DE102020209827A1

DE102020209827A1 - Montagestruktur für eine elektrische Ölpumpe

Info

Publication number: DE102020209827A1
Application number: DE102020209827.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Schalja; Mario Alberto Chinchilla Saborio; Christian Böhm; Sigismund Jones
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2022-02-10
Also published as: CN116114152A; KR20230038287A; JP2023536941A; WO2022029145A1

Abstract

Montagestruktur für eine elektrische Ölpumpe, umfassend eine Ölpumpe aus Stator, mindestens einem Rotor und oberer und unterer umpendruckplatte , eine elektrische Motoreinheit, die axial zur Ölpumpe angeordnet ist und einen Elektromotor zum Drehen der Ölpumpe enthält, ein Pumpengehäuse zur Aufnahme mindestens der Ölpumpe und des Elektromotors, eine Grundplatte zum Abdichten, Ausrichten und Fixieren der Ölpumpe und des Elektromotors im Pumpengehäuse, eine Grundplatte mit einer Saugleitung und einer Druckleitung für eine Hydraulikflüssigkeit, einen Schaltungsträger mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Elektromotors und der Ölpumpe, und einen Deckel zum Abdichten zumindest des Schaltungsträgers zur Grundplatte oder unteren Pumpendruckplatte hin, wobei die Saugleitung und die Druckleitung der Grundplatte parallel zur Achse der Ölpumpe und des Elektromotors angeordnet sind und durch entsprechende Ausnehmungen im Deckel und im Schaltungsträger geführt sind.

Description

Stand der Technik
Bestehende elektrische Ölpumpen mit axialer Anordnung von Unterkomponenten:

Option 1:
- E-Motor, Pumpe und Steuerelektronik, allesamt entlang derselben Achse ausgerichtet, positionieren üblicherweise die Hydraulikleitungen, entweder zur Seite der Zusammenstellung des Pakets, d. h. radial, oder
Option 2:
- Elektronik, Motor, Pumpe sind allesamt entlang derselben Achse ausgerichtet, wobei die Hydraulikleitungen nahe neben der der Pumpe angeordnet sind (radial, axial oder eine Mischung davon, z. B. Einlass radial, Auslass axial).

Probleme
Das Gehäuse der Gesamtmontagestruktur besteht üblicherweise aus mehreren Teilen, um die Komponenten aufzunehmen. Typischerweise ist jede der Hauptkomponenten, wie Motor und Pumpe, in ein separates Gehäuse integriert, jede innerhalb ihres eigenen Gehäuses, was die Größe und die Kosten erhöht.
In Abhängigkeit von der Größe der Steuerelektronik (Schaltungsträger, z. B. PCB bzw. Leiterplatte) und Motor, kann die elektrische Pumpe nicht von nur einer Seite her zusammengebaut werden, d. h., Einsetzen der Komponenten in ein gemeinsames Gehäuse von einer selben Positionsseite, beispielsweise „von oben nach unten“.
Typischerweise führt die Option 2 zu Einschränkungen in Bezug auf das Packging, wobei die radiale Größe der Elektronik, die in den meisten Fällen größer als der Motordurchmesser ist, „Toträume“ innerhalb des Eibauraums erzeugt, die eine optimale Platzierung und Führung von Hilfsvorrichtungen, Rohren und Kabeln behindern. Man stelle sich eine an einem Gehäuse angebrachte pilzförmige Einheit als Lösung vor.
Zugegebenermaßen ist die Option 2 für EOPs (elektrische Ölpumpen) niedriger Leistungsklasse (ca. < 250 W elektrische Leistung) geeignet und weist auch Vorteile für eine sogenannte „Cardridge-Anordnung“ auf, wobei die gesamte elektrische Ölpumpe (EOP) in einen Hohlraum eingesetzt wird und die Elektronik das Fach nicht behindert (siehe z. B. US 2019/0003477 A1 ); eine Ölpumpe nach dem Stand der Technik ist auch aus DE 10 2017 210 426 A1 bekannt.
Ziel der Erfindung

1. Vereinfachung des Gehäuses der elektrischen Pumpe (EOP-Gehäuses).
2. Vereinfachung des Montageprozesses der elektrischen Pumpe.
3. Verringerung der gesamten Packageprojektionsfläche.
4. Verringerung der Kosten.
5. Realisierung optimaler Kühlung für die Leistungselektronik und den Motor.

Erfindung
Der Vorschlag besteht aus einer Pumpe, einem Elektromotor oder E-Motor und einer Leistungselektronik (Schaltungsträger mit elektrischen Komponenten, z. B. PCB), die derart angeordnet sind, dass sich die Pumpe zwischen dem Motor und der Elektronik befindet. Die Leistungselektronik weist Ausnehmungen auf, um die Hydraulikleitungen zu führen, was zulässt, dass die Hydraulikleitungen axial angeordnet werden können.
Die Grundplatte, auf der die Leistungselektronik angeordnet ist (verklebt, thermisch verbunden, verschraubt, gecrimpt usw.), und die untere Pumpendruckplatte sind zusammengefasst, um die Projektionsfläche weiter zu verringern.
Zusätzlich kann die Grundplatte die Funktion der unteren Pumpendruckplatte erfüllen, im Falle, dass eine bestimmte Pumpenart eingesetzt wird, insbesondere der GeRotor-Art, wobei dies im Allgemeinen dem Stand der Technik für EOPs der GeRotor-Art entspricht. Allerdings ist eine Kombination aus Druckplatte mit ECU/Elektronikträger bisher nicht bekannt.
Das Pumpengehäuse kann ersetzt werden, die Funktionen des Pumpengehäuses werden verringert bzw. zwischen Grundplatte und Motorgehäuse aufgeteilt, was es erlaubt, die Größe und die Kosten zu verringern.
Durch die axial angeordneten Hydraulikleitungen kann das EOP-Gehäuse aus Metallblech durch Tiefziehtechnologie hergestellt werden, wodurch Raum sowie Befestigungsmöglichkeiten für die „Grundplatte“ bereitgestellt werden, wie
Option 1: wobei die Schlüsselkomponenten Motor, Pumpe, Elektronik entweder eine Kreisform aufweisen (siehe z. B. 4), oder
Option 2: wobei die Grundplatte (oder Grundplatte/Pumpendruckplatte) und Elektronik eine Polygonform aufweisen, soweit es die Tiefziehtechnologie erlaubt, das Gehäuse zu formen (siehe beispielsweise 8), oder
Option 3: die Grundplatte (oder Grundplatte/Pumpendruckplatte) erstreckt sich aus dem tiefgezogenen Gehäuse heraus, wenn beispielsweise hohe Leistung und/oder spezifische Befestigungs- und Zusammenstellungsmaßnahmen angewandt werden müssen (siehe z. B. 2).
Alle Komponenten können von lediglich einer Seite aus in das Gehäuse montiert werden, wobei die Leistungselektronik die letzte Komponente ist (Konzept mit gemeinsamem Gehäuse, 4).
Gleichzeitig kann, in Abhängigkeit von Lieferkettendefinitionen, Reihenfolge von Teilehandhabung während Herstellungs-/Montagelinie und geometrischen Zwängen, die Elektronik, durch einen Deckel geschützt, zuerst an der Grundplatte (oder der Grundplatte/Pumpendruckplatte) vormontiert werden, während der Einbau der Pumpen- und der Motorkomponente zuletzt stattfinden kann.
Mittels dieser Anordnung kann die Wärme von der Leistungselektronik an die Pumpenkomponenten abgeführt werden, was ideale Kühlbedingungen ergibt.
Der Sauganschluss der Pumpe wird durch den Motor geführt, was eine verbesserte Motorkühlleistung erlaubt. Gleichzeitig wird die elektrische Pumpe (EOP) gegenüber der Umwelt abgedichtet, was es ermöglicht, eine Schutzklasse IP6K9K zu erreichen.
Diese Anordnung und das Ersetzen des Pumpengehäuses erlaubt eine Vielfalt von Methoden zum Halten/Fixieren der Grundplatte, z. B. durch einen Rückhaltering, Schrauben, Crimpen, Bajonett usw.
Vorteil

1. Geringerer Platzbedarf: Die Anordnung optimiert den Platzbedarf der elektrischen Pumpe, was zu einem kleineren Package im Vergleich zu einer elektrischen Pumpe mit radialen Hydraulikanschlüssen führt.
2. Ersetzen des Pumpengehäuses
3. Schnellere Montage: die Pumpenkomponenten können von einer Seite in dem Gehäuse positioniert werden und die gesamte Montagestruktur kann mit wenigen Schrauben oder einem anderen mechanischen Rückhaltesystem, d. h. Rückhalteringen oder einem Bajonett, zusammengehalten werden,

Beschreibung
Der Stand der Technik ist in 1 gezeigt, wo die Hydraulikanschlüsse der Pumpe radial angeordnet sind.
Ein Schema der vorgeschlagenen Idee ist in 2 gezeigt. Der Elektromotor sitzt am Ende des Metallblechgehäuses, gefolgt von der Pumpe . Der Motor und die Pumpe sind mechanisch über einen Schaft gekoppelt, um mechanische Leistung von dem Motor an die Pumpe zu übertragen. Die untere Pumpendruckplatte und die Grundplatte der Elektronik sind einstückig ausgeführt. Die Hydraulikanschlüsse der Pumpe (in die Grundplatte integriert) gehen durch die Ausnehmungen in der Leistungselektronikplatine hindurch.
Unter anderen Optionen - wie Crimpen, Schweißen, Verpressen - können die Pumpe und der Motor mittels Schrauben kraftschlüssig mit der Grundplatte verbunden sein.
Die Dichtungen zwischen den Komponenten der Anordnung können als Flüssigkeits- oder Festkörper- sowie als Radial- oder Axialdichtungen realisiert sein.
Der Motor und der Sauganschluss der Pumpe sind hydraulisch nicht getrennt, was bedeutet, dass das in die Pumpe eintretende Flüssigkeit das Volumen um den Motor herum fluten kann. Das Fluid hilft beim Schmieren und Abkühlen des Motors Die Pumpendruckplatte und die Grundplatte können in einer einzigen Komponente (wie gezeigt) integriert sein oder in Abhängigkeit von der Pumpenart muss eine separate Druckflussseparationsplatte eingebaut werden. Die Geometrie der Grundplatte kann angepasst werden, um für unterschiedliche Pumpenarten (d. h. Zahnradpumpe, GeRotor, Flügelzelle usw.) und unterschiedliche Anschlussorte geeignet zu sein. Die Hydraulikanschlüsse werden axial angeordnet, wobei deren Position auf der Deckelplatte frei modifiziert werden kann, um unterschiedlichen Bedürfnissen gerecht zu werden.
Eine andere mögliche Befestigungsmethode ist in 4 gezeigt. Anstelle der Verwendung von Schrauben kann ein Rückhaltering in das Gehäuse der elektrischen Pumpe verpresst werden, um die Pumpenkomponenten durch Einbringen einer Axialkraft auf die Grundplatte kraftschlüssig zu verbinden. Die Pumpenkomponente selbst wird axial durch den Stator des Motors gehalten. Die Leistungselektronik (PCB) 7 kann an die Grundplatte beispielsweise angeschraubt (nicht gezeigt) oder angeklebt sein.
Alle für die Funktion der elektrischen Pumpe benötigten Schnittstellen befinden sich in der Deckelplatte . Daraus ergeben sich mehrere Vorteile:

1. Es werden keine externen Kabel für die Kommunikation der Leistungselektronik mit dem bedienten System (d. h. Getriebe) benötigt. Man kann sich diesen Vorteil zunutze machen, wenn der Verbinder wie in 2 gezeigt ausgeführtt wird, - axial in derselben Richtung wie die Hydraulikanschlüsse, wobei die Verbindung mit dem Gegenstück im Schritt während der Montage der Einheit stattfindet.
2. Alle Schnittstellen sind zusammengepackt.
3. Das Gehäuse der elektrischen Pumpe benötigt keine zusätzliche Nachbearbeitung zum Herstellen der Hydraulikanschlüsse. Daher kann es in weniger Schritten aus Metallblech gestanzt werden.
4. Alle Komponenten können von der Deckelseite her in das Gehäuse eingebaut werden, was den Montageprozess vereinfacht und Produktionszeiten verkürzt.

Figurenliste

1 zeigt eine Montagestruktur M für eine elektrische Ölpumpe nach dem Stand der Technik. Hier sind die Leitungen für die Hydraulikflüssigkeit seitlich zur Ölpumpe angeordnet.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Montagestruktur, wobei Grundplatte und untere Pumpendruckplatte einstückig ausgeführt sind und das Pumpengehäuse mit Elektromotor und Ölpumpe jeweils kraftschlüssig mittels Schrauben mit der Grundplatte verbunden ist. Die elektrische Schnittstelle insbesondere ein Stecker, zum elektrischen Verbinden der Steuereinheit mit einer externen elektrischen Vorrichtung außerhalb der Montagestruktur ist derart ausgestaltet, dass das vom Schaltungsträger abgewandte Ende der elektrischen Schnittstelle auf der Seite des Elektromotors angeordnet ist.
3 zeigt eine Montagestruktur M, bei der die elektrische Schnittstelle innerhalb der Projektionsfläche des Schaltungsträgers liegt. Das Pumpengehäuse zur Aufnahme der Komponenten der Montagestruktur M ist entsprechend ausgestaltet
4 zeigt eine Montagestruktur wie 3, wobei hier die kraftschlüssige Verbindung der einzelnen Komponenten der Montagestruktur durch einen Rückhaltering zwischen dem Deckel und dem Pumpengehäuse hergestellt ist
In 5 und 6 ist die kraftschlüssige Verbindung zwischen einzelnen Komponenten der Montagestruktur M mittels Schrauben hergestellt.
7 zeigt eine perspektivische Anordnung der Montagestruktur M mit einem im Wesentlichen rechteckigen Deckel und einer elektrischen Schnittstelle seitlich am Deckel .
8 zeigt eine perspektivische Anordnung der Montagestruktur M mit einem im Wesentlichen polygonen Deckel .

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

US 2019/0003477 A1 [0005]
DE 102017210426 A1 [0005]

Claims

Montagestruktur für eine elektrische Ölpumpe, umfassend folgende Komponenten: eine Ölpumpe aus Stator, mindestens einem Rotor und oberer und unterer Pumpendruckplatte, eine elektrische Motoreinheit, die axial zur Ölpumpe angeordnet ist und einen Elektromotor zum Drehen der Ölpumpe enthält; ein Pumpengehäuse zur Aufnahme mindestens der Ölpumpe und des Elektromotors, eine Grundplatte zum Abdichten, Ausrichten und Fixieren der Ölpumpe und des Elektromotors im Pumpengehäuse, eine Grundplatte mit einer Saugleitung und einer Druckleitung für eine Hydraulikflüssigkeit, einen Schaltungsträger mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Elektromotors und der Ölpumpe, und einen Deckel zum Abdichten zumindest des Schaltungsträgers zur Grundplatte oder unteren Pumpendruckplatte hin, dadurch gekennzeichnet, dass, die Saugleitung und die Druckleitung der Grundplatte parallel zur Achse der Ölpumpe und des Elektromotors angeordnet sind und durch entsprechende Ausnehmungen im Deckel und im Schaltungsträger geführt sind.
Montagestruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte und die untere Pumpendruckplatte einstückig ausgeführt sind.
Montagestruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse so ausgestaltet ist, dass neben der Ölpumpe und dem Elektromotor zusätzlich zumindest die Grundplatte, den Schaltungsträger und/ oder den Deckel aufzunehmen.
Montagestruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Schnittstelle zum elektrischen Verbinden der Steuereinheit auf dem Schaltungsträger mit einer externen elektrischen Vorrichtung außerhalb der Montagestruktur innerhalb der Projektionsfläche des Schaltungsträgers durch den Deckel zur dem Elektromotor gegenüberliegenden Außenseite der Montagestruktur geführt ist oder im Deckel integriert ist.
Montagestruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Schnittstelle zum elektrischen Verbinden der Steuereinheit auf dem Schaltungsträger mit einer externen elektrischen Vorrichtung außerhalb der Montagestruktur außerhalb der Projektionsfläche des Schaltungsträgers durch den Deckel zur auf der dem Elektromotor liegenden Außenseite der Montagestruktur geführt ist oder im Deckel integriert ist.
Montagestruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Pumpengehäuse mindestens eine mechanische Schnittstelle angeordnet ist, die geeignet ist, um die Montagestruktur mit einem Teil eines Kraftfahrzeugs, insbesondere mit einem Teil des Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu verbinden.
Montagestruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten der Montagestruktur mittels Dichtungen gegeneinander fluiddicht abgedichtet sind.
Montagestruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten der Montagestruktur kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
Montagestruktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten der Montagestruktur kraftschlüssig insbesondere mittels Schrauben und/ oder Rückhalteringen miteinander verbunden sind.
Verfahren zur Herstellung einer Montagestruktur nach einem der Ansprüche 1-9, mit den Schritten: a. Bereitstellen des Pumpengehäuses, b. Einführen der elektrischen Motoreinheit in das Pumpengehäuse, c. Einführen der Ölpumpe in das Pumpengehäuse, d. Zusammenfügen von Grundplatte, unterer Pumpendruckplatte, Schaltungsträger und Deckel, wobei Grundplatte und Pumpengehäuse kraftschlüssig miteinander verbunden werden, und damit auch die Ölpumpe gegen die Grundplatte abgedichtet wird.
Verfahren zur Herstellung einer Montagestruktur nach einem der Ansprüche 1-9, mit den Schritten: a. Bereitstellen des Pumpengehäuses, b. Einführen der elektrischen Motoreinheit in das Pumpengehäuse, c. Einführen der Ölpumpe in das Pumpengehäuse, d. Einführen der Grundplatte in das Pumpengehäuse, e. Einführen des Schaltungsträgers in das Pumpengehäuse und f. Einführen des Deckels in das Pumpengehäuse, g. Herstellen einer kraftschlüssigen Verbindung zwischen den Komponenten der Montagestruktur.
Verfahren zur Herstellung einer Montagestruktur nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine kraftschlüssige Verbindung zwischen mindestens zwei Komponenten der Montagestruktur bereits nach einem der Schritte c. bis d. beziehungsweise c. bis e. hergestellt wird.