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Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Pumpenantriebs eines Kraftfahrzeugs. Der Elektromotor, der vorzugsweise eine elektronisch kommutierter Innenläufer ist, weist einen Rotor mit einer um eine Rotationsachse gelagerten Motorwelle und einen Stator sowie eine Motorelektronik auf. Der Pumpenantrieb ist zweckmäßigerweise ein Bestandteil einer Ölpumpe.
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Kraftfahrzeuge weisen typischerweise einen Verbrennungsmotor oder sonstige Aggregate - insbesondere ein Getriebe - auf, bei denen eine vergleichsweise schnelle Bewegung einzelner Bauteile zueinander erfolgt. Zur Minimierung von dabei auftretenden mechanischen Verlusten wird üblicherweise ein Schmiermittel, beispielsweise ein Öl, verwendet. Aufgrund eines dennoch auftretenden Abriebs der einzelnen Bauteile ist es erforderlich, dass das Öl umgewälzt wird, und mittels eines Filters etwaige Fremdpartikel abgeschieden werden. Zudem erfolgt aufgrund des Umwälzens ein Abführen von Wärme, sodass der Verbrennungsmotor bzw. das sonstige Aggregat gekühlt wird. Das Öl wird hierbei häufig durch einen Ölkühler geführt, mittels dessen die Wärme in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgeführt wird.
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Zum Umwälzen des Öls wird üblicherweise eine Ölpumpe mit einem Pumpenantrieb und mit einem Pumpenkopf herangezogen, der auch mittels des Verbrennungsmotors angetrieben sein kann. Bei einer erhöhten Drehzahl des Verbrennungsmotors wird somit eine vergrößerte Ölmenge gefördert. Sofern das Kraftfahrzeug jedoch mit einer Abschaltautomatik (Start/Stopp-Automatik) ausgerüstet ist, wird der Verbrennungsmotor auch bei vergleichsweise kurzem Stillstand des Kraftfahrzeugs, wie bei einem Halten einer Verkehrsampel, stillgesetzt. Somit würde die Ölpumpe nicht betrieben, und ein Ölfilm, der sich auf den einzelnen Bauteilen des Verbrennungsmotors bzw. des sonstigen Aggregats gebildet hat, kann abreißen. Folglich sind bei einer darauffolgenden weiteren Fortbewegung des Kraftfahrzeugs eine Reibung und auch ein Verschleiß erhöht.
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Eine alternative Ausgestaltung hierzu ist eine vollständig elektromotorische Ölpumpe. Hierbei wird die Ölpumpe unabhängig von einer Drehzahl des Verbrennungsmotors mittels eines Elektromotors angetrieben, sodass das Öl jeweils bedarfsgerecht gefördert wird. Auch ist somit eine zusätzliche Förderung bei Stillstand des Kraftfahrzeugs möglich. Hierbei wird jedoch während des Betriebs des Kraftfahrzeugs der Elektromotor durchgehend betrieben. Infolgedessen ist es erforderlich, dass die einzelnen Komponenten des Elektromotors eine vergleichsweise große Betriebsdauer aufweisen. Zudem ist eine maximale sowie durchschnittliche, abgerufene Leistung des Elektromotors vergleichsweise groß, weswegen auch deswegen vergleichsweise robuste Komponenten für den Elektromotor herangezogen werden müssen. Zudem erfolgt aufgrund des Betriebs des Elektromotors eine vergleichsweise starke Erwärmung, sodass auch eine vergleichsweise hohe Temperaturbeständigkeit der einzelnen Komponenten des Elektromotors erforderlich ist. Dies führt zu erhöhten Herstellungskosten des Elektromotors sowie zu einem erhöhten Gewicht.
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Des Weiteren ist bei einem solchen Pumpenantrieb eine ausreichende Dimensionierung und/oder eine geeignete Werkstoffauswahl der Baugruppen oder Komponenten erforderlich, um dem bei einer hohen Temperatur auftretenden Druck standzuhalten. So entstehen insbesondere dann hohe Drücke, wenn in den Baugruppen oder Komponenten des Pumpenantriebs eingeschlossene Stoffe einen Phasenübergang, beispielsweise von flüssig zu gasförmig, innerhalb des betriebsbedingten Temperaturbereichs erfahren. Kritisch kann hierbei insbesondere eine vorhandene Restfeuchte sein, was entsprechend stabile Strukturen oder Werkstoffe von Baugruppen oder Komponenten des Pumpenantriebs, insbesondere auch einer Elektronikkomponente des elektromotorischen Pumpenantriebs erfordert. Die dabei erforderliche Steifigkeit erhöht unerwünscht den Bauraum und die Kosten des Pumpenantriebs.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten elektromotorischen Pumpenantrieb eines Kraftfahrzeugs anzugeben, wobei insbesondere ein Überdruck aus einer Komponente des Pumpenantriebs zuverlässig abgebaut wird. Zweckmäßigerweise soll ein Überdruck aus der Motorelektronik, beispielsweise in Folge von bei entsprechender (Betriebs-)Temperatur verdampfender Feuchtigkeit (Flüssigkeit), zuverlässig abgebaut werden. Vorteilhafterweise soll verhindert werden, dass bei entsprechender Temperatur ein, beispielsweise temperaturbedingt verdampftes, Medium in eine andere Komponente oder Baugruppe des Pumpentriebs gelangt, d. h. verschleppt oder eingebracht wird. Des Weiteren soll eine Ölpumpe mit einem derartigen Pumpenantrieb angegeben werden
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Bezüglich des Pumpenantriebs wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Ölpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der Pumpenantrieb weist einen Elektromotor mit einem Stator und mit einem Rotor auf. Der Elektromotor ist geeigneter Weise eine elektronisch kommutierter Innenläufermotor mit statorseitiger Drehfeldwicklung, die aus einer Anzahl von in Stern- oder Dreieckschaltung verschalteten Spulen aufgebaut ist. Der Pumpenantrieb weist zudem eine antriebsseitige Getriebeschnittstelle und eine abtriebsseitige Motorelektronik in einem geschlossenen Elektronikgehäuse auf. Das Elektronikgehäuse, das vorzugsweise mit einem Gehäusedeckel verschlossen ist, ist Teil eines Baugruppenträgers, der nachfolgend auch als Multifunktionsträger oder einfach als Funktionsträger bezeichnet wird. Der Baugruppenträger trägt zweckmäßigerweise auch den Elektromotor und gegebenenfalls ein Getriebegehäuse oder ein Gehäuseteil mit der antriebsseitigen Getriebeschnittstelle, beispielsweise in Form eines wellenfesten Getrieberitzels oder -zahnrades.
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In den Baugruppenträger ist ein Überdruckventil integriert, das in einen geschlossenen Ausgleichs- oder Bauraum ausmündet. Dieser Raum, der vorzugsweise nach Art eines (Druck-)Ausgleichsbehälters wirksam ist, ist im Pumpenbetrieb in einem Schmiermittelreservoir angeordnet. Geeigneter Weise ist das Überdruckventil im Bereich des Elektronikgehäuses vorgesehen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung ist der geschlossene Ausgleichsraum als oder nach Arte eines Steigrohrs ausgebildet, dessen dem Überdruckventil abgewandtes Rohrende mit einem Ventil, beispielsweise einem Gummiventil, vorzugsweise mit einem entnehmbaren Schmutzsieb, oder einer Membran verschlossen ist. Der geschlossene Ausgleichsraum stellt geeigneter Weise eine Luftsäule bereit, welche bei geöffnetem Überdruckventil verdampfte Flüssigkeit oder Feuchtigkeit aus dem Elektronikgehäuses - oder beispielsweise über dieses - aus einer anderen Baugruppe des Pumpenantriebs oder eines Pumpenkopfes aufnimmt.
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Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der geschlossene Ausgleichsraum über einen siphonartigen Rohrbereich an das Überdruckventil geführt. Das Steigrohr, vorzugsweise mit Siphon-Prinzip, besteht geeigneter Weise aus einem Kunststoff.
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Zweckmäßigerweise weist der Baugruppenträger oder das Elektronikgehäuse eine in dessen Gehäuseinnenraum über eine Überdrucköffnung mündende Aufnahme für das Überdruckventil auf, welches die Überdrucköffnung verschließt und bei einem Überdruck den Gehäuseinnenraum in den geschlossenen Ausgleichsraum öffnet. Das Überdruckventil ist somit besonders vorteilhaft in den Baugruppenträger bzw. in dessen Elektronikgehäuseteil integriert bzw. in dieses integrierbar.
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Das Überdruckventil ist geeigneter Weise ein federbelastetes Sicherheitsventil, vorzugsweise ein Kugelventil mit einer federbelasteten Kugel als Verschlussteil und daran angepasstem Ventilsitz. Zweckmäßigerweise ist das Überdruckventil schmermittel- bzw. ölfrei.
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Die Ölpumpe zum Fördern eines Schmiermittels, insbesondere Öl, vorzugsweise Getriebeöl, eines Kraftfahrzeugs weist einen solchen Pumpenantrieb und einen von diesem angetrieben Pumpenkopf auf.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 schematisch eine Ölpumpe mit einem elektromotorischen Pumpenantrieb in einem mit Öl als Schmiermittel gefüllten Bauraum eines Kraftfahrzeugs,
- 2 in einer schematischen Perspektivansicht den Pumpenantrieb mit einem ein Elektronikgehäuse umfassenden Baugruppenträger für einen Stator und einen Rotor des Elektromotors und für ein Getriebegehäuse, und
- 3 einen Ausschnitt III aus 2 in einer Schnittdarstellung mit einem im Bereich des Elektronikgehäuseteils des Baugruppenträgers integrierten Überdruckventil mit angeschlossenem Ausgleichsraum im Öl.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt schematisch eine Ölpumpe 1 mit einem Pumpenantrieb 2 und mit einem Getriebe 3 sowie mit einem Pumpenkopf 4 zum Fördern von Öl als ein Schmiermittel in einem nicht weiter dargestellten Ölkreislauf. Die Ölpumpe 1 befindet sich in einer Öl-Füllung als Schmiermittelreservoir 5 eines Fahrzeuggetriebes 6, beispielsweise in einem sogenannten Öl-Sumpf.
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Wie in Verbindung mit 2 vergleichsweise deutlich erkennbar ist, weist der Pumpenantrieb 2 einen Elektromotor 7 mit einem Stator 8 und mit einem Rotor 9 sowie eine Motorelektronik 10 und ein Getriebegehäuse 11 (2) auf. Der Stator 8 trägt in nicht näher dargestellter Art und Weise eine aus miteinander verschalteten Spulen gebildete Drehfeldwicklung (Motor- oder Statorwicklung), die von der Motorelektronik 11 elektronisch kommutiert bestromt bzw. angesteuert wird. Der vom Stator 8 unter Bildung eines Luftspaltes umgebene Rotor 9 trägt nicht näher dargestellte Permanentmagnete und ist drehfest (wellenfest) auf einer Motorwelle 12 angeordnet. Der Rotor 9 rotiert beim elektromotorischen Pumpenbetrieb um eine Rotor- oder Motorachse, zu der die Motorwelle 12 konzentrisch ist.
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Die Motorwelle 12 ragt abtriebsseitig, also an der sogenannten A-Seite A des Elektromotors 7, mit einem wellenendseitigen, im Ausführungsbeispiel schräverzahten, Zahnrad 13 in das Getriebegehäuse 11. Das Zahnrad 13 bildet eine Getriebeschnittstelle 13a zur Kopplung mit dem nicht näher dargestellten Getriebe 3, das dem Elektromotor 7 abtriebsseitig nachgelagerten und dem Pumpenkopf 4 vorgelagert ist.
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Zwischen dem Getriebegehäuse 11 und dem Stator 8 ist ein A-seitiger Lagerschild 14 angeordnet, der ein nicht näher dargestelltes Lager für den Rotor 9 bzw. für die Motor- oder Rotorwelle 12 trägt. Auf einer der A-Seite A gegenüberliegenden (abgewandten) B-Seite B des Elektromotors 7 ist ein nicht sichtbares B-seitiger Lagerschild angeordnet, der ein Lager, beispielsweise ein Radiallager, für den Rotor 9 bzw. für die Motor- oder Rotorwelle 12 aufweist.
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Wie auch in 3 ersichtlich ist, weist der Pumpenantrieb 2 bzw. der Elektromotor 7 einen Funktions- oder Baugruppenträger 15 auf, der auf der B-Seite B an dem Stator 8 angeordnet ist. Der Baugruppenträger 15 umfasst ein nachfolgend auch als Elektronikgehäuse bezeichnetes Gehäuse 16, vorzugsweise ein spritzgegossenes Kunststoffgehäuse, das einen stirnseitigen Gehäuseinnenraum 17 für eine mit elektrischen und/oder elektronischen Bauelementen 18 bestückte Leiterplatte (PCB, Platine) 19 bereitstellt. Die Leiterplatte 19 bildet gemeinsam mit den elektronischen Bauelementen 18 die Motor- oder Steuerungselektronik (Motorsteuerung) 10 für den Elektromotor 7.
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An dem Baugruppenträger 15 ist ein Steckanschluss 20 für ein in 1 angedeutetes Kabel 21 angeordnet, das zur Stromversorgung sowie zum Zuführen von Steuersignalen zur Leiterplatte 19 führt und entsprechende Versorgungs- bzw. Steuerleitungen enthält. Die Leiterplatte 19 und somit die Motorelektronik 10 ist über in 1 angedeutete Phasenanschlüsse 22 mit der Drehfeldwicklung des Stators 8 des Elektromotors 7 elektrisch verbunden.
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Im Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor 7 ist als gehäuseloser Motor ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Stator 8 an seiner Mantelaußenseite 23 nicht von einem Gehäuse umschlossen. Zur Halterung des A-seitigen Lagerschilds 14 sowie des nachgeordneten Getriebegehäuses 11 sind Flanschflügel 24 an dem beispielsweise als (Stator-)Blechpaket 8a ausgeführten Stator 8 ausgeformt. Diese Flanschflügel 24 sind durch radiale Vorsprünge lediglich eines Teils der den Stator 8 bildenden, nicht im Einzelnen dargestellt Statorbleche ausgebildet.
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Der Baugruppenträger 15 weist als Verbindungsmittel beispielweise vier Metalllaschen 25 auf, die durch ein im Vergleich zum Durchmesser des Stators 8 dünnwandiges Blech gebildet sind. Diese Metalllaschen 25 sind in das Gehäuse des Baugruppenträger 15 eingespritzt und liegen flach an der Mantelaußenfläche 23, konkret an erhabenen Kontaktflächen 26 des Stators 8 auf. Die Metalllaschen 25 sind dabei auf die Kontaktflächen 26 des Stators 8 aufgeschweißt. Die Schweißverbindung erfolgt innerhalb eines Langlochs 25a der jeweiligen Metalllasche 25 mit der Kontaktfläche 26 des Stator-Blechpakets 8a.
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Der Baugruppenträger 15 bildet das Elektronikgehäuse 16 für die Motorelektronik 10, die bzw. deren mit den Bauelementen 18 bestückte Leiterplatte 19 in den Gehäuseinnenraum 17 aufgenommen ist. Das von dem Baugruppenträger 15 bereitgestellte Elektronikgehäuse 16 ist mit einem Gehäusedeckel 16a dichtend, insbesondere Öl-dicht verschlossen. Zumindest das Elektronikgehäuse 16 mit der Motorelektronik 10 befindet sich, insbesondere vollständig, im Öl.
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Wie in 1 schematisch dargestellt und in 3 vergleichsweise deutlich veranschaulicht ist, ist im Baugruppenträger 15 ein Überdruckventil 27 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel weist hierzu das Elektronikgehäuse 16 eine in dessen Gehäuseinnenraum 17 über eine Überdrucköffnung 28 mündende Aufnahme (Ventilaufnahme) 29 für das Überdruckventil 27 auf. Dieses ist ein ölfreies Sicherheitsventil und im Ausführungsbeispiel ein federbelastetes Kugelventil mit einer mittels eines Federelementes 30 vorgespannten Kugel 31 als Verschlussteil und daran angepasstem Ventilsitz 32. Das Überdruckventil 27 ist somit in den Baugruppenträger 15 bzw. in das Elektronikgehäuse 16 integriert. Das Überdruckventil 27 verschließt die Überdrucköffnung 28.
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Bei einem betriebsbedingt entstehenden Überdruck, beispielsweise in Folge einer entsprechend hohen Temperatur und dadurch bedingtem Verdampfen von Feuchtigkeit oder einer Flüssigkeit, insbesondere im Elektronikgehäuse 16, öffnet das Überdruckventil 27 den Gehäuseinnenraum 17 in den geschlossenen Ausgleichsraum 33.
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Das Überdruckventil 27 mündet in den geschlossenen Ausgleichs- oder Bauraum 33. Dieser Raum 33 wirkt nach Art eines (Druck-)Ausgleichsbehälters. Der geschlossene Ausgleichsraum 33 ist als ein Steigrohr 33a ausgebildet, dessen dem Überdruckventil 27 abgewandtes Rohrende mit einem entnehmbaren Ventil 34, beispielsweise einem Gummiventil mit einem entnehmbaren Schmutzsieb, oder einer Membran verschlossen ist. Das Steigrohr 33a ist über einen siphonartigen Rohrbereich oder ein Rohrstück 33b des Ausgleichsraums 33 an das Überdruckventil 27 geführt. Das Steigrohr 33a mit dem siphonartigen mit Rohrbereich 33b besteht geeigneter Weise aus einem Kunststoff. Der geschlossene Ausgleichsraum 33, also das Steigrohr 33a mit dem siphonartigen mit Rohrbereich 33b, ist im Pumpenbetrieb im Schmiermittelreservoir bzw. im Öl angeordnet.
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Der geschlossene Ausgleichsraum 33 stellt eine Luftsäule 35 bereit, welche bei geöffnetem Überdruckventil 27 die verdampfte Flüssigkeit oder Feuchtigkeit aus dem Elektronikgehäuses 16 aufnimmt. Aufgrund dieser Anordnung des Überdruckventils 27 mit angeschlossenem Ausgleichsraums 33 ist ein temperaturbedingter Überdruck im Pumpenantrieb und insbesondere im Bereich der Motorelektronik 10 zuverlässig vermieden, da ein betriebsbedingt auftretender Überdruck über das Überdruckventil 27 in den Ausgleichsraum 33 abgebaut wird. Dadurch können Baugruppen des Pumpenantriebs 2 hinsichtlich des Bauraums, des Werkstoffs und/oder der Steifigkeit vergleichsweise gering dimensioniert werden.
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Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ölpumpe
- 2
- Pumpenantrieb
- 3
- Getriebe
- 4
- Pumpenkopf
- 5
- Öl-Füllung
- 6
- Fahrzeuggetriebe
- 7
- Elektromotor
- 8
- Stator
- 8a
- Stator-Blechpaket
- 9
- Rotor
- 10
- Motorelektronik
- 11
- Getriebegehäuse
- 12
- Motorwelle
- 13
- Zahnrad
- 13a
- Getriebeschnittstelle
- 14
- Lagerschild
- 15
- Baugruppenträger
- 16
- Kunststoff-/Elektronik-/Gehäuse
- 16a
- Gehäusedeckel
- 17
- Gehäuseinnenraum
- 18
- Bauelement
- 19
- Leiterplatte
- 20
- Steckanschluss
- 21
- Kabel
- 22
- Phasenanschluß
- 23
- Mantelaußenseite
- 24
- Flanschflügel
- 25
- Metalllasche
- 25a
- Langloch
- 26
- Kontaktfläche
- 27
- Überdruckventil
- 28
- Überdrucköffnung
- 29
- Ventil-/Aufnahme
- 30
- Federelement
- 31
- Kugel
- 32
- Ventilsitz
- 33
- Ausgleichsraum
- 33a
- Steigrohr
- 33b
- Rohrbereich/-stück
- 34
- Ventil/Membran
- 35
- Luftsäule
