DE102018112455B3

DE102018112455B3 - System, umfassend eine Kühlmittelpumpe für ein Kraftfahrzeug und eine Antriebsvorrichtung für die Kühlmittelpumpe

Info

Publication number: DE102018112455B3
Application number: DE102018112455.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Geffert
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2038-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System, umfassend eine Kühlmittelpumpe (100) für ein Kraftfahrzeug und eine Antriebsvorrichtung für die Kühlmittelpumpe (100), wobei die Kühlmittelpumpe (100) eine Pumpenachse aufweist, wobei die Antriebsvorrichtung eine erste Antriebsachse (102) und ein Getriebe (101) umfasst, wobei die erste Antriebsachse (102) dazu ausgebildet ist, die Pumpenachse über das Getriebe (101) anzutreiben, wobei die Antriebsvorrichtung ein Schaltmittel (106) umfasst, das in einen geschlossenen und in einen offenen Zustand schaltbar ist, wobei das Schaltmittel (106) das dazu ausgebildet ist, im geschlossenen Zustand eine Kraftübertragung von der ersten Antriebsachse (102) zur Pumpenachse zu ermöglichen und im offenen Zustand eine Kraftübertragung von der ersten Antriebsachse (102) zur Pumpenachse zu verhindern, wobei die erste Antriebsachse (102) und die Pumpenachse jeweils auf geometrischen Achsen angeordnet sind, die sich schneiden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System mit einer Kühlmittelpumpe für ein Kraftfahrzeug und einer Antriebsvorrichtung für die Kühlpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kühlmittelpumpen für Kraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden genutzt, um Kühlmittel durch einen Kühlmittelkreislauf zu pumpen. Das Kühlmittel wird insbesondere genutzt, um Komponenten des Antriebs des Kraftfahrzeugs zu kühlen. Dies kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor sein. Bei einem Elektromotor kann das Kühlmittel zur Kühlung der Batterie bzw. des Akkumulators verwendet werden. Aus der DE 10 2016 119 361 A1 ist ein System bekannt, bei dem eine Kühlmittelpumpe durch eine Antriebsvorrichtung über ein Getriebe angetrieben wird.
Die DE 10 2005 024 827 A1 offenbart ein Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeuges mit einer Verbrennungskraftmaschine zum Vortrieb des Kraftfahrzeuges sowie einer Kühlvorrichtung zur Gewährleistung einer bedarfsgerechten Kühlung eines Antriebsaggregates mit möglichst geringem Aufwand und insbesondere Bauraumbedarf, wobei die Kühlvorrichtung wenigstens einen Kühlmittelkreislauf aufweist, in dem wenigstens eine Kühlmittelpumpe angeordnet ist, wobei die Kühlmittelpumpe eine Kopplung mit der Verbrennungskraftmaschine und wenigstens einem Elektromotor aufweist und ein Freilauf für die Kopplung vorgesehen ist.
Die DE 10 2011 115 065 B3 offenbart eine Kühlmittelfördereinrichtung mit einer Kühlmittelpumpe, die über ein Planetengetriebe von einem ersten und einem zweiten Antriebsaggregat antreibbar ist, wobei das Planetengetriebe über eine erste Eingangswelle für das erste Antriebsaggregat und eine zweite Eingangswelle für das zweite Antriebsaggregat verfügt. Dabei ist eine Kupplung vorgesehen, über welche die Eingangswellen in wenigstens einem Betriebszustand unmittelbar miteinander gekoppelt sind. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben einer Kühlmittelfördereinrichtung.
Die DE 10 2010 015564 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit einem Fluidkreislauf und einer darin angeordneten Fluidpumpe. Die Erfindung betrifft außerdem ein als Summationsgetriebe ausgebildetes Planetenradgetriebe zur Verwendung in einem Kühlkreislauf einer derartigen Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft außerdem eine Fluidpumpe, die das erfindungsgemäße Summationsgetriebe verwendet.
Die GB 644 096 A offenbart ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, einem Kühlmittelkreislauf und einer darin angeordneten Kühlmittelpumpe.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, das wenig Bauraum benötigt. Außerdem soll ein Kraftfahrzeug mit einem solchen System geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 und durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 11 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das System umfasst eine Kühlmittelpumpe für ein Kraftfahrzeug und eine Antriebsvorrichtung für die Kühlmittelpumpe. Die Kühlmittelpumpe weist eine Pumpenachse auf. Die Antriebsvorrichtung umfasst eine erste Antriebsachse und ein Getriebe. Die erste Antriebsachse ist dazu ausgebildet, die Pumpenachse über das Getriebe anzutreiben. Das Getriebe ist somit zwischen der ersten Antriebsachse und der Pumpenachse angeordnet und verbindet die erste Antriebsachse mit der Pumpenachse.
Die Antriebsvorrichtung umfasst außerdem ein Schaltmittel, das in einen geschlossenen Zustand und in einen offenen Zustand schaltbar ist. Das Schaltmittel ist dazu ausgebildet, im geschlossenen Zustand eine Kraftübertragung von der ersten Antriebsachse zur Pumpenachse zu ermöglichen und im offenen Zustand eine Kraftübertragung von der ersten Antriebsachse zur Pumpenachse zu verhindern. Das Schaltmittel kann auch als Kupplung bezeichnet werden. Die erste Antriebsachse kann beispielsweise über ein weiteres Getriebe von einem Antriebsmittel des Kraftfahrzeugs antreibbar sein. Das Antriebsmittel kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor sein.
Die erste Antriebsachse und die Pumpenachse sind jeweils auf geometrischen Achsen angeordnet, die sich schneiden. Unter den geometrischen Achsen werden dabei imaginäre Achsen verstanden, die nicht als Bauteil vorhanden sind. Sie dienen lediglich der Definition der Lage der Achsen relativ zueinander. Da sich die geometrischen Achsen schneiden, verlaufen sie nicht deckungsgleich und sind auch nicht parallel. Diese Anordnung ermöglicht eine platzsparende Konstruktion des Systems.
Da sich die geometrischen Achsen schneiden, kann das Getriebe beispielsweise als Winkelgetriebe ausgebildet sein. Das Getriebe setzt die Rotationsbewegung der ersten Antriebsachse in eine Rotationsbewegung der Pumpenachse um.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Antriebsvorrichtung ein elektrisches Antriebsmittel und eine zweite Antriebsachse umfassen. Das elektrische Antriebsmittel ist dabei dazu ausgebildet, die Pumpenachse über die zweite Antriebsachse anzutreiben. Das elektrische Antriebsmittel kann somit als zusätzlicher Antrieb genutzt werden, falls eine höhere Leistung benötigt wird. Vorteilhafterweise kann das elektrische Antriebsmittel ein- und ausschaltbar sein, sodass es nur dann eingeschaltet wird, wenn die höhere Leistung benötigt wird. Auf diese Weise wird Energie gespart und die Belastung des elektrischen Antriebsmittels verringert. Alternativ kann auch das Schaltmittel geöffnet werden und die Pumpenachse nur durch das elektrische Antriebsmittel angetrieben werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die zweite Antriebsachse auf einer geometrischen Achse angeordnet sein, die die geometrische Achse, auf der die Pumpenachse angeordnet ist, schneidet. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die geometrische Achse, auf der die zweite Antriebsachse angeordnet ist, in einer Ebene mit der geometrischen Achse liegt, auf der die erste Antriebsachse angeordnet ist. Eine derartige Bauweise ist besonders platzsparend beim Einbau in ein Kraftfahrzeug.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Schaltmittel als Elektromagnetkupplung ausgebildet sein. Eine solche Kupplung ist besonders klein und leicht. Alternativ kann diese ebenso pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch ausgebildet sein.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Schaltmittel durch Schaltung eines elektrischen Stroms schaltbar sein. Das Schaltmittel kann im geschlossenen Zustand sein, wenn der Strom ausgeschaltet ist. Das Schaltmittel kann im offenen Zustand sein, wenn der Strom eingeschaltet ist. Eine derartige Ausbildung des Schaltmittels ist vorteilhaft, da im Fehlerfall - wenn also kein Strom fließt - das Schaltmittel im geschlossenen Zustand ist und somit die Funktion der Kühlmittelpumpe sichergestellt ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die erste Antriebsachse und die Pumpenachse senkrecht zueinander angeordnet sein. Diese Bauweise benötigt in einem Kraftfahrzeug besonders wenig Bauraum.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das System eine Verdrängerpumpe umfassen. Die Verdrängerpumpe weist eine Verdrängerpumpenachse auf, die über das Getriebe mit der ersten Antriebsachse gekoppelt ist und durch die erste Antriebsachse antreibbar ist. Falls das System eine zweite Antriebsachse umfasst, ist es alternativ oder zusätzlich möglich, dass die Verdrängerpumpenachse durch die zweite Antriebsachse antreibbar ist.
Die Verdrängerpumpenachse ist auf einer geometrischen Achse angeordnet, die die geometrische Achse schneidet, auf der die Pumpenachse angeordnet ist. Eine solche Anordnung ermöglicht ein System, das in einem Kraftfahrzeug wenig Bauraum benötigt. Es ist insbesondere möglich, dass die Verdrängerpumpenachse in einer Ebene mit der ersten Antriebsachse und/oder der zweiten Antriebsachse angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass die geometrische Achse, auf der die Verdrängerpumpenachse angeordnet ist, die geometrische Achse schneidet, auf der die erste Antriebsachse angeordnet ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Schaltmittel dazu ausgebildet sein, im offenen Zustand eine Kraftübertragung von der ersten Antriebsachse zum Getriebe zu verhindern. In diesem Fall ist das Schaltmittel also zwischen der ersten Antriebsachse und dem Getriebe angeordnet.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Getriebe ein oder mehrere Globoloidschneckengetriebe, Kegelradschraubgetriebe, Stirnschraubgetriebe und/oder Kegelradgetriebe umfassen. Solche Getriebearten ermöglichen eine besonders platzsparende Konstruktion, bei der sich geometrische Achsen, auf denen verschiedene Antriebsachsen und angetriebene Achsen angeordnet sind, schneiden.
Ein Planetengetriebe ist vorgesehen, um Drehzalvariationen einer Brennkraftmaschine darzustellen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigt

1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Systems nach einer Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische perspektivische Ansicht eines Systems nach einer Ausführungsform der Erfindung mit einem elektrischen Antriebsmittel;
3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Systems nach einer Ausführungsform der Erfindung mit einer Verdrängerpumpe;
4 eine schematische Ansicht eines Systems nach einer Ausführungsform der Erfindung mit zwei Verdrängerpumpen; und
5 eine schematische Ansicht eines Systems nach einer Ausführungsform der Erfindung mit mehreren angetriebenen Komponenten.

Das System in 1 umfasst eine Kühlmittelpumpe 100, ein Getriebe 101, eine erste Antriebsachse 102, ein Getriebe 103 und ein als Magnetkupplung ausgebildetes Schaltmittel 106. Das Getriebe 101 ist als Kegelradgetriebe ausgebildet und umfasst ein erstes Kegelrad 104 und ein zweites Kegelrad 105. Das zweite Kegelrad 105 ist über die Magnetkupplung 106 mit erste ersten Antriebsachse 102 verbunden. Das erste Kegelrad 104 ist mit einer Pumpenachse der Kühlmittelpumpe 100 verbunden.
Im Betrieb kann die Kühlmittelpumpe 100 betrieben werden, indem die Pumpenachse von der ersten Antriebsachse 102 über die Magnetkupplung 106 und das Getriebe 101 angetrieben wird. Zu diesem Zweck ist die Magnetkupplung 106 geschlossen. Die Verbindung zwischen der ersten Antriebsachse 102 und dem zweiten Kegelrad 105 kann getrennt werden, indem die Magnetkupplung 106 geöffnet wird. Die Magnetkupplung 106 kann beispielsweise geschlossen sein, wenn sie nicht mit einem elektrischen Strom versorgt wird, und geöffnet sein, wenn sie mit elektrischem Strom versorgt wird. Dies hat den Vorteil, dass die Kühlmittelpumpe 100 im Fehlerfall, wenn kein elektrischer Strom fließt, angetrieben wird.
Die erste Antriebsachse 102 kann über das Getriebe 103 von einem Antrieb eines Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Dies kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor oder ein Elektromotor sein.
Das System in 2 unterscheidet sich vom System in 1 insbesondere dadurch, dass ein elektrisches Antriebsmittel 200 wie beispielsweise ein Elektromotor vorgesehen ist, der über eine zweite Antriebsachse 202 und ein drittes Kegelrad 201 mit dem ersten Kegelrad 104 verbunden ist. Der Elektromotor 200 kann somit ebenfalls genutzt werden, um die Pumpenachse der Kühlmittelpumpe 100 anzutreiben. Der Elektromotor 200 kann als zusätzlicher Antrieb genutzt werden, wenn die Magnetkupplung 106 geschlossen ist. Alternativ kann der Elektromotor 200 als einziger Antrieb der Kühlmittelpumpe 100 genutzt werden, wenn die Magnetkupplung 106 geöffnet ist.
Das System in 3 unterscheidet sich vom System in 2 insbesondere dadurch, dass eine Verdrängerpumpe 300 über ein viertes Kegelrad 305 mit dem ersten Kegelrad 104 verbunden ist. Zwischen dem vierten Kegelrad 305 und der Verdrängerpumpe 300 ist dabei eine weitere Magnetkupplung 106 angeordnet, sodass die Verdrängerpumpe wahlweise über das Getriebe 101 angetrieben werden kann oder nicht.
Die Verdrängerpumpe 300 kann beispielsweise als Pumpe für Luft genutzt werden und mehrere Ausgänge 301, 302 und 303 aufweisen. Außerdem kann ein Steuerventil 304 vorgesehen sein. Die Verdrängerpumpe 300 kann beispielsweise über einen ersten Ausgang 301 mit einem Ottopartikelfilter verbunden sein, sodass Luft von der Verdrängerpumpe 300 durch den ersten Ausgang 301 zum Ottopartikelfilter gepumpt werden kann. Ein zweiter Ausgang 302 kann dazu genutzt werden, dass die durch ihn austretende Luft in einem Kraftstoff-Spülgebläse verwendet wird. Durch einen dritten Ausgang 303 kann Luft austreten, die als Sekundärluft in einem Verbrennungsmotor verwendet wird.
In 4 ist ein System dargestellt, das eine weitere Verdrängerpumpe 300 umfasst, die ebenfalls über das Getriebe 101 angetrieben werden kann. Außerdem sind mehrere Kühlmittelauslässe 400 dargestellt, die beispielsweise zur Kühlung eines Verbrennungsmotors genutzt werden können. Ein erster Kühlmittelauslass 400 kann zur Kühlung einer ersten Reihe von Zylindern genutzt werden. Ein zweiter Kühlmittelauslass 400 kann zur Kühlung einer zweiten Reihe von Zylindern genutzt werden. Jede Reihe von Zylindern kann auch als Bank oder Block bezeichnet werden. Der dritte Auslass kann verwendet werden, um eine weitere Komponente des Kraftfahrzeugs zu kühlen.
In 5 sind verschiedene angetriebene Komponenten 500 dargestellt. Dies können beispielsweise Hochdruckpumpen sein. Die Hochdruckpumpen 500 können vorteilhafterweise direkt mit der ersten Antriebsachse 102 verbunden sein, während andere Komponenten 500 über das Getriebe 101 von der ersten Antriebsachse 102 und/oder dem Elektromotor 200 angetrieben werden können. Dies können beispielsweise eine Ölpumpe oder eine Pumpe für zusätzliche Luft sein. Die zusätzliche Luft kann beispielsweise dem Ottopartikelfilter zugeführt werden.

Claims

System, umfassend eine Kühlmittelpumpe (100) für ein Kraftfahrzeug und eine Antriebsvorrichtung für die Kühlmittelpumpe (100), wobei die Kühlmittelpumpe (100) eine Pumpenachse aufweist, wobei die Antriebsvorrichtung eine erste Antriebsachse (102) und ein Getriebe (101) umfasst, wobei die erste Antriebsachse (102) dazu ausgebildet ist, die Pumpenachse über das Getriebe (101) anzutreiben, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung ein Schaltmittel (106) umfasst, das in einen geschlossenen und in einen offenen Zustand schaltbar ist, wobei das Schaltmittel (106) dazu ausgebildet ist, im geschlossenen Zustand eine Kraftübertragung von der ersten Antriebsachse (102) zur Pumpenachse zu ermöglichen und im offenen Zustand eine Kraftübertragung von der ersten Antriebsachse (102) zur Pumpenachse zu verhindern, wobei die erste Antriebsachse (102) und die Pumpenachse jeweils auf geometrischen Achsen angeordnet sind, die sich schneiden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung ein elektrisches Antriebsmittel (200) und eine zweite Antriebsachse (202) umfasst, wobei das elektrische Antriebsmittel (200) dazu ausgebildet ist, die Pumpenachse über die zweite Antriebsachse (202) anzutreiben.
System nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Antriebsachse (202) auf einer geometrischen Achse angeordnet ist, die die geometrische Achse, auf der die Pumpenachse angeordnet ist, schneidet.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (106) als Elektromagnetkupplung ausgebildet ist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (106) durch Schaltung eines elektrischen Stroms schaltbar ist, wobei das Schaltmittel (106) im geschlossenen Zustand ist, wenn der Strom ausgeschaltet ist, und wobei das Schaltmittel (106) im offenen Zustand ist, wenn der Strom eingeschaltet ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (106) pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch schaltbar ist, wobei das Schaltmittel (106) in einen geschlossenen Zustand und in einen offenen Zustand schaltbar ist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Antriebsachse (102) und die Pumpenachse senkrecht zueinander angeordnet sind.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System eine Verdrängerpumpe (300) umfasst, wobei die Verdrängerpumpe (300) eine Verdrängerpumpenachse aufweist, die über das Getriebe (101) mit der ersten Antriebsachse (102) gekoppelt ist und durch die erste Antriebsachse (102) antreibbar ist, wobei die Verdrängerpumpenachse auf einer geometrischen Achse angeordnet ist, die die geometrische Achse schneidet, auf der die Pumpenachse angeordnet ist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (106) dazu ausgebildet ist, im offenen Zustand eine Kraftübertragung von der ersten Antriebsachse (102) zum Getriebe (101) zu verhindern.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (101) ein oder mehrere Globoloidschneckengetriebe, Kegelradschraubgetriebe, Stirnschraubgetriebe und/oder Kegelradgetriebe in Kombination mit einem Planetengetriebe umfasst.
Kraftfahrzeug, umfassend ein System nach einem der vorherigen Ansprüche.