Die vorliegende Erfindung betrifft eine Umwälzpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Kühlvorrichtung mit einer Umwälz pumpe.

Neben großen und leistungsstarken Umwälzpumpen zum Beispiel für

Heizungsanlagen oder Schwimmbäder sind aus dem Stand der Technik auch relativ kleine Umwälzpumpen bekannt, die beispielsweise in Flüssigkeits kühlungen für Computerprozessoren Anwendung finden. Hier sind

verschiedene Bauformen bekannt.

So beschreibt die US 2008/0104992 Al eine Pumpe mit einem Gehäuse, einem Stator und einem in dem Stator angeordneten Rotor. Der Rotor als Innenläufer ist gegenüber dem Stator mit einem kleineren Durchmesser versehen, wodurch die Leistungsfähigkeit und der Wirkungsgrad der Pumpe eingeschränkt sind.

Die aus der US 7,016,195 B2 bekannte Pumpe ist als Spalttopfpumpe mit einem Außenläufer ausgebildet. Der Spalttopf bedingt einen Abstand zwischen dem Stator und dem Rotor, durch den der Wirkungsgrad eingeschränkt ist. Diese Bauart erfordert einen größeren Anteil an permanentmagnetischem Material im Rotor. Außerdem ist der Stator von der Förderflüssigkeit getrennt angeordnet, so dass der Stator nicht wirksam gekühlt wird.

Aus der US 2004/0234399 Al ist eine Pumpe bekannt, die als so genannter Scheibenläufer aufgebaut ist. Stator und Rotor liegen in Axialrichtung nebeneinander. Hier werden die magnetischen Kräfte durch die Axiallagerung aufgefangen, die dadurch aufwändig konstruiert sein muss. Der nächstkommende Stand der Technik ist aus der US 2005/0117298 Al bekannt. Diese Schrift offenbart verschiedene Ausführungsformen von klein bauenden Umwälzpumpen, beispielsweise für die Flüssigkeitskühlung von Prozessoren. Die Figur 46 zeigt eine Pumpe mit einem zentral gelagerten Außenläufer, der einen Stator umgibt. Der Stator ist dabei in ein Gehäuseteil integriert. Da der Stator kompakt aufgebaut ist und nur mit einem begrenzten Teil seiner Oberfläche über einen Spalttopf mit der Förderflüssigkeit in wärmeleitendem Kontakt steht, ist die Kühlung des Stators begrenzt. Dies begrenzt folglich auch die mögliche elektrische Leistungsaufnahme des Motors.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Umwälzpumpe zu schaffen, die bei höherer Leistungsfähigkeit dennoch kompakt aufgebaut ist.

Weil bei einer gattungsgemäßen Umwälzpumpe für Förderflüssigkeit der Stator so innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, dass sich im Betrieb Förderflüssig keit zwischen dem Stator und dem Gehäuseboden des Gehäuses und zwischen dem Stator und dem Gehäuseoberteil des Gehäuses befindet, wird der Stator über einen besonders großen Teil seiner Oberfläche direkt gekühlt und kann deshalb mit einer größeren Leistungsdichte betrieben werden. Dies gilt insbesondere, wenn zwischen dem Gehäuseboden und dem Stator und zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Stator jeweils ein Spalt gebildet ist, der mit dem Kanal für die Förderflüssigkeit kommuniziert.

Dabei wird mechanische Wirkungsgrad besonders groß, wenn der Stator radial innerhalb des Rotors angeordnet ist.

Vorzugsweise sind der Pumpeneinlass und der Pumpenauslass mit einem geschlossenen Kreislauf für die Förderflüssigkeit verbunden. Dabei wird bevorzugt, wenn die Förderflüssigkeit eine inerte Flüssigkeit ist.

Es kann vorgesehen sein, dass auf dem dem Pumpeneinlass gegenüber liegenden Gehäuseboden des Gehäuses ein Treibergehäuse für elektronische Steuerung des Pumpenmotors, vorzugsweise in der Bauform eines ASIC, angeordnet ist, die mit dem Stator elektrisch verbunden ist. Die Steuerung wird dann durch den thermischen Kontakt mit dem Gehäuseboden ebenfalls von der Förderflüssigkeit gekühlt. Wenn der Rotor an einer axialen Stirnfläche, die dem Pumpeneinlass zugewandt ist, radial oder spiralförmig von der Drehachse nach außen verlaufende Oberflächenstrukturen trägt, die erhabene und zurückspringende Bereiche umfasst, wird die fluiddynamische Wirkung des Rotors verbessert.

Vorzugsweise ist der Rotor in einer fluiddynamischen Lageranordnung an dem Gehäuse gelagert, und vorzugsweise ist die fluiddynamische Lageranordnung mittels der Förderflüssigkeit geschmiert. Durch diese Lagerung ist die Pumpe sehr leise und langlebig.

Wenn zwischen dem Pumpeneinlass und dem Pumpenauslass ein Hauptstrom verläuft und zusätzlich ein Bypass vorgesehen ist, in dem ein Teilstrom von dem Hauptstrom abgezweigt wird, wobei der Teilstrom durch wenigstens einen der Spalte zwischen dem Gehäuse und dem Stator verläuft und der Teilstrom in Strömungsrichtung stromabwärts von dem Spalt wieder dem Hauptstrom zugeführt wird, kann der Teilstrom gezielt geführt werden, so dass die im Betrieb Wärme erzeugenden Komponenten ebenso gezielt gekühlt werden können. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Bypass durch wenigstens eine Durchgangsbohrung verläuft, die den Rotor von der dem Pumpeneinlass zugewandten Stirnfläche aus in Richtung auf den Stator durchsetzt. Eine solche Bohrung ist zur Dimensionierung besonders einfach kalibrierbar.

Bevorzugt verläuft die wenigstens eine Durchgangsbohrung in einem Abstand von der Drehachse des Rotors, der nicht mehr als 50% des Rotorradius beträgt. Dadurch stellt sich im Betrieb eine vorteilhafte Druckdifferenz über den Teilstrom ein.

Eine Vereinfachung der Fertigung ergibt sich, wenn das Gehäuse zweiteilig ist, wobei ein Gehäuseteil plattenförmig ausgebildet ist und der andere Gehäuse teil topfförmig zur Aufnahme des Stators und des Rotors ausgebildet ist.

Die Leistungsaufnahme des Pumpenmotors beträgt im Betrieb zwischen 1 W und 10 W, vorzugsweise zwischen 2 W und 4 W.

Die Aufgabe wird auch von einer Kühlvorrichtung mit einer Umwälzpumpe mit den oben beschriebenen Merkmalen und mit einem Wärmetauscher, der mit der Pumpe über Verbindungsleitungen verbunden ist und einen geschlossenen Kreislauf von Förderflüssigkeit aufweist, gelöst.

Dabei sind bevorzugt die Verbindungsleitungen und/oder der Wärmetauscher aus einem flexiblen Kunststoff gefertigt. Vorzugsweise kann der Wärme tauscher eine Elastizität aufweisen, die ausreichend ist, um die thermische Ausdehnung der Förderflüssigkeit im Betrieb aufzunehmen.

Wenn das Gehäuse der Umwälzpumpe in thermischem Kontakt mit einem LED-Modul eines Kraftfahrzeugscheinwerfers steht und dass der Wärme tauscher an dem Gehäuse des Kraftfahrzeugscheinwerfers angeordnet ist, wird durch die verbesserte Kühlung des LED-Moduls eine kompaktere Leuchten anordnung möglich. Mit Vorteil werden insbesondere die Umwälzpumpe und das LED-Moduls von derselben Betriebsspannung gespeist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen :

Figurl : eine erfindungsgemäße Umwälzpumpe in einem Querschnitt von der Seite; sowie

Figur 2: eine erfindungsgemäße Umwälzpumpe mit teilweise abgenom

menem Gehäuse in einem Querschnitt in einer perspektivischen Darstellung.

Die Figur 1 zeigt eine Umwälzpumpe für Förderflüssigkeit mit einem Gehäuse unterteil 1 und einem Gehäuseoberteil 2, wobei das Gehäuseunterteil 1 einen Stator 3 und eine Lageranordnung 4 für einen Pumpenrotor 5 trägt. Der Pumpenrotor 5 ist dabei drehbar in der Lageranordnung 4 und somit auch drehbar gegenüber dem unteren Gehäuseteil 1 und dem Stator 3 gelagert.

Der Stator 3 ist an dem unteren Gehäuseteil 1 mittels einer Hülse 6 befestigt, die die Lageranordnung 4 teilweise umgibt und die den Stator 3 innerhalb des unteren Gehäuseteils 1 positioniert. Dabei weist das untere Gehäuseteil 1 einen Gehäuseboden 11 und eine Gehäusewand 12 auf, die einen etwa zylindrischen Innenraum 13 begrenzen. In diesem Innenraum 13 ist der Stator 3 konzentrisch angeordnet und bildet gegenüber der Bodenwand 11 einen Spalt 15 aus. Ebenso ist zwischen dem Stator 3 und der Außenwand 12 des Gehäuses 1 ein umlaufender Spalt 16 gebildet, in dem der glockenförmige Rotor 5 mit Permanentmagneten 18 läuft. Schließlich ist auch ein Spalt 17 zwischen dem Stator 3 bzw. dem Rotor 5 und dem Gehäuseoberteil 2 gebildet.

Der Rotor 5 ist zentral in der Lageranordnung 4 gelagert, und zwar mit einem Lagerzapfen 20, der axial und radial ein fluiddynamisches Lager gegenüber der Lageranordnung 4 ausbildet. Zu diesem Zweck sind Fluidkanäle 21 für die Radiallagerung und 22 für die Axiallagerung in der Lageranordnung 4 ausgebildet. Die Fluidkanäle 21 und 22 stehen mit dem Innenraum 13 kommunizierend in Verbindung.

Der Rotor 5 weist weiter ausgehend von den Lagerzapfen 20 radial nach außen eine Rotorscheibe 25 auf, die im Wesentlichen kreisscheibenförmig ausgebildet ist und an ihrer Oberseite Nuten 26 aufweist. Die Nuten 26 verlaufen im

Wesentlichen radial von innen nach außen. Die Kreisscheibe 25 ist im Bereich einer Nut 26 mit einer achsparallelen Durchgangsbohrung 27 versehen, die von der Außenseite des Rotors zu der Innenseite des Rotors im Bereich des Stators 3 verläuft.

Der obere Gehäuseteil 2 weist Öffnungen für die Zufuhr und Abfuhr von Förderflüssigkeit auf, nämlich einen Einlass 30 und einen Auslass 31. Der Einlass 30 und der Auslass 31 sind koaxial bzw. achsparallel zu der Drehachse des Rotors 5 ausgebildet. Sie stehen kommunizierend in Verbindung mit dem Innenraum 13 des Gehäuses 1.

An der Außenseite des Gehäusebodens 12 ist ein Treibergehäuse 35

angeordnet, das ein ASIC als Motortreiber enthält. Dieses ist über elektrische Verbindungen 36 mit dem Stator 3 verbunden.

Eine andere Bauform ist in der Figur 2 perspektivisch dargestellt. Gleiche oder funktionsgleiche Bauelemente tragen gleiche Bezugsziffern. Bei der Bauform aus Figur 2 ist das Gehäuseoberteil abgenommen. Der Rotor ist perspektivisch von seiner Oberseite her zu sehen. Die an der Oberseite im scheibenförmigen Teil des Rotors angeordneten Nuten 26 verlaufen hier radial. Einige der Nuten 26 weisen Durchgangsbohrungen 27 auf, die die kommunizierende Verbindung zwischen der Oberseite des Rotors 5 und dem Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem Stator 3 hersteilen.

Im Betrieb wird die Umwälzpumpe aus den Figuren 1 oder 2 über den Einlass 30 und den Auslass 31 mit einem vorzugsweise geschlossenen Kühlkreislauf verbunden. Dies kann über Schlauchanschlüsse und flexible Kunststoff leitungen erfolgen, die zu einem Wärmetauscher führen. Das Kühlsystem ist bevorzugt geschlossen und mit einer Flüssigkeit gefüllt, die auch für die Lagerung des Rotors in der Lageranordnung 4 geeignet ist. Die Flüssigkeit ist insbesondere so auszuwählen, dass über die Fluidkanäle 21 und 22 eine Fluidversorgung der fluiddynamischen Lagerung des Rotors sichergestellt ist und keine Korrosion zu befürchten ist. In Frage kommen synthetische

Kühlflüssigkeiten oder auch reines Wasser mit einem Zusatz von Schmier mitteln und/oder Korrosionsinhibitoren. Der Kühlkreislauf wird bei der Montage entlüftet, so dass der gesamte Innenraum der Umwälzpumpe ebenfalls mit der Förderflüssigkeit gefüllt ist.

Von einer externen Steuerung (nicht dargestellt) wird der Motortreiber in dem Treibergehäuse 35 nun angesteuert und bestromt über die elektrischen

Verbindungsleitungen 36 den Stator 3, so dass der elektronisch kommutierte Pumpenmotor in Betrieb gesetzt wird. Der Rotor 5 beginnt, sich zu drehen. Durch die Drehbewegung wird die Förderflüssigkeit im Bereich der Nuten 26 radial nach außen gefördert, so dass an der Außenseite im Bereich des

Auslasses 31 ein höherer Druck entsteht als im Bereich des konzentrisch angeordneten Einlasses 30. Diese Druckdifferenz beginnt, die Förderflüssigkeit von dem Auslass 31 durch den Kühlkreislauf und den nicht dargestellten Wärmetauscher zu dem Einlass 30 strömen zu lassen. Der rotierende Rotor 5 wirkt so als Pumpenläufer.

Gleichzeitig wird auf Grund des höheren Drucks an der in Radialrichtung äußeren Seite des Pumpenrotors 5 ein Teilstrom an Förderflüssigkeit, der mit dem Pfeil 40 markiert ist, durch den Spalt 16 in Richtung auf die untere Flachseite 11 des Gehäuses 1 gefördert. Dort tritt der Teilstrom 40 radial nach innen unter dem Rotor 5 hindurch in Richtung auf den Stator 3 und

insbesondere in den Spalt 15 zwischen dem Stator 3 und der unteren Flachseite 11 ein. Weiter strömt der Teilstrom 40 dann zwischen dem Rotor und dem Stator hindurch und oberhalb des Stators 3 weiter radial nach innen, bis der Teilstrom 40 schließlich über die Durchgangsbohrung oder die Durch gangsbohrungen 27 in der Nähe der Saugseite nahe dem Einlass 30 der Umwälzpumpe wieder mit dem Hauptförderstrom vereinigt wird. Der Teilstrom 40 folgt also dem Druckgefälle zwischen der Druckseite und der Saugseite der Pumpe. Das Verhältnis zwischen dem Hauptförderstrom und dem Teilstrom 40 kann über die Dimensionierung der Durchgangsbohrungen 27 gewählt werden. Im Betrieb umströmt der Teilstrom 40 den Stator 3 über einen großen Teil von dessen äußerer Oberfläche, so dass die dort entstehende Wärme des Stators 3 im Betrieb wirksam abgeführt werden kann. Der Stator 3 kann dadurch mit hoher elektrischer Leistung beaufschlagt werden, so dass insgesamt die Leistung der Umwälzpumpe gemessen an der Größe der dargestellten Bauform erhöht werden kann, ohne dass thermische Probleme des Stators 3 die mögliche Leistung einschränken. Der Teilstrom 40 versorgt außerdem auch die Fluidkanäle 21 und 22 und damit die fluiddynamische Lagerung des Rotors 5 in der Lagereinrichtung 4 mit Förderflüssigkeit und stellt dadurch dauerhaft die Lagerung des Rotors 5 sicher.

In anderen Ausführungsformen können die Nuten 26 an der Oberseite des Rotors auch anders gestaltet sein. Hier sind beispielsweise auch spiralförmig oder bogenförmig angeordnete Nuten oder Rippen denkbar.

Ein nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst auch eine Kühlvorrichtung mit einer wie oben beschriebenen Umwälzpumpe. Die Kühlvorrichtung umfasst dann die Umwälzpumpe aus den Figuren 1 oder 2 und einen daran angeschlossenen Kühlkreislauf mit Verbindungsleitungen und wenigstens einem Wärmetauscher. Die Verbindungsleitungen und gegebenen falls auch der Wärmetauscher können flexibel als Kunststoffelemente ausge bildet sein, die durch ihre eigene Elastizität die im Betrieb auftretende thermische Ausdehnung der Förderflüssigkeit kompensieren können. Der Wärmetauscher kann beispielsweise an einer Gehäuseaußenseite oder

Gehäuseoberfläche angeordnet sein, wobei das Gehäuse ein wärmepro duzierendes Bauelement umgibt. Im Bereich der Umwälzpumpe oder durch einen zweiten Wärmetauscher kann die Wärme aufgenommen werden und dann über den an der Gehäusewand angeordneten Wärmetauscher abgegeben werden.

Eine solche Kühlvorrichtung kann z. B. für die Kühlung von LED-Leuchtmitteln in Kraftfahrzeugscheinwerfern eingesetzt werden. Die Leuchtmittel benötigen im Betrieb eine Kühlung, die derzeit als Luftkühlung ausgeführt ist. Dadurch wird eine Bauform erforderlich, die der Luftkühlung ausreichend Raum verschafft, um die Kühlung wirksam zu ermöglichen. Mit der oben

beschriebenen Kühlvorrichtung unter Verwendung der Umwälzpumpe kann eine Flüssigkeitskühlung realisiert werden, die neue Möglichkeiten bei der Gestaltung der Bauform von LED-Leuchten insbesondere für Kraftfahrzeuge ermöglicht.

Dabei ist es vorteilhaft, den Pumpenmotor der Umwälzpumpe über die

Steuerung 35 unmittelbar mit der Betriebsspannung des Leuchtmittels zu beaufschlagen, so dass bei eingeschaltetem Leuchtmittel automatisch auch die Umwälzpumpe und damit der Kühlkreislauf in Gang gesetzt wird. Eine solche Kühlvorrichtung kann vollständig in den LED-Scheinwerfer eines Kraftfahr zeugs integriert werden und zusammen mit dem Scheinwerfer geliefert werden. Für die Installation und den Betrieb eines solchen Scheinwerfers mit Kühlvorrichtung in einem Kraftfahrzeug ergeben sich dann keine

Abweichungen gegenüber konventionellen Bauformen. Insbesondere sind keine zusätzlichen Anschlussarbeiten erforderlich und es ist nicht erforderlich, die Kühlvorrichtung separat anzusteuern.

Eine solche Kühlvorrichtung kann auch in anderen Bereichen, besonders bei Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden. So ist auch die Kühlung von

elektronischen Komponenten von Infotainmentsystemen oder

Fahrassistenzsystemen mit einer solchen Kühlvorrichtung möglich und vorteilhaft, da auch dann die Bauformen kompakter gewählt werden können. Bezugszeichen

1. Gehäuseunterteil

2. Gehäuseoberteil

3. Stator

4. Lageranordnung

5. Pumpenrotor

6. Hülse

11. Gehäuseboden

12. Gehäusewand

13. Innenraum

15. Spalt

16. Spalt

17. Spalt

18. Permanentmagnete

20. Lagerzapfen

21. Fluidkanal

22. Fluidkanal

25. Rotorscheibe

26. Nuten

27. Durchgangsbohrung

30. Einlass

31. Auslass

35. Treibergehäuse

36. Verbindungsleitung

40. Teilstrom