DE102019219985A1

DE102019219985A1 - Antriebsstrangbauteil, Kühlmittelpumpe und Kühlmittelkreislauf

Info

Publication number: DE102019219985A1
Application number: DE102019219985.2A
Authority: DE
Inventors: Matthias Irmler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebsstrangbauteil (20) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Fluidkanal (22), der als Spiralkanal ausgebildet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Kühlmittelpumpe (30) für einen Kühlmittelkreislauf (10), aufweisend einen Elektromotor (31), welcher nicht in einem Pumpengehäuse angeordnet ist, und ein von dem Elektromotor (31) rotatorisch angetriebenes, mit dem Elektromotor (31) mittels einer Welle (32) gekoppeltes Laufrad (18). Ein Kühlmittelkreislauf (10) für ein Kraftfahrzeug weist das Antriebsstrangbauteil (20) und eine Kühlmittelpumpe (30) auf, die zumindest abschnittsweise in dem Antriebsstrangbauteil (20) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebsstrangbauteil. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Kühlmittelpumpe. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Kühlmittelkreislauf, welcher das Antriebsstrangbauteil und eine Kühlmittelpumpe aufweist.
Stand der Technik
Im Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs wird eine Kühlmittelpumpe eingesetzt, um das flüssige Kühlmittel im Kreislauf zu führen. Derartige Kühlmittelpumpen weisen ein Pumpengehäuse auf, in dem ein Fluidkanal ausgebildet ist. Üblicherweise ist dieses als Spiralgehäuse ausgeführt. Mittels Schlauchverbindungen wird es an weitere Komponenten des Kühlmittelkreislaufs angeschlossen. Insbesondere im Motorsport, wo maximale Einsparungen an Gewicht und Bauraum gefordert werden, brauchen hochperformante Kühlmittelpumpen durch die Dimensionierung Ihres Pumpengehäuses wesentliche Anteile des Bauraumes auf, die für andere Komponenten nicht mehr zur Verfügung stehen.
Die DE 10 2016 220 389 A1 beschreibt eine steuerbare elektrische Kühlmittelpumpe für den Motorsport. Diese ist als Trockenläufer-Kühlmittelpumpe ausgeführt, deren Pumpengehäuse einen asymmetrischen, trapezförmigen Spiralkanal als Fluidkanal aufweist.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, im Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs auf das Pumpengehäuse der Kühlmittelpumpe zu verzichten. Stattdessen ist vorgesehen, dass ein Antriebsstrangbauteil für einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs in einem ersten Aspekt der Erfindung einen Fluidkanal aufweist, der als Spiralkanal, insbesondere als asymmetrischer, trapezförmiger Spiralkanal, ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der Fluidkanal, der herkömmlicherweise in einem Pumpengehäuse angeordnet ist, in eine sowieso vorhandene Komponente des Antriebsstrangs verlegt werden. Dies ermöglicht insbesondere für bauraumsensitive Rennklassen eine signifikante Bauraumeinsparung. Insbesondere im Bereich des Motorsports sind werden Antriebsstrangbauteile als Einzelanfertigungen ausgeführt, was ein Einbringen des Fluidkanals mit einfachen Mitteln ermöglicht. Durch Wegfall des klassischen Spiralkörperpumpengehäuses kann zudem auf einige Schlauchverbindungen verzichtet werden. Dies ermöglicht nicht nur eine weitere Bauraumeinsparung, sondern auch ein optimiertes Strömungsdesign, da weniger Schlauchverbindungen und weniger Eckverbindungen zu einer höheren Systemeffizienz führen. Die Direktanbindung der Kühlmittelpumpe an das Antriebsstrangbauteil macht es weiterhin möglich, die Kühlmittelpumpe tiefliegend zu positionieren, sodass gegenüber einer Lösung mit Kühlmittelpumpengehäuse eine bessere Gewichtsverteilung und ein niedrigerer Schwerpunkt erreicht werden. Schließlich können auch die Kosten für das Pumpengehäuse eingespart werden und die Gesamtkosten für die Pumpe reduziert werden.
Der Fluidkanal ist vorzugsweise als einfacher Spiralkanal ausgebildet. Das Ausbilden des Fluidkanals als einfachen Spiralkanal in Verbindung mit der Bauweise als insbesondere asymmetrischer Trapezkanal ermöglicht höchste Wirkungsgrade der Kühlmittelpumpe, wenn sie in das Antriebsstrangbauteil eingebaut ist.
Unter einem Antriebsstrangbauteil wird grundsätzlich jedes Bauteil verstanden, welches ein Teil des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sein kann oder diesen mit Energie versorgen kann. Insbesondere ist es ausgewählt, aus der Gruppe bestehend aus einem Verbrennungsmotor-Kurbelgehäuse, einem Elektromotor, einem Inverter und einer Batterie. Gerade diese Antriebsstrangbauteile bieten eine hohe Bauraumreserve, die es ermöglicht, den Fluidkanal in einfacher Weise in sie einzubringen.
Das Antriebsstrangbauteil ist vorzugsweise als Gusskörper, als Fräsbauteil oder als additiv gefertigtes Bauteil gefertigt. Diese Bauweisen ermöglichen es, die komplexe Geometrie des Fluidkanals in einfacher Weise in das Antriebsstrangbauteil einzubringen.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Kühlmittelpumpe für einen Kühlmittelkreislauf, die geeignet ist, um sie in das Antriebsstrangbauteil einzubauen. Sie weist einen Elektromotor auf, welcher nicht in einem Pumpengehäuse angeordnet ist. Weiterhin weist sie ein Laufrad auf, welches von dem Elektromotor rotatorisch angetrieben wird und mit ihm mittels einer Welle gekoppelt ist. Dieses ist insbesondere als Halbaxialrad ausgebildet. Durch den Verzicht auf das Pumpengehäuse fehlt dieser Kühlmittelpumpe ein Fluidkanal. Sie kann jedoch den Fluidkanal des Antriebsstrangbauteils nutzen, wenn sie in dieses eingebaut wird.
Die Kühlmittelpumpe ist vorzugsweise als Trockenläuferkühlmittelpumpe in Kreiselbauweise ausgebildet. Die Kreiselbauweise ermöglicht ein hohes Potential für eine Leichtbauentwicklung der Kühlmittelpumpe.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Kühlmittelpumpe eine dynamische Wellendichtung aufweist. Besonders bevorzugt handelt es sich hierbei um eine Radialwellendichtung oder eine Gleitringdichtung.
Das Laufrad ist vorzugsweise ohne Deckscheibe und/oder ohne Axialentlastungsbohrungen ausgebildet. Das Entfallen der Deckscheibe führt in vorteilhafter Weise zu einer Gewichtsersparnis. Der Wegfall der Axialentlastungsbohrungen bringt ebenfalls einen Effizienzzuwachs der Kühlmittelpumpe mit sich, da die Axialentlastungsbohrungen Verwirbelungsverluste und Staudruckverluste des Kühlmittels im Bereich des Laufrades bewirken.
Das Laufrad weist vorzugsweise zwischen fünf und neun profilierte gekrümmte Schaufeln auf. Besonders bevorzugt weist es sieben solche Schaufeln auf. Auf diese Weise kann eine strömungsgünstige Geometrie erreicht werden, welche einen breitestmöglichen Einsatzbereich sowie hohe Leistungen der Kühlmittelpumpe ermöglicht.
Der Elektromotor ist vorzugsweise als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet. Hierdurch können spezifische Vorteile wie beispielsweise eine höchstmögliche Leistung auf geringem Raum, ein geringes Gewicht sowie hohe mögliche Drehzahlen erreicht werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass an einem axialen Endabschnitt des Laufrads ein Spinner angeordnet ist. Dieser axiale Endabschnitt ist dazu vorgesehen, um einem Kühlmittelzulauf im Antriebsstrangbauteil zugewandt zu werden. Das Vorsehen des Spinners bewirkt optimale Einströmsaugbedingungen am Laufrad. Des Weiteren können Wirbelungsverluste am Laufrad minimiert werden. Der Spinner ist beispielsweise direkt an das Laufrad anbindbar oder mit diesem integrierbar ausgebildet.
In einem dritten Aspekt der Erfindung betrifft diese einen Kühlmittelkreislauf für ein Kraftfahrzeug. Dieser weist ein Antriebsstrangbauteil gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf. Eine Kühlmittelpumpe ist zumindest abschnittsweise in dem Antriebsstrangbauteil angeordnet. Auf diese Weise kann sie den Fluidkanal des Antriebsstrangbauteils nutzen, um ein Kühlmittel durch den Kühlmittelkreislauf zu fördern. Dieser ist insbesondere mit einer oder mehreren zu kühlenden Komponenten des Kraftfahrzeugs wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor verbunden.
Die Kühlmittelpumpe des Kühlmittelkreislaufs ist vorzugsweise eine Kühlmittelpumpe gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Eine Oberfläche eines Laufrads der Kühlmittelpumpe ist bevorzugt an einem dem Fluidkanal zugewandten axialen Endabschnitt des Laufrades im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des Fluidkanals an einem Eintrittsbereich des Fluidkanals angeordnet. Dabei schließt sich die Oberfläche des Fluidkanals ohne Versatz an die Oberfläche des Laufrades an. Somit kann eine Fluidströmung effizient von dem Kühlmittelzulauf in den Fluidkanal einströmen. In Verbindung mit dem asymmetrischen Trapezkanal des Antriebsstrangbauteils wird dabei ein höchstmöglicher Wirkungsgrad der Kühlmittelpumpe erreicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt schematisch einen Teil eines Kühlmittelkreislaufs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welcher ein Antriebsstrangbauteil und eine Kühlmittelpumpe gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung aufweist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
1 zeigt einen Abschnitt eines Kühlmittelkreislaufs 10, welcher fluidisch mit einer nicht dargestellten zu kühlenden Komponente verbunden ist. Der Kühlmittelkreislauf 10 weist ein Antriebsstrangbauteil 20 und eine Kühlmittelpumpe 30 auf.
Die Kühlmittelpumpe 30 weist einen Elektromotor 31 auf, der als bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist. Der Elektromotor 31 treibt rotatorisch ein mit dem Elektromotor 31 mittels einer Welle 32 gekoppeltes Laufrad 33 an.
Das Antriebsstrangbauteil 20 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Verbrennungsmotor-Kurbelgehäuse. Die Kühlmittelpumpe 30 ist so in dem Antriebsstrangbauteil 20 angeordnet, dass ihr Laufrad 33 einem Kühlmittelzulauf 21 des Antriebsstrangbauteils 20 zugewandt ist. Dabei ist es in einem Fluidkanal 22 des Antriebsstrangbauteils 20 angeordnet. Eine Oberfläche 34 des Laufrades 33 ist an einem dem Fluidkanal 22 zugewandten axialen Endabschnitt 35 des Laufrades im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche 23 des Fluidkanals 22 an einem Eintrittsbereich 24 des Fluidkanals 22 angeordnet. Die Oberfläche 23 des Fluidkanals 22 schließt sich hierbei ohne Versatz an die Oberfläche 34 des Laufrades 33 an. Somit kann ein strömungsgünstiger Eintritt des Kühlmittels in den Fluidkanal 22 möglichst verwirbelungsfrei erreicht werden.
Das Laufrad 33 ist als Halbaxialrad ausgebildet. Es weist keine Deckscheibe und keine axialen Entlastungsbohrungen auf. Allerdings verfügt es über sieben profilierte und gekrümmte Schaufeln 36. An einem dem Kühlmittelzulauf 21 zugewandten axialen Endabschnitt 37 des Laufrades 33 ist ein Spinner 38 angeordnet.
Die Kühlmittelpumpe 30 ist als Trockenläuferkühlmittelpumpe in Kreiselbauweise ausgebildet. Sie weist eine dynamische Wellendichtung 39 auf, die als schleifende Wellendichtung ohne Spannfeder ausgeführt ist.
Eine nicht dargestellte Leistungs- und Steuerungselektronik ist an die Kühlmittelpumpe 30 angeflanscht.
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

DE 102016220389 A1 [0003]

Claims

Antriebsstrangbauteil (20) für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, aufweisend einen Fluidkanal (22), der als Spiralkanal ausgebildet ist.
Antriebsstrangbauteil (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (22) als asymmetrischer, trapezförmiger Spiralkanal ausgebildet ist.
Antriebsstrangbauteil (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (22) als einfacher Spiralkanal ausgebildet ist.
Antriebsstrangbauteil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Verbrennungsmotor-Kurbelgehäuse, einem Elektromotor, einem Inverter und einer Batterie.
Antriebsstrangbauteil (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gusskörper, ein Fräsbauteil oder ein additiv gefertigtes Bauteil ist.
Kühlmittelpumpe (30) für einen Kühlmittelkreislauf (10), aufweisend einen Elektromotor (31), welcher nicht in einem Pumpengehäuse angeordnet ist, und ein von dem Elektromotor (31) rotatorisch angetriebenes, mit dem Elektromotor (31) mittels einer Welle (32) gekoppeltes Laufrad (33).
Kühlmittelpumpe (30) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Trockenläufer-Kühlmittelpumpe in Kreiselbauweise ausgebildet ist.
Kühlmittelpumpe (30) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine dynamische Wellendichtung (38) aufweist.
Kühlmittelkreislauf (10) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein Antriebsstrangbauteil (20) und eine Kühlmittelpumpe (30), die zumindest abschnittsweise in dem Antriebsstrangbauteil (20) angeordnet ist.
Kühlmittelkreislauf (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche (34) eines Laufrads (33) der Kühlmittelpumpe (30) an einem, dem Fluidkanal (22) zugewandten, axialen Endabschnitt (37) des Laufrads (33) im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche (23) des Fluidkanals (22) an einem Eintrittsbereich (24) des Fluidkanals (22) angeordnet ist, wobei sich die Oberfläche (23) des Fluidkanals (22) ohne Versatz an die Oberfläche (34) des Laufrads (32) anschließt.
Kühlmittelkreislauf (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmittelpumpe (30) eine Kühlmittelpumpe (30) nach einem der Ansprüche 5 bis 7 ist.