Titel

Kreiselpumpe Stand der Technik

Kreiselpumpen sind in unterschiedlichen Ausprägungen bekannt. An Bord von Kraftfahrzeugen werden Kreiselpumpen häufig dazu verwendet, eine Kühlflüssigkeit in einem Kühlkreislauf zu fördern. Der Kühlkreislauf kann beispielsweise einen Antriebsmotor, einen Ladeluft-Wärmetauscher, eine Batterie und/oder Steuergeräte des Kraftfahrzeugs kühlen. Dabei sind Elemente der Kreiselpumpen häufig hohen Temperaturen ausgesetzt, die eine Lebenserwartung der Elemente verringern kann.

Die DE 10 2006 034 385 A1 zeigt eine Kreiselpumpe mit einem elektrischen Antrieb, dessen Rotor von der zu fördernden Flüssigkeit umgeben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kreiselpumpe mit einem verbesserten thermischen Haushalt anzugeben.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung erreicht dieses Ziel mit einer Kreiselpumpe mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Unteransprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen an.

Eine Kreiselpumpe zum Fördern von Flüssigkeit umfasst einen elektrischen Antrieb mit einem Stator und einem Rotor, ein durch den Rotor antreibbares Flügelrad zum Fördern der Flüssigkeit von einem achsnahen Sauganschluss zu einem achsentfernten Druckanschluss und ein Pumpengehäuse, in dem das Flügelrad und der Rotor aufgenommen sind, wobei der Rotor mittels einer Hohlwelle auf einer Achse gelagert ist und ein Flüssigkeitsstrom von der dem Flügelrad abge- wandten axialen Seite des Rotors durch die Hohlwelle zum Sauganschluss (130) fließt. So wird ein Bereich der Kreiselpumpe, der zwischen der dem Flügelrad abgewandten axialen Seite des Rotors und dem Pumpengehäuse liegt, von Flüssigkeit durchströmt, so dass dieser Bereich vorteilhafterweise durch die Flüssigkeit gereinigt, gekühlt und geschmiert wird.

Teile der Kreiselpumpe, die Abwärme erzeugen, können im Bereich dieser axialen Seite angeordnet werden, so dass die produzierte Abwärme mittels der Flüssigkeit abgeführt werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine elektrische Ansteuerung für den elektrischen Antrieb der Kreiselpumpe in diesem Bereich angeordnet, und Wärme, die im Pumpenbetrieb von der elektrischen Ansteuerung freigesetzt wird, wird durch die von der Kreiselpumpe geförderte Flüssigkeit abtransportiert.

Der Rotor kann mittels einer Hohlwelle mit einem Flügelrad der Kreiselpumpe verbunden sein und der Flüssigkeitsdurchlass kann durch die Hohlwelle verlaufen. Dadurch kann die von der zweiten axialen Seite des Rotors zum Bereich des Sauganschlusses der Kreiselpumpe führende Verbindung nahe an der Rotationsachse des Rotors geführt werden, so dass in diesem Bereich nur geringe Fliehkräfte auf die Flüssigkeit wirken. Dadurch sinkt ein Strömungswiderstand der Flüssigkeit in diesem Bereich. Zusammen mit dem konstruktiv kaum vermeidbaren Ringspalt ergibt sich so eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, den beschriebenen Flüssigkeitsstrom zu erzielen.

Die Hohlwelle kann mittels einer Lagerbuchse an einer Achse gelagert sein und die Lagerbuchse kann eine Nut aufweisen, die zwischen der Lagerbuchse und der Hohlwelle verläuft und Teil des Flüssigkeitsdurchlasses ist. Durch Vorsehen der Nut außerhalb der Anlagefläche der Welle an der Achse kann vermieden werden, dass die zirkulierende Flüssigkeit zwischen relativ bewegten Lagerflächen der Achse und der Lagerbuchse hindurchgeleitet wird. Diese Maßnahme erhöht eine Widerstandsfähigkeit der Kreiselpumpe gegenüber Verschleiß durch Schmutzpartikel in der Flüssigkeit. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, in denen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Kreiselpumpe;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Rotor-Baugruppe der Kreiselpumpe aus

Figur 1 ; und

Fig. 3 eine isometrische Ansicht einer Lagerbuchse für die Kreiselpumpe aus

Fign. 1 und 2 zeigen.

Fig. 1 zeigt eine Kreiselpumpe 100. Ein vorderes Gehäuseteil 105, ein hinteres Gehäuseteil 1 10 und ein inneres Gehäuseteil 1 15 bilden ein Gehäuse 120. Ein Flügelrad 125 ist zwischen dem vorderen Gehäuseteil 105 und dem hinteren Gehäuseteil 1 10 drehbar gelagert. Ein achsnaher Bereich des Flügelrades 125 steht in fluider Verbindung mit einem Sauganschluss 130 und ein achsentfernter Bereich des Flügelrades 125 steht in fluider Verbindung mit einem Druckanschluss 135 der Kreiselpumpe 100.

Mittels einer Hohlwelle 140 ist das Flügelrad 125 mit einem Rotor 145 drehmomentschlüssig verbunden. Der Rotor 145 weist eine erste, dem Flügelrad 125 zugewandte axiale Seite 150 und eine zweite, dem Flügelrad 125 abgewandte axiale Seite 155 auf.

Der Rotor 145 bildet mit einem Stator 160 einen elektrischen Antrieb der Kreiselpumpe 100. Zwischen dem Rotor 145 und dem Stator 160 verläuft das innere Gehäuseteil 1 15, so dass beide Stirnflächen 150 und 155 sowie eine Mantelfläche des Rotors 145 in Kontakt mit zu fördernder Flüssigkeit stehen, während der Stator 160 mittels des mittleren Gehäuseteils 1 15 von der Flüssigkeit getrennt ist. Der Rotor 145 umfasst vorzugsweise Permanentmagneten und der Stator 160 eine oder mehrere Spulen zum Erzeugen eines veränderlichen magnetischen Feldes. Bei entsprechender Ansteuerung der Spulen des Stators 160 wirkt ein Drehmoment auf den Rotor 145, so dass sich der Rotor 145, die Hohlwelle 140 und das Flügelrad 125 drehen. Die Hohlwelle 140 ist mittels zweier Lagerbuchsen 165 auf einer Achse 170 drehbar gelagert. Im Bereich der zweiten axialen Seite 155 des Rotors 145 ist die Achse 170 einseitig mit dem inneren Gehäuseteil 1 15 verbunden. Eine Lagerstelle 175, die mit dem vorderen Gehäuseteil 105 verbunden ist, sichert die Hohlwelle 140 und die mit ihr verbundenen Teile auf der Achse 170 in axialer Richtung.

Ein Raum 180 ist zwischen dem hinteren Gehäuseteil 1 10 und einem Deckel 185 gebildet. In einer Variante der Erfindung kann der Raum 180 zumindest teilweise durch das innere Gehäuseteil 1 15 begrenzt sein. Dazu weist das hintere Gehäuseteil 1 10 entsprechende Aussparungen auf. Eine elektrische Ansteuerung 190 für den Stator 160 ist im Raum 180 aufgenommen. Die elektrische Ansteuerung 190 steuert den Stator 160 derart an, dass sich der Rotor 145 um die Achse 170 dreht und die Kreiselpumpe 100 Flüssigkeit vom Sauganschluss 130 zum Druck- anschluss 135 fördern kann. Im Betrieb kann die elektrische Ansteuerung 190 Wärme produzieren, die eine Lebensdauer der Ansteuerung 190 verkürzen kann.

Erfindungsgemäß wird ein im Vergleich zur Förderleistung der Kreiselpumpe 100 geringer Förderstrom von Flüssigkeit dazu benutzt, die elektrische Ansteuerung 190 zu kühlen. Vom Druckanschluss 135 gelangt die Flüssigkeit durch einen Ringspalt zwischen dem Flügelrad 125 und dem inneren Gehäuseteil 1 15 zur ersten axialen Seite 150 des Rotors 145. Zwischen dem inneren Gehäuseteil 1 15 und der Mantelfläche des Rotors 145 besteht der Ringspalt 195, durch den die Flüssigkeit um den Rotor 145 nach oben fließt.

In einem Bereich zwischen der zweiten Stirnfläche 155 und dem inneren Gehäuseteil 1 15 kann sich die unter Druck stehende Flüssigkeit ansammeln. Wärme, die von der elektrischen Ansteuerung 190 auf das innere Gehäuse 1 15 übertragen wurde, wird von der angesammelten Flüssigkeit aufgenommen. Anschließend tritt die Flüssigkeit an der unteren Lagerbuchse 165 in die Hohlwelle 140 ein und an der oberen Lagerbuchse 165 Wieder aus. Der Austritt der oberen Lagerbuchse 165 befindet sich am Flügelrad 125 in der Nähe von dessen Drehachse. Die Flüssigkeit strömt also auch durch das Flügelrad 125 in axialer Richtung und tritt erst auf der Seite des Flügelrades 125 aus, die dem Sauganschluss 130 der Kreiselpumpe 100 zugewandt ist. In einer anderen Ausführungsform kann eine andere Führung der Flüssigkeit von der zweiten Stirnfläche 155 durch den Rotor 145 zum Sauganschluss 130 vorgesehen sein, beispielsweise parallel zur Hohlwelle.

Die aus der Lagerbuchse 165 austretende Flüssigkeit steht im Wesentlichen unter den gleichen Druck wie die geförderte Flüssigkeit am Druckanschluss 135 der Kreiselpumpe 100, während im Bereich des Sauganschlusses 130 ein geringerer Druck herrscht. Die aus der Lagerbuchse 165 austretende Flüssigkeit kann sich daher mit der von der Kreiselpumpe 100 angesaugten Flüssigkeit mischen. Die vermischten Flüssigkeiten können mittels des sich drehenden Flügelrades 125 zum Druckanschluss 135 gefördert werden. Die Druckdifferenz zwischen dem Sauganschluss 130 und dem Druckanschluss 135 besteht nur, so lange die Kreiselpumpe angesteuert ist, so dass der Bereich zwischen der zweiten Stirnfläche 155 und dem inneren Gehäuseteil 1 15 auch nur während des Betriebs der Kreiselpumpe 100 von Flüssigkeit durchströmt ist. Dies ist kein Nachteil, da die elektrische Ansteuerung 190 auch nur dann abzutransportierende Verlustwärme generiert, wenn sich die Kreiselpumpe 100 im Betrieb befindet.

Bei einem beispielhaften Nennförderstrom von 14001/h für die Kreiselpumpe 100 kann der beschriebene, zur Kühlung der elektrischen Ansteuerung 190 verwendete Strom durch den Raum 180 im Bereich von ca. 30l/h liegen. Dieser zusätzliche Strom hat keinen entscheidenden Einfluss auf die von der Kreiselpumpe 100 abgegebene Förderleistung. Hat die von der Kreiselpumpe 100 geförderte Flüssigkeit eine hohe spezifische Wärmekapazität, wie beispielsweise bei einer Mischung aus Wasser und Glykol, so kann eine Temperaturdifferenz von 2 K zwischen der elektrischen Ansteuerung 190 und der Flüssigkeit einen Wärmestrom von ca. 60 W abführen. Dadurch kann die elektrische Ansteuerung 190 mittels der geförderten Flüssigkeit gekühlt werden, so dass andere Kühlmaßnahmen, wie beispielsweise Kühlrippen einer Luftkühlung, entfallen können.

Die Temperatur des Kühlmittels in einem Kühlmittelkreislauf ist üblicherweise nach oben durch ein Thermostat des Kühlmittelkreislaufs begrenzt, so dass ausgehend von einer ebenfalls bekannten Wärmeentwicklung der elektrischen Ansteuerung 190 die durch den Flüssigkeitsstrom minimal abführbare Wärme bekannt ist. Fig. 2 zeigt eine Rotor-Baugruppe 200. Die Rotor-Baugruppe 200 umfasst den Rotor 160, die Hohlwelle 140 und zwei Lagerbuchsen 165 auf der Achse 170. Durch eine gepunktete Linie ist der oben mit Bezug zu Fig. 1 beschriebene Pfad des Flüssigkeitsstroms, der Wärme aus dem Raum 180 abtransportieren kann, angedeutet.

Wie oben mit Bezug auf Fig. 1 bereits beschrieben wurde, besteht ein entscheidender erfinderischer Gedanke darin, Flüssigkeit, die sich im Bereich der zweiten Stirnfläche 155 des Rotors 160 ansammelt, auf einem anderen Weg als entlang der Mantelfläche des Rotors 160 abfließen zu lassen. Dazu weist jede Lagerbuchse 165 eine Nut 210 auf, so dass die an der zweiten Stirnfläche 155 angesammelte Flüssigkeit entlang der Nut 210 der unteren Lagerbuchse 165, weiter durch die Hohlwelle 140 und schließlich entlang der Nut 210 der oberen Lagerbuchse 165 fließen kann. Beide Lagerbuchsen 165 sind vorzugsweise in die Hohlwelle 140 eingepresst und bilden zusammen mit der beispielsweise aus Stahl gefertigten Achse 170 jeweils ein Gleitlager. Durch die Lage der Nut 210 an der Außenseite der Lagerbuchse 165 kann vermieden werden, dass die Flüssigkeit entlang den lagernden Flächen der Lagerbuchse 165 bzw. der Achse 170 fließt und gegebenenfalls Fremdkörper zwischen die Lagerflächen einträgt, was die Lagerfunktion beeinträchtigen kann.

Fig. 3 zeigt eine der Lagerbuchsen 165 aus den Fign. 1 und 2 in einer isometrischen Ansicht. In der dargestellten Ausführungsform weist die Lagerbuchse 165 zwei Nuten 210 auf, entlang derer der Flüssigkeitsstrom in Fig. 1 in die Hohlwelle 140 eintreten bzw. aus der Hohlwelle 140 austreten kann. Es können beliebig viele Nuten 210 an der Lagerbuchse 165 vorgesehen sein und die Nuten 210 können an beliebigen radialen Positionen der Lagerbuchse 165 vorgesehen sein.

Jede der Nuten 210 verläuft L-förmig entlang einer Oberfläche der Lagerbuchse 165 und weist einen ersten Nutabschnitt 310 auf, der parallel zur Drehachse der Hohlwelle 140 in Fig. 2 entlang der Mantelfläche der Lagerbuchse 165 verläuft. Ein zweiter Nutabschnitt 320 der Nut 210 erstreckt sich entlang eines Kragens der Lagerbuchse 165 in radialer Richtung nach außen. Andere Verläufe der Nuten 210 sind ebenfalls denkbar, beispielsweise in Form einer Helix um die Drehachse der Hohlwelle in Fig. 2 herum gewunden. Der sich in radialer Richtung erstreckende zweite Nutabschnitt 320 der Nut 210 stellt sicher, dass ein axial an die Lagerbuchse 165 angrenzendes Element, wie das innere Gehäuseteil 1 15 bzw. die Lagerstelle 175 an der oberen Lagerbuchse 165 in Fig. 1 , den Durchtritt des Flüssigkeitsstroms durch die Nut 210 nicht behindert.