DE102018116737A1

DE102018116737A1 - Elektroschlauchbaum

Info

Publication number: DE102018116737A1
Application number: DE102018116737.7A
Authority: DE
Inventors: Jens Schäfer; Michael Weiss
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaefer Jens De
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2020-01-16

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Elektroschlauchbaum mit mindestens einem dezentralen Ventil oder einer Ventilbaugruppe und einer kleinbauenden Pumpe, die in den Elektroschlauchbaum direkt integriert ist.

Description

Die Anmelderin beschäftigt sich mit der Entwicklung von so genannten Smart und Nonsmart single valves (SSV, Non-SSV) im Rahmen der Entwicklung von Komponenten für ein Thermomanagement für verbrennungsmotorisch betriebene Fahrzeuge, sowie von HEV /BEVs. SSV sind i.a. kleinteiligere TMM-Moduleinheiten mit typ. einem Einlass und einem oder zwei Ausgängen. Der Strömungsquerschnitt kann mittels eines in das SSV integrierten Aktuators / Steller kontinuierlich oder diskret eingestellt werden. Kontinuierliche Volumenströme können bei diskreter Betriebsweise durch eine Taktung der Ventile erreicht werden. Die Anmelderin beschäftigt sich des weiteren mit elektronischen Kontrolleinheit (ECU) welche die Ventile in einer besonders vorteilhaften Betriebsweise ansteuern. Diese Betriebsweise wird durch eine in das Steuergerät integrierte Software gesteuert. Ziel ist eine Optimierung bspw. der Kühlung von E-Motoren und/oder deren Leistungselektronik, Verbrennungsmotoren, Antriebsbatterie oder auch die Optimierung der zugeführten Wärme in den Wärmetauscher für den Innenraum etc.
Einzelne Merkmale der Erfindung sind vorbekannt, bspw. Doppelrohrsysteme (bspw. inneres Rohr für Fluidführung, äußeres Rohr für Aufnahme elektrischer Leitungen), Verbinder zur Ankopplung von Leitungen an eine (Fahrzeug)struktur, Rohr-, und Leitungsabstandshalter, Isolation von Leitungen bzw. eines Gesamtumfangs, Verschlauchungssätze (diverse schlauchartige Leitungen mit integrierten Endverbindern, z.B. Schlauchschelle, Doppeldrahtklemme) .
Einsatzgebiete sind thermische Netzwerke für einen oder mehrere Kreisläufe zum Wärmetransport im Rahmen einer Kühlungs- oder Erwärmungsaufgabe, bevorzugt für die Medien Motorkühlmittel (Wasser, Wasser-Glykol) oder Klimatechnik (Medien bspw. R1234yf, Propan, CO2 etc.).
Auf der Kundenseite entsteht nun das Problem, dass dieser die Integrationsleistung übernehmen muss, die mit höheren Entwicklungsrisiken verbunden ist. Der Kunde trägt die Verantwortung für eine Vielzahl von Schnittstellen. Eine Optimierung der o.g. „Betriebsweise“ durch eine anwendungsspezifische Software ist nur mit einem hohen Aufwand und vorhandener Systemkompetenz auf der Kundenseite zu erreichen.
Bei der Montage der Komponenten für das thermische Management im Motoren- oder Fahrzeugwerk muss der Kunde eine Vielzahl von Montagevorgängen durchführen. Dies birgt das Risiko einer höheren Fehlerquote und verlängerter Fertigungstakzeiten. Die Gutteilprüfung des thermischen Verteilsystems ist aufwändiger in den Gesamtfertigungsprozess zu integrieren. Vorteilhaft ggü. dem Stand der Technik sei erwähnt, dass im Falle des Verbaus kleinbauender Pumpen diese direkt in den „Elektroschlauchbaum“ integriert werden können, da die abzustützenden Reaktionsmomente ausreichend gering sind. Aus geräuschtechnisch birgt diese Art des Verbaus mit lediglich am Schlauch abgestützter Pumpe Vorteile, da die Körperschallübertragung des Pumpengeräusch günstig beeinflusst wird, was besonders beim Betrieb von Pumpen bei nicht bewegtem Fahrzeug bspw. beim Betranken eines E-Fahrzeuges von Vorteil ist.
In Bezug auf die Vibrationsfestigkeit von größeren Einheiten wie bspw. der Pumpen kann erwartet werden, dass eine Integration in den Schlauchbaum vorteilhaft ist, da aufgrund der weicheren Anbindung geringere Kräfte auf die Komponente einwirken.
Ein weiterer technischer Vorteil kann dadurch realisiert werden, dass der Gesamtumfang bei der Vorkonfektionierung zügig isoliert werden kann mit dem Ziel „kaltes“ oder „warmes“ Fluid möglichst mit möglichst geringer Temperaturänderung zum Verbraucher zu transportieren. Demgegenüber wäre eine Isolation des Gesamtumfanges während der Montage einzelner Teile nach Integration in den Motor/Fahrzeug nur mit höchstem Aufwand, manuell durchgeführt vorstellbar.
Kerngedanke ist es einen Verschlauchungssatz vorzukonfektionieren und Einzelkomponenten des TMM-System vertikal produktwertsteigernd zu integrieren. Diese Vorkonfektionierung des thermischen Verteilsystems erfolgt vor einer Integration in den Motor/Fahrzeug. Durch die Vorverlagerung der Montageprozesse spart der OEM Montagekosten durch Reduzierung der Taktzeiten. Das dadurch entstehende Produkt kann in unterschiedlich hoher Komplexität erfolgen.
Das erfindungsgemäße Produkt besteht aus einem Verschlauchungssatz und Integration von Steuerorganen (mindestens einem dezentralen Ventil oder einer Ventilbaugruppe) und einer elektronischen Steuereinheit zur Ansteuerung der Aktuatoren der Steuerorgane.
Weitere in das Produkt optional integrierte Komponenten können sein:

1. elektrische Verbinder, d.h Steuerleitung (Busleitung oder Signalleitungen) und/oder elektr. Versorgungsleitung der Steller
2. Elementen zum Treiben von Fluiden bevorzugt Pumpen
3. Integration eines oder mehrerer Fluidverteiler (klassisches TMM-Modul)
4. Integration weiterer bevorzugt kleinbauender Elemente wie bspw. Restriktoren, Rückschlagventile, Expansionsventile
5. Zusammenfassung mehrerer auch unabhängiger thermischer Kreisläufe in einen zusammenhängenden „intelligenten Schlauchbaum“, mechanische Kopplung oder Bündelung mit Kabelbindern, Klebebändern etc.
6. Zusammenfassende Isolation der gesamten Einheit (thermische Hülle) ggf. mit Durchdringungen von Bereichen die ggü. der Umgebungsluft entwärmt werden müssen (bspw. Gehäusekühlfläche der Leistungselektroniken der Aktuatoren / Steller).
7. Integration von Sensoren (nicht dargestellt), bspw. zur Erfassung von Fluidtemperatur und Massenstrom

Die Figuren zeigen:

1: Beispiel für einen Kühlkreislauf für Hochvoltkomponenten eines HEV/BEV, schematisch

1 -

Leistungselektronik des Elektromotors

2 -

Elektromotor

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Restriktor

4 -

Ausdehnungsreservoir

5 -

Bypassventil

6 -

Radiator

7 -

8 -

Elektrische Pumpe

9 -

Wärmetauscher zum Chiller Klimanlage

10 -

Hochvoltbatterie

11 -

Kreislauf Schaltventil

12 -

Elektrische Pumpe
2: schematische Darstellung einer Ausführung des erfindungsgemäßen Produkts für den Kühlkreislauf nach 1. inkl. der Kühlkreislaufkomponenten außerhalb des Umfanges des erfindungsgemäßen Produkts (steuerbare Fluidverteilungsnetzwerkeinheit, integriert im HV-Kühlkreislauf). Durchgezogene Linie: Fluidleitung Gestrichelte Linie: Elektrische Leitung

1 -

Leistungselektronik des Elektromotors

2 -

Elektromotor

3 -

Restriktor (weitere integrierte Komponente)

4 -

Ausdehnungsreservoir

5 -

Bypassventil (SSV oder Non-SSV)

6 -

Radiator

7 -

8 -

Elektrische Pumpe

9 -

Wärmetauscher zum Chiller Klimanlage

10 -

Hochvoltbatterie

11 -

Kreislauf Schaltventil (SSV oder Non-SSV)

12 -

Elektrische Pumpe
3a: wie 2, jedoch beschränkt auf das erfindungsgemäße Produkt Durchgezogene Linie: Fluidleitung Gestrichelte Linie: Elektrische Leitung Endquerlinie: Anschluss der äußeren Flüssigkeitsleitung

3 -

Restriktor (weitere integrierte Komponente)

5 -

Bypassventil (SSV oder Non-SSV)

7 -

weitere integrierte Komponente

8 -

Elektrische Pumpe

11 -

Kreislauf Schaltventil (SSV oder Non-SSV)

12 -

Elektrische Pumpe
3b: Schematische Darstellung einer Ausführung einer Leitungsführung (Fluid und Elektrik) im Schnitt A-A gemäß 3a

13 -

Elektrisches Kabel

14 -

Durchflussquerschnitt

15 -

Inneres Abdeckelement, z.B. Kunststoff, Gummi, Metall oder Materialmischung Typ „Rohr“

16 -

Äußeres Abdeckelement oder Isolierung (optional)
4: schematische Darstellung einer Gesamtisolation des erfindungsgemäßen Produkts Gepunktete Linie: Wärmedämmpaket Gestrichelte Linie: Elektrische Leitung

3 -

Restriktor

5 -

Bypassventil

7 -

8 -

Elektrische Pumpe

11 -

Kreislauf Schaltventil

12 -

Elektrische Pumpe
5: Zusammenfassung mehrerer erfindungsgemäßer Produkte (erfindungsgemäßer Kreisläufe mit Kühl- bzw. Erwärmungsaufgabe) mit einem gemeinsamem Steuergerät Gestrichelte Linie: Elektrische Leitung Breite durchgezogene Linie: physikalische Verbindung

3 -

Restriktor (weitere integrierte Komponente)

5 -

Bypassventil (SSV oder Non-SSV)

7 -

8 -

Elektrische Pumpe

11 -

Kreislauf Schaltventil (SSV oder Non-SSV)

12 -

Elektrische Pumpe

Claims

Elektroschlauchbaum mit mindestens einem dezentralen Ventil oder einer Ventilbaugruppe, dadurch gekennzeichnet, dass in den Elektroschlauchbaum eine kleinbauende Pumpe direkt integriert ist.
Elektroschlauchbaum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Elektroschlauchbaum eine oder mehrere der folgenden Komponenten integriert sind: - elektrische Verbinder, wie Busleitung oder Signalleitungen und/oder elektr. Versorgungsleitung von Stellern, - Elementen zum Treiben von Fluiden bevorzugt Pumpen, - ein oder mehrere Fluidverteiler, - weitere, bevorzugt kleinbauende Elemente wie Restriktoren, Rückschlagventile, Expansionsventile, - Zusammenfassung mehrerer auch unabhängiger thermischer Kreisläufe in einen zusammenhängenden intelligenten Schlauchbaum mittels mechanischer Kopplung oder Bündelung mit Kabelbindern, Klebebändern etc., - Zusammenfassende Isolation der gesamten Einheit ggf. mit Durchdringungen von Bereichen die ggü. der Umgebungsluft entwärmt werden müssen wie Gehäusekühlfläche der Leistungselektroniken der Aktuatoren / Steller, - Sensoren zur Erfassung von Fluidtemperatur und Massenstrom.