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Die Erfindung betrifft einen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei in einem Arbeitsraum eines Gehäuses des Antriebs zu kühlende und/oder schmierende Komponenten des Antriebs angeordnet sind. Der Antrieb weist zudem einen offenen Kühlkreislauf mit einer Zentrifugalpumpe auf, welche an einen bodenseitig im Gehäuse ausgeführten, dem Kühlkreislauf zugehörigen Ölsumpf hydraulisch angebunden ist. Der offene Kühlkreislauf weist überdies wenigstens eine stromaufwärts der Zentrifugalpumpe im Gehäuse ausgeformte und im Arbeitsraum endende Ölzuführung auf. Hierbei ist der Arbeitsraum ebenfalls hydraulisch mit dem Ölsumpf verbunden, sodass im Betrieb des elektrischen Antriebs im Ölsumpf bevorratetes Öl vermittels der Zentrifugalpumpe über die Ölzuführung zu den zu kühlenden und/oder schmierenden Komponenten verbracht und das Öl schwerkraftbedingt über die im Arbeitsraum angeordneten Komponenten in den Ölsumpf rückgeführt wird.
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Die zunehmende Ausstattung von Kraftfahrzeugen, hierbei insbesondere Personenkraftwagen mit elektrischen Antrieben, bedingt in steigendem Maße die Optimierung der Leistungsdaten, der Effizienz sowie der Leistungsdichte der elektrischen Antriebe. Diese sind bei batteriebetriebenen Kraftfahrzeugen neben den Fahreigenschaften insbesondere auch für die Reichweite relevant.
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Bei der Steigerung der Effizienz der elektrischen Antriebe sind dabei neben der Minimierung der Verlustleistung der Aktivkomponenten, wie insbesondere des Stators und Rotors, zunehmend die für den Betrieb notwendigen, sekundären Leistungen für Kühlung und Schmierung von Bedeutung.
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Hinsichtlich der Kühlung und/oder Schmierung von elektrischen Antrieben werden im Stand der Technik bereits mehrere Lösungen beschrieben.
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Der
US 5 382 854 A ist in diesem Zusammenhang ein elektrischer Anrieb eines Kraftfahrzeugs zu entnehmen, wobei der elektrische Antrieb eine in einem Pumpenbereich angeordnete Ölpumpe aufweist, die in einem Reservoir vorgehaltenes Öl umwälzt. Das Öl dient dabei der Kühlung der Statorwicklungen sowie der Schmierung eines Planetengetriebes des elektrischen Antriebs.
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Aus der WO 2007 / 019 939 A1 ist zudem ein flüssigkeitsgekühlter Elektromotor bekannt, wobei eine Motorkreisel-Kühlpumpe teilweise oder vollständig in einem Aufnahmeraum innerhalb des Gehäuses des Elektromotors angeordnet ist. Die Motorkreisel-Kühlpumpe ist hierbei in den von außen zugänglichen Aufnahmeraum einschiebbar, wobei eine hydraulische Verbindung der als Nassläufer ausgeführten Motorkreisel-Kühlpumpe mit einem innerhalb des Gehäuses des Elektromotors ausgeformten, geschlossenen Kühlkreislauf etabliert wird. Aufgrund des geschlossenen Kühlmittelkreislaufs gelangen die unmittelbar zu kühlenden Aktivkomponenten des Elektromotors, hierbei insbesondere der Stator und Rotor, in nachteiliger Weise nicht in unmittelbaren Kontakt mit dem durch den Kreislauf gepumpten Kühlmittel und werden somit lediglich passiv gekühlt.
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Da die Leistungsdichte stetig steigt, steigt ebenso die Verlustleistungsdichte der Aktivkomponenten. Die wärmeübertragende Oberfläche des Antriebs und die inhomogene Wärmeentwicklung in den Aktivkomponenten bedingen hierbei anstelle geschlossener Kühlkreise und somit einer passiven Kühlung zunehmend eine aktive Ölkühlung mit einem zugehörigen Wärmetauscher.
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In der Regel erfolgt die aktive Kühlung dabei durch Pumpen, welche nach dem Verdrängerprinzip arbeiten. Diesen haften jedoch die Nachteile an, dass regelmäßig hohe Gegenkräfte auf die fördernden Elemente wie z. B. die Pumpenzahnräder und somit auf die gesamte Verdrängerpumpe wirken, wobei diese Gegenkräfte über die Lagerstellen abgeführt werden müssen. Dadurch muss eine Verdrängerpumpe mechanisch äußerst steif ausgeführt werden. Weiterhin müssen die Spaltmaße in einer solchen Verdrängerpumpe zum Erzielen der gewünschten Verdrängungswirkung gering ausgebildet sein, was in beiden Fällen zu hohen Kosten der Verdrängerpumpe führt. Weiterhin entsteht aufgrund einer sich wiederholenden Verdrängungsbewegung während der Arbeitstakte eine Pulsation des geförderten Öls.
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Neben Verdrängerpumpen sind zudem auch Kreiselpumpen aus dem Stand der Technik bekannt, welche nach dem strömungsdynamischen Prinzip arbeiten. So wird durch die
EP 1 045 149 A2 beispielhaft eine als Kühlmittel- respektive Heizmittelpumpe Verwendung findende Kreiselpumpe beschrieben. Diese dient dabei zu Heiz- oder Kühlzwecken der Fahrzeugkabine oder auch der Antriebsmaschine von Kraftfahrzeugen. Hierbei ist vorgesehen, dass ein durch die Kreiselpumpe gefördertes Kühlmittel ebenfalls die in der Motorkammer der Kreiselpumpe befindlichen elektrischen und elektronischen Bauteile kühlt, sodass ein Betrieb im Hochlastbereich ermöglicht wird.
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In der
US 5 382 854 A wird gar ein Flugzeuggenerator offenbart, bei welchem zur Kühlschmierung des Flugzeuggenerators in einem offenen Ölkreislauf eine Kombination aus in Reihe angeordneter Verdrängerpumpe und Kreiselpumpe Verwendung findet. Diese sind dabei bevorzugt koaxial zueinander angeordnet und innerhalb eines Pumpengehäuses ausgeführt. Die Verdrängerpumpe ist hierbei stromaufwärts der Kreiselpumpe angeordnet, wobei diese Öl aus einem Ölreservoir zum Öleinlass der Verdrängerpumpe befördert. Hierfür ist die Kreiselpumpe stromabwärts mit einem Ansaugstutzen verbunden, welcher in das Ölreservoir eintaucht. Nach dem Verteilen des Öls wird dieses in das Ölreservoir rückgeführt.
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Die gattungsbildende
US 5 014 800 A beschreibt ferner einen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, welcher eine in einer Pumpenkammer eines Gehäuses des Antriebs angeordnete Kreiselpumpe aufweist. Mittels der Kreiselpumpe wird dabei Öl innerhalb des elektrischen Antriebs umgewälzt, wobei ein offener Ölkreislauf ausgebildet ist. Dabei umfasst der Ölkreislauf neben einer bodenseitig angeordneten Pumpenkammer zudem ein ebenfalls bodenseitig und stromabwärts der Pumpenkammer angeordnetes Ölreservoir sowie eine stromaufwärts der Pumpenkammer an einer Stirnseite des Antriebs ringförmig ausgebildete Ölkühlkammer. Zur Kühlung der im Gehäuse gelagerten Rotor-Stator-Anordnung wird das Öl mittels der Kreiselpumpe aus dem unterhalb der Rotor-Stator-Anordnung befindlichen Ölreservoir durch die Pumpenkammer und die Ölkühlkammer bis zur Oberseite des Antriebs gepumpt und über die Rotor-Stator-Anordnung geleitet, wobei sich das abtropfende Öl wiederum im Ölreservoir sammelt. Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist jedoch die wenig wartungsfreundliche Anordnung der Kreiselpumpe, welche im Grunde unlösbar innerhalb des Antriebs fixiert ist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antrieb der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass die Kühlung des Antriebs kostengünstiger und hinsichtlich der Wartungsfreundlichkeit verbessert ausgeführt ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem elektrischen Antrieb gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also ein elektrischer Antrieb - insbesondere ein Elektromotor - eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, wobei in einem Arbeitsraum eines Gehäuses des Antriebs zu kühlende und/oder schmierende Komponenten des Antriebs angeordnet sind. Dabei würde es sich bei diesen vor allem aktiven Komponenten im Wesentlichen um einen Rotor und/oder Stator, hierbei insbesondere um die Statorwicklungen des Stators des elektrischen Antriebs handeln.
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Weiterhin weist der Antrieb erfindungsgemäß einen offenen Kühlkreislauf mit einer Zentrifugalpumpe auf, welche an einen bodenseitig im Gehäuse ausgeführten, dem Kühlkreislauf zugehörigen Ölsumpf hydraulisch angebunden ist. Dabei weist der offene Kühlkreislauf überdies wenigstens eine stromaufwärts der Zentrifugalpumpe im Gehäuse ausgeformte und im Arbeitsraum - insbesondere oberhalb der Komponenten - endende Ölzuführung auf. Hierbei ist der Arbeitsraum ebenfalls hydraulisch mit dem Ölsumpf verbunden, wobei der Ölsumpf, insbesondere in einer Einbaulage des Antriebs in dem Kraftfahrzeug, unterhalb des Arbeitsraums angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, dass im Betrieb des elektrischen Antriebs im Ölsumpf bevorratetes Öl vermittels der Zentrifugalpumpe über die Ölzuführung zu den zu kühlenden und/oder schmierenden Komponenten verbracht und das Öl schwerkraftbedingt über die im Arbeitsraum angeordneten Komponenten in den Ölsumpf rückgeführt wird. Bevorzugt weist der offene Kühlkreislauf zudem einen Wärmetauscher auf. Dieser könnte dabei ebenfalls Bestandteil der Ölzuführung sein.
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Die Verwendung einer Zentrifugalpumpe bietet hierbei insbesondere gegenüber einer Verdrängerpumpe den Vorteil, dass geringere Gegenkräfte auf die fördernden Elemente, wie z. B. ein Pumpenrad, und somit auf die gesamte Zentrifugalpumpe wirken, wobei die Gegenkräfte entsprechend über Lagerstellen abgeführt werden müssen. Dadurch kann eine Zentrifugalpumpe gegenüber einer Verdrängerpumpe mechanisch weniger steif ausgeführt werden. Dadurch wäre es möglich, die Zentrifugalpumpe im Wesentlichen in Kunststoff auszuführen. Dies bedeutet, dass das Gros der Pumpenbauteile, hierbei insbesondere ein Pumpengehäuse der Zentrifugalpumpe, aus Kunststoff bestehen kann; aber auch Teile eines die Zentrifugalpumpe antreibenden Elektromotors können aus Kunststoff gefertigt sein. Davon wären jedoch im Wesentlichen Rotor, Stator sowie eine die durch den Elektromotor erzeugte Bewegung übertragende Pumpenwelle ausgenommen. Da ferner keine Verdrängungswirkung erzielt werden muss, besteht auch eine geringere Anforderung an notwendige Spaltmaße, sodass die Zentrifugalpumpe entsprechend höhere Spaltmaße aufweisen kann als eine Verdrängerpumpe. Beides senkt in vorteilhafter Weise die Kosten der Zentrifugalpumpe. Weiterhin entsteht aufgrund einer fehlenden, sich wiederholenden Verdrängungsbewegung während der Arbeitstakte keine Pulsation, sondern eine im Grunde kontinuierliche Strömung des geförderten Öls. Hierbei sollte der Gegendruck, der durch den offenen Ölkreislauf des elektrischen Antriebs erzeugt wird respektive durch diesen vorliegt, jedoch einen Wert von 0,6 bis 1,0 bar nicht überschreiten.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass das Gehäuse eine das Gehäuse durchbrechende Pumpenaufnahme aufweist, in welcher die in Patronenbauweise ausgeführte Zentrifugalpumpe das Gehäuse dichtend angeordnet - hierbei insbesondere eingesteckt - und mit dem Ölreservoir sowie der Ölzuführung hydraulisch verbunden ist. Hierbei bietet die Ausführung der Zentrifugal- oder auch Kreiselpumpe in einer Patronen- oder auch Cartridgebauweise den Vorteil, dass die Zentrifugalpumpe in einfacher Weise befestig- und tauschbar ist, sodass insbesondere eine Wartung vereinfacht wird. Darüber hinaus wäre es denkbar, dass sich bereits vorhandene Antriebe, welche mit einer Verdrängerpumpe in gleicher Bauweise ausgeführt sind, mittels der Zentrifugalpumpe nachrüsten ließen.
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In einer überaus vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Pumpenaufnahme radial abgestuft ausgebildet, wobei die Pumpenaufnahme eine an den Ölsumpf angrenzende zylindrische Zentrieröffnung - insbesondere zur Anordnung eines Ansaugstutzens der Zentrifugalpumpe - aufweist. Im Sinne der abgestuften Ausformung sollte neben der Zentrieröffnung zudem eine sich zur Außenseite des Gehäuses erstreckende zylindrische Aufnahmeöffnung in der Pumpenaufnahme ausgebildet sein, wobei diese einen größeren Durchmesser aufweisen könnte als die Zentrieröffnung selbst. Hierdurch wäre es in vorteilhafter Weise möglich, dass über die Zentrieröffnung einerseits eine optimale Positionierung der Zentrifugalpumpe, hierbei insbesondere des Ansaugstutzens, gewährleistet werden kann. Überdies besteht die Möglichkeit, dass beispielsweise durch eine Anordnung von Dichtungen im Bereich sowohl der Zentrieröffnung als auch der Aufnahmeöffnung eine Dichtwirkung der Zentrifugalpumpe verbessert werden könnte. Hierbei wären die Dichtungen entsprechend an der Zentrifugalpumpe angeordnet.
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Darüber hinaus ist eine Ausführungsform der Erfindung als vorteilhaft anzusehen, bei welcher ein Abschnitt der Ölzuführung durch eine von der Zentrifugalpumpe ausgehende, stromaufwärts verlaufende Druckleitung geformt ist und hierbei die Druckleitung über eine im Gehäuse ausgeformte Entlüftungsleitung mit dem Ölsumpf hydraulisch verbunden ist. Durch die Ausbildung kann es vorteilhaft vermieden werden, dass sich Gase, insbesondere in Form von Gasblasen, innerhalb der Zentrifugalpumpe ansammeln. Da die Zentrifugalpumpe bedingt durch ihr zugrundeliegendes Funktionsprinzip nicht selbstansaugend ist, könnte bei einer solchen Ansammlung von Gas ein Förderstrom des Öls abreißen oder gar nicht erst etabliert werden. Dies könnte zu einer Fehlfunktion oder gar der Beschädigung des Antriebs führen, was somit gewinnbringend vermieden würde.
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Dabei stellt es sich zudem als besonders vielversprechend dar, wenn in einer Ausführungsform der Erfindung in der Entlüftungsleitung überdies eine Blende ausgeführt ist. Die Anordnung einer Blende in der Entlüftungsleitung erhöht den Strömungswiderstand der Entlüftungsleitung, sodass ein übermäßiger Rückfluss von Öl aus der Druckleitung in den Ölsumpf vermieden werden kann. Gase können jedoch ungehindert über die Blende in den Ölsumpf und von da aus insbesondere in den Arbeitsraum abgasen.
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Denkbar wäre ebenso, dass die Entlüftungsleitung an einer anderen Stelle der Ölzufuhr zwischen Ölzufuhr und Ölsumpf ausgebildet ist.
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In einer weiteren mit Vorteil behafteten Gestaltung der Erfindung weist ein in der Pumpenaufnahme angeordneter Abschnitt eines Pumpengehäuses der Zentrifugalpumpe eine - insbesondere radial zu einem Pumpenrad beabstandete - Strömungsführung auf. Dabei weist die ringförmig ausgebildete Strömungsführung selbst eine die Strömungsführung radial durchbrechende Strömungsführöffnung auf, an welche sich pumpenausgangsseitig die Ölzuführung - hierbei insbesondere die Druckleitung - anschließt. Hierdurch ließe es sich vorteilhaft verwirklichen, dass vermittels des Pumpenrads in Längsrichtung der Zentrifugalpumpe über den Ansaugstutzen in die Zentrifugalpumpe und anschließend in radiale Richtung des Pumpenrads befördertes Öl durch die Strömungsführöffnung der Strömungsführung im Wesentlichen auf die lateral zur Pumpenaufnahme und Zentrifugalpumpe ausgeformte Druckleitung gerichtet wäre. Hierdurch würden lediglich minimale Druckverluste sowie Verwirbelungen des Öls durch die Zentrifugalpumpe auftreten.
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Eine Ausführungsform der Erfindung lässt sich ferner dann als Erfolg versprechend ansehen, wenn das Gehäuse eine lateral zur Pumpenaufnahme und Ölzuführung fluchtend gegenüberliegend ausgeformte Führelementaufnahme aufweist, in welcher ein die Führelementaufnahme zur Pumpenaufnahme hin verschließendes Strömungsführelement eingebracht ist. Zudem ist dabei ein sich in die Pumpenaufnahme erstreckender Führungsabschnitt des Strömungsführelements radial an den Umfangsverlauf der Pumpenaufnahme angepasst. Durch die Anordnung eines Strömungsführelements, z. B. anstelle einer Strömungsführung, besteht die Möglichkeit, den Aufbau der Zentrifugalpumpe zu vereinfachen. Das Strömungsführelement wäre hierbei in einfachem Falle als ein Stopfen ausgeführt, welcher in der Führelementaufnahme angeordnet wäre. Diese sowie die Druckleitung der Ölzuführung könnten dabei aus einer in einem Arbeitsgang erzeugten Durchgangsbohrung hervorgehen, welche lateral zur Pumpenaufnahme in das Gehäuse eingebracht wird und dabei die Pumpenaufnahme durchbricht.
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In mit Vorteil behafteter Weiterbildung der Erfindung weist überdies ein ein Pumpenrad der Zentrifugalpumpe - insbesondere über eine Welle - antreibender elektrischer Motor einen Temperatursensor auf, welcher im Bereich einer den Motor flüssigkeitsdicht zum Pumpengehäuse - hierbei insbesondere zum Pumpenrad - abgrenzenden Wandung angeordnet ist. Dadurch wird es ermöglicht, dass im Betrieb des elektrischen Antriebs über den Temperatursensor des Motors eine Öltemperatur des umgewälzten Öls bestimmbar wäre.
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Eine gewinnbringend gestaltete Ausbildung der Erfindung lässt sich zudem daran erkennen, dass an einem - in den Ölsumpf ragenden - Ansaugstutzen der Zentrifugalpumpe ein Ansaugrohr mit einer dem Boden des Ölsumpfs zugewandten Zulauföffnung - insbesondere lösbar - angeordnet ist. Hierdurch kann einerseits verbessert gewährleistet werden, dass auch bei einem niedrigen Ölspiegel im Ölsumpf durch die Zentrifugalpumpe stets Öl angesaugt werden kann und die Zentrifugalpumpe somit nicht trockenläuft. Hierneben wäre es möglich, dass durch die in Richtung des Bodens gewandte Zulauföffnung ein Ansaugen von Gas, welches sich z. B. in Form von Schaumbildung auf dem Ölspiegel ansammelt, gewinnbringend minimiert wird.
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Überaus praxisgerecht ist es zudem, wenn an einem - in den Ölsumpf ragenden - Ansaugstutzen der Zentrifugalpumpe oder dem Ansaugrohr eingangsseitig ein Sieb angeordnet ist. Gewinnbringend kann dadurch ein Eindringen von nicht durch die Zentrifugalpumpe beförderbaren Partikeln in die Zentrifugalpumpe sowie in die Ölzufuhr vermieden werden. Bei einem Eindringen dieser Partikel wäre es unvorteilhaft möglich, dass eine Verstopfung und somit eine Fehlfunktion oder gar Beschädigung der Zentrifugalpumpe und/oder der Ölzufuhr auftritt. Weiterhin würde vorteilhaft eine Ablagerung an den zu kühlenden und/oder zu schmierenden Komponenten vermieden werden. Insbesondere könnten solche Partikel am Rotor und/oder Stator des Antriebs einen erhöhten Verschleiß bis hin zum Ausfall des Antriebs bewirken. Um dies zu vermeiden, würde mittels des Siebs ein möglichst hoher Anteil an Partikeln von einem Eindringen in die Zentrifugalpumpe und somit ebenfalls in die Ölzufuhr abgehalten. Hierbei sollte das Sieb insbesondere eingangsseitig des Ansaugstutzens oder des Ansaugrohrs angeordnet sein.
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Zweckmäßig stellt sich dabei eine Weiterbildung der Erfindung dar, bei welcher das Sieb eine Maschenweite aufweist, welche dem maximalen Spaltmaß oder der Hälfte eines maximalen Spaltmaßes der Zentrifugalpumpe entspricht. Dies würde einen quasi optimalen Kompromiss zwischen der Siebwirkung des Siebs und damit verbunden dem Verhindern des Eindringens von Partikeln und der Neigung zum Verschluss des Siebs durch Partikel mit minimaler Partikelgröße bedeuten. Solch minimale Partikel könnten hingegen ungehindert durch das Sieb hindurchdringen und mitsamt des Öls durch die Zentrifugalpumpe umgewälzt werden, ohne aufgrund der Partikelgröße eine Verstopfung oder Beschädigung der Zentrifugalpumpe, der Ölzuführung oder der Komponenten des Antriebs hervorzurufen. Denkbar wäre beispielsweise, dass bei einem Spaltmaß der Dichtspalte der Zentrifugalpumpe von 0,3 Millimetern die Maschenweite des Siebs 0,15 Millimeter beträgt.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips sind einige davon in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Die Zeichnungen zeigen dabei in
- 1a, 1b eine erste Weiterbildung des Antriebs;
- 2a, 2b eine zweite Weiterbildung des Antriebs.
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Die 1a und 1b zeigen eine erste Weiterbildung des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs 1. Hierbei sind in den Figuren aus Darstellungsgründen lediglich Detailansichten des elektrischen Antriebs 1 aufgezeigt, wobei die 1a einen Längsschnitt mit der Zentrifugalpumpe 4 verdeutlicht. Grundsätzlich sind dabei in dem Arbeitsraum 2 des Gehäuses 3 des elektrischen Antriebs 1 zu kühlende und/oder schmierende Komponenten des elektrischen Antriebs 1, hierbei insbesondere der Rotor und der Stator mit seinen Statorwicklungen, angeordnet. Der Arbeitsraum 2 ist dabei insbesondere in einer Einbaulage des elektrischen Antriebs 1 in einem Kraftfahrzeug, hierbei bevorzugt in einem Personenkraftwagen, oberhalb des Ölsumpfs 5 ausgebildet.
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Der elektrische Antrieb 1 weist nun zur entsprechenden Kühlung und/oder Schmierung einen offenen Kühlkreislauf mit der Zentrifugalpumpe 4 auf, welche an den bodenseitig im Gehäuse 3 ausgeführten und dem Kühlkreislauf zugehörigen Ölsumpf 5 hydraulisch angebunden ist. Es sei hierzu angemerkt, dass die Zentrifugalpumpe 4 in 1a zur verbesserten Darstellung nicht in ihrer tatsächlichen Einbaulage aufgezeigt, sondern in Längsrichtung der Zentrifugalpumpe 4 zur Außenseite des Gehäuses 3 beabstandet dargestellt ist. Grundsätzlich ist die in Patronenbauweise ausgeführte Zentrifugalpumpe 4 jedoch in der das Gehäuse 3 durchbrechend ausgeführten Pumpenaufnahme 7 angeordnet, wobei die Zentrifugalpumpe 4 das Gehäuse 3 abdichtet.
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Die Pumpenaufnahme 7 ist dabei in Längsrichtung der Zentrifugalpumpe 4 radial abgestuft, wodurch die an den Ölsumpf 5 angrenzende zylindrische Zentrieröffnung 8 sowie die sich zur Außenseite des Gehäuses 3 erstreckende zylindrische Aufnahmeöffnung 27 ausgebildet sind. Hierbei weist die Aufnahmeöffnung 27 einen größeren Durchmesser auf als die Zentrieröffnung 8. Die Zentrieröffnung 8 dient der Aufnahme des Ansaugstutzens 9 der Zentrifugalpumpe 4, welcher ein Bestandteil des Pumpengehäuses 13 ist. Hierbei ragt der Ansaugstutzen 9 zudem in den Bereich des Ölsumpfs 5 hinein. Zur im vorhergehenden Abschnitt genannten Abdichtung des Gehäuses 3 ist am Ansaugstutzen 9 sowie am in der Aufnahmeöffnung 27 befindlichen Abschnitt des Pumpengehäuses 13 jeweils eine in einer Nut angeordnete Dichtung 30 vorgesehen, wobei die Dichtungen 30 die Zentrieröffnung 8 sowie die Aufnahmeöffnung 27 gegenüber der Zentrifugalpumpe 4 abdichten.
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Ferner weist der offene Kühlkreislauf wenigstens eine stromaufwärts der Zentrifugalpumpe 4 im Gehäuse 3 ausgeformte und im Arbeitsraum 2 endende Ölzuführung 6 auf, wobei die Zentrifugalpumpe 4 sowohl mit dem Ölsumpf 5 sowie der Ölzuführung 6 hydraulisch verbunden ist. Zudem ist hierbei ein Abschnitt der Ölzuführung 6 durch eine von der Zentrifugalpumpe 4 ausgehende und stromaufwärts verlaufende Druckleitung 10 ausgeformt. Aufgrund der in 1a gewählten Darstellung ist die Lage der Ölzuführung 6 und somit der Druckleitung 10 neben ihrer eigentlichen Position im Gehäuse 3 respektive relativ zur Pumpenaufnahme 7 nochmals in Relation zur Zentrifugalpumpe 4 respektive zum Pumpengehäuse 13 gestrichelt angedeutet.
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Aufgrund der bereits erwähnten, zudem vorliegenden Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 2 und dem Ölsumpf 5 wird im Betrieb des elektrischen Antriebs 1 im Ölsumpf 5 bevorratetes Öl zur Umwälzung über den Ansaugstutzen 9 der Zentrifugalpumpe 4 angesaugt und über die Ölzuführung 6 zu den zu kühlenden und/oder schmierenden Komponenten verbracht respektive gepumpt, von wo aus das Öl schwerkraftbedingt über die im Arbeitsraum 2 angeordneten Komponenten in den Ölsumpf 5 rückgeführt wird. Aufgrund des direkten Kontakts des Öls mit den Komponenten lassen sich diese quasi optimal kühlen und/oder schmieren. Zur Vermeidung eines Eindringens von nicht durch die Zentrifugalpumpe 4 beförderbaren Partikeln, welche eine Verstopfung und somit Fehlfunktion der Zentrifugalpumpe hervorrufen können, ist an dem Ansaugstutzen 9 eingangsseitig das Sieb 26 angeordnet.
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Aufgrund der Umwälzung des Öls besteht zudem die Möglichkeit, dass im Ölsumpf 5 eine Schaumbildung auftritt, wobei der Schaum entsprechend durch vom Öl umschlossene Gasblasen gebildet wird. Solche Gasblasen könnten sich jedoch innerhalb der Zentrifugalpumpe 4 ansammeln. Da die Zentrifugalpumpe 4 bedingt durch ihr zugrundeliegendes Funktionsprinzip nicht selbstansaugend ist, kann bei einer Ansammlung von Gas in der Zentrifugalpumpe 4 ein Förderstrom des Öls abreißen oder gar nicht erst etabliert werden. Eine solche Ansammlung von Gasen kann auch durch bereits im Öl gelöste Fluide hervorgerufen werden, wobei die Fluide beispielsweise aufgrund von Kavitation als Gas aus dem Öl austreten.
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Um ein Abführen der Gase insbesondere bei einem Förderstillstand der Zentrifugalpumpe 4 zu ermöglichen, ist die Druckleitung 10 über die im Gehäuse 3 orthogonal zur Druckleitung 10 ausgeformte Entlüftungsleitung 11 mit dem Ölsumpf 5 hydraulisch verbunden, sodass die Gase über den Ölsumpf 5 insbesondere in den Arbeitsraum 2 abgasen können. Dabei ist Sorge zu tragen, dass der Auslass 28 der Entlüftungsleitung 11 stets unterhalb des im Ölsumpf 5 bestehenden Ölspiegels 29 liegt. Dies kann einerseits dadurch erreicht werden, dass der unmittelbar an die Pumpenaufnahme 7 respektive die Zentrifugalpumpe 4 angrenzende Teil des Ölsumpfs 5 als ein Beruhigungsraum, beispielsweise im Sinne eines Beruhigungs- oder Schlingertopfs, wie er aus Kraftstofftanks bekannt ist, ausgebildet ist. Ferner kann die Höhe des Ölspiegels 29 z. B. über einen Schwimmer bestimmt und bei drohender Unterschreitung des Auslasses 28 Öl in den Ölsumpf 5 nachgeführt werden. Um einen übermäßigen Rückfluss des durch die Zentrifugalpumpe 4 durch die Druckleitung 10 geförderten Öls in den Ölsumpf 5 zu vermeiden, ist in der Entlüftungsleitung 11 die Blende 12 ausgeführt, welche durch Gase jedoch unproblematisch passiert werden kann.
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Um das aus dem Ölsumpf 5 über die Zentrifugalpumpe 4 geförderte Öl quasi optimal in die Ölzuführung 6 und somit die Druckleitung 10 zu verbringen, weist ein in der Pumpenaufnahme 7 angeordneter Abschnitt des Pumpengehäuses 13 die Strömungsführung 15 auf. Hierbei weist die ringförmig ausgebildete Strömungsführung 15 überdies die die Strömungsführung 15 radial durchbrechende Strömungsführöffnung 16 auf, an welche sich pumpenausgangsseitig die Ölzuführung 6 und somit die Druckleitung 10 anschließen. Hierdurch wird das vermittels des Pumpenrads 14 in Längsrichtung der Zentrifugalpumpe 4 über den Ansaugstutzen 9 in die Zentrifugalpumpe 4 und anschließend in radiale Richtung des Pumpenrads 14 beförderte Öl durch die Strömungsführöffnung 16 der Strömungsführung 15 im Wesentlichen auf die lateral zur Pumpenaufnahme 7 und somit Zentrifugalpumpe 4 ausgeformte Druckleitung 10 gerichtet, sodass lediglich minimale Druckverluste sowie Verwirbelungen des Öls durch die Zentrifugalpumpe 4 auftreten. Die Ausführung der Strömungsführung 15 mit ihrer Strömungsführöffnung 16 ist dabei in 1b in geschnittener Frontansicht detailliert dargestellt.
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In dieser Weiterbildung des elektrischen Antriebs 1 ist zudem vorgesehen, dass der das Pumpenrad 14 der Zentrifugalpumpe 4 antreibende Elektromotor 21 den Temperatursensor 22 aufweist, welcher im Bereich der den Elektromotor 21 flüssigkeitsdicht zum Pumpengehäuse 13 abgrenzenden Wandung 23 angeordnet ist. Dabei besteht zudem die Möglichkeit, dass der Temperatursensor 22 auf einer Platine aufgebracht und diese Platine in Gänze in diesem Bereich angeordnet ist. Die Anordnung des Temperatursensors 22 im Bereich der Wandung 23 bietet dabei den Vorteil, dass im Betrieb des elektrischen Antriebs 1 über den Temperatursensor 22 des Elektromotors 21 die Öltemperatur des umgewälzten Öls bestimmbar ist.
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Den 2a und 2b ist eine zweite Weiterbildung des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs 1 zu entnehmen. Diese Weiterbildung unterscheidet sich dabei von der in den 1a und 1b aufgezeigten Weiterbildung dadurch, dass das Gehäuse 3 des elektrischen Antriebs 1 die lateral zur Pumpenaufnahme 7 und Ölzuführung 6 fluchtend gegenüberliegend ausgeformte Führelementaufnahme 17 aufweist, in welcher das die Führelementaufnahme 17 zur Pumpenaufnahme 7 hin verschließende Strömungsführelement 18 eingebracht ist. Dabei ist zudem der sich in die Pumpenaufnahme 7 erstreckende Führungsabschnitt 19 des Strömungsführelements 18 radial an den Umfangsverlauf 20 der Pumpenaufnahme 7 angepasst. Das Strömungsführelement 18 ist hierbei über eine Sicherung 31 in der Führelementaufnahme 17 gegen ein Verschieben gesichert. In konstruktiv einfacher Ausgestaltung ist es dabei denkbar, dass die Führelementaufnahme 17 sowie die Druckleitung 10 der Ölzuführung 6 aus einer in einem Arbeitsgang erzeugten Durchgangsbohrung hervorgehen, welche lateral zur Pumpenaufnahme 7 in das Gehäuse 3 eingebracht wird und dabei die Pumpenaufnahme 7 durchbricht.
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Zudem ist an einem Ansaugstutzen 9 der Zentrifugalpumpe 4 das zusätzliche Ansaugrohr 24 lösbar angeordnet, hierbei im Speziellen aufgesteckt, wobei die Zulauföffnung 25 des Ansaugrohrs 24 dem Boden des Ölsumpfs 5 zugewandt angeordnet ist. Im Gegensatz zur Weiterbildung der 1a und 1b ist dabei das Sieb 26 nicht am Ansaugstutzen 9, sondern eingangsseitig des Ansaugrohrs 24 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrischer Antrieb
- 2
- Arbeitsraum
- 3
- Gehäuse
- 4
- Zentrifugalpumpe
- 5
- Ölsumpf
- 6
- Ölzuführung
- 7
- Pumpenaufnahme
- 8
- Zentrieröffnung
- 9
- Ansaugstutzen
- 10
- Druckleitung
- 11
- Entlüftungsleitung
- 12
- Blende
- 13
- Pumpengehäuse
- 14
- Pumpenrad
- 15
- Strömungsführung
- 16
- Strömungsführöffnung
- 17
- Führelementaufnahme
- 18
- Strömungsführelement
- 19
- Führungsabschnitt
- 20
- Umfangsverlauf
- 21
- Elektromotor
- 22
- Temperatursensor
- 23
- Wandung
- 24
- Ansaugrohr
- 25
- Zulauföffnung
- 26
- Sieb
- 27
- Aufnahmeöffnung
- 28
- Auslass
- 29
- Ölspiegel
- 30
- Dichtung
- 31
- Sicherung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5382854 A [0005, 0010]
- EP 1045149 A2 [0009]
- US 5014800 A [0011]
