DE102019130717A1 - Flüssigkeitspumpe - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Flüssigkeitspumpe (10), insbesondere eine Ölpumpe zur Versorgung eines Kupplungsaktors, eines Getriebeaktors, eines Schmierungssystems und/oder eines Kühlungssystems eines Antriebsstrangs, beschrieben, die eine elektrische Antriebseinheit (18) mit einem Stator (22) und einem Rotor (24) umfasst. Dabei ist der Rotor (24) im Inneren des Stators (22) angeordnet und eine radial innenseitig einen Statorraum (22a) begrenzende Innenwand (30) weist zumindest einen Wandabschnitt (30a) auf, der in eine zugeordnete, zwischen umfangsmäßig benachbarten Statorsegmenten (22b) vorliegende Radialvertiefung (22c) eingreift. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkeitspumpe (10) vorgestellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitspumpe, insbesondere eine Ölpumpe zur Versorgung eines Kupplungsaktors, eines Getriebeaktors, eines Schmierungssystems und/oder eines Kühlungssystems eines Antriebsstrangs, mit einer elektrischen Antriebseinheit, die einen Stator und einen um eine Rotorachse drehbaren Rotor umfasst, wobei der Stator in einem ringförmigen Statorraum eines Antriebsgehäuses angeordnet ist und der Rotor in einem vom Statorraum separaten, innerhalb des Statorraums liegenden Rotorraum.
  • Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkeitspumpe, insbesondere einer Ölpumpe, mit einer elektrischen Antriebseinheit, die einen Stator und einen um eine Rotorachse drehbaren Rotor umfasst.
  • Derartige Flüssigkeitspumpen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden häufig in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Automobilen verbaut. Sie werden häufig auch als elektrische Flüssigkeitspumpen bezeichnet.
  • Beispielsweise zeigt die EP 3 179 106 A1 eine bekannte Flüssigkeitspumpe.
  • Damit die insbesondere im Bereich der Automobile geforderten hohen Stückzahlen kostengünstig und in konstant hoher Qualität hergestellt werden können, wird allgemein eine einfache Herstellbarkeit solcher Flüssigkeitspumpen gefordert. Dabei kommt es insbesondere auch darauf an, den Rotor und den Stator zuverlässig und präzise innerhalb der Flüssigkeitspumpe anzuordnen, um so eine hohe Effizienz und Lebensdauer der elektrischen Antriebseinheit gewährleisten zu können.
  • Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine Flüssigkeitspumpe bereitzustellen, die besonders einfach montierbar ist. Insbesondere sollen dabei die Komponenten der elektrischen Antriebseinheit präzise und einfach montierbar sein.
  • Die Aufgabe wird durch eine Flüssigkeitspumpe der eingangs genannten Art gelöst, bei der eine radial innenseitig den Statorraum begrenzende Innenwand zumindest einen Wandabschnitt aufweist, der in eine zugeordnete, zwischen umfangsmäßig benachbarten Statorsegmenten vorliegende Radialvertiefung des Stators eingreift. Dabei kann ein Statorsegment einen Statorpol oder eine Statorwicklung umfassen. Auf diese Weise ist der Stator gegenüber dem Wandabschnitt verdrehgesichert. Er nimmt also eine vordefinierte Position innerhalb des Statorraums ein. Dabei bilden der Wandabschnitt und der Stator in Umfangsrichtung einen Formschluss. In Axialrichtung kann der Stator einfach gegenüber der Innenwand verschoben werden. Somit kann der Stator einfach und präzise innerhalb der Flüssigkeitspumpe montiert werden.
  • In diesem Zusammenhang kann der Wandabschnitt auch als Radialvorsprung bezeichnet werden.
  • Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die in gängigen Statoren zwischen einzelnen Statorsegmenten vorliegenden Radialvertiefungen zum Zwecke einer Drehpositionierung innerhalb des Antriebsgehäuses zu nutzen.
  • Vorzugsweise ist der Rotor in einem Rotorraum aufgenommen, der flüssigkeitsdicht vom im Statorraum aufgenommenen Stator getrennt ist. Dabei kann der Rotorraum durch ein Inneres eines Rotortopfes gebildet sein. Ein solcher Rotortopf ist ein Bauelement, das einen im Wesentlichen zylindermantelförmigen Wandabschnitt, der auch als Topfwand bezeichnet werden kann, und einen den zylindermantelförmigen Wandabschnitt axial verschließenden Bodenabschnitt oder Topfboden aufweist. Ein derartiger Rotortopf trennt sogenannte nasse, d.h. mit zu pumpender Flüssigkeit in Berührung kommende, und trockene, d.h. nicht mit der zu pumpenden Flüssigkeit in Kontakt tretende, Bereiche innerhalb der Antriebseinheit. Dabei befindet sich der Rotor in einem nassen Bereich und der Stator in einem trockenen Bereich.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist die radial innenseitig den Statorraum begrenzende Innenwand mehrere umfangsmäßig verteilte Wandabschnitte auf, wobei jeder der Wandabschnitte in eine jeweils zugeordnete, zwischen umfangsmäßig benachbarten Statorsegmenten vorliegende Radialvertiefung des Stators eingreift. Die Drehpositionierung des Stators erfolgt also über mehrere Paarungen aus Radialvertiefung und Wandabschnitt. Damit ist der Stator besonders zuverlässig und präzise positioniert.
  • Der Wandabschnitt kann eine Radialausstülpung der Innenwand sein oder die Wandabschnitte können Radialausstülpungen der Innenwand sein, insbesondere wobei sich die Radialausstülpungen über eine gesamte axiale Länge der Innenwand erstrecken. Radialausstülpungen sind einfach herstellbar und im Vergleich zu auf die Innenwand aufgesetzten Radialvorsprüngen materialsparend. Folglich ist eine derartige Flüssigkeitspumpe einfach und kostengünstig herstell bar.
  • Vorteilhafterweise bildet bzw. bilden die Radialausstülpung oder die Radialausstülpungen auf einer dem Rotorraum zugewandten Seite der Innenwand eine korrespondierende Radialausnehmung bzw. korrespondierende Radialausnehmungen. Auf diese Weise kann die Zwischenwand mit minimalem Materialeinsatz hergestellt werden. Insbesondere können hierfür umformende oder urformende Fertigungsverfahren genutzt werden. Dabei kann eine Dicke der Innenwand konstant gehalten werden, was fertigungstechnisch vorteilhaft ist.
  • Dabei kann in jedem der Wandabschnitte ein im Wesentlichen axial verlaufender Kühlmittelkanal vorgesehen sein, insbesondere wobei die Kühlmittelkanäle in Richtung des Rotorraums radial offen sind. Dabei ist die Axialrichtung durch die Rotorachse definiert. Es lassen sich somit auf einfache und platzsparende Weise Kühlmittelkanäle innerhalb der Flüssigkeitspumpe anordnen. Über die Kühlmittelkanäle kann die Flüssigkeitspumpe wirkungsvoll gekühlt werden, da sie im Wesentlichen durch den Kernbereich der Antriebseinheit verlaufen. Wenn die Kühlkanäle in Richtung des Rotorraums radial offen sind, kann insbesondere über die gesamte axiale Länge des Rotortopfes ausgehend vom Kühlmittelkanal Kühlmittel ins Innere des Rotorraums strömen. Dadurch kann der Rotor insbesondere auf seiner gesamten axialen Länge durch Kühlmittel benetzt werden, wodurch dieser in effizienter Weise gekühlt wird.
  • Vorzugsweise ist der Wandabschnitt an seiner radialen Außenseite abgerundet, insbesondere über seine gesamte axiale Länge abgerundet. In einem Axialschnitt ist der Wandabschnitt an seinem radial äußeren Ende also teilkreisförmig. Dadurch ist der Wandabschnitt mit standardmäßigen Herstellungsverfahren und -maschinen einfach herstellbar. Darüber hinaus kann so für eventuell vorhandene Kühlkanäle ein vergleichsweise großer Strömungsquerschnitt bereitgestellt werden. Hinzu kommt, dass aufgrund der Teilkreisform die Kühlkanäle über eine vergleichsweise große Fläche mit dem an den Wandabschnitt angrenzenden Statorraum thermisch wechselwirken können. Das gilt insbesondere im Verhältnis zum Strömungsquerschnitt. Es ergibt sich eine effektive und zuverlässige Kühlung der Flüssigkeitspumpe.
  • Gemäß einer Variante sind der Statorraum und der Rotorraum topfförmig, wobei der Statorraum und der Rotorraum auf entgegengesetzten axialen Seiten offen sind. Es lassen sich so auf einfache Weise ein Statorraum und ein Rotorraum definieren. In einer bevorzugten Ausführungsform werden der Statorraum und der Rotorraum durch ein einziges, eine sogenannte Doppeltopfstruktur aufweisendes Bauteil bereitgestellt. Es wird somit ein kompakter Aufbau der Flüssigkeitspumpe sichergestellt.
  • Zudem kann der Stator mittels einer Vergussmasse im Statorraum eingebettet sein. Somit ist der Stator in seiner definierten Montageposition spielfrei gelagert. Eine Bewegung des Stators ist somit innerhalb des Statorraums nicht mehr möglich. Es ergibt sich eine zuverlässig funktionierende und langlebige Flüssigkeitspumpe.
  • In einer Variante ist die Flüssigkeitspumpe eine Zahnradpumpe, insbesondere eine Zahnringpumpe. Zahnringpumpen werden auch als Gerotorpumpen bezeichnet und stellen eine Art Zahnradpumpe dar, die besonders leistungsfähig und gleichzeitig kompakt im Aufbau ist.
  • Darüber hinaus wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
    1. a) Vorsehen eines Stators mit mehreren, am Umfang des Stators verteilten Statorsegmenten, wobei zwischen jeweils benachbarten Statorsegmenten eine Radialvertiefung gebildet ist,
    2. b) Vorsehen eines Antriebsgehäuses mit einem Statorraum, wobei der Statorraum zu den Radialvertiefungen korrespondierende, gegenüber einer Grundkontur einer den Statorraum begrenzenden Innenwand hervorspringende Wandabschnitte aufweist,
    3. c) Ausrichten des Stators gegenüber dem Antriebsgehäuse, sodass jede der Radialvertiefungen in Axialrichtung einem korrespondierenden Wandabschnitt gegenüberliegt,
    4. d) Einschieben des Stators in das Antriebsgehäuse, wobei die hervorspringenden Wandabschnitte in die zugeordneten Radialvertiefungen eingreifen.
  • Der Stator wird somit schnell und einfach in einer präzisen Drehposition im Antriebsgehäuse montiert.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird der Stator innerhalb des Statorraums vergossen. Somit ist der Stator innerhalb des Statorraums festgelegt und kann sich innerhalb desselben auch während des Betriebs nicht mehr verschieben. Dadurch funktioniert die Flüssigkeitspumpe zuverlässig.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Es zeigen:
    • - 1 eine erfindungsgemäße Flüssigkeitspumpe in einer perspektivischen Außenansicht,
    • - 2 die Flüssigkeitspumpe aus 1 in einer entlang einer Axialebene geschnittenen Darstellung, und
    • - 3 ein Detail III der Flüssigkeitspumpe aus 2.
  • 1 zeigt eine Flüssigkeitspumpe 10, die in der abgebildeten Ausführungsform als Ölpumpe zur Versorgung eines Kupplungsaktors ausgebildet ist.
  • Gleichzeitig ist die Flüssigkeitspumpe 10 auch dafür geeignet, einen Getriebeaktor, ein Kühlungssystem und/oder ein Schmierungssystem eines Antriebsstrangs mit Öl zu versorgen.
  • Die Flüssigkeitspumpe 10 ist dabei als Zahnringpumpe ausgeführt. Sie umfasst also eine Pumpeinheit 12, die nach dem Prinzip einer Zahnringpumpe funktioniert.
  • Mittels der Pumpeinheit 12 wird über einen Flüssigkeitseingang 14 der Flüssigkeitspumpe 10 bereitgestellte Flüssigkeit in einen Flüssigkeitsausgang 16 der Flüssigkeitspumpe 10 gefördert. Dabei wir die Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt, weshalb der Flüssigkeitseingang 14 auch als Saugseite und der Flüssigkeitsausgang 16 als Druckseite bezeichnet werden kann.
  • Die Pumpeinheit 12 wird mittels einer elektrischen Antriebseinheit 18 angetrieben, die mittels einer Steuereinheit 20 gesteuert wird.
  • Dabei ist die elektrische Antriebseinheit 18 zwischen der Pumpeinheit 12 und der Steuereinheit 20 angeordnet.
  • Die elektrische Antriebseinheit 18 weist ferner einen Stator 22 und einen in 2 und 3 lediglich schematisch dargestellten Rotor 24 auf, der um eine Rotorachse 26 drehbar ist.
  • In diesem Zusammenhang ist der Stator 22 in einem ringförmigen Statorraum 22a eines Antriebsgehäuses 28 angeordnet und der Rotor 24 in einem vom Statorraum 22a separaten, innerhalb desselben liegenden Rotorraum 24a. Der Rotorraum 24a liegt also im Inneren der Ringform. Der Rotor 24 ist somit ein sogenannter Innenrotor.
  • Zudem ist der Stator 22 innerhalb des Statorraums 22a mittels einer Vergussmasse 23 vergossen. Mit anderen Worten ist der Stator 22 mittels der Vergussmasse 23 im Statorraum 22a eingebettet.
  • Sowohl der Rotorraum 24a als auch der Statorraum 22a sind topfförmig gestaltet, wobei der Statorraum 22a und der Rotorraum 24a auf entgegengesetzten axialen Seiten offen sind. Diese sogenannte Doppeltopfform ist als Bestandteil des Antriebsgehäuses 28 ausgeführt.
  • Der Stator 22 umfasst mehrere Statorsegmente 22b, die an seinem Umfang verteilt angeordnet sind. Von den insgesamt zwölf in der Ausführungsform gemäß 2 vorhandenen Statorsegmenten 22b sind dabei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige wenige mit einem Bezugszeichen versehen.
  • Zwischen benachbarten Statorsegmenten 22b ist jeweils eine Radialvertiefung 22c vorgesehen.
  • Der Rotorraum 24a und Statorraum 22a sind durch eine Innenwand 30 getrennt.
  • Diese Innenwand 30 begrenzt somit radial innenseitig den Statorraum 22a und radial außenseitig den Rotorraum 24a.
  • Dabei weist sie eine der Anzahl an Radialvertiefungen 22c des Stators 22 entsprechende Anzahl an Wandabschnitten 30a auf, die in Richtung des Stators 22 Radialausstülpungen 30b sind und in Richtung des Rotorraums 24a korrespondierende Radialausnehmungen 30c bilden.
  • Die Radialausstülpungen 30b und Radialausnehmungen 30c erstrecken sich im Wesentlichen über die gesamte axiale Länge der Innenwand 30.
  • Jede der Radialausstülpungen 30b greift dabei in eine jeweils zugeordnete Radialvertiefung 22c des Stators 22 ein, sodass der Stator 22 unverdrehbar im Antriebsgehäuse 28 gelagert ist. Hierfür bilden die Radialausstülpungen 30b und die Radialvertiefungen 22c einen in Umfangsrichtung wirkenden Formschluss.
  • Zudem ist in jedem Wandabschnitt 30a ein im Wesentlichen axial verlaufender Kühlmittelkanal 30d vorgesehen, der in Richtung des Rotorraums 24a radial offen ist. Über die Kühlmittelkanäle 30d kann Kühlmittel durch den Rotorraum 24a geleitet werden, sodass die elektrische Antriebseinheit 18 gekühlt wird. Das gilt insbesondere für den Rotor 24.
  • Ferner sind die Wandabschnitte 30a an ihren radialen Außenseiten abgerundet. In den Schnittdarstellungen gemäß 2 und 3 sind die radialen Außenseiten der Wandabschnitte 30a somit teilkreisförmig.
  • Dadurch können die axial verlaufenden Kühlmittelkanäle 30d einerseits mit einem vergleichsweise großen Strömungsquerschnitt ausgestattet werden.
  • Andererseits werden die Kühlkanäle 30d durch die abgerundete Form der Wandabschnitte 30a mit einer vergleichsweise großen Oberfläche versehen, sodass ein Wärmeaustausch zwischen dem in den Kühlkanälen 30d strömenden Kühlmittel und dem Statorraum 22 begünstigt wird.
  • Die Flüssigkeitspumpe 10 kann folgender maßen hergestellt werden.
  • Zunächst wird der Stator 22 mit den am Umfang verteilten Statorsegmenten 22b und den jeweils dazwischenliegenden Radialvertiefungen 22c bereitgestellt.
  • Ebenso wird das Antriebsgehäuse 28 bereitgestellt, in dem der Statorraum 22a vorliegt.
  • Wie bereits erläutert, ist der Statorraum 22a durch die Innenwand 30 radial innenseitig begrenzt und die Innenwand 30 weist Wandabschnitte auf, die gegenüber einer Grundkontur hervorspringen. Diese Wandabschnitte 30a sind statorseitig als Radialausstülpungen 30b ausgeführt.
  • Nun wird der Stator 22 gegenüber dem Antriebsgehäuse 28 derart ausgerichtet, dass jede der Radialvertiefungen 22c entlang der Rotorachse 26 einem korrespondierenden Wandabschnitt 30a, also einer korrespondierenden Radialausstülpung 30b gegenüberliegt.
  • Anschließend wird der Stator entlang der Rotorachse 26 in das Antriebsgehäuse 28 eingeschoben, wobei die hervorspringenden Wandabschnitte 30a in Form der Radialausstülpungen 30b in die zugeordneten Radialvertiefungen 22c eingreifen.
  • Abschließend wird der Stator 22 mittels einer Vergussmasse 23 im Statorraum 22a vergossen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 3179106 A1 [0004]

Claims (11)

  1. Flüssigkeitspumpe (10), insbesondere Ölpumpe zur Versorgung eines Kupplungsaktors, eines Getriebeaktors, eines Schmierungssystems und/oder eines Kühlungssystems eines Antriebsstrangs, mit einer elektrischen Antriebseinheit (18), die einen Stator (22) und einen um eine Rotorachse (26) drehbaren Rotor (24) umfasst, wobei der Stator (22) in einem ringförmigen Statorraum (22a) eines Antriebsgehäuses (28) angeordnet ist und der Rotor (24) in einem vom Statorraum (22a) separaten, innerhalb des Statorraums (22a) liegenden Rotorraum (24a), dadurch gekennzeichnet, dass eine radial innenseitig den Statorraum (22a) begrenzende Innenwand (30) zumindest einen Wandabschnitt (30a) aufweist, der in eine zugeordnete, zwischen umfangsmäßig benachbarten Statorsegmenten (22b) vorliegende Radialvertiefung (22c) des Stators (22) eingreift.
  2. Flüssigkeitspumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innenseitig den Statorraum (22a) begrenzende Innenwand (30) mehrere umfangsmäßig verteilte Wandabschnitte (30a) aufweist, wobei jeder der Wandabschnitte (30a) in eine jeweils zugeordnete, zwischen umfangsmäßig benachbarten Statorsegmenten (22b) vorliegende Radialvertiefung (22c) des Stators (22) eingreift.
  3. Flüssigkeitspumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (30a) eine Radialausstülpung (30b) der Innenwand (30) ist oder die Wandabschnitte (30a) Radialausstülpungen (30b) der Innenwand (30) sind, insbesondere wobei sich die Radialausstülpungen (30b) über eine gesamte axiale Länge der Innenwand (30) erstrecken.
  4. Flüssigkeitspumpe (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialausstülpung (30b) oder die Radialausstülpungen (30b) auf einer dem Rotorraum (24a) zugewandten Seite der Innenwand (30) eine korrespondierende Radialausnehmung (30c) bildet bzw. korrespondierende Radialausnehmungen (30c) bilden.
  5. Flüssigkeitspumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der Wandabschnitte (30a) ein im Wesentlichen axial verlaufender Kühlmittelkanal (30d) vorgesehen ist, insbesondere wobei die Kühlmittelkanäle (30d) in Richtung des Rotorraums (24a) radial offen sind.
  6. Flüssigkeitspumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt (30a) an seiner radialen Außenseite abgerundet ist, insbesondere über seine gesamte axiale Länge abgerundet ist.
  7. Flüssigkeitspumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Statorraum (22a) und der Rotorraum (24a) topfförmig sind, wobei der Statorraum (22a) und der Rotorraum (24a) auf entgegengesetzten axialen Seiten offen sind.
  8. Flüssigkeitspumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (22) mittels einer Vergussmasse (23) im Statorraum (22a) eingebettet ist.
  9. Flüssigkeitspumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitspumpe (10) eine Zahnradpumpe, insbesondere eine Zahnringpumpe ist.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Flüssigkeitspumpe (10), insbesondere einer Ölpumpe, mit einer elektrischen Antriebseinheit (18), die einen Stator (22) und einen um eine Rotorachse (26) drehbaren Rotor (24) umfasst, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Vorsehen eines Stators (22) mit mehreren, am Umfang des Stators (22) verteilten Statorsegmenten (22b), wobei zwischen jeweils benachbarten Statorsegmenten (22b) eine Radialvertiefung (22c) gebildet ist, b) Vorsehen eines Antriebsgehäuses (28) mit einem Statorraum (22a), wobei der Statorraum (22a) zu den Radialvertiefungen (22c) korrespondierende, gegenüber einer Grundkontur einer den Statorraum (22a) begrenzenden Innenwand (30) hervorspringende Wandabschnitte (30a) aufweist, c) Ausrichten des Stators (22) gegenüber dem Antriebsgehäuse (28), sodass jede der Radialvertiefungen (22c) in Axialrichtung einem korrespondierenden Wandabschnitt (30a) gegenüberliegt, d) Einschieben des Stators (22) in das Antriebsgehäuse (28), wobei die hervorspringenden Wandabschnitte (30a) in die zugeordneten Radialvertiefungen (22c) eingreifen.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (22) innerhalb des Statorraums (22a) vergossen wird.
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