Elektrische Kühlmittelpumpen. Immer richtig temperiert

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3 Elektrische Kühlmittelpumpen Konventionelle Kühlmittelpumpen zur Motorkühlung werden über Zahnriemen angetrieben mit fester Kopplung an die Motordrehzahl. Um eine ausreichende Kühlung auch bei niedrigen Motordrehzahlen mit hoher Last und hohen Außentemperaturen zu gewährleisten, werden die Pumpen für diesen Betriebspunkt ausgelegt und sind für den Normalbetrieb (höhere Drehzahl und geringe Last) überdimensioniert. Der Einsatz der elektrischen Kühlmittelpumpe in Verbindung mit einem modernen Thermomanagement des Verbrennungsmotors ergibt messbare Vorteile. Die bedarfsgerechte Kühlung führt, besonders in der Kaltstartphase, zu Kraftstoffeinsparung (ca. 3 %) und zu einer entsprechenden Reduzierung der Abgasemissionen. Darüber hinaus kann ein erhöhter Komfort im Fahrgastraum durch verbesserte Klimatisierung erreicht werden. Durch die Unabhängigkeit von einem mechanischen Antrieb gewinnt man für das Packaging im Motorraum erhebliche Freiheiten. Das Produktprogramm der Pierburg Pump Technology deckt den kompletten Anwendungsbereich an elektrischen Wasser- umwälz- und Kühlmittelpumpen in der Automobilindustrie ab. Das Spektrum reicht von Wasserumwälzpumpen für die Standklimatisierung sowie Nachlauf- und Nebenaggregatekühlung über elektrische Kühlmittelpumpen für die Ladeluft- und Motorkühlung. Auf dem Gebiet der elektrischen Wasserpumpen verfügt unser Unternehmen über große Erfahrung, insbesondere im Hinblick auf die EC-Motorentechnologie und die Hydraulik. Heute werden pro Jahr neben mehr als 6 Mio. mechanischen Kühlmittelpumpen auch über 6 Mio. elektrische Wasserumwälzpumpen und elektrische Kühlmittelpumpen mit elektronisch kommutiertem Motor produziert. Anwendungsbereiche Nach den Anwendungsbereichen werden die Pumpen in zwei Leistungsbereiche unterteilt: Die elektrische Wasserumwälzpumpe mit einer Gesamtleistung von 15 W bis 30 W und die elektrische Kühlmittelpumpe mit einer Leistung von 50 W bis 400 W. Abb. 1: CWA 50 3

4 Typische Anwendungsfälle sind: 15 W Zusatz- und Nebenaggregatekühlung, Klimatisierung im Pkw-Bereich, Nachlaufkühlung für Turbolader, AGR-Kühlung und Einsatz in Elektrofahrzeugen 50 W 100 W Ladeluftkühlung im Pkw-Bereich Klimatisierung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen Batteriekühlung DC DC Wandler und Power Elektronik Kühlung 200 W 400 W Motorkühlung im Pkw-Bereich (inklusive Zusatz- und Nebenaggregatekühlung, Klimatisierung) Ladeluftkühlung im Nfz-Bereich Technologie Bei der Entwicklung der elektronisch geregelten Wasserumwälz- und Kühlmittelpumpen wurden neue Technologien in den Bereichen Motor- und Elektronikauslegung sowie Hydraulik innovativ umgesetzt. Um den hohen Anforderungen an Betriebssicherheit und Lebensdauer gerecht zu werden, wurde das Konzept des Spaltrohrmotors gewählt. Bei diesem speziellen Motorprinzip wird in den Luftspalt zwischen Stator und Rotor zusätzlich ein Spaltrohr eingebracht, das den Stator gegenüber dem im Fördermedium laufenden Rotor statisch abdichtet. Da dieses Antriebssystem keine dynamischen und somit verschleißenden Dichtelemente (Gleitringdichtungen) erfordert, sind die Wasserumwälz- und Kühlmittelpumpen besonders betriebssicher und verschleißfrei. Darüber hinaus benötigt der in den Pumpen eingesetzte EC-Motor keine Kollektoren (Bürsten). Durch den Wegfall des mechanischen Kommutierungssystems wird die Lebensdauer praktisch nur noch durch die Abb. 2: Schnittmodell der elektrischen Kühlmittelpumpe (CWA 200) Abb. 3: CWA 200 4

5 Standzeit der Läuferlagerung begrenzt. Zudem reduziert die geringe Zahl der bewegten Teile die Geräuschentwicklung deutlich. Die an das Motorgehäuse integrierte Elektronik ist eine Eigenentwicklung. Sie erfasst die RotorsteIlung des Motors sensorlos und bestromt je nach dessen Lage die Ständerwicklungen. Die Regelung der elektrischen Kühlmittelpumpe erfolgt über die als Hybrid aufgebaute Elektronik, welche vom Motor-Management-System entsprechende Informationen übermittelt bekommt und damit den jeweils benötigten Kühlmittelstrom einstellt. Dabei können sowohl PWM-Signale als auch digitale Schnittstellen wie der LIN-Bus verwendet werden. Die kompakte Pumpenkonstruktion und der modulare Aufbau der elektrischen Kühlmittelpumpe (Hydraulik, Spaltrohrmotor, Elektronik) sowie der Verzicht auf aufwendige Kupplungsmechanismen zur leckagefreien Abdichtung des Antriebs ermöglichen eine platz- und gewichtssparende Bauweise. Beispielsweise fördert die Wasserumwälzpumpe im Bestpunkt bei einem Gewicht von lediglich 260 Gramm mehr als 800 Liter Kühlflüssigkeit pro Stunde bei einem Gegendruck von 100 mbar und die Kühlmittelpumpe (CWA 400) bei einem Gewicht von ca g mehr als Liter Kühlmittel pro Stunde bei einem Gegendruck von 800 mbar. Vorteile der elektrischen Wasserumwälz- und Kühlmittelpumpen Kraftstoffeinsparung und Verringerung der Abgasemission Durch die Anpassung an den tatsächlichen Kühlleistungsbedarf des Verbrennungsmotors durch die elektrische Kühlmittelpumpe können der Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission reduziert werden. Statt ca. 2,0 kw Aufnahmeleistung herkömmlicher mechanischer Pumpen kann zukünftig eine elektrische Pumpe mit ca. 0,2 kw im Pkw-Bereich bis 200 kw Motorleistung verwendet werden. Besonders bei zukünftigen Abgastests unter Kaltstartbedingungen von T = -7 C sind die Verbesserungen in Bezug auf die Abgasrohemissionen erheblich. Abb. 4: CWA 100 5

6 Kühlung auch ohne Betrieb des Verbrennungsmotors Möglichkeit des Nachlaufens der Pumpe nach Abschalten des Motors zur Vermeidung von hot spots oder im Winter zur Nutzung der Nachwärme, um den Komfort der Fahrgäste zu steigern. Nutzung unterschiedlicher Regelgrößen Die Elektronik der Pumpe ermöglicht es, außer der Kühlmitteltemperatur, auch weitere Regelgrößen des Motors zu nutzen. So kann die Drehzahlregelung der Pumpe beeinflusst werden, wodurch eine gleichmäßigere Bauteil- Temperatur erreicht und je nach Lastzustand des Motors das Temperaturniveau gesichert angehoben oder abgesenkt werden kann. Schnellere Wirkung der Heizung Die elektrische Kühlmittelpumpe erlaubt ein schnelleres Ansprechen der Heizung nach dem Kaltstart des Motors und liefert somit einen zusätzlichen Beitrag zu mehr Sicherheit und Komfort. Einbaufreiheit Mit der elektrischen Kühlmittelpumpe ist der Konstrukteur nicht mehr an den Einbauort Riemenebene Verbrennungsmotor gebunden, sondern kann die Kühlmittelpumpe an beliebiger Stelle innerhalb des Motorraums positionieren. Somit wird eine Integration in andere Bestandteile des Kühlmittelkreislaufes (z.b. Kühler) ermöglicht. Modulare Verbindung der Kühlmittelpumpe mit dem Thermostatventil Die Integration des Wasserventils an die Kühlmittelpumpe führt zur Verknüpfung der Funktionen und zu Vorteilen in der Montage beim Kunden. Technologie für die Zukunft Hybrid- und Brennstoffzellenfahrzeuge Bei den zukünftigen Antriebskonzepten wie Hybrid- oder Brennstoffzellentechnologie ist der Einsatz einer elektrisch angetriebenen Kühlmittelpumpe unumgänglich. Hier steht ein mechanischer Antrieb über die Kurbelwelle und Riemen nur noch eingeschränkt bzw. überhaupt nicht mehr zur Verfügung. Abb. 5: CWA 400 6

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8 Pierburg Pump Technology GmbH Alfred-Pierburg-Straße Neuss Tel Fax Änderungen vorbehalten. Gedruckt in Deutschland. A IX k

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