signalaufnahmebereich 186 ist ein
Leitbereich 192 verbunden, über welchen sich die Flusssignale von
dem Signalaufnahmebereich 186 dem Sensor 180 zuführen lassen.
Der Leitbereich 192 überbrückt den Zwischenraum
zwischen dem Signalaufnahmebereich 186 und dem Sensor 180.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
erstreckt sich der Leitbereich 192 im Wesentlichen parallel zur Mittelachse
186 durch den Stator 26 zu dem Sensor 180.
Wenn der Sensor 180 in der zweiten Kammer 20 ausgebildet
ist, dann erstreckt sich dieser Leitbereich 192 entsprechend in die zweite
Kammer 20.
Das Flussleitelement 184 ist insbesondere als Plättchen
ausgebildet mit einer ersten Seite und einer gegenüberliegenden zweiten Seite,
zwischen welchen sich das Flussleitelement 184 erstreckt. Die erste Seite
und die zweite Seite sind dabei im Wesentlichen eben ausgebildet und liegen parallel
zueinander. (In 2 liegen die erste Seite und die zweite
Seite parallel zur Zeichenebene.)
Der Signalaufnahmebereich 186 ist vorzugsweise breiter als
der Leitbereich 192, um für eine optimierte Signalaufnahme zu sorgen.
Durch die Flussleiteinrichtung 185 lässt sich der Sensor
180 an einer geeigneten Stelle in der Umwälzpumpe 10 positionieren;
der Sensor 180 muss nicht mehr in unmittelbarer Nähe des Rotors
28 positioniert werden, um eine optimierte Signalaufnahme zu erhalten,
sondern kann an der insbesondere für eine einfache Herstellbarkeit geeigneten
Stelle positioniert werden.
Erfindungsgemäß wird eine Umwälzpumpe 10 bereitgestellt,
bei welcher ein oder mehrere elektronische Leistungsbauelemente 38, welche
eine hohe Wärmeproduktion aufweisen, über thermischen Kontakt mit dem
Stator 26 (bereitgestellt über die Verbindungsöffnung
92) mittels Förderflüssigkeit kühlbar sind.
Es wird ein Stator 26 bereitgestellt, welcher sich auf einfache
Weise herstellen lässt. Über die Spulenmodule 102 können
die Spulen 86 mittels einer Wicklungsmaschine auf automatisierte Weise
hergestellt werden. Die Spulenmodule 102 wiederum können mit der Motorschaltung
16 über die Kontaktplatine 82 auf automatisierte Weise insbesondere
über Schweißung oder Lötung kontaktiert werden.
Dadurch, dass dem (mindestens) einen Sensor 180 des Positionsgebers
des elektrisch kommutierten Elektromotors 14 eine Flussleiteinrichtung
185
zugeordnet ist, lässt sich der Sensor 180 an einer
insbesondere für die Herstellung des Elektromotors 14 bzw. der Umwälzpumpe
10 optimierten Position anordnen, wobei während des Betriebs des Elektromotors
14 gute Signalhöhe bereitgestellt ist.