Pumpe mit Elektronikgehäuse und Kühlkörper

Die Erfindung betrifft eine Pumpe umfassend einen Antriebsmotor, wenigstens ein Elektronikgehäuse sowie wenigstens einen Kühlkörper zur Wärmeabfuhr aus dem Elektronikgehäuse, wobei zwischen Kühlkörper und Motorgehäuse ein Zwischenstück zur thermischen Entkopplung des Kühlkörpers von dem Motorgehäuse eingebracht ist, und wobei das Zwischenstück wenigstens eine Durchführungsöffnung zur Durchführung wenigstens einer Komponente zwischen Motorgehäuse und Kühlkörper aufweist.

Pumpen bestehen aus unterschiedlichen Komponenten, die unabhängig voneinander während des Pumpenbetriebs Abwärme erzeugen. Als Pumpenantrieb wird oftmals ein Elektromotor eingesetzt, dessen im Betrieb erzeugte Abwärme über das Motorgehäuse abgeführt wird. Zur Steuerung/Regelung der Pumpen bzw. des Elektromotors ist eine Steuerungselektronik, insbesondere ein Frequenzumrichter vorgesehen, die in einem gesonderten Elektronikgehäuse untergebracht ist. Das Elektronikgehäuse wird im Sinne eines kompakten Pumpenaufbaus am Motorgehäuse installiert. Zur Reduzierung der gegenseitigen thermischen Belastung müssen beide Gehäuse, d.h. das Motor- sowie das Elektronikgehäuse voneinander thermisch entkoppelt werden. Letzteres ist in der Regel mit einem eigenen Kühlkörper zur Optimierung der Wärmeabfuhr ausgestattet.

Für die notwendige thermische Entkopplung wurde in der Vergangenheit ein Zwischen stück zwischen Kühlkörper des Elektronikgehäuses und dem Motorgehäuse eingesetzt. Das Zwischenstück war beispielsweise ein Kunststoffteil, das die zugewandten Seiten des Kühlkörpers sowie des Motorgehäuses voneinander trennt. Da zwischen der Elektronik der Pumpe und dem Elektromotor Verbindungsleitungen notwendig sind, bspw. für den Statoranschluss an die Leistungselektronik des Frequen zumrichters, müssen sowohl das Zwischenstück, das Elektronikgehäuse mit Kühlkörper sowie das Motorgehäuse Öffnungen zur Bereitstellung von Durchführungsöffnungen für die Verbindungsleitungen aufweisen. Ein Eintritt von Spritzwasser über diese Durchfüh rungsöffnungen muss verhindert werden, weshalb diese Öffnungen durch gesonderte Maßnahmen gegenüber der Umgebung abzudichten sind. In der Vergangenheit wurde entweder eine Dichtlippe direkt in den Bereich des Zwischenstückes aufgespritzt oder aber ein separates Dichtungselement, wie bspw. ein O-Ring, eingesetzt. Diese Lösung erhöht jedoch den Montageaufwand sowie die Herstellungskosten der Pumpe.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung war es, die bisherige Vorgehensweise zu vereinfa chen und eine verbesserte Abdichtung im Bereich der Durchführungsöffnungen des Zwischenstückes zu erreichen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Pumpe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungen der Pumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Zwischenstück, welches zwischen Motorge häuse und Kühlkörper eingebracht ist, aus einem elastischen Material zu fertigen. Die Elastizität des Zwischenstücks erlaubt dessen definierte Verpressung im Bereich der Durchführungsöffnungen, was durch eine spezielle Geometrie, d.h. geeignete Ausfor mung des Kühlkörpers, des Motorgehäuses und/oder des Zwischenstückes erreicht wird. Die Ausformung von Presskanten an Kühlkörper und/oder Motorgehäuse bzw. eine Erhöhung der Materialstärke des Zwischenstückes im Bereich der Durchführungs öffnung des Zwischenstückes führt beim Zusammensetzen der Pumpe zu eine erhöhten Verpressung des Zwischenstückes um seine Durchführungsöffnung. Durch den dort stärker verpressten Flächenabschnitt des Zwischenstückes wird Dichtigkeit in diesem Bereich um die Durchführungsöffnung gezielt erhöht, so dass ein ausreichender Spritz wasserschutz gewährleistet und ein Wassereintritt von außen über die Durchführungs öffnung in das Elektronikgehäuse und/oder das Motorgehäuse verhindert wird. An Stelle einer separaten Dichtung bzw. dem Aufspritzen von Dichtungselementen wird auf diese Weise ein deutlich einfacherer Aufbau realisiert mit gleichzeitig einhergehender Einspa rung bei den Herstellungskosten.

Vorteilhaft ist es, das Motorgehäuse und/oder den Kühlkörper des Elektronikgehäuses im Bereich ihrer gegenseitigen Kontaktflächen mit einer Profilerhebung im Bereich der Durchführungsöffnungen des Zwischenstücks auszustatten. Eine solche Profilerhebung sorgt für die geometriebedingte Verpressung des Zwischenstückes im anliegenden Be reich. Von Vorteil ist eine wulstartige Profilerhebung an der Kontaktfläche des Motorge häuses und/oder des Kühlkörpers. Von Vorteil ist es ebenso, wenn eine solche Profiler hebung um eine Öffnung des Motorgehäuses und/oder des Kühlkörpers verläuft. Die Öffnung des Motorgehäuses und/oder des Kühlkörpers dienen in Verbindung mit der Durchführungsöffnung des Zwischenstückes zur Durchführung der wenigstens einen Komponente zwischen Motorgehäuse und Kühlkörper.

Das Zwischenstück ist vorteilhafterweise aus einem thermisch isolierenden Material ge fertigt, sodass eine thermische Entkopplung zwischen den beiden Komponenten, d. h. dem Motorgehäuse sowie dem Kühlkörper bzw. dem Elektronikgehäuse erreicht wird. Darüber hinaus kann es von besonderer Bedeutung sein, das Material für das Zwi schenstück zusätzlich aus einem elektrisch nichtleitenden Material zu fertigen. In der Regel sind der Kühlkörper und/oder das Motorgehäuse aus einem elektrisch leitenden Material wie Metall, insbesondere Aluminium gefertigt. Bei der Durchführung elektri scher Bauteile durch die entsprechenden Öffnungen im Motorgehäuse bzw. Kühlkörper ist eine elektrische Isolation evident wichtig, was unter anderem durch einen Mindestab stand zwischen Leitung und Öffnungswandung erreicht wird. Das Zwischenstück, wel ches aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist, kann zur zusätzlichen Iso lierung des Durchgangsbereichs gegenüber einer durchgeführten Elektroleitung dienen. Von Vorteil ist es hierzu, wenn das Zwischenstück im Bereich der Durchführungsöff nung eine, sich von der Oberfläche des Zwischenstücks erstreckende Schürze aufweist, die vorzugsweise in die anschließenden Öffnungen des Kühlkörpers und/oder des Mo torgehäuses hineinragt. Die Schürze dient demzufolge als eine Art Isolationsmantel, der sich um die durchgeführte elektrische Leitung erstreckt. Besonders bevorzugt ist es, wenn sich die Schürze passgenau an die Öffnungswand des Kühlkörpers und/oder des Motorgehäuses anlegt, d. h. den Öffnungsumfang des Kühlkörpers und/oder des Motor gehäuses idealerweise vollständig auskleidet.

Es besteht die Möglichkeit, das Elektronikgehäuse bzw. den dort vorgesehenen Kühl körper umfangsseitig an das Motorgehäuse sowie alternativ oder zusätzlich ans axiale Stirnende des Motorgehäuses anzubringen. Bevorzugt ist es in diesem Fall, wenn das Zwischenstück am axialen Ende, d. h. der dortigen Stirnseite des Motorgehäuses ange bracht ist, diese wiederrum mit dem Kühlkörper in Verbindung steht. Dabei kann vorge sehen sein, dass die Kontaktfläche des Kühlkörpers mit dem Zwischenstück überwie gend durch Kühlrippen gebildet ist.

Bei der Pumpe kann es sich um einen beliebigen Pumpentyp mit integrierter Elektronik steuerung handeln. Bevorzugt ist die Pumpe als Kreiselpumpe, besonders bevorzugt als Heizungsumwälzpumpe, ausgestaltet, die durch die integrale Steuereinheit vorzugs weise drehzahlgeregelt arbeitet.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung sollen nachfolgend anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 : eine Schnittdarstellung entlang der axialen Motorachse der Pumpe,

Figur 2: eine Detaildarstellung des Kontaktbereichs zwischen Motorgehäuse und Kühlkörper sowie dem dazwischen eingelegten Zwischenstück und

Figur 3: eine Draufsicht auf die axiale Stirnseite des Motorgehäuses.

Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung des gesamten Pumpenaggregats entlang seiner Pumpenachse. Die Gesamtkonstruktion umfasst den Hydraulikteil 1 mit Pumpenlaufrad 1a, hier ausgeführt als Kreiselpumpe, insbesondere Heizungsumwälzpumpe. Das Lauf rad 1a ist über die Pumpenwelle 1 b mit dem Rotor 6 des Elektromotors 2 verbunden. Der Elektromotor 2 bestehend aus Rotor 6 und Stator 5 ist innerhalb eines Motorgehäu ses 2a gelagert, das sich axial direkt an das Pumpengehäuse 1c anschließt. Am axia len, der Pumpe 1 abgewandten Ende des Motorgehäuses 2a schließt sich ein Kühlkör per 4 an, der zum Wärmeabtrag aus dem Elektronikgehäuse 3 dient. Der Kühlkörper 4 ist mit einzelnen Kühlrippen 4a versehen, die sich von einer Kühlkörpergrundplatte 4b in Richtung des axialen Endes des Motorgehäuses 2 erstrecken. Die Kühlkörpergrund platte ist unmittelbar mit dem Elektronikgehäuse 3 verbunden bzw. ist Bestandteil des Elektronikgehäuses 3.

Die elektrische Anbindung des Elektromotors 2 mit der Pumpenelektronik, bspw. der Leistungselektronik eines Frequenzumrichters, erfolgt über ein oder mehrere Statorste cker 7, die über eine Öffnung 2b (siehe Figur 3) in der axialen, dem Elektronikgehäuse zugewandten Stirnseite des Motorgehäuses 2 zugänglich sind. Das Elektronikgehäuse 3 umfasst eine korrespondierende Bohrung 8 in der Kühlkörpergrundplatte 4b, die bei vollständig montierter Pumpe fluchtend zur Öffnung 2a des Motorgehäuses liegt. Elekt rische Verbindungsleitungen (hier nicht dargestellt) können so vom Elektronikgehäuse 3 durch den Kühlkörper 4 und die Wand des Elektromotorgehäuses 2a bis zu den Stator steckern 7 durchgeführt werden. Neben den Öffnungen für den Statoranschluss können weitere Öffnungen für sonstige Verbindungen im Motorgehäuse 2a und Kühlkörper grundplatte 4b vorgesehen sein.

Sowohl das Motorgehäuse 2a als auch der Kühlkörper 4 sind aus Aluminium gefertigt und dadurch sowohl thermisch als auch elektrisch leitend. Während des Pumpenbetrie bes wird sowohl vom Elektromotor 2 als auch der Elektronik im Elektronikgehäuse 3 Ab wärme erzeugt, die an die Außenumgebung abgeführt werden muss.

Zur Vermeidung einer gegenseitigen thermischen Beeinflussung der Elektronik und Mo tor 2 wird eine thermische Entkopplung zwischen Elektronikgehäuse 3 und Motorge häuse 2a geschaffen, indem zwischen dem Kühlkörper 4 und der axialen, dem Elektro nikgehäuse 3 zugewandten Stirnseite des Motorgehäuses 2a ein Zwischenstück 10 ein gesetzt wird. Das Zwischenstück 10 ist aus Gummi gefertigt und hat daher eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit als das Motorgehäuse 2a bzw. der Kühlkörper 4. Durch das Zwischenstück wird eine direkte Kontaktierung von Kühlkörper 4 und Motorgehäuse 2a und damit eine thermische Entkopplung erreicht. Für die Durchführung der elektri schen und sonstigen Verbindungsleitungen zwischen Elektronikgehäuse 3 und Motor gehäuse 2a müssen korrespondierende Durchführungsöffnungen 10a im Zwischen stück 10 vorgesehen sein.

Eine Anforderung, die an Pumpen, insbesondere Heizungsumwälzpumpen gestellt wird, ist die des Spritzwasserschutzes, bspw. gemäß IP44. Zur Umsetzung dieser Vorgabe muss auch der Bereich der vorstehend angesprochenen Leitungsdurchführung ge schützt werden. Für die zusätzliche Abdichtung im Bereich der Leitungsdurchführung wird eine stärkere Verpressung 12 des elastischen Materials des Zwischenstückes 10 um den Bereich der Durchführungsöffnungen 10a gezielt erzeugt. Durch diese ver stärkte Materialverpressung 12 im Bereich um die Durchführungsöffnung 10a kann diese besser nach aussen hin abgedichtet werden und ein Eintritt von Spritzwasser in das Elektronikgehäuse und/oder Motorgehäuse wird effektiv verhindert. Insbesondere kommt diese Lösung ohne zusätzliche Einbringung separater Dichtungselemente aus.

Die Verpressung 12 wird durch eine spezielle geometrische Ausformung der das Zwi schenstück 10 im Bereich der Durchführungsöffnung 10a kontaktierenden Oberflächen erzielt. Im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt die Stirnseite des Motorgehäu ses 2a eine um den Rand der Öffnungen 2a vollumfänglich verlaufende Profilerhebun gen 2c, die sich in Richtung des Zwischenstücks 10 erhebt. Beim Zusammensetzen der Pumpe wird so der durch das Motorgehäuse 2a auf das eingesetzte Zwischenstück 10 aufgebrachte Druck um die Durchführungsöffnung 10a verstärkt, was zur gewünschten Verpressung im Randbereich des Zwischenstückes 10 um seine Durchführungsöffnung 10a führt. Auf das Einsetzen zusätzlicher O-Ringe bzw. das Aufspritzen von Dichtungs lippen kann verzichtet werden, weshalb die erfindungsgemäße Gesamtkonstruktion kostengünstiger wird.

Ergänzend kann das Zwischenstück 10 eine um die Durchführungsöffnung 10a verlau fende und sich senkrecht von der Ober- und/oder Unterseite des Zwischenstückes 10 erstreckende Schürze 11a, 11b aufweisen. Diese Schürzen 11a, 11b ragen in die Boh rung 8 des Kühlkörpers 4 sowie die Öffnung 2a des Motorgehäuses 2 hinein und klei den dort die entsprechende Öffnungswand vollumfänglich aus. Die elektrisch isolieren den Eigenschaften des Zwischenstückmaterials dienen als zusätzlicher Schutz, d.h. Iso- lation der Statorverbindungsleitungen gegenüber der metallischen Motorgehäusewand bzw. Kühlkörperwand im Bereich der Bohrungen 2a, 8. Dadurch wird ein möglicher elektrischer Überschlag von den stromführenden Statoranschlüssen auf die Gehäuse wand vermieden.