液体泵的制作方法

本发明涉及一种液体泵，其具有以能围绕轴转动的方式支承在输送介质中的泵叶轮和电路板，电路板布置在相对于输送介质密封的干燥腔中，其中，轴的径向力一方面被干燥腔与输送介质之间的分隔壁承受，并且另一方面被泵头承受。

背景技术：

尤其地，在下文将考虑具有电功率在约30w至200w的功率范围内的三相马达的液体泵，但并不局限于此。

按类属的液体泵，尤其是机动车水泵，通常由经电子换向的直流马达驱动，其包括多个产生热的构件，属于这些构件的主要有经缠绕的定子和装备有功率构件的电路板。定子和电路板通常被直接布置在分隔壁上，该分隔壁将其中布置有产生热的构件的干燥腔与穿流有输送介质的湿腔彼此间密封。定子通常相对泵叶轮的转动轴线径向地布置，并且电路板与转动轴线成直角地布置。泵叶轮相对液压部件轴向错开地具有磁性部件，磁性部件与经缠绕的定子在径向相对置。因为随着每代产品提高了对功率密度的要求，所以需要将功率构件的热尽可能好地输出到周围的构件上或优选输出给输送介质。输送介质尤其是由于强制流动而适用于持续不断地运走所产生的热。在内燃机的冷却回路中，于是这些热被与内燃机的废热一起输出给水-空气热交换器，其通过迎面风同样持续不断地将热输出给周围环境。

随着表面积，尤其是相关的区域之间的接触面积越大并且所使用的材料的导热值越好，从一个构件到另一个构件或介质的热传递就越好地实现。然而，尽管如此，仍经常并不能将所产生的热以足够的程度排出。这一情况是因为在湿腔的磁性有效的区域中由于流动路线较窄而只能够有少量的流体流动。与之相应地，例如在抽吸区域中却提供了高的体积流量。还公知有如下液体泵，在其中设立有耗费高的次级回路，其使输送介质的一部分绕行，并且从产生热的电子器件和/或定子旁边引导经过。然而，由此却影响了液压效率。次级回路的另一缺点是由输送介质所夹带的颗粒和悬浮物所引起。这些物质会混入到次级回路中并将其堵塞。

使用高品质的构件或装入多个并联的构件也可以降低消耗功率进而降低热生成。另一条途径是使用更耐温的电路板材料，例如基于al2o3的陶瓷电路板。然而，这些措施却受物理上并且尤其是经济上的限制。

技术实现要素：

因此，本发明的任务是设置结构上的措施，以确保从电路板及其功率构件到输送介质的最佳的热输出，而不会不利地影响泵的液压效率。目的是将电路板上的相对于输送介质的超温限制在最大20k。

根据本发明，该任务通过权利要求1的特征来解决。因为由在电路板上的电子构件产生的热的主要部分经由导热路径输出给冷却介质，导热路径的组成部分包括轴和轴容纳部，轴容纳部将轴的径向力从该轴传递到分隔壁或泵头上，所以提供了特别大的可用的表面积，经由该表面积能够将热输出给输送介质。

本发明的改进方案在从属权利要求中表示出。在本发明思路的改进方案中设置的是，第一轴容纳部贴靠在分隔壁的相对泵叶轮的转动轴线轴向地布置的底部上。

此外设置的是，第二轴容纳部布置在泵头的抽吸通道中并且在运行中至少部分地被输送介质绕流。

为了使用轴容纳部的导热能力来进行热传导而设置的是，轴容纳部由金属材料构成。优选地，两个轴容纳部都由特别良好导热的金属材料制成。铝和镁被视为最合适的材料。

在下文中，提到了多个如何能够有效地将热从功率构件传递到导热板上的可行方案。这些可行方案可以分别单独地或与另外的可行方案中的一个或多个组合地使用。首先提出的是，电路板具有多个过孔，过孔形成从功率构件穿过电路板至与功率构件相对置的侧的导热的连接部，并且在那侧直接或经由导热介质与导热板处于导热接触。

另外的可行方案在于，电路板具有至少一个凹口，功率结构元件穿过凹口，并且直接或经由导热介质与导热板处于导热接触。

还可以想到的是，电路板的至少一个导体迹线直接或经由导热介质与导热板处于导热接触。导热板优选由铝或具有相似的特性的材料构成。

最后也可行的是，导热板形成有电路板的至少一个电导体迹线或导体迹线区域。

通过如下方式实现从电路板到分隔壁上的良好的热传递，即，导热板紧密贴靠地布置在电路板与分隔壁之间，并且是导热路径的组成部分。

该热传递可以通过增大导热板和分隔壁的表面积来优化，为此，导热板构造有增大其表面积的几何构形，该几何构形与分隔壁的相应的几何构形相协调。

提出的是，这些几何构形由环绕的突出的器壁构成。

对此替选地，这些几何构形也可以由突出的栓钉构成。

原则上，所有增大表面积的几何构形都是合适的，这些几何构形允许了从注塑成型模具脱模并且满足了针对这些形状的设计规则。这同样适用于导热板的制造。

导热路径可以通过如下方式被进一步改进，即，第一轴容纳部具有紧密地贴靠到分隔壁上的大面积的接触盘和用于轴的容纳套筒。容纳套筒应当尽量是大面积的，并且尽量完全填满现有的结构空间。

第一轴容纳部的表面积也应当选择得尽量大，为此提出了与接触盘联接的支撑套环，其径向地支撑在分隔壁的管形的区域上。

为了能够运输尽量多的热并且为了获得尽量大的表面积用以改善热传递而设置的是，轴的直径为第一轴容纳部在接触盘的区域中的直径的至少20％。

在输送介质中，轴在其整个长度上将热输出给其周围环境，这可以通过如下方式来优化，即，泵叶轮经由套筒形的滑动轴承支承在轴上，该滑动轴承将由轴吸收的热的一部分排出给泵叶轮。

为了使该热排出尽量大而提出的是，滑动轴承的长度相应于轴的长度的至少10％。

因为轴在其长度上持续不断地输出热，使得轴直径特别是在热源附近应当特别大，然后可以在离得比较远的区域选择得较小，因此在本发明的改进方案中，轴应当具有至少两个不同大小的直径区域，其中，具有较大直径的轴区段容纳在第一轴容纳部中。然而，出于经济上的原因，在许多情况下具有唯一的直径的轴是优选的。

因为在抽吸通道中存在有特别高的通量的输送介质，使得热可以在这里最有效地被运走，因此将尽可能多的在电路板的功率结构元件生成的热能传导直到抽吸通道是非常重要的。这方面通过如下方式被优化，即，第二轴容纳部由良好导热的材料构成，并且具有附加滑动轴承和至少一个辐条，优选具有三个辐条，辐条形成一体式的主体。附加滑动轴承吸收到来自轴的热，并且将热传导到辐条中并也直接进一步地传导到输送介质中。

出于制造技术上和经济上的原因，泵头优选由能以注塑成型技术加工的塑料材料制成。然而，为了反映上述优点而设置的是，第二轴容纳部通过初次成形来与泵头，尤其是泵头的抽吸通道接合。为此，热膨胀系数应尽可能彼此接近。在pps和铝构成的配对中是这种情况。

替选地，第二轴容纳部与泵头，尤其是泵头的抽吸通道通过压入以力锁合和/或形状锁合的方式接合。为此，优选在泵头与由抽吸通道和第二轴容纳部构成的结构组件之间设置有锥体。附加地，可以通过胶合、焊接或拧接来固定连接。如果需要密封要求，则可以附加地将o型密封件放入在两个接合配合件之间。替选地也可以引入液体密封物。

在最佳的情况下，抽吸通道是第二轴容纳部的一体式的组成部分。由此再次明显地增大了传热的部件的表面积。

在该情况下，抽吸通道优选通过初次成形与泵头接合，其中，泵头由能以注塑成型技术加工的塑料材料构成。

分隔壁的导热能力也可以通过对构成分隔壁的塑料材料的改性来优化。为此，将能良好导热的添加物混入到基础材料中。

改善冷却路径的导热能力的非常有效的措施在于，轴由铝，尤其是铝合金构成。

因为铝不具有最佳的耐磨特性，所以适宜地设置的是，轴至少在支承区域中设有耐磨涂层，尤其是钼涂层、铬氧化物涂层、铝氧化物涂层、镍涂层或青铜涂层。

对此替选地设置的是，将至少一个附加滑动轴承，尤其是圆柱轴承挤压到轴上，其中，附加滑动轴承由塑料、金属构成，由含石墨的材料或陶瓷材料构成。为了确保附加滑动轴承在轴上的限定的位置，轴设有凸肩。

理想地，至少一个、优选是两个轴容纳部由铝材料构成。

原则上重要的是，轴的直径与长度之比大于0.1，尤其是大于0.15，优选大于0.2。该比越大，热流进而是可实现的冷却效果就越大。

附图说明

下面结合附图详细阐述本发明的实施例。其中：

图1示出穿过根据本发明的液体泵的剖视图；

图2a示出具有涂层的轴；

图2b示出具有滑动轴承的轴；

图3示出泵头中的轴容纳部的第一实施例；

图4示出泵头中的轴容纳部的第二实施例；

图5示出泵头中的轴容纳部的第三实施例；

图6示出具有抽吸通道的泵头；

图7示出具有导热板的第一实施例的电路板；

图8示出具有导热板的第二实施例的电路板；

图9示出具有导热板和第三实施例的电路板；

图10示出具有导热板的第四实施例的电路板。

注：具有脚注的附图标记和没有脚注的相应的附图标记标注了附图中和附图说明中的相同名称的细节。其指的是在其他的实施例中、现有技术中的应用和/或该细节是变型方案。为简单起见，权利要求、说明书引言、附图标记列表和摘要只包含有没有脚注的附图标记。

具体实施方式

图1示出了穿过根据本发明的液体泵1的剖视图，其具有马达壳体19、泵头7、分隔壁6和泵叶轮3。马达壳体19和分隔壁6形成干燥腔5，在干燥腔中布置有电路板4、经缠绕的定子20和导热板11。分隔壁6和泵头7限界了湿腔21，在湿腔中布置有泵叶轮3、第一轴容纳部8、第二轴容纳部9和轴2。泵叶轮3经由滑动轴承18以能转动的方式支承在轴2上。分隔壁6由管形的区域17和盘形的区域22构成。第一个轴容纳部8具有接触盘14，接触盘从用于容纳轴2的容纳套筒15径向延伸直到分隔壁6的管形的区域17。与接触盘14联接有支撑套环16，支撑套环与分隔壁6的管形的区域17紧密贴合，并且以该方式增大了第一轴容纳部8与分隔壁6之间的接触面积。分隔壁6在此通过注塑成型法由塑料材料制成。分隔壁6的盘形的区域22构造得壁非常薄(例如仅1mm)，以用于减少热阻并且通过导热板11与第一轴容纳部8之间的夹心层得到了其稳定性。这种夹心层一部分在径向方向上也存在于支撑套环16与导热板11的突出的器壁12之间。第二轴容纳部9由良好导热的金属材料制成，而泵头7与抽吸通道10由能以注塑成型技术加工的塑料材料构成。第二轴容纳部9经由辐条23与抽吸通道10连接进而与泵头7连接。因为抽吸通道10在运行中被输送介质穿流，所以经由轴2传递到第二轴容纳部9和辐条23的热可以被大面积地输出给输送介质。在所示的示例中设置有三个辐条23(两个可见)。

图2a示出了由铝材料构成的轴2h。为了改善耐磨损性能，轴2设有铍涂层。

图2b示出了由铝材料构成的轴2i。为了改善耐磨损性能，轴2i设有附加滑动轴承31i。该附加滑动轴承被挤压到凸肩32i上。

图3示出了泵头7a中的第二轴容纳部9a的第一实施方式。在此，轴容纳部9a通过初次成形被接合(注塑包封)到抽吸通道10a中进而是被接合到泵头7a中。

图4示出了泵头7b中的第二轴容纳部9b的第二实施例。在此，轴容纳部9b通过压入来接合，其中，辐条23b扣入抽吸通道10b的为此所设置的槽24b中。由于第二轴容纳部9b在运行中始终受到泵叶轮3的加载，因此该第二轴容纳部防止了被意外拆卸。

图5示出了泵头7c中的第二轴容纳部9c的第三实施例。在此，第二轴容纳部9c与抽吸通道10c一体式地实施。由抽吸通道10c和轴容纳部9c构成的结构单元通过压入来与泵头7c接合。由于在此第二轴容纳部9c在运行中也始终受到泵叶轮3的加载，因此，该第二轴容纳部防止了被意外拆卸。无法看到泵头与第二轴容纳部9c之间的锥体，通过该锥体明显提高了保持力。

图6示出了具有抽吸通道10c和第二轴容纳部9c的泵头7c。此外，泵头7c还具有输出通道25c。

图7示出了具有导热板11d的第一实施方式的电路板4d。该导热板实施为平坦的板27d，并具有凹口，这些凹口被用作导体穿引部26d。此外，还示出了端子引脚28d和电容器29d。

图8示出了具有导热板11e的第二实施方式的电路板4e，该导热板具有突出的器壁12e，突出的器壁与平坦的板27e联接。

图9示出了具有导热板11f的第三实施方式的电路板，导热板具有由多个由电路板4f承载的彼此嵌套的同心的突出的器壁12f。通过大量的器壁增加了表面积，并且因此改善了传递热的能力。

在图10中示出了增大表面积的其他的可行方案。这里所示的导热板11g的第四实施方式具有突出的器壁12g，该突出的器壁包围了具有大量的突出的栓钉13g的区域。导热板11g在此也由电路板4g来承载。

附图标记列表

1液体泵30涂层

2轴31附加滑动轴承

3泵叶轮32凸肩

4电路板

5干燥腔

6分隔壁

7泵头

8第一轴容纳部

9第二轴容纳部

10抽吸通道

11导热板

12突出的器壁

13突出的栓钉

14接触盘

15容纳套筒

16支撑套环

17管形的区域

18滑动轴承

19马达壳体

20定子

21湿腔

22盘形的区域

23辐条

24槽

25输出通道

26导体穿引部

27平坦的板

28端子引脚

29电容器