Elektromotorische Wasserpumpe

Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Wasserpumpe, insbesondere Kreiseloder Radialpumpe für ein Kraftfahrzeugkühlsystem, mit einem einen Saugstutzen und einem Druckstutzen aufweisenden Pumpengehäuse, in dem ein Stator und ein ein Pumpenrad antreibender Rotor angeordnet ist.

Wasserpumpen können grundsätzlich kategorisiert werden in so genannte Ne- benstrompumpen und Hauptstrompumpen. Eine Hauptstrompumpe dient vorrangig zur Kühlung des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Herkömmliche Wasserpumpen werden typischerweise über den Keilriemen des Verbrennungsmotors angetrieben. Derartige Wasserpumpen sind daher direkt an die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors gekoppelt, was bei bestimmten Betriebssituationen des Fahrzeugs zu einer unausgewogenen Kühlung des Verbrennungsmotors führen kann. So muss ein ausreichender Volumenstrom sowohl im Standgas bei heißem Motor, als auch bei Höchstdrehzahl sichergestellt sein. Dies führt bei Höchstdrehzahl zu ungewollten Turbulenzen und Verlustleistungen durch die mechanische Pumpe.

Auch sind bereits elektromotorische Wasserpumpen für den Kühlkreislauf einer Brennkraftmaschine bekannt, deren Antrieb elektrisch oder elektronisch gesteuert mittels eines Elektromotors erfolgt, der ein Pumpenrad antreibt, das beispielsweise in einem Spiralkanal eines Pumpengehäuses angeordnet ist. Derartige elektromotorische Wasserpumpen sind in vielen Bereichen des Motorraums einsetzbar und von der Motordrehzahl praktisch unabhängig (elektronisch) steuerbar, wobei zudem grundsätzlich ein Keilriemen entfallen kann, was wiederum zu einer etwa 10%igen C02- Einsparung führen kann.

So ist beispielsweise aus der EP 1 850 010 B1 eine elektromotorische Wasserpumpe mit integriertem Elektromotor bekannt, der ein Pumpenrad antreibt. Die bekannte Wasserpumpe umfasst einen zwischen einem Pumpendeckelteil und

BESTÄTIGUNGSKOPIE einem Motorgehäuseteil gehaltenen Spalttopf zur Trennung zwischen einem Nassraum, in dem der Rotor angeordnet ist, und einem Trockenraum, in dem der die Motor-, Spulen- oder Feldwicklungen tragende Stator des als bürstenloser Gleichstrommotor ausgeführten Elektromotors angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete elektromotorische Wasserpumpe mit einem einen Saugstutzen und einem Druckstutzen aufweisenden Pumpengehäuse, in dem ein ein Pumpenrad antreibender Rotor drehbar gelagert ist, anzugeben, die geeigneterweise eine vergleichsweise zuverlässige Lagerung aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die elektromotorische Wasserpumpe umfasst ein Pumpengehäuse mit einem Saugstutzen und mit einem Druckstutzen. Vorzugsweise weist das Pumpengehäuse einen Pumpendeckel und ein nach Art eines Topfes geformtes Motorgehäuseteil auf, wobei der Saug- und/oder der Druckstutzen insbesondere Bestandteil des Pumpendeckels sind. Die Wasserpumpe umfasst ferner einen Stator sowie einen Rotor, der in Wirkverbindung mit einem Pumpenrad steht und dieses somit antreibt. Zweckmäßigerweise ist das Pumpenrad auf der dem Saug- und/- oder dem Druckstutzen zugewandten Seite des Rotors angeordnet. Der Betrieb des Rotors bzw. des Stators erfolgt geeigneterweise nach Art eines elektronisch kommutierenden Gleichstrommotors. Insbesondere umfasst der Rotor eine Anzahl von Permanentmagneten und der Stator eine Anzahl von Elektromagneten, die mittels einer Elektronik bestromt werden, wobei die Elektronik zweckmäßigerweise in einer Brückenschaltung aufgebaut ist, z. B. in einer B6-Schaltung.

Zwischen dem Rotor und dem Stator ist beispielsweise ein Spalttopf, z.B. aus Kunststoff, angeordnet, der insbesondere drehfest im Pumpengehäuse befestigt ist. Geeigneterweise ist der Stator im Wesentlichen hohlzylindrisch, und der Spalttopf befindet sich im Inneren hiervon. Beispielsweise liegt der Stator an der Topf- wand des Spalttopfes an. Der Rotor ist zweckmäßigerweise von dem Topfboden des Spalttopfs beabstandet, so dass zwischen dem Rotor und dem Topfboden ein erster Raum gebildet ist. Der Topfboden befindet sich hierbei auf der Seite des Rotors, die entweder dem Saugstutzen, dem Druckstutzen oder besonders bevorzugt den beiden Stutzen gegenüber liegt. Mit anderen Worten befindet sich der Rotor zwischen zumindest einem der Stutzen und dem Topfboden.

Der Rotor ist um eine fest stehende Achse drehbar gelagert, die als Pumpen- oder Motorwelle dient, und die parallel zur Rotorachse ist. Insbesondere ist die Achse drehfest an dem Spalttopf angebunden oder wird von diesem gehalten. Die Lagerung des Rotors um die Achse ist eine hydrodynamische Gleitlagerung, die eine Führung aufweist, innerhalb derer sich die zur Lagerung erforderliche Flüssigkeit befindet. Zweckmäßigerweise sind der Rotor und die Welle lediglich über die Führung in Kontakt miteinander. Mit anderen Worten ist die Führung zwischen dem Rotor und der Welle angeordnet. Folglich ist der Rotor zumindest teilweise von der Achse beabstandet, und dieser Bereich insbesondere mit der zur Lagerung erforderlichen Flüssigkeit befüllt. Insbesondere ist die Führung dieser Bereich. Beispielsweise befinden sich am Abschluss des Rotors in Richtung der Achse zusätzlich, insbesondere aus Kohlenstoff bestehende, Gleitlager, um eine Reibung zu verringern und somit den Wirkungsgrad der elektromotorischen Pumpe zu erhöhen.

Der Querschnitt der Führung ist geeigneterweise derart gewählt, dass bei Betrieb der elektromotorischen Wasserpumpe der Druck der sich in der Führung befindenden Flüssigkeit größer als 1 bar, zweckmäßigerweise größer als 10 bar und insbesondere größer als 50 bar ist. Geeigneterweise ist der Druck kleiner als 100 bar. Zweckmäßigerweise mündet die Führung im Zentrum des Pumpenrads, was einen vergleichsweise leichten Abtransport der durch die Führung geförderten Flüssigkeit erlaubt und eine vergleichsweise einfache Konstruktion der elektromotorischen Wasserpumpe ermöglicht. Zweckmäßigerweise ist mittels der hydrodynamischen Gleitlagerung eine hydraulische Verbindung zwischen der Druckseite und der Saugseite der elektromotorischen Wasserpumpe geschaffen. Mit anderen Worten ist die zur Lagerung verwendete Flüssigkeit die zu pumpende Flüssigkeit. Die hydrodynamische Gleitlagerung umfasst ferner einen Zentrifugalabscheider, der druckseitig der Führung angeordnet ist. Die Führung ist hierbei direkt oder indirekt mittels weiterer Elemente der hydrodynamischen Gleitlagerung hydraulisch mit dem Zentrifugalabscheider verbunden. Somit gelangt die zur Lagerung verwendete Flüssigkeit über den Zentrifugalabscheider in die Führung. Mittels des Zentrifugalabscheiders wird die Flüssigkeit gereinigt. Folglich gelangen etwaige sich in der Flüssigkeit befindende Schmutzpartikel nicht in die Führung, was ein Verstopfen und somit einen Ausfall eben dieser verhindert. Insbesondere geht der Zentrifugalabscheider in die Führung über.

Zweckmäßigerweise weist die Achse eine Nut auf, die die Führung zumindest teilweise bildet. Insbesondere reicht die Nut bis zu der dem Stutzen zugewandten Seite des Rotors. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft die Nut spiralförmig um die Achse. Auf diese Weise liegt bei Betrieb der elektromotorischen Wasserpumpe der Rotor an keiner Stelle an der Achse/Welle an, sondern wird aufgrund des Wasserdrucks in einem definierten Abstand gehalten. Dies vermeidet eine Unwucht in dem Rotor und trägt aufgrund der Lagerung mittels der zu pumpenden Flüssigkeit zu einer Verringerung der Reibung bei.

Die elektromotorische Wasserpumpe ist z. B. eine Kreisel- oder Radialpumpe und/oder wird geeigneterweise innerhalb eines Kraftfahrzeugs eingesetzt, wobei die elektromotorische Wasserpumpe insbesondere ein Bestandteil von dem Kraftfahrzeug ist. Die elektrische Betriebsspannung beträgt bevorzugt 48 V oder alternativ 12 V. Insbesondere ist die elektromotorische Wasserpumpe Bestandteil eines Kraftfahrzeugkühlsystems und besonders die Hauptstrompumpe. Z. B. dient die elektromotorische Wasserpumpe vorrangig der Kühlung eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs. Die Leistung der elektromotorischen Wasserpumpe beträgt zweckmäßigerweise zwischen 400 W und 1 ,6 kW. Im Betrieb der Wasserpumpe herrscht beispielsweise ein Druckunterschied zwischen dem Saugstutzen und dem Druckstutzen von 0,5 bar bis 2,5 bar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Druck auf der Seite des Druckstutzens im Wesentlichen 2,5 bar. Geeigneterweise umfasst der Rotor ein Blechpaket, das wiederum eine Anzahl Rotorbleche aufweist, die elektrisch isolierend übereinander gestapelt sind, um parasitäre Wirbelströme zu vermeiden. Das Blechpaket ist beispielsweise nicht mit Kunststoff oder dergleichen umspritzt, was ein vergleichsweise geringes Gewicht des Rotors bedingt. In vorteilhafter Ausgestaltung ist zwischen der Topfwand und dem Rotor ein Spalt gebildet, was eine Reibung zwischen dem Rotor und dem Spalttopf verhindert oder zumindest reduziert, und somit den Wirkungsgrad der elektromotorischen Wasserpumpe erhöht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Druckstutzen mittels des Spalts und mittels der hydrodynamischen Gleitlagerung hydraulisch mit dem Saugstutzen verbunden.

Zweckmäßigerweise ist der Zentrifugalabscheider Bestandteil des Rotors. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, die zur Lagerung verwendete Flüssigkeit mittels zusätzlicher Elemente in eine für den Betrieb des Zentrifugalabscheiders erforderliche Rotationsbewegung zu versetzen. Folglich sind die Herstellungskosten der elektromotorischen Wasserpumpe reduziert. Vorzugsweise weist der Zentrifugalabscheider hierfür einen im Wesentlichen radial verlaufenden Kanal auf, der in den Rotor eingebracht ist. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise einfach konstruierter Zentrifugalabscheider realisiert, der einfach herzustellen und zu warten ist. Auch ist für den Betrieb des Zentrifugalabscheiders lediglich ein vergleichsweise geringer Druckunterschied erforderlich.

Zweckmäßigerweise ist der Zentrifugalabscheider an einem axialen Ende des Rotors angeordnet und bildet insbesondere das axiale Ende des Rotors. Auf diese Weise wird ein sich zwischen dem Rotor und Stator ausbreitendes Magnetfeld mittels des Zentrifugalabscheiders vergleichsweise gering gestört, was den Wirkungsgrad der elektromotorischen Wasserpumpe erhöht. Geeigneterweise umfasst der Rotor an dessen axialen Ende eine Abdeckscheibe, die den Zentrifugalabscheider aufweist. Insbesondere werden mittels der Abdeckscheibe zusätzlich die einzelnen Bleche des Rotors zueinander stabilisiert, sofern der Rotor als Blechpaket aufgebaut ist. Geeigneterweise weist die Abdeckscheibe

Aufnehmungen für Permanentmagnete auf, in denen Permanentmagnete des Rotors einhegen, sofern diese vorhanden sind. Auf diese Weise stellt die Abdeck- scheibe nicht nur den Zentrifugalabscheider bereit, sondern dient auch dem Zusammenhalten des Rotors. Beispielsweise ist die Abdeckscheibe zwischen dem Pumpenrad und etwaigen Permanentmagneten des Rotors angeordnet. Besonders bevorzugt jedoch befindet sich die Abdeckscheibe auf der dem Pumpenrad abgewandten axialen Ende des Rotors. Mit anderen Worten befinden sich die Permanentmagnete zwischen der Abdeckscheibe und dem Pumpenrad, sofern die Permanentmagnete vorhanden sind. Auf diese Weise ist es ermöglicht, die hydrodynamische Gleitlagerung vergleichsweise einfach und fehlerunanfällig zu konstruieren. Zudem wird die Pumpleitsung der elektromotorischen Wasserpumpe durch den Betrieb des Zentrifugalabscheiders lediglich vergleichsweise gering be- einflusst.

Zweckmäßigerweise weist der Zentrifugalabscheider ein Labyrinth auf. Unter Labyrinth wird insbesondere ein System zum Leiten der zur Lagerung verwendeten Flüssigkeit verstanden, wobei die Richtung der Flüssigkeit, also die Richtung, in die sich die Flüssigkeit bei Betrieb des Zentrifugalabscheiders bewegt, innerhalb des Systems unterschiedlich ist. Insbesondere weist das System zumindest zwei Abschnitte auf, wobei die Richtung der Flüssigkeit innerhalb der beiden Abschnitte jeweils entgegengesetzt gerichtet ist. Hierfür weist das System beispielsweise eine Anzahl von Kanälen auf und/oder umfasst einen Kanal, der gekrümmt ist. Unterschiedliche Richtungen der Flüssigkeit bezeichnen hierbei Richtungen, die sich voneinander unterscheiden, insbesondere ist der Winkel größer als 5°, 10°, 20° oder 30°. Insbesondere ist der maximale Winkel zwischen zwei Richtungen größer oder gleich 60°, 90°, 120° oder 150°. Zweckmäßigerweise ist der Winkel gleich 180°. Die Winkel ergeben sich hierbei insbesondere bezüglich eines Koordinatensystems, innerhalb dessen die Position des Zentrifugalabscheiders konstant ist.

Zum Beispiel sind die Bereiche, innerhalb derer die Flüssigkeit unterschiedliche Richtungen aufweist, miteinander hydraulisch verbunden, wobei lediglich Bestandteile des Labyrinths zum Leiten der Flüssigkeit zum Einsatz kommen. Mittels des Labyrinths wird eine Filterwirkung des Zentrifugalabscheiders verstärkt und somit die Flüssigkeit vergleichsweise effizient gereinigt. Insbesondere mündet das Labyrinth in einem ersten Kanal, der bis zur Führung reicht. Folglich wird die mittels des Labyrinths gereinigte Flüssigkeit im Wesentlichen unverzüglich der Führung zugeführt. In Folge dessen wird eine erneute Verschmutzung der Flüssigkeit vermieden und es ist nicht erforderlich, ein Auffangbehältnis oder dergleichen für die gereinigte Flüssigkeit bereitzustellen. Zweckmäßigerweise verläuft der erste Kanal radial, so dass die gereinigte Flüssigkeit vergleichsweise schnell zur Führung gelangt.

Zweckmäßigerweise weist der Zentrifugalabscheider eine Anzahl von Labyrinthen, z.B. zwischen vier und zehn Labyrinthe, und geeigneterweise eine entsprechende Anzahl von ersten Kanälen auf, wobei die Labyrinthe miteinander nicht direkt verbunden sind. Geeigneterweise mündet jedes Labyrinth direkt oder indirekt über den ersten Kanal in der Führung, und die Labyrinthe sind insbesondere lediglich über die Führung und/oder Verbindungen außerhalb des Rotors hydraulisch miteinander verbunden. Auf diese Weise ist eine vergleichsweise große Menge an gereinigter Flüssigkeit für die Lagerung bereitgestellt, wobei die jeweiligen Labyrinthe jeweils einen vergleichsweise geringen Platzbedarf aufweisen.

Zweckmäßigerweise umfasst das Labyrinth einen zweiten und einen dritten Kanal, die parallel zueinander und parallel zur Rotorachse verlaufen. Der zweite Kanal weist ein geringeres Volumen als der dritte Kanal auf. Insbesondere ist der Querschnitt des zweiten Kanals geringer als der des dritten Kanals. Zudem ist der zweite Kanal im Vergleich zum dritten Kanal in Richtung der Rotorachse versetzt. Mit anderen Worten ist der Abstand des zweiten Kanals zur Rotorachse geringer als der des dritten Kanals. Hierbei befindet sich der zweite Kanal vorzugsweise zwischen dem dritten Kanal und der Rotorachse. Besonders bevorzugt liegen die Mittelpunkte der Querschnitte des zweiten und dritten Kanals auf einer radial verlaufenden Geraden. Insbesondere ist der zweite mit dem dritten Kanal hydraulisch verbunden, wobei der Bereich der Verbindung lediglich einen Bruchteil der Ausdehnung des zweiten und des dritten Kanals in axialer Richtung beträgt. Mit anderen Worten ist die sich innerhalb des zweiten Kanals befindende Flüssigkeit groß- teils von der sich innerhalb des dritten Kanals befindenden Flüssigkeit getrennt. Insbesondere ist die Bewegungsrichtung der Flüssigkeit in dem dritten Kanal währen des Betriebs der Wasserpumpe entgegen gesetzt der Richtung der Flüssigkeit innerhalb des zweiten Kanals. Mittels einer derartigen Anordnung des zweiten und dritten Kanals ist eine vergleichsweise effektive Reinigung der Flüssigkeit gewährleistet, wobei der Platzbedarf vergleichsweise gering ist.

Beispielsweise ist der zweite und/oder dritte Kanal mittels eines Stutzens realisiert, in den den jeweiligen Kanal bildende Aussparungen eingebracht sind. Der Stutzen ist geeigneterweise in tangentialer Richtung zwischen Permanentmagneten des Rotors angeordnet und/oder zylinderförmig ausgestaltet. Insbesondere ist der Stutzen formschlüssig in einer geeigneten Aufnahme eines Blechpakets angeordnet. Auf diese Weise ist die Platzausnutzung des Rotors vergleichsweise effizient und der Rotor kann vergleichsweise kompakt gebaut werden. Zweckmäßigerweise ist der Stutzen Bestandteil einer Abdeckscheibe, mittels derer der Rotor in axialer Richtrung begrenzt wird.

Vorzugsweise ist der dritte Kanal zumindest in einem Bereich radial geöffnet. Mit anderen Worten weist der dritte Kanal einen radial gerichteten Zufluss auf. Durch den Zufluss gelangt Flüssigkeit in den dritten Kanal, wobei die Fließrichtung hierbei radial ist. Die Richtung wird mittels des dritten Kanals um 90° umgelenkt, so dass die Flüssigkeit nunmehr bei Betrieb der Wasserpumpe axial fließt. Vorzugsweise weist der dritte Kanal den Zufluss an einem Freiende und eine Verbindung zum zweiten Kanal an dem verbleibenden Freiende auf. Auf diese Weise wird der dritte Kanal im Wesentlichen vollständig von der zur Lagerung verwendeten Flüssigkeit durchflössen.

Zweckmäßigerweise mündet der Zufluss in einem Spalt, der zwischen dem Rotor und dem Stator gebildet ist. Dieser Spalt, auch als Luftspalt bezeichnet, ist geeigneterweise mit dem Druckstutzen hydraulisch verbunden. Aufgrund der radialen Öffnung ist einen Zuführung von der mittels der Wasserpumpe zu pumpenden Flüssigkeit zu dem Labyrinth und der Führung vergleichsweise einfach ermöglicht. In Folge dessen wird die zu pumpende Flüssigkeit für die Lagerung herangezogen, was den Aufbau der Wasserpumpe vereinfacht. Alternativ ist der dritte Kanal mit einem vierten Kanal hydraulisch verbunden, wobei der vierte Kanal einen Zufluss aufweist. Mit anderen Worten gelangt die zur Lagerung verwendete Flüssigkeit über den Zufluss ins Labyrinth, wobei die Flüssigkeit zunächst den vierten Kanal, dann den dritten Kanal und in einem sich daran anschließenden Zeitabschnitt den zweiten Kanal passiert. Insbesondere ist der Zufluss hydraulisch mit der Druckseite des Pumpenrads verbunden, und z.B. mit dem zwischen Rotor und Stator gebildeten Spalt. Der Zufluss ist im Vergleich zum dritten Kanal radial nach innen versetzt. Insbesondere mündet der vierte Kanal mittels des Zuflusses in einem Bereich, der sich zwischen dem Rotor und einem Spalttopfboden befindet. Aufgrund des nach innen versetzten Zuflusses ist die Richtung der zur Lagerung verwendeten Flüssigkeit zunächst zumindest teilweise radial nach außen gerichtet. Mittels des zweiten und dritten Kanals wird die Richtung in eine parallel zur Rotorachse gerichtete verändert. Insbesondere ist der Zufluss axial gerichtet, was zu einer weiteren Richtungsänderung der Flüssigkeit führt. In Folge der vergleichsweise vielen Richtungsänderungen ist eine Filterwirkung des Zentrifugalabscheiders erhöht.

Besonders bevorzugt ist der vierte Kanal gekrümmt, wobei die Krümmung insbesondere bezüglich einer zur Rotorachse parallel verlaufenden Achse erfolgt. Beispielsweise befindet sich der vierte Kanal in einer Ebene senkrecht zur Rotorachse, und zweckmäßigerweise verläuft der vierte Kanal zumindest teilweise an einem axialen Ende eines Permanentmagneten des Rotors. Aufgrund der Krümmung werden bereits im vierten Kanal vergleichsweise schwere sich innerhalb der Flüssigkeit befindenden Schmutzpartikel aus der Flüssigkeit gefiltert und gelangen insbesondere nicht in den dritten Kanal. Die schweren Partikel weisen nämlich innerhalb der Krümmung einen vergleichsweise großen Radius auf und werden von der radialen Begrenzung des vierten Kanals im Bereich der Krümmung abgebremst. Beispielsweise ist im Bereich der Krümmung an der Außenseite des vierten Kanals ein Auffangbereich geschaffen, innerhalb dessen sich die schweren Partikel anlagern.

Zweckmäßigerweise weist der dritte Kanal eine Abzweigung auf, die zum zweiten Kanal führt. Insbesondere beginnt der zweite Kanal bei der Abzweigung, oder der zweite Kanal ist mittels eines weiteren Kanals mit dem dritten Kanal verbunden. Der dritte Kanal geht beispielsweise vollständig in den zweiten Kanal mittels der Abzweigung über. Alternativ mündet der dritte Kanal mittels der Abzweigung zusätzlich in einen sechsten Kanal, der auf die dem Saugstutzen zugewandten Seite des Pumpenrads führt. Mit anderen Worten fließt ein Teil der sich durch den dritten Kanal bewegenden Flüssigkeit in den zweiten Kanal und von dort zur Führung. Ein weiterer Teil der Flüssigkeit wird dahingegen mittels des sechsten Kanals der Saugseite der Pumpe zugeführt. Zweckmäßigerweise ist hierbei die Abzweigung derart beschaffen, dass derjenige Teil der Flüssigkeit, der vergleichsweise wenig Schmutzpartikel aufweist, in den zweiten Kanal gelangt, wohingegen die

Schmutzpartikel mit der Flüssigkeit der dem Saugstutzen zugewandten Seite des Pumpenrads zugeführt wird. Auf diese Weise ist ein vergleichsweise effizienter Abtransport der Schmutzpartikel aus dem Labyrinth ermöglicht. . Insbesondere weist der sechste Kanal einen größeren Abstand zur Welle auf als der zweite Kanal. Zweckmäßigerweise verläuft der sechste Kanal im Wesentlichen parallel zur Motorachse.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung weist der Zentrifugalabscheider einen S-förmigen fünften Kanal auf, wobei die S-Form in einer Ebene senkrecht zur Rotorachse ist. Mit anderen Worten ist der Querschnitt des fünften Kanals in einer Ebene senkrecht zur Rotorachse im Wesentlichen S-förmig. Der fünfte Kanal selbst mündet in der Führung. In Folge der S-Form weist der Weg, den die Flüssigkeit aufweist, zwei Kurven auf, wobei sich die Schmutzpartikel jeweils im Kurvenäußerenbereich sammeln. Zweckmäßigerweise umfasst der Zentrifugalabscheider eine Anzahl von fünften Kanälen, beispielsweise zwischen acht und sechzehn und insbesondere zwölf. Die fünften Kanäle sind hierbei im Wesentlichen sternförmig um die Motorachse angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der fünfte Kanal in einen Deckel eingebracht, an dem das Pumpenrad angebunden ist. Insbesondere ist das Pumpenrad einstückig mit dem Deckel. Der fünfte Kanal ist zweckmäßigerweise auf der dem Pumpenrad abgewandten Seite. Vorzugsweise ist der fünfte Kanal an dessen axialen Ende geöffnet. Mit anderen Worten ist der fünfte Kanal mittels einer sich innerhalb des Deckels befindenden Nut gebildet. Der fünfte Kanal ist mittels einer Scheibe bevorzugt zumindest teilweise abgedeckt. Insbesondere ist der radial innen liegende Bereich des fünften Kanals in Kontakt mit dem Deckel, wobei in diesem Bereich bevorzugt sich die Verbindung mit der Führung befindet. Mittels Verwendung unterschiedlicher Scheiben ist es ermöglicht, die Filterwirkung des Zentrifugalabscheiders einzustellen. Bei einer vergleichsweise großen Abdeckung des fünften Kanals ist eine vergleichsweise hohe Filterwirkung gegeben, wobei aufgrund des mittels der Scheibe begrenzten Flüssigkeitsvolumens die zur Lagerung bereit gestellte Menge an Flüssigkeit verringert ist. Insbesondere ist der fünfte Kanal in dem Bereich, der nicht mit der Scheibe abgedeckt ist, in axialer Richtung offen, so dass die zur Lagerung verwendete Flüssigkeit ungehindert in den fünften Kanal strömen kann. Zweckmäßigerweise mündet der fünfte Kanal auf dessen der Führung gegenüber liegenden Ende auf der Druckseite des Pumpenrades. Beispielsweise mündet der fünfte Kanal in dem zwischen dem Stator und dem Rotor gebildeten Spalt.

Zweckmäßigerweise umfasst der Rotor eine Anzahl von Permanentmagneten, insbesondere sechs Permanentmagnete, die aus einem Ferrit hergestellt sind. Auf diese Weise sind die Herstellungskosten der elektromotorischen Wasserpumpe vergleichsweise gering. Zweckmäßigerweise werden die Kanäle des Zentrifugalabscheiders, sofern diese vorhanden sind, vollständig aus der Abdeckscheibe gebildet, sofern diese vorhanden ist. Alternativ werden die Kanäle oder zumindest ein Bereich eines der Kanäle mittels eines Blechs des Blechpakets und/oder eines der Permanentmagneten teilweise gebildet, sofern diese vorhanden sind. Diese Elemente bilden bevorzugt zumindest teilweise eine Begrenzungsfläche des jeweiligen Kanals.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine elektromotorische Wasserpumpe mit einem Pumpengehäuse,

Fig. 2 die Wasserpumpe gemäß Fig. 1 in einer Schnittdarstellung, Fig. 3a, b perspektivisch eine Abdeckscheibe,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Abdeckscheibe,

Fig. 5a, b perspektivisch einen Deckel, und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Deckels.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Figur 1 ist eine elektromotorisch angetriebene Wasserpumpe 2 mit einem Pumpendeckel 4 und mit einem Motorgehäuseteil 6 gezeigt, die über einen Deckelflansch 8 und einen Gehäuseflansch 10 zu einem Pumpengehäuse 12 miteinander verschraubt sind. Der Pumpendeckel 4 weist einen axialen Zulauf- oder Saugstutzen 14 sowie einen radial orientierten Ablauf- oder Druckstutzen 16 auf. Auf der dem Pumpendeckel 4 gegenüberliegenden Seite des Motorgehäuseteils 6 ist ein Elektronikdeckel 18 an diesem befestigt.

Fig. 2 zeigt in einer Schnittdarstellung parallel zur Rotorachse 20 die elektromotorische Wasserpumpe 2. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist innerhalb des Motorgehäuseteils 6 ein elektrisch oder elektronisch kommutierter Elektromotor mit einem eine Anzahl Elektromagneten 22 aufweisender Stator 24 und mit einem um eine feststehende Achse (Motor- oder Pumpenwelle) 26 rotierenden Rotor 28 angeordnet. Die Elektromagneten 22 werden mittels einer in dem Elektronikdeckel 18 angeordneten Elektronik 30 bestromt, die beispielsweise in B6-Schaltung ausgeführte Umrichterschalter (Wechselrichterschalter) aufweist.

Der Rotor 28 umfasst ein Blechpaket 32, in dem eine Anzahl Permanentmagneten 34 gehalten ist. Das Blechpaket 32 ist aus einzelnen übereinandergeschichteten und gegeneinander elektrisch isolierten, weichmagnetischen Rotorblechen 36 aufgebaut. Jedes der Rotorbleche 36 ist derart ausgestanzt, dass innerhalb des Blechpakets 32 eine Anzahl zylindrischer Aussparungen 38 gebildet ist. In jede Aussparung 38 greift von deren Freiende eine Abdeckscheibe 40 aus Kunststoff ein, die die Rotorbleche 36 zueinander positioniert. Die Abdeckscheibe 40 schließt hierbei den Rotor 28 an dessen dem Saug- und Druckstutzen 14, 16 gegenüber- liegenden Ende in axialer Richtung ab. Jede der Aussparungen 38 bildet einen axial verlaufenden sechsten Kanal 42.

Der Rotor 28 ist mit einem Pumpenrad 44 formschlüssig gekoppelt und um die feststehende Motorwelle 26 mittels einer hydrodynamische Gleitlagerung 45 gelagert. Ein radiales Spiel des Rotors 28 wird mittels eines deckelseitigen Gleitlagers 46 sowie mittels eines topfbodenseitigen Gleitlagers 48 unterbunden. Unterhalb des deckelseitigen Gleitlagers 46, also zwischen dem deckelseitigen Gleitlager 46 und dem Rotor 28 ist im Zentrum des Pumpenrads 44 ein zweiter Raum 50 gebildet, in den jeder axial verlaufenden sechsten Kanal 42 mündet.

Zwischen dem Stator 24 und dem Rotor 28 ist ein Spalttopf 52 im Pumpengehäuse 12 gehalten, d.h. in dieses praktisch eingehängt. Hierzu weist der Spalttopf 52 an dessen einem Topfboden 54 abgewandten offenen Rohrende einen radial ausgezogenen Rohrkragen 56 mit doppelt abgekröpftem, etwa doppel-L- oder Z- förmigem Spaltrohrflansch 58 auf, mit dem der Spalttopf 52 in der Flanschverbindung 8, 10 zwischen dem Pumpendeckel 4 und dem Motorgehäuseteil 6 gehalten ist.

Der Spalttopf 52 umfasst ferner eine hohlzylindrische Topfwand 60, die in einer Nut des Motorgehäuseteils 6 eingesetzt ist, von dem folglich ein Teil den Topfboden 54 bildet. Die Motorwelle 26 ist drehfest an dem Topfboden 54 gehalten, und das topfbodenseitige Gleitlager 48 an dem Topfboden 54 befestigt. Der Rotor 28 ist mittels des topfbodenseitigen Gleitlagers 48 von dem Topfboden 54 beabstandet, so dass zwischen dem Rotor 28 und dem Topfboden 54 ein erster Raum 62 gebildet ist. Mittels des Spalttopfs 52 wird der rotorseitige Nassraum vom stator- seitigen Trockenraum getrennt. Der Rotor 28 ist von der Topfwand 60 beabstandet. Folglich ist zwischen dem Rotor 28 und der Topfwand 60 ein umlaufender Spalt 64 gebildet. Dieser reicht von dem radialen Ende des Pumpenrads 44 bis zu dem ersten Raum 62.

Die hydrodynamische Gleitlagerung 45 umfasst eine Führung 66, die eine spiralförmig um die Rotorachse 20 verlaufende Nut aufweist, die in die Motorwelle 26 eingebracht ist. Die Führung 66 ist mit einer Anzahl Zentrifugalabscheider 68 verbunden, der Bestandteil der Abdeckscheibe 40 ist.

Bei Betrieb der nach dem Kreisel- oder Radialpumpenprinzip arbeitenden Wasserpumpe Stritt das Fördermedium (Wasser) über den Saugstutzen 14 ein und wird mittels des elektromotorisch angetriebenen Pumpenrades 44 auf einer Spiralbahn radial, also senkrecht zur Motorachse 20, nach außen befördert und tritt über den Druckstutzen 16 aus der Wasserpumpe 2 aus. Ein Bruchteil des Fördermediums wird aufgrund des erzeugten Drucks durch den Spalt 64 befördert. Hierbei nimmt die Flüssigkeit von den Elektromagneten 22 erzeugte Wärme auf und kühlt somit den Stator 24. Aufgrund der zwischen der Flüssigkeit und dem sich drehenden Rotor 28 herrschenden Reibung ist die Bewegung des Fördermediums innerhalb des Spalts 64 spiralförmig um die Rotorachse 20. Aus diesem Teil der Flüssigkeit wird der Zentrifugalabscheider 68 gespeist und die Flüssigkeit mittels diesem gereinigt. Von dort wird die Flüssigkeit der Führung 66 zugeführt und in den zweiten Raum 50 gedrückt bzw. gesaugt, der im Saugstutzen 14 mündet. Dort wird die Flüssigkeit mit der durch den Saugstutzen 14 eintretenden Flüssigkeit vermischt und erneut mittels des Pumpenrads 44 zum Druckstutzen 16 befördert. Der Querschnitt der Nut der Führung 66 ist vergleichsweise klein, so dass sich innerhalb der Führung 66 vergleichsweise hohe Drücke ergeben, bis zu 100bar, was zu einer vergleichsweise geringen Reibung zwischen dem Rotor 26 und der Welle 28 führt.

In Fig. 3a ist perspektivisch die im Wesentlichen zylinderförmige Abdeckscheibe 40 vom Druckstutzen 16 her und in Fig. 3b in Richtung des Druckstutzens 16 gezeigt. Die Abdeckscheibe 40 umfasst sechs Stutzen 70, die im Montagezustand in jeweils einer der Aussparungen 38 des Rotors 28 angeordnet sind. Jeweils zwischen zwei benachbarten Stutzen 70 befindet sich eine Magnetaufnahme 72 in Form einer radial verlaufenden Vertiefung. Innerhalb der Magnetaufnahmen 72 sind die axialen Enden der Permanentmagnete 34 positioniert. Am radialen Ende der Magnetaufnahmen 72 befindet sich jeweils eine axial verlaufende Zunge 74, mittels derer die Permanentmagnete 34 stabilisiert werden. Jeder Stutzen 70 weist einen axial verlaufenden dritten Kanal 76 und einen axial verlaufenden zweiten Kanal 78 auf, wobei die Mittelpunkte deren jeweiliger Querschnitte auf derselben radialen Geraden liegen. Die Querschnitte sind hierbei rund, was zu einer im Wesentlichen zylinderförmigen Ausgestaltung der beiden Kanäle 76, 78 führt. Der Radius des Querschnitts des dritten Kanals 76 ist größer als der des zweiten Kanals 78, wobei die Kanäle 76, 78 in axialer Richtung die gleiche Ausdehnung aufweisen. Folglich ist das Volumen des dritten Kanals 76 größer als das des zweiten Kanals 78.

Jedem Stutzen 70 ist ein erster Kanal 80 zugeordnet, der jeweils mittels einer in die Abdeckscheibe 40 eingebrachten Nuten erstellt ist. Hierbei mündet jeder zweite Kanal 78 an einem von dessen axialer Enden jeweils in einem der ersten Kanäle 80, wobei die ersten Kanäle 80 jeweils entlang der radialen Geraden verlaufen, auf der die Mittelpunkte der zugeordneten zweiten und dritten Kanäle 76, 78 liegen. Jeder erste Kanal 80 wiederum mündet in eine im Montagezustand zwischen dem Rotor 28 und der Welle 26 gebildeten Ringkammer 82 der Führung 66.

Jeder zweite Kanal 78 ist an dem dem ersten Kanal 80 gegenüberliegenden Ende mittels einer Abzweigung 84 mit dem jeweils zugeordneten dritten Kanal 76 verbunden, der im Montagezustand in einen der sechsten Kanäle 42 übergeht. An dem dem sechsten Kanal 42 gegenüberliegenden Ende ist der jeweilige dritte Kanal 76 jeweils mit zwei vierten Kanälen 86 verbunden, die zumindest teilweise mittels einer Aussparung innerhalb der Magnetaufnahmen 72 gebildet sind. Jeder vierte Kanal 86 weist eine Teilung auf, so dass jeder vierte Kanal 86 mit zwei dritten Kanälen 76 verbunden ist. Der Bereich des vierten Kanals 86 vor der Teilung verläuft dabei radial, wohingegen der Bereich des vierten Kanals 86 gekrümmt ist, der sich zwischen der Teilung und den zugeordneten dritten Kanälen 76 befindet.

Jeder vierte Kanal 86 weist an dem den dritten Kanälen 76 gegenüberliegenden Enden einen Zufluss 88 auf, der im Wesentlichen axial gerichtet ist. Auch sind die Zuflüsse 88 im Vergleich zu den Stutzen 70 in Richtung der Rotorachse 20 versetzt und befinden sich auf der gegenüberliegenden Seite der Abdeckscheibe 40. Mit anderen Worten münden die vierten Kanäle 86 im Montagezustand im ersten Raum 62. Im Montagezustand sind die vierten Kanäle 86 mittels der Permanentmagneten 34 und dem axial außenliegensten Rotorblech 36 des Blechpakets 32 abgedeckt. Ebenso sind die ersten Kanäle 80 mittels dieses Rotorblechs 36 zumindest teilweise geformt. Die Begrenzungen der zweiten und dritten Kanäle 78, 76 sind teilweise mittels der Aussparungen 38 gebildet.

Jeweils einer der zweiten Kanäle 78, einer der dritten Kanäle 76 und einer der vierten Kanäle 86 bilden jeweils ein Labyrinth 90 des Zentrifugalabscheiders 86, mittels dessen die zur Lagerung herangezogene Flüssigkeit gereinigt wird. Hierbei tritt die Flüssigkeit über die Zuflüsse 88 in die vierten Kanäle 86 ein, wo vergleichsweise schwere Schwebteilchen aufgrund der Krümmung des vierten Kanals 86 bereits im Bereich der Magnetaufnahme 72 ausgesondert werden und sich dort anlagern. Die zum Teil gereinigte Flüssigkeit tritt in den dritten Kanal 76 jedes Labyrinths 90 ein, wo aufgrund der Rotationsbewegung des Rotors 28 die schweren, noch in der Flüssigkeit befindenden Schwebteilchen an den radial äußeren Rand gedrängt werden. Dieser Teil der Flüssigkeit wird an der jeweiligen Abzweigung 84 vorbei in den zugeordneten sechsten Kanal 42 befördert und von dort auf die dem Saugstutzen 14 zugewandten Seite des Pumpenrads 44. Der Teil der Flüssigkeit, der vergleichsweise wenig Schwebteilchen enthält, gelangt über die Abzweigungen 84 in die zweiten Kanäle 78, wo eine weitere Reinigung der Flüssigkeit stattfindet. Etwaige noch vorhandene Schwebteilchen lagern sich hierbei am radial äußeren Bereich des jeweiligen zweiten Kanals 78 ab. Folglich ist der Teil der Flüssigkeit, der in die ersten Kanäle 80 und von dort in die Ringkammer 82 der Führung 66 gelangt, vergleichsweise frei von Verunreinigungen in Form von Schwebteilchen, die die Führung 66 verstopfen könnte.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Abdeckscheibe 40 gemäß Fig. 3a dargestellt. Im Vergleich zur vorher gezeigten Ausführungsform fehlt dieser Abdeckscheibe 40 die vierten Kanäle 86. Vielmehr sind sämtliche dritte Kanäle 76 der Labyrinthe 90 an deren radialen Ende im Bereich eines axialen Freiendes geöffnet und weisen folglich jeweils einen radial nach außen gerichteten Zufluss 92 auf. Im Montagezustand endet jeder der Zuflüsse 92 in dem zwischen dem Rotor 28 und dem Stator 24 gebildeten Spalt 64. Jeder Zufluss 92 liegt hierbei auf der gleichen radialen Geraden, auf der auch der erste Kanal 80 liegt, in den das den Zufluss 92 aufweisenden Labyrinth 90 mündet.

Bei Betrieb der elektromotorischen Wasserpumpe 2 mit dieser Abdeckscheibe 40 tritt die zu pumpende Flüssigkeit von dem Spalt 64 her durch den Zufluss 92 in die dritten Kanäle 76 ein. Dort wird die Flüssigkeit gereinigt, wie bereits bei Fig. 3a und 3b beschrieben, und der die Verunreinigungen aufweisende Teil der Flüssigkeit wird durch den sechsten Kanal 42 abtransportiert. Die gereinigte Flüssigkeit gelangt durch die ersten Kanäle 80 zur Ringkammer 82 der Führung 66.

In Fig. 5a und 5b ist eine weitere Ausführungsform des Zentrifugalabscheiders 68 dargestellt. Hierbei ist das Pumpenrad 44 perspektivisch in Fig. 5a von dem ersten Raum 62 und Fig. 5b von dem Druckstutzen 16 her gezeigt. Das Pumpenrad 44 ist einstückig mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Deckel 94, der den Zentrifugalabscheider 68 aufweist. Der Verbund aus dem Pumpenrad 44 und Deckel 94 ist konzentrisch zur Welle 26 angeordnet und an dieser angebunden. Der Zentrifugalabscheider 68 umfasst eine Anzahl von S-förmigen fünften Kanälen 96. Die fünften Kanäle 96 befinden sich hierbei auf der dem Pumpenrad 44 abgewandten Seite des Deckels 94 und sind sternförmig um die Welle 26 verteilt. Jeder fünfte Kanal 96 weist einen radialen Zufluss 98 auf, der im Montagezustand im Bereich des Rohrkragens 56 endet. Der Deckel 94 ist auf der dem Pumpenrad 44 gegenüber liegenden Seite mittels einer Scheibe 100 abgedeckt, die ebenso wie der Deckel 94 und das Pumpenrad 44 eine zentrale Aussparung 102 aufweist, innerhalb derer die Welle 26 angeordnet ist. Die Scheibe 100, die einen im Wesentlichen runden Querschnitt senkrecht zur Motorachse 20 aufweist, und die lediglich teilweise dargestellt ist, weist an deren Umfangsseite eine umlaufende Stufe 104 auf. Ferner werden mittels der Scheibe 100 die fünften Kanäle 96 abgedeckt.

Bei Betrieb der elektromotorischen Wasserpumpe 2 strömt die Flüssigkeit durch die Zuflüsse 98 in die fünften Kanäle 96. Zudem wird Flüssigkeit, die sich zwischen dem Deckel 94 und dem Blechpaket 32 befindet, in die fünften Kanäle 96 gesaugt, und zwar in dem Bereich, der sich zwischen den Zuflüssen 98 und der Scheibe 100 befindet. Die Sogwirkung wird dabei durch die Stufe 104 verstärkt, und die Flüssigkeit gelangt durch die fünften Kanäle 96 radial nach innen zur der sich im Bereich der Welle 26 befindenden Führung 66. Aufgrund der S-förmigen Ausgestaltung der fünften Kanäle 96 stellt sich eine Strömungsverteilung innerhalb der fünften Kanäle 96 ein, mittels derer die Flüssigkeit gereinigt wird. In Folge dessen wird eine Verstopfung der Führung 66 aufgrund von Schwebpartikeln vermieden.

Mittels der radialen Ausdehnung der Scheibe 100 wird die Filterwirkung des Zentrifugalabscheiders 68 eingestellt. Bei einer vergleichsweise großen radialen Ausbildung der Scheibe 100 gelangt vergleichsweise wenig Flüssigkeit durch die fünften Kanäle 96 zur Führung 66. Die Flüssigkeit weist dabei eine vergleichsweise hohe Geschwindigkeit auf, wobei die Schwebstoffe aufgrund der hohen Geschwindigkeit im Bereich der S-Form vergleichsweise oft in Kontakt mit den Außenwänden der fünften Kanäle 96 gelangen und in Folge dessen abgebremst werden. Somit ist die Filterwirkung vergleichsweise stark. Bei einer geringeren radialen Ausdehnung der Scheibe 100 ist hingegen die Geschwindigkeit der sich innerhalb der fünften Kanäle 96 befindenden Flüssigkeit vergleichsweise gering, so dass die Filterwirkung vergleichsweise schwach ist. Dafür gelangt ein vergleichsweise großes Volumen der Flüssigkeit zur Führung 66, was die Lagerung verbessert.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform des Zentrifugalabscheiders 68 dargestellt, wobei die Ausführung des Deckels 94 und des Pumpenrads 44 der in Fig. 5a, 5b gezeigten Ausführungsform entspricht. Die radiale Ausdehnung der lediglich teilweise gezeigten Scheibe 100 hingegen ist vergrößert und entspricht im Wesentlichen der des Deckels 94. Folglich werden die fünften Kanäle 96 im Wesentlichen vollständig von der Scheibe 100 abgedeckt. Die Stufe 104 des Deckels liegt formschlüssig an einem Kragen 106 des Deckels 94 an. In Folge dessen ist ein Eintritt der Flüssigkeit in die fünften Kanäle 96 lediglich durch die Zuflüsse 98 möglich. Mittels der hier gezeigten Scheibe 100 ist folglich eine maximale Filterwirkung des Zentrifugalabscheiders 68 realisiert. Ferner ist in diesem Beispiel die Aussparung 102 der Scheibe 100 weggelassen und der Deckel 94 und das Pumpenrad 44 in anderer Weise mit der Achse 26 verbunden.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

2 elektromotorische Wasserpumpe

4 Pumpendeckel

6 Motorgehäuseteil

8 Deckelflansch

10 Gehäuseflansch

12 Pumpengehäuse

14 Saugstutzen

16 Druckstutzen

18 Elektronikdeckel

20 Rotorachse

22 Elektromagnet

24 Stator

26 Motorwelle

28 Rotor

30 Elektronik

32 Blechpaket

34 Permanentmagnet

36 Rotorblech

38 Aussparung

40 Abdeckscheibe

42 sechster Kanal

44 Pumpenrad

45 hydrodynamische Gleitlagerung

46 deckelseitiges Gleitlager

48 topfbodenseitiges Gleitlager

50 zweiter Raum

52 Spalttopf

54 Topfboden

56 Rohrkragen

58 Spaltrohrflansch

60 Topfwand erster Raum

Spalt

Führung

Zentrifugalabscheider Stutzen

Magnetaufnahme Zunge

dritter Kanal zweiter Kanal erster Kanal

Ringkammer

Abzweigung vierter Kanal

Zufluss

Labyrinth

Zufluss

Deckel

fünfter Kanal

Zufluss

Scheibe

Aussparung

Stufe

Kragen