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Title:
COOLANT PUMP HAVING AN OPTIMIZED BEARING ASSEMBLY AND IMPROVED HEAT BALANCE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/161950
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an electrical coolant pump, preferably for use as an additional water pump in a vehicle, which electrical coolant pump is characterized in that radial support of the shaft (4) is provided by means of a coolant-lubricated radial sintered plain bearing (41) having a defined porosity, which is arranged between the pump impeller (2) and the rotor (32), and a shaft seal (5) is arranged between the radial plain bearing (41) and the motor chamber (13). In the sintered plain bearing (41), in the axial direction, at least one coolant flow channel (14) having a predefined depth proceeding from the end of the sintered plain bearing (41) on the side of the pump chamber (10) is provided.

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Inventors:
PAWELLEK FRANZ (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/082035
Publication Date:
August 29, 2019
Filing Date:
November 21, 2018
Export Citation:
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Assignee:
NIDEC GPM GMBH (DE)
International Classes:
F04D13/06; F04D29/046; F04D29/06; F04D29/10
Domestic Patent References:
WO2017036837A12017-03-09
Foreign References:
DE10012662A12001-09-20
DE202005019163U12006-04-27
US20160025092A12016-01-28
US6485256B12002-11-26
DE19639928A11997-04-10
Attorney, Agent or Firm:
KUHNEN & WACKER PATENT- UND RECHTSANWALTSBÜRO PARTG MBB (DE)
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Claims:
Ansprüche

1. Elektrische Kühlmittelpumpe zum Fördern von Kühlmittel in einem Fahrzeug, aufweisend: ein Pumpengehäuse (1) mit einer Pumpenkammer (10), in der ein Pumpenlaufrad (2) drehbar aufgenommen ist, einem Einlass (16) und einem Auslass, die mit der Pumpenkammer (10) verbunden sind; eine Welle (4), die an einem Trennelement (12) zwischen der Pumpenkammer (10) und einer von der Pumpenkammer (10) getrennten Motorkammer (13) drehbar gelagert ist, und auf der das Pumpenlaufrad (2) fixiert ist; einen trockenlaufenden Elektromotor (3) mit einem radial inneren Stator (31) und einem radial äußeren Rotor (32), welcher in der Motorkammer (13) aufgenommen ist; dadurch gekennzeichnet, dass eine radiale Lagerung der Welle (4) mittels eines kühlmittelgeschmierten radialen Sintergleitlagers (41) mit einer definierten Porosität bereitgestellt ist, das in axialer Richtung zwischen dem Pumpenlaufrad (2) und dem Rotor (32) angeordnet ist; und eine Wellendichtung (5) zwischen dem radialen Gleitlager (41) und der

Motorkammer (13) angeordnet ist; wobei in dem Sintergleitlager (41) in axialer Richtung zumindest ein Kühlmittelströmungskanal (14) mit einer vorbestimmten Tiefe ausgehend von dem Ende des Sintergleitlagers (41) auf der Seite der Pumpenkammer (10) vorgesehen ist.

2. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, wobei sich der Kühlmittelströmungskanal (14) in der axialen Richtung ausgehend von dem Ende des Sintergleitlagers auf der Seite der Pumpenkammer (10) über 90 % der Bauteiltiefe des Sintergleitlagers (41) erstreckt.

3. Elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Lagerspiel im Sintergleitlager (41) der Welle (4) auf kleiner 10 pm eingestellt ist.

4. Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Porosität des Sintergleitlagers (41) auf über 40 % eingestellt ist.

5. Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Rotor (32) in einer Topfform ausgebildet ist, deren Innenfläche zur Wellendichtung (5) zugewandt sowie mit dieser axial überschneidend auf der Welle (4) fixiert ist.

6. Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine axiale Lagerung der Welle (4) durch ein axiales Gleitlager bereitgestellt ist, welches durch ein freies Ende der Welle (4) und eine Anlauffläche an dem

Pumpengehäuse (1), vorzugsweise einem Pumpendeckel (11) gebildet ist.

7. Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wellendichtung (5) wenigstens zwei Dichtlippen zur dynamischen Abdichtung auf dem Wellenumfang aufweist, die zumindest zu einer axialen Seite dichtungswirksam ausgerichtet sind.

8. Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Stator (31) des Elektromotors (3) in axialer Überschneidung mit dem wenigstens einen Kühlmittelströmungskanal (14) angeordnet ist.

9. Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend eine Steuereinheit (18), welche in der Motorkammer (13) in axialer Richtung zwischen dem Trennelement (12) und dem Stator (31) angeordnet ist.

10. Elektrische Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Motorkammer (13) eine Öffnung (20) zur Atmosphäre aufweist, die durch eine flüssigkeitsdichte und dampfdurchlässige Druckausgleichsmembran verschlossen ist.

11. Verwendung einer elektrischen Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als Zusatzwasserpumpe in einem kühlmittelführenden System in einem Fahrzeug mit einer V erbrennungsmaschine und einer Hauptwasserpumpe.

Description:
Kühlmittelpumpe mit optimierter Lageranordnung und verbessertem

Wärmehaushalt

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe, deren Aufbau durch eine Kombination aus einer Lagerung, Abdichtung und Elektromotor in Bezug auf Kosten, Bauraum und Lebensdauer auf das Anwendungsgebiet einer Zusatzwasserpumpe optimiert ist, und welche eine unter Berücksichtigung dieses Anwendungsgebiets optimierte Lager anordnung und einen verbesserten Wärmehaushalt aufweist.

Derartige elektrische Zusatzwasserpumpen werden zur Zirkulation von Teilbe- reichen eines kühlmittelführenden Thermomanagementsystems eines Fahrzeugs verwen- det, das mit einer V erbrennungsmaschine und einer Hauptwasserpumpe ausgestattet ist, um sogenannte Hotspots an Komponenten von Hilfseinrichtungen, wie an einer Abgas- rückführung, an einem Turbolader, an einer Ladeluftkühlung oder dergleichen flexibler zu kühlen. Aufgrund der Redundanz zur Hauptwasserpumpe und der erhöhten Anzahl von Leitungen und Knotenpunkten bestehen für die Gattung solcher Zusatzwasser- pumpen ein hoher Preisdruck sowie hohe Anforderungen an eine kompakte Bauform mit geringen Abmessungen zur Integration in einem komplexen Packaging moderner Ther- momanagementsysteme.

In bislang etablierten Produkten von elektrischen Zusatzwasserpumpen werden, u.a. aufgrund der einfacheren Abdichtung in dem relativ kleinen Pumpenaufbau, Nass- läufer-Elektromotoren vom Innenläufertyp eingesetzt. Der Einsatz von Nassläufer- Elektromotoren, an denen typischerweise der Stator durch ein Spaltrohr oder dergleichen gegenüber dem Rotor trocken abgekapselt ist und der Rotor sowie eine Lagerung auf einen Betrieb im Fördermedium ausgelegt sind, stellen eine bekannte Maßnahme dar, um der Problemstellung einer Leckage an einer Wellendichtung und einem Defekt einer Wel- lenlagerung zu begegnen. Nassläufer weisen jedoch einen schlechteren Wirkungsgrad auf, da der Spalt zwi- schen dem Stator und dem Rotor zur Aufnahme eines Spaltrohrs größer ausfallt und eine auf den Rotor wirkende Feldstärke hierdurch abgeschwächt wird. Zudem tritt an dem Rotor Flüssigkeitsreibung auf, wodurch gerade bei den verhältnismäßig klein dimensionierten Pumpenantrieben von Zusatzwasserpumpen der Wirkungsgrad weiter abnimmt. Darüber hinaus treten an Nassläufem Probleme bei tiefen Temperaturen, wie Eisbildung im Spalt zwischen dem Stator und dem Rotor auf.

An größeren Pumpen wie den elektrischen Hauptwasserpumpen werden aufgrund des besseren Wirkungsgrads auch Trockenläufer-Elektromotoren eingesetzt. Zur Lagerung von Pumpenwellen, die von einem Trockenläufer-Elektromotor angetrieben wer- den, kommen überwiegend W älzkörperlager, wie z.B. Kugellager zum Einsatz, die sowohl axiale und radiale Belastungen aufhehmen und geringe Reibwerte erzielen.

Allerdings sind Wälzkörperlager im Allgemeinen empfindlich gegen eindringende Feuchtigkeit, da die verwendeten Materialen, insbesondere geeignete Stähle von Wälz- körpem, für die Anwendung in Feuchtigkeit nicht ausreichend korrosionsbeständig sind. Ein Eintreten von Feuchtigkeit führt durch Korrosion zur Herabsetzung der Oberflächengüte der Wälzkörper und Laufbahnen, was in einer höheren Reibung des Lagers sowie entsprechender W ärmeentwicklung und weiteren Folgeschäden an Lagern und Dichtun- gen resultiert. Infolgedessen müssen die ohnehin kostenintensiven Wälzkörperlager in Pumpen an beiden Stirnseiten mit nochmals kostenintensiven Dichtungen versehen wer- den, die eine reibungsarme und zuverlässige Abdichtung gegen die auftretenden Arbeitsdrücke in der Pumpenkammer sicherstellen.

Neben dem Kostennachteil verursachen entsprechende Dichtungen stets eine geringe Leckage und stellen oftmals den begrenzenden Faktor der Lebensdauer einer Pumpe dar, da sie per se dem Reibungsverschleiß und einer Versprödung durch Druck- und Tem- peraturschwankung unterliegen.

Aus der Patentanmeldung DE 196 39 928 Al ist zudem eine mechanisch angetriebene Wasserpumpe bekannt, bei welcher eine mit einem Pumpenlauffad verbundene Welle über ein Sinterlager gelagert ist und der Lagerspalt durch einen Teil des Fördermediums geschmiert wird. Die offenbarte Wasserpumpe wird als Hauptwasserpumpe verwendet und über einen Riemen extern angetrieben. Als Zusatzwasserpumpen verwendete Wasserpumpen stellen im Vergleich dazu erhöhte Anforderungen hinsichtlich einer variablen Steuerung des Fördervolumens der Pumpe, so dass ein Riemenantrieb in diesem Zusammenhang ungeeignet erscheint. Aufgrund der Verwendung des Riemenantriebs herrschen in dieser bekannten Wasserpumpe im Vergleich zu elektrischen Wasserpumpen mit integriertem Elektromotor zudem grundsätzlich andere thermische Bedingungen, da der durch integrierte Elektromotoren eingebrachte Wärmebetrag entfallt. Dieser Wärmebetrag ist insbesondere bei der Verwendung von Trockenläufer-Elektromotoren bedeutend, da die erzeugte Wärme in diesem Fall nicht durch ein den Elektromotor umspülendes Fördermedium abgeführt werden kann.

Somit können bei herkömmlichen Kühlmittelpumpen Betriebszustände auftreten, in welchen das Gleitlager selbst und ferner wärmeerzeugende Elemente, wie eine Steuereinheit bzw. Platine oder der Stator des Elektromotors, nicht ausreichend gekühlt werden.

Bei herkömmlichen Kühlmittelpumpen mit Nassläufer-Elektromotoren sind zudem die Lagerspiele im Gleitlager der Welle in einem Bereich von 0,1 bis 0,2 mm recht groß eingestellt, um zu verhindern, dass V erunreinigungen (Partikel) im Fördermedium Klemmeffekte im Gleitlager herbeiführen und/oder den Wellendichtring beschädigen. Diese erhöhten Lagerspiele führen aufgrund von radialen Verlagerungen der Welle darüber hinaus zu einer erhöhten Geräuschemission der Pumpe.

Darüber hinaus werden bei bekannten Kühlmittelpumpen häufig Gleitlager aus technischer Kohle oder hochwertigen Polymeren eingesetzt und diese Werkstoffe sind vergleichsweise teuer.

Basierend auf den Problemstellungen des diskutierten Stands der Technik, besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, einen einfachen, kostengünstigen, langlebigen und kompakten Pumpenaufbau für einen Trockenläufer-Elektromotor mit verbesserter Geräuschemission und verbesserter Kühlung zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 gelöst.

Die elektrische Kühlmittelpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eine radiale Lagerung der Welle mittels eines kühlmittelgeschmierten (nicht mit Schmierstoff getränkten bzw. imprägnierten) radialen Sintergleitlagers mit einer definierten Porosität bereitgestellt ist, das zwischen dem Pumpenlaufrad und dem Rotor angeordnet ist, und dass eine Wellendichtung zwischen dem radialen Gleitlager und der Motorkammer angeordnet ist, wobei in dem Sintergleitlager in axialer Richtung zumindest ein Kühlmittelströmungskanal mit einer vorbestimmten Tiefe ausgehend von dem Ende des Sintergleitlagers auf der Seite der Pumpenkammer vorgesehen ist.

Der Erfindung in ihrer allgemeinsten Form liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die erfindungsgemäße Auswahl, Kombination und Anordnung der einzelnen Kom- ponenten der Pumpe eine vereinfachte und langlebige Lagerung der Welle und eine effektive Wärmeableitung aus dem Gleitlager selbst und von weiteren in der Motorkammer angeordneten Elementen, wie dem Elektromotor, in das Fördermedium erzielt werden, wodurch darüber hinaus die den Aufgabenstellungen entsprechenden Vorteile konstruktiver und wirtschaftlicher Art verschafft werden.

Die Erfindung sieht erstmals vor, ein kühlmittelgeschmiertes, nicht mit Schmierstoff getränktes radiales Sintergleitlager mit einer definierten Porosität und einem axialen Kühlmittelströmungskanal bei einer elektrischen Kühlmittelpumpe vorzusehen. Die Verwendung eines durch das Fördermedium geschmierten porösen Sinterlagers ist zum einen kostengünstig, da ein Tränk Vorgang bzw. ein Nachtränken des Sinterlagers entfallen kann, zum anderen ermöglicht die vorbestimmte Porosität des Sinterlagers im Zusammenwirken mit dem Kühlmittelströmungskanal eine definierte Kühlmittelströmung durch das Gleitlager hindurch und eine Filterung des Fördermediums durch das Gleitlager selbst. In diesem Zusammenhang dient der axiale Abschnitt des porösen Sintergleitlagers, in welchem der Kühlmittelströmungskanal nicht vorgesehen ist, als ein Filterelement für das Fördermedium und es muss kein separates Filterelement vorgesehen werden. Durch die definierte Kühlmittelströmung kann Wärme von dem Gleitlager selbst und den mit diesem verbundenen Elementen der Pumpe, wie dem Stator oder der Steuereinheit, und auch der Wellendichtung besser in das Fördermedium abgeführt und somit der Wärmehaushalt der Kühlmittelpumpe verbessert werden. Zudem ermöglicht die Verwendung des Sintergleitlagers die Einstellung kleiner Lagerspiele, da die W ärmeausdehnung des Sinterlagers und der Welle bei entsprechender W erkstoffauswahl geeignet angepasst werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Zusatzwasserpumpe sind Gegenstand der abhän- gigen Ansprüche.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann sich der Kühlmittelströmungskanal in der axialen Richtung ausgehend von dem Ende des Sintergleitlagers auf der Seite der Pumpenkammer über etwa 90 % der Bauteiltiefe des Sintergleitlagers erstrecken.

Dadurch kann sich das Fördermedium sehr rasch und gleichmäßig über die gesamte axiale Länge des porösen Sintergleitlagers verteilen und in dieses eindringen, wodurch die Schmierung der Lagerstelle sichergestellt werden kann. Darüber hinaus kann der verbleibende, nicht mit dem Kühlmittelströmungskanal vorgesehene axiale Endabschnitt des porösen Sintergleitlagers auf der Seite entgegengesetzt zu der Pumpenkammer, welcher in axialer Richtung etwa 10 % der Bauteiltiefe des Sintergleitlagers einnimmt, eine ausreichende Filterung des Fördermediums sicherstellen. Darüber hinaus kann durch diese Konfiguration die definierte Kühlmittelströmung in axialer Richtung durch das poröse Gleitlager hindurch und anschließend durch den Lagerspalt der Gleitlagers zurück hin zu der Pumpenkammer zuverlässiger eingestellt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Lagerspiel im Sintergleitlager der Welle auf unter 10 pm eingestellt sein. Durch eine ähnliche W ärmeausdehnung des Sintergleitlagers und der Welle bei entsprechender W erkstoffauswahl (beispielsweise Sintereisen/Sinterbronze, Stahlwelle) kann ein sehr kleines Lagerspiel eingestellt werden und dadurch können radiale Verlagerungen der Rotorwelle eingeschränkt und somit die Geräuschemission der Pumpe reduziert werden. Darüber hinaus wird durch das kleine Lagerspiel verhindert, dass V erunreinigungen (Partikel) im Fördermedium in den Lagerspalt eindringen und Klemmeffekte im Gleitlager herbeifuhren.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Porosität des Sintergleitlagers auf über 40 % eingestellt sein.

Dadurch kann sich das Fördermedium im porösen Sinter gleitlager rasch und gleichmäßig verteilen, wodurch eine zuverlässige Schmierung des Gleitlagers sichergestellt werden kann. Zudem kann aufgrund des hohen Porengehalts die Strömung des Fördermediums im Inneren des Gleitlagers und somit der W ärmetransport von dem Gleitlager in das Fördermedium gefördert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Rotor in einer Topfform ausgebildet sein, deren Innenfläche zur Wellendichtung zugewandt sowie mit dieser axial überschneidend auf der Welle fixiert ist.

Dadurch werden Flüssigkeitstropfen einer Leckage hinter der Wellendichtung durch radiale Beschleunigung an der Innenfläche des Rotors zwangsweise durch den Luftspalt des Trockenläufers zwischen den offenen Feldspulen des Stators und den magnetischen Polen des Rotors hindurch geführt, bevor sie in eine Motorkammer mit Elektronik gelangen können. Dabei werden die Leckagetropfen durch die Betriebstemperatur des Elektromotors und durch eine turbulente Verwirbelung im Luftspalt verdampft. Der entstehende Wasserdampf gelangt erst danach in die Motorkammer und entweicht durch eine Membran in die Atmosphäre. Dadurch kann auf eine Kapselung des Stators und die damit verbundene Nachteile des Wirkungsgrads eines Elektromotors vom Nassläufertyp verzichtet werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann eine axiale Lagerung der Welle durch ein axiales Gleitlager bereitgestellt sein, welches durch ein freies Ende der Welle und eine Anlauffläche an dem Pumpengehäuse, vorzugsweise einem Pumpendeckel gebildet ist.

Während des Betriebs erzeugt das Pumpenlaufrad eine Schubkraft in Richtung des Saugstutzens bzw. Einlasses der Pumpe. Durch eine stimseitige Gleitfläche der Welle und eine entsprechende gehäuseseitige Anlauffläche wird ein besonders einfaches jedoch ausreichendes Axiallager ohne notwendige axiale Fixierung in entgegengesetzter Rich- tung bereitgestellt. Dadurch können der Aufbau und die Montage weiter vereinfacht werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Wellendichtung wenigstens zwei Dichtlippen zur dynamischen Abdichtung auf dem Wellenumfang aufweisen, die zumindest zu einer axialen Seite dichtungswirksam ausgerichtet sind.

Durch eine doppellippige Wellendichtung wird ein günstiger und ausreichender Leckageschutz hinter dem axialen Gleitlager bereitgestellt, der im Vergleich zu Gleitring- dichtungen eine erheblich bessere Abdichtung erzielt und lediglich eine geringe An- Sammlungen von Leckagetropfen passieren lässt. Eine Abdichtung in entgegengesetzter Richtung, wie bei einem Pumpenaufbau mit einem trockenen Wälzlager, kann aufgrund des nasslaufenden Gleitlagers entfallen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Stator des Elektromotors in axialer Überschneidung mit dem wenigstens einen Kühlmittelströmungskanal angeordnet sein.

Durch eine Anordnung eines oder insbesondere mehrerer in Umfangsrichtung des Gleitlagers verteilter Kühlmittelströmungskanäle im Gleitlager benachbart zum Stator des Elektromotors wird im Betrieb eine Verlustleistung der Feldspulen des Stators durch einen W ärmeübergang im Vorsprungabschnitt des Trennelements auf das in den Kühlmittelströmungskanälen des Gleitlagers zirkulierende Fördermittel übertragen und zum Förderstrom in der Pumpenkammer abgeführt. Diese vorteilhafte Wirkung ist auch noch bei geringen T emperaturdifferenzen zwischen einer hohen Kühlmitteltemperatur und einer stets noch höheren Temperatur der Spulenwicklungen nutzbar.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann eine Steuereinheit vorgesehen sein, welche in der Motorkammer in axialer Richtung zwischen dem Trennelement und dem Stator angeordnet ist.

Dadurch kann die Steuereinheit durch eine W ärmeableitung über das in dem porösen Sintergleitlager strömende Fördermedium gekühlt werden. Aufgrund der räumlichen Nähe zwischen der Steuereinheit und dem Stator wird zudem die Kontaktierung bzw. Verdrahtung zwischen der Steuereinheit und dem Stator vereinfacht und es kann eine robuste Verdrahtung vorgesehen werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann die Motorkammer eine Öffnung zur Atmosphäre aufweisen, die durch eine flüssigkeitsdichte und dampfdurchlässige Druckausgleichsmembran verschlossen ist.

Dadurch kann ein durch Leckagetropfen entstehender Wasserdampf in der Motorkammer wirkungsvoll in die Atmosphäre abgeführt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnung in Fig. 1 beschrieben.

Wie der axialen Schnittansicht in Fig. 1 zu entnehmen ist, umfasst ein Pumpengehäuse 1 auf einer rechts dargestellten Seite einen Ansaugstutzen 16 und einen nicht dargestellten Druckstutzen, die in eine Pumpenkammer 10 münden. Der Ansaugstutzen 16 dient als Pumpeneinlass, der in Form eines separaten Pumpendeckels 11 auf ein offenes axiales Ende des Pumpengehäuses 10 aufgesetzt ist und auf eine Stirnseite eines Pumpenlauffads 2 zu führt, das auf einer Welle 4 fixiert ist. Der Umfang der Pumpenkammer 10 ist von einem Spiralgehäuse umgeben, das tangential in einen Druckstutzen überleitet, der einen Pumpenauslass bildet. Das Pumpenlaufrad 2 ist ein bekanntes Radialpumpenflügelrad mit einer an den Ansaugstutzen angrenzenden zentralen Öffnung. Der Förderstrom, der das Pumpenlauf- rad 2 durch den Ansaugstutzen 16 anströmt, wird durch die innenliegende Flügel radial nach außen in das Spiralgehäuse der Pumpenkammer 10 beschleunigt und ausgeleitet.

Auf einer links dargestellten Seite umfasst das Pumpengehäuse 1 einen als Motor- kammer 13 bezeichneten Hohlraum, der durch ein als Trägerflansch 12 ausgebildetes Trennelement von der Pumpenkammer 10 abgetrennt ist.

Der Trägerflansch 12 ist aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise Metall, hergestellt, um eine gute W ärmeübertragung zwischen der Motorkammer 13 und der Pumpenkammer 10 bzw. eine gute Wärmeableitung von der Motorkammer 13 hin zu dem Fördermedium in der Pumpenkammer 10 zu ermöglichen. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Trägerflansch 12 aus einer Aluminiumlegierung hergestellt. Der Trägerflansch 12 besitzt einen Trennabschnitt l2a, welcher die Abtrennung zwischen der Motorkammer 13 und der Pumpenkammer 10 vor- sieht, und einen Vorsprung bzw. Vorsprungabschnitt l2b, auf welchem der Stator 31 an- gebracht bzw. fixiert ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist das Pumpengehäuse 1 ein topfformiges Motorgehäuse 17 auf, welches die Motorkammer 13 bildet. Der Trägerflansch 12 und der Pumpendeckel 11 sind auf einer axial offenen Seite des Motorgehäuses 17 in diesem aufgenommen, der Trägerflansch 12 stößt gegen eine bei dem Motorgehäuse 17 vorgesehene Anschlagfläche und der Pumpendeckel 11 ist in dieser Position an dem Motorgehäuse 17 fixiert. Zwischen dem Trägerflansch 12 und dem Pumpengehäuse ist ein Dichtelement, wie beispielsweise ein O-Ring, angeordnet, um eine Leckage des Fördermediums in der Pumpenkammer 10 zu verhindern. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Dichtelement bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf einer Außenumfangsfläche des Trennabschnitts l2a des Trägerflansches 12 angeordnet, das Dichtelement kann beispielsweise jedoch auch an der in der axialen Richtung dem Pumpendeckel 11 zugewandten Seitenfläche des Trennabschnitts 12a angeordnet sein. Die vorstehend beschriebene Konfiguration ermöglicht eine einfache und exakte Positionierung des Trägerflansches 12 und des Pumpendeckels 11 in der radialen Richtung.

In der Motorkammer 13 ist ein bürstenloser Elektromotor 3 vom Außenläufertyp aufgenommen. Ein Stator 31 mit Feldspulen des Elektromotors 3 ist um den Vorsprung- abschnitt l2a des Trägerflansches 12 herum, welcher beispielsweise eine zylindrische Gestalt besitzt, fixiert, so dass der Stator 31 mit dem Vorsprungabschnitt l2a in Kontakt steht. Hierdurch ist eine sehr gute Wärmeableitung von dem Stator 31 in der Motorkam- mer 13 über den Trägerflansch 12 hin zu dem Fördermedium in der Pumpenkammer 10 gewährleistet. Ein Rotor 32 mit permanentmagnetischen Rotorpolen ist um den Stator 31 drehbar auf der Welle 4 fixiert

Eine in Fig. 1 gezeigte Steuereinheit bzw. Platine 18 der Pumpe einschließlich einer Leistungselektronik des Elektromotors 3 ist in axialer Richtung zwischen dem Trennab- schnitt l2a des Trägerflansches 12 und dem Stator 31 angeordnet. Durch die räumliche Nähe zwischen der Platine 18 und dem Trägerflansch 12 einerseits und dem Stator 31 und der Platine 18 andererseits kann in diesem Fall eine gute W ärmeableitung von der Platine 18 über den Trägerflansch 12 hin zu dem Fördermedium ermöglicht werden und es werden gute V oraussetzungen für eine einfache und robuste Kontaktierung bzw. Verdrahtung zwischen der Platine 18 und dem Elektromotor 3 geschaffen.

In dem Luftspalt zwischen dem Trennabschnitt l2a und der Platine 18 kann ein Füllmaterial 19, wie ein Gap-Filler, mit einer hohen W ärmeleitfahigkeit angeordnet sein, so dass die Wärmeübertragung von der Platine 18 hin zu dem Fördermedium in der Pumpenkammer 10 weiter verbessert werden kann.

Die Platine 18 der Pumpe kann jedoch auch an anderer Stelle in der Motorkammer 13, wie auf dem dem axialen Ende des Elektromotors zugewandten Bodenabschnitt des Motorgehäuses 17, angeordnet sein. Darüber hinaus kann die Platine 18 der Pumpe auch außerhalb der Motorkammer 13 angeordnet sein. Der Elektromotor 3 ist ein Trockenläufertyp, dessen Feldspulen ungekapselt bzw. offen am Luftspalt zum Rotor 32 zur Motorkammer 13 ffeiliegen. Der Rotor 32 weist eine für einen Außenläufer typische Topfform auf, die auf dem links dargestellten freien Ende der Welle 4 sitzt und die permanentmagnetischen Rotorpole in dem axialen Bereich des Stators 31 trägt.

Die Welle 4, die sich zwischen der Pumpenkammer 10 und der Motorkammer 13 erstreckt, ist durch ein radiales Sintergleitlager 41 in dem Trägerflansch 12 radial gelagert. Zudem ist die Welle 4 an dem rechten freien Ende axial gelagert. Das axiale Gleitlager kommt durch eine Gleitflächenpaarung zwischen der Stirnseite der Welle 4 und einer Anlauffläche zustande, die durch einen Vorsprung bzw. eine Strebe im Ansaug- stutzen 16 vor dem Pumpenlaufrad 2 entsprechend positioniert am Pumpendeckel 11 be- reitgestellt ist. Im Betrieb schiebt das Pumpenlaufrad 2 die Welle 4 durch eine Saug- wirkung in Richtung des Ansaugstutzens 16 gegen die Anlauffläche, so dass eine axiale Lastaufhahme der Wellenlagerung in dieser einen Richtung ausreicht. Da ein Lagerspalt zwischen den Gleitflächen von dem Förderstrom umgeben ist, wird auch das axiale Gleit- lager mit Kühlmittel geschmiert, zumindest in Form einer anfänglichen und unter Vibra- tionen oder Turbulenzen erneuten Benetzung der Gleitflächen durch das Kühlmittel.

Das kühlmittelgeschmierte Gleitlager 41 ist als ein Sinterlager mit einer definierten Porosität von über 40 % ausgebildet, für welches beispielsweise bekannte Standardwerkstoffe für Sintergleitlager, wie Sintereisen und Sinterbronze, verwendet werden können. Durch die Auswahl derartiger Sinterwerkstoffe kann bei Verwendung einer Stahlwelle aufgrund der ähnlichen W ärmeausdehnung von Sinterlager und Stahlwelle ein sehr kleines Lagerspiel unter 10 pm eingestellt werden. Somit können radiale Verlagerungen der Rotorwelle weitgehend unterdrückt werden und die Geräuschemission der Pumpe kann reduziert werden. Zudem füllt sich der poröse Sinterwerkstoff rasch mit dem Fördermedium und ermöglicht daher eine effiziente Aufnahme und Ableitung der in dem Gleitlager selbst erzeugten Wärme und der von anderen Pumpenelementen hin zu dem Gleitlager übertragenen Wärme in das Fördermedium. Das in Fig. 1 gezeigte Sintergleitlager 41 weist zudem zwei axiale Kühlmittelströmungskanäle 14 mit einer vorbestimmten Tiefe ausgehend von dem Ende des Sintergleitlagers 41 auf der Seite der Pumpenkammer 10 auf. Somit kann das Fördermedium während des Pumpenbetriebs aufgrund der herrschenden Druckverhältnisse in der Pumpe in einer definierten Strömungsrichtung ausgehend von dem radial äußeren Bereich der Pumpenkammer 10 mit hohen Drücken über den Bereich der Pumpenkammer 10 zwischen dem Pumpenlaufrad 2 und dem Trägerflansch 12 mit radial nach innen abnehmenden Drücken, durch die Kühlmittelströmungskanäle 14 und den axialen Endabschnitt des Gleitlagers 41 auf der Seite entgegengesetzt zu dem Pumpenlaufrad 2 ohne Kühlmittelströmungskanal 14 (Filterabschnitt) hin zu dem Raum zwischen dem Sintergleitlager 41 und der Wellendichtung 5, durch den Lagerspalt des Gleitlagers 41 und schließlich hin zu dem radial inneren Bereich der Pumpenkammer 10 mit noch niedrigeren Drücken zurückgeführt werden. Die axiale Zirkulation des Kühlmittels in dem Lagerspalt in Kombination mit der Rotationsbewegung zwischen den Gleitflächen stellt eine gleichmäßige Verteilung und Schmierung des Lagerspalts mit dem Kühlmittel sicher. Das Kühlmittel enthält ein Frostschutzadditiv mit reibungsvermindem- der Eigenschaft, wie z.B. einem Glykol, Silikat oder dergleichen. Gleichzeitig werden Partikel aus einem Abrieb der Gleitflächenpaarung zur Pumpenkammer und in den För- derstrom abtransportiert.

Obwohl in Fig. 1 zwei Kühlmittelströmungskanäle 14 dargestellt sind, ist es erfindungsgemäß ausreichend, wenn zumindest ein solcher Kühlmittelströmungskanal 14 vorgesehen ist. Darüber hinaus können auch mehr als zwei Kühlmittelströmungskanäle 14 vorgesehen sein. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel sind die Kühlmittelströmungskanäle 14 als Nuten auf dem Außenumfang des Sintergleitlagers 41 ausgebildet. Die Kühlmittelströmungskanäle 14 können jedoch auch als axial verlaufende Sacklochbohrungen im Sintergleitlager 41 vorgesehen sein. Ferner kann der zumindest eine als Nut ausgebildete Kühlmittelströmungskanal 14 spiralförmig um den Umfang des Sintergleitlagers 41 ausgebildet sein.

Durch die vorstehend erläuterte definierte Kühlmittelströmung werden die Gleitflächen am Wellenumfang und am Lagersitz des Gleitlagers 41 durch das von der Zusatzwasserpumpe geforderte Kühlmittel geschmiert, das in den Lagerspalt zwischen den Gleitflächen eindringt. In diesem Zusammenhang dient das poröse Sintergleitlager 41 ferner als ein Filterelement für das durchströmende Fördermedium, so dass ausschließlich gefiltertes Kühlmittel vor den Wellendichtring und in den Lagerspalt gelangt. Ein separates Filterelement für das Fördermedium ist somit nicht erforderlich.

Zwischen dem radialen Sintergleitlager 41 und der Motorkammer 13 ist eine Wellendichtung 5 angeordnet, die ein offenes Ende des Vorsprungabschnitts l2b des Trägerflansches 12 zur Welle 4 abdichtet. Die Wellendichtung 5 ist eine doppellippige Dichtung, die in den V orsprungabschnitt l2b des Trägerflansches 12 eingepresst ist, und zwei hintereinander liegende, in Richtung zum radialen Gleitlager 41 gerichtete Dichtlippen (nicht dargestellt) zur einseitigen dynamischen Abdichtung auf dem Wellenumfang aufweist. Die kleine unvermeidbare Leckage, die aus der Zirkulation des Kühlmittels die

Wellendichtung 5 im Laufe der Zeit tropfenweise passiert, gelangt jedoch nicht direkt mit den Feldspulen oder einer evtl in der Motorkammer 13 angeordneten Motorelektronik in Kontakt. Im Betrieb gelangen die Leckagetropfen hinter der Wellendichtung 5 zur Innenfläche des rotierenden Rotors 32 und werden durch die Fliehkraft radial nach außen getragen. Durch Verwirbelungen an den Rotorpolen bzw. P ermanentmagneten und durch die Betriebstemperatur, die aus der Verlustleistung an den Feldspulen resultiert, verdampfen die Leckagetropfen im Luftspalt zwischen dem Stator 31 und dem Rotor 32, ohne auf dem radial innenliegenden Stator 32 eine Benetzung in flüssiger Phase, d.h. eine korrosive Einwirkung ausüben zu können.

Durch die Topfform des Rotors 32 können die Leckagetropfen nicht direkt in axialer Richtung in den Motorraum 13 gelangen, sondern werden an der Innenfläche des Rotors 32 aufgefangen und zur Verdampfung dem Luftspalt zugeführt. Um ein Volumen des Luftspalts gering zu halten, ist dieser zu den Umfangen des Stators 32 komplementär ausgebildet. Der Übergang von Leckagetropfen von der flüssigen in die gasförmige Phase geht mit einer V olumenzunahme einher, die im Falle eines abgeschlossenen Volumens der Motorkammer 13 zu einer Druckerhöhung fuhren würde, unabhängig von einer Druckschwankung die aufgrund von T emperaturschwankungen zwischen Betrieb und Stillstand der Pumpe entstünde.

Allerdings ist zwischen der Motorkammer 13 und der umgebenden Atmosphäre eine in Fig. 1 nicht dargestellte Membran vorgesehen, welche in der Motorkammer 13 an dem topfförmigen Motorgehäuse 17 angebracht ist. Die Membran kann beispielsweise bei einer in Fig. 1 dargestellten Öffnung 20 des Motorgehäuses 17 bei dem Außenumfang des Motorgehäuses 17 vorgesehen sein. Die Membran kann ferner bei einem radial mittleren Abschnitt einer in der axialen Richtung dem Rotor zugewandten Innenfläche des Motorgehäuses 17 angeklebt sein und ermöglicht einen Ausgleich von Druck- schwankungen aus der Motorkammer 13 zur Atmosphäre. Dadurch kann eine kosten- günstige und großflächige Klebemembran an einer geschützten Stelle verwendet werden. Das Motorgehäuse 17 weist in diesem Bereich dann eine Öffnung oder eine durchlässige bzw. offenporige Struktur auf, welche derart ausgebildet ist, dass die Membran bei Hochdruckstrahltests ausreichend geschützt ist und nicht beschädigt wird. Die Membran ist in Bezug auf eine Wasserdurchlässigkeit semipermeable, d.h. sie lässt Wasser in flüssiger Phase nicht passieren, wohingegen eine mit Feuchtigkeit beladene Luft bis zu einer Grenze in Bezug auf eine Tröpfchengröße bzw. einer an der Membranoberfläche agglomerierenden Tröpfchendichte hindurch diffundieren kann. Somit kann bei einer V olumenausdehnung durch Verdampfung in der Motorkammer 13, eine mit Feuchtigkeit beladene warme Luft die Membran passieren, sodass verdampfte Leckagetropfen effektiv in die Atmosphäre ausgetragen werden. In entgegengesetzter Richtung schützt die Membran wiederum vor einem Eindringen von Spritzwasser oder dergleichen im Fährbetrieb des Fahrzeugs.