DE102018207001B4 - Fluidpumpsystem - Google Patents

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Abstract

Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, wobei das Fluidpumpsystem umfasst: ein Gehäuse (3); eine elektrische Maschine (20); einen Planetentrieb (7) mit einem ersten Teil, das von dem Verbrennungsmotor angetrieben werden kann, einem zweiten Teil, das von der elektrische Maschine (20) angetrieben wird, und einem dritten Teil; und eine Pumpe (14), die von dem dritten Teil des Planetenradsatzes angetrieben wird, wobei das Gehäuse (3) von einem Pumpflansch (4) und einer Riemenscheibe (5) mit Riemenscheibenabdeckung (6) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Riemenscheibe (5) und /oder ein in der Riemenscheibe (5) angeordnetes Hohlrad (10) aus Kunststoff besteht, wobei das Hohlrad (10) in die Riemenscheibe (5) einpressbar ist oder die Riemenscheibe (5) und das Hohlrad (10) einteilig aus Kunststoff hergestellt sind und das Hohlrad (10) mit der Riemenscheibenabdeckung (6) über mindestens eine Ausnehmung (13) und/oder eine Nase (15) positionssicher verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, wobei das Fluidpumpsystem umfasst: ein Gehäuse; eine elektrische Maschine; einen Planetentrieb mit einem ersten Teil, das von dem Verbrennungsmotor angetrieben werden kann, einem zweiten Teil, das von der elektrische Maschine angetrieben wird, und einem dritten Teil; und eine Pumpe, die von dem dritten Teil des Planetenradsatzes angetrieben wird, wobei das Gehäuse von einem Pumpflansch und einer Riemenscheibe mit Riemenscheibenabdeckung verschlossen ist.
  • Stand der Technik
  • Viele Kraftfahrzeuge sind mit einer Pumpe ausgestattet, um unter Druck stehendes Fluid an eine Anzahl von Stellen im Fahrzeug zu übertragen. Die meisten der heute in der Produktion befindlichen Fahrzeuge sind mit einer oder mehreren Pumpen ausgestattet, die von einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben werden. Beispiele für solche Pumpen umfassen Kraftstoffpumpen, Wasserpumpen, Verbrennungsmotorölpumpen, Getriebeölpumpen, Lader, Turbolader, Servolenkpumpen, Klimaanlagenkompressoren sowie Fluidpumpen, die Betätigungssysteme für Vorrichtungen, wie Automatikgetriebe, mit Strom versorgen, Verteilergetriebe, Kupplungen und eine Vielzahl anderer Fahrzeugpumpanforderungen.
  • Zum Beispiel sind viele Pumpen als Konstantpumpen konfiguriert, um die Kosten der Anordnung zu minimieren. Die Pumpe mit fester Verdrängung ist typischerweise so bemessen, dass sie eine maximale Durchflussrate und einen maximalen Druck basierend auf einem Spitzenbedarf des Systems bereitstellt. Während eines Großteils des Fahrzeugbetriebs ist jedoch ein Spitzenbedarf nicht erforderlich. Daher kann die Pumpe ineffizient eine relativ hohe Ausgangsleistung liefern, wenn eine relativ geringe Ausgangsleistung erforderlich ist. Die Energie, die mit der Bereitstellung der höheren Leistung anstelle der niedrigeren Leistung verbunden ist, kann als Energieverschwendung angesehen werden. Darüber hinaus betreiben einige neuere Fahrzeugkonfigurationen, einschließlich Hybridfahrzeuge, den Verbrennungsmotor nicht zu jeder Zeit. Um eine maximale Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erreichen, kann der Verbrennungsmotor des Hybridfahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs viele Male ausgeschaltet und eingeschaltet werden.
  • Daher kann es unerwünscht sein, dass der Verbrennungsmotor die einzige Energiequelle für die Fluidpumpen ist. Von Elektromotoren angetriebene Pumpen können auch innerhalb von Kraftfahrzeuganwendungen verwendet werden. Eine Pumpe, die ausschließlich von einem Elektromotor angetrieben wird, liefert jedoch typischerweise nicht den gleichen Wirkungsgrad des Betriebs wie eine Pumpe, die mechanisch durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird. Dementsprechend kann ein Bedarf in der Technik für eine Pumpe bestehen, die eine doppelte Energiequelle aufweist, um die Energieeffizienz des Fahrzeugs zu verbessern und gepumpte Fluide während verschiedener Betriebsarten des Fahrzeugbetriebs bereitzustellen, wenn dies notwendig ist.
  • Aus der US 8 714 942 B2 ist ein Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor bekannt, das einen Elektromotor und einen Planetenradsatz mit einem ersten Element umfasst, das von der Brennkraftmaschine angetrieben werden kann, einem zweiten Element, das von dem Elektromotor angetrieben wird, und einem dritten Element. Eine Pumpe wird durch das dritte Element des Planetenradsatzes angetrieben. Das verwendete Kettenrad ist einstückig mit dem Hohlrad des Planetengetriebes ausgebildet. Die elektrische Maschine treibt über eine Hohlwelle den Planetenträger des Planetengetriebes an, wobei die Fluidpumpenwelle mit der Sonne verbunden ist.
  • Aus der DE 102 14 637 A1 ist bekannt, einen hybriden Antrieb für eine Pumpe zu verwenden, wobei hier eine Riemenscheibe die Komponenten eines elektrischen Motors umfasst und ein Planetengetriebe innerhalb der elektrischen Maschine angeordnet ist. Durch die in einander verschachtelte Anordnung ist für das Planetengetriebe kein ausreichender Platz vorgesehen.
  • Aus der DE 199 41 705 A1 ist ein Antriebsstrang bekannt, in dem unterschiedliche Materialien zum Einsatz kommen, z.B. auch Kunststoffe für Teile des Getriebes.
  • Aus der DE 101 25 705 A1 ist ein Nebenaggregat bekannt, das eine Riemenscheibe aufweist, die einstückig mit einem Hohlrad ausgebildet ist.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung ein Fluidpumpsystem zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig aufgebaut ist.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einem Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, wobei das Fluidpumpsystem umfasst: ein Gehäuse; eine elektrische Maschine; ein Planetentrieb mit einem ersten Teil, das von dem Verbrennungsmotor angetrieben werden kann, einem zweiten Teil, das von der elektrische Maschine angetrieben wird, und einem dritten Teil; und eine Pumpe, die von dem dritten Teil des Planetenradsatzes angetrieben wird, wobei das Gehäuse von einem Pumpflansch und einer Riemenscheibe mit Riemenscheibenabdeckung verschlossen ist, wobei mindestens ein die Riemenscheibe und /oder ein in der Riemenscheibe angeordnetes Hohlrad aus Kunststoff besteht. Durch die besondere Form der Riemenscheibe ist eine kostengünstige Herstellung auf einfache Art und Weise möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, wenn die Riemenscheibe aus einem Metallblech hergestellt ist.
  • Ein Bauteil aus Metallblech ist durch unterschiedliche Herstellungsverfahren in komplexen Formen herstellbar und erlaubt es daher, die erfindungsgemäße Lösung besonders optimal darzustellen.
  • Ausgehend von einem Metallblech als Riemenscheibe ist eine vorteilhafte Lösung, wenn das Hohlrad aus Kunststoff hergestellt ist, wobeidie Riemenscheibe obligatorisch eingepresst ist.
  • Ferner ist das Hohlrad mit der Riemenscheibenabdeckung über mindestens eine Ausnehmung und/oder eine Nase positionssicher verbunden.
  • Eine solche Verbindung erlaubt zum einen eine einfache Montage der Riemenscheibenabdeckung unter Sicherung der Positionierung der Bauteile zueinander.
  • Besonders einfach ist die alternative erfindungsgemäße Lösung, wonach die Riemenscheibe und das Hohlrad einteilig aus Kunststoff hergestellt sind. Vorteilhafterweise bildet die Riemenscheibe einen Aufnahmeraum für einen Planetentrieb aus.
  • Durch den einfachen Aufbau der Riemenscheibe ist es möglich, dass die Riemenscheibe eine Anlagefläche ausbildet, die zusammen mit einem Teil des Gehäuses eine Aufnahme für ein Lager bildet.
  • Durch diese spezielle Art der Lagerung werden Kräfte direkt auf das Gehäuse übertragen und von der Welle ferngehalten.
  • Durch die spezielle Lagerung der Riemenscheibe ist es möglich, dass die Dichtung der Pumpe gegen die elektrische Maschine über Radialwellendichtringe erfolgt, so das Gleitringdichtungen entfallen können.
  • Weiterhin ermöglicht die spezielle Lagerung, dass die Lagerung des Laufrads der Pumpe über ein doppelreihiges Kugellagers erfolgen kann, was Bauraum einspart.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung der beispielhaften Ausführungsform,
    • 2 zeigt eine Aufsicht auf das Planetengetriebe,
    • 3 zeigt einen Schnitt durch eine Riemenscheibe,
    • 4 zeigt eine Ansicht des Fluidpumpsystems.
  • 1 zeigt den schematischen Aufbau des Fluid-Pumpensystems 1 aus einem Pumpengehäuse 3 das von einem Pumpenflansch 4 verschlossen ist. Das Fluid-Pumpensystem 1 weist drei Hauptbestandteile auf. Auf der rechten Seite entlang einer Welle 2 ist die Pumpe 14 des Fluid-Pumpensystems angeordnet. In der Mitte befindet sich eine elektrische Maschine 20, ein BLDC Motor.
  • Dieser weist einen Stator 21 und einen Rotor 22, der als Hohlwelle ausgebildet ist. Innerhalb des Stators verläuft eine Dichtwand 4a eines Pumpenflansch 4, die die elektrische Maschine 20 gegen Feuchtigkeit abgedichtet.
  • Auf der rechten Seite im Endbereich 2a der Welle 2 ist eine Riemenscheibe 5 angebracht.
  • Die Riemenscheibe 5 ist dabei so konstruiert, dass sie ein Reduktionsgetriebe in Form eines Planetentriebs 7 enthält. Die Riemenscheibe 5 ist ein Bauteil, das aus einem Blechstück gebogen wird. Sie weist einen äußeren Umfang 5a auf, der als Reibfläche für einen Riemenantrieb über einen Verbrennungsmotor dient. Des Weiteren weist die Riemenscheibe 5 eine nach innen reduzierten Umfang 5b auf, wobei ein Bauraum 5c ausgebildet wird, der den Planetentrieb 7 aufnimmt. Mit einer weiteren Umfangsverringerung zu einem Umfang 5d bildet die Riemenscheibe eine Anlagefläche 5e für ein Lager 16 aus.
  • Die Riemenscheibe weist in dieser Ausführungsform einen glatten äußeren Umfang 5a auf, allerdings ist auch eine Ausgestaltung mit einer strukturierten Oberfläche für einen strukturierten Antriebsriemen denkbar.
  • Innerhalb des Bauraums 5c der Riemenscheibe 5 ist ein Hohlrad 10 für den Planetentrieb 7 eingepresst.
  • Das Hohlrad 10 besteht dabei aus einem Kunststoffmaterial, dass in die Riemenscheibe eingepresst ist. Zur Abdeckung des Planetentriebs 7 dient eine Planetengetriebeabdeckung 6, die wiederum aus einem Metallblech hergestellt ist. Die Planetentriebabdeckung weist dabei eine oder mehrere Ausnehmungen 13 auf, die mit der oder den Nasen 15 des Kunststoff-Hohlrads 10 in Eingriff zu bringen sind.
  • Wenn die Fluidpumpe über die Riemenscheibe 5 vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, dreht sich die Riemenscheibe 5 mit dem eingepressten Hohlrad 10 und der Planetentriebabdeckung 6.
  • Der Planetengetriebe 7 besteht des Weiteren aus einem Planetenträger 9 an dem Planeten 11 drehend gelagert sind sowie einer Sonne 8. Die Sonne 8 ist dabei drehfest mit der Welle 2 verbunden.
  • Die Riemenscheibe bildet zudem zusammen mit einem axial verlaufenden Bereich 3a des Pumpengehäuses 3 einen Aufnahmeraum 17 für das Lager 16, wobei es sich hier um ein Doppelkugellager handelt.
  • Diese Lagerung der Riemenscheibe mittels eines doppelreihigen Kugellagers am Gehäuse sorgt für eine Kraftleitung über die Gehäusestruktur und nicht über funktionalen Antrieb des Fluidpumpsystems 1, nämlich über die Planetenträger 9 und die Welle 2 sowie über die Lagerungen der Pumpe.
  • Dadurch wird eine Entlastung der mechanischen Abdichtung der Wasserpumpe erreicht, da der Rundlauf verbessert wird und so Radialwellendichtringe 19 anstelle einer konventionellen mechanischen Gleitringdichtung eingesetzt werden können.
  • Die Verwendung eines doppelreihigen Kugellagers 18 für die Laufradlagerung der Fluidpumpe führt zu einer Einsparung axialen Bauraums gegenüber eines bisher verwendeten Lagerverbundes bestehend aus einem Kugellager mit einem Nadellager.
  • Die Lagerung der Welle 2 erfolgt über einen einzige Lagerstelle 23.
  • In einer alternativen Ausführungsform wird die Riemenscheibe 5 nicht aus einem Metallblech hergestellt, sondern wird zusammen mit dem Hohlrad 10 aus Kunststoff gespritzt.
  • Das Fluidpumpsystem kann mittels des gekoppelten mechanischen und elektrischen Antriebs betrieben werden. Der mechanische Antrieb erfolgt über einen Riemenantrieb und die Riemenscheibe 5, der elektrische Antrieb über den BLDC Motor. Gekoppelt wird die Antriebsfunktion mit dem Überlagerungsgetriebe, dem Planeten trieb 7, der den Riemenantrieb und den elektrischen Antrieb direkt miteinander koppelt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fluidpumpsystem
    2
    Welle
    2a
    Endbereich
    3
    Gehäuse
    3a
    axial verlaufender Bereich
    4
    Pumpenflansch
    4a
    Dichtwand
    5
    Riemenscheibe
    5a
    äußerer Umfang
    5b
    reduzierter Umfang
    5c
    Bauraum
    5d
    Umfang
    5e
    Anlagefläche
    6
    Planetentriebabdeckung
    7
    Planetentrieb
    8
    Sonne
    9
    Planetenträger
    10
    Hohlrad
    11
    Planeten
    12
    Lager
    13
    Ausnehmung
    14
    Pumpe
    15
    Nase
    16
    Lager
    18
    doppelreihiges Kugellager
    19
    Radialwellendichtringe
    20
    Elektrische Maschine
    21
    Stator
    22
    Rotor
    23
    Lagerstelle

Claims (7)

  1. Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, wobei das Fluidpumpsystem umfasst: ein Gehäuse (3); eine elektrische Maschine (20); einen Planetentrieb (7) mit einem ersten Teil, das von dem Verbrennungsmotor angetrieben werden kann, einem zweiten Teil, das von der elektrische Maschine (20) angetrieben wird, und einem dritten Teil; und eine Pumpe (14), die von dem dritten Teil des Planetenradsatzes angetrieben wird, wobei das Gehäuse (3) von einem Pumpflansch (4) und einer Riemenscheibe (5) mit Riemenscheibenabdeckung (6) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Riemenscheibe (5) und /oder ein in der Riemenscheibe (5) angeordnetes Hohlrad (10) aus Kunststoff besteht, wobei das Hohlrad (10) in die Riemenscheibe (5) einpressbar ist oder die Riemenscheibe (5) und das Hohlrad (10) einteilig aus Kunststoff hergestellt sind und das Hohlrad (10) mit der Riemenscheibenabdeckung (6) über mindestens eine Ausnehmung (13) und/oder eine Nase (15) positionssicher verbunden ist.
  2. Fluidpumpsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (5) aus einem Metallblech hergestellt ist, und das in der Riemenscheibe (5) angeordnete Hohlrad (10) aus Kunststoff besteht.
  3. Fluidpumpsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (5) einen Aufnahmeraum (5c) für den Planetentrieb (7) ausbildet.
  4. Fluidpumpsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Riemenscheibe (5) eine Anlagefläche (5e) ausbildet, die zusammen mit einem sich axial erstreckenden Bereich (3a) des Gehäuses (3) eine Aufnahme für ein Lager (16) bildet.
  5. Fluidpumpsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung der Pumpe (14) gegen die elektrische Maschine über Radialwellendichtringe (19) erfolgt.
  6. Fluidpumpsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung des Laufrads der Pumpe (14) über ein doppelreihiges Kugellager (18) erfolgt.
  7. Fluidpumpsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung einer Welle (2) des Fluidpumpsystems über eine einzige Lagerstelle (23) erfolgt.
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