DE102021119578A1

DE102021119578A1 - Fluidpumpe und Thermo-Management-System aufweisend die Fluidpumpe, sowie Kraftfahrzeug aufweisend die Fluidpumpe und/oder das Thermo-Management-System

Info

Publication number: DE102021119578A1
Application number: DE102021119578.0A
Authority: DE
Inventors: Franz Pawellek
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2023-02-02
Also published as: CN115681132A; US20230031795A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fluidpumpe, insbesondere für ein Thermo-Management-System, z. B. eines batterie-elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs oder eines Hybridkraftfahrzeuges aufweisend:- wenigstens eine erste Pumpeneinrichtung (1), welche zur Förderung eines ersten flüssigen Mediums eingerichtet und ausgebildet ist;- wenigstens eine zweite Pumpeneinrichtung (1'), welche zur Förderung eines zweiten flüssigen Mediums eingerichtet und ausgebildet ist, wobei die erste Pumpeneinrichtung (1) und die zweite Pumpeneinrichtung (1') als Orbiterexzenterkolbenpumpe, insbesondere als zweireihige Orbiterexzenterkolbenpumpe mit jeweils phasenversetzten Orbiterexzenterkolben (12, 13; 12', 13') ausgebildet sind und mit einem einzigen Antriebsmotor (33) antreibbar gekoppelt sind.Die Erfindung betrifft weiterhin ein Thermo-Management-System aufweisend die Fluidpumpe und ein Kraftfahrzeug aufweisend das Thermo-Management-System und/oder die Fluidpumpe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluidpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Thermo-Management-System aufweisend die Fluidpumpe und ein Kraftfahrzeug aufweisend die Fluidpumpe oder das Thermo-Management-System.
In modernen Fahrzeugen nimmt die Bedeutung von Thermo-Management-Systemen zu. Ein festzustellender Trend ist die Integration von elektrischen Kühlmittelpumpen in Kühlmodule. Üblicherweise werden mindestens zwei elektrische Pumpen verwendet. Insbesondere hat sich bewährt, eine Niedertemperaturpumpe zum Umwälzen von einem Niedertemperaturkühlfluid zur Kühlung von z. B. Fahrzeugbatterien einzusetzen. Übliche Temperaturen solcher Niedertemperaturkühlfluide liegen in einem Bereich unterhalb von 40°C.
Des Weiteren ist es bewährt, eine Hochtemperaturkühlmittelpumpe einzusetzen, wobei das hiermit umgewälzte Hochtemperaturkühlmittelfluid zur Kühlung von Invertern und/oder Fahrantrieben von batterie-elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen oder von Hybridkraftfahrzeugen Verwendung findet.
Um eine solche Zweikreis-Kühlmittelanordnung zu realisieren, ist es üblich, für jeden Kühlmittelkreislauf, d. h. für den Niedertemperaturkreislauf und für den Hochtemperaturkreislauf, jeweils eine separate Pumpe einzusetzen. Jede dieser Pumpen verfügt über ein Pumpenaggregat und einen Antriebsmotor sowie gegebenenfalls ein Steuergerät. Eine solche Anordnung verursacht einen relativ hohen Montage- und Verkabelungsaufwand, da insbesondere jede der Pumpen separat mittels wenigstens einer Steckverbindung an einen Laststromkreislauf und/oder an einen Datenbus angeschlossen werden muss.
Des Weiteren sind bei dem Einsatz zweier Einzelpumpen erhöhte Aufwendungen hinsichtlich der jeweiligen Kühlkreislaufabdichtung erforderlich. Außerdem benötigt eine solche Kühlmodulanordnung relativ viel Bauraum.
Als Pumpenaggregate werden üblicherweise Kreiselpumpen eingesetzt, deren Wirkungsgrad nicht immer zufriedenstellend ist. Weiterhin ist aus der DE 10 2006 016 791 A1 eine Vakuumpumpe in Orbiterexzenterkolbenbauweise bekannt. Eine solche Vakuumpumpe in Orbiterexzenterkolbenbauweise besitzt eine Antriebswelle mit einem exzentrischen Lagerzapfen, auf dem drehbar gelagert ein als Drehkolben fungierender Orbiterexzenterkolben angeordnet ist. Ein solcher Orbiterexzenterkolben ist hinsichtlich seines Durchmessers derart bemessen, dass eine Außenumfangsfläche des Orbiterexzenterkolbens in einer zylindrischen Pumpenkammer mit einer zylindrischen Pumpenkammerinnenwandung, diese berührend oder fast berührend einen sehr geringen Dichtschlitz bildet. Die Pumpenkammer ist mit einem Fluideinlass und mit einem Fluidauslass verbunden. Zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass ist eine Pendelplatte als Sperrschieber angeordnet, welche in einem Pumpengehäuse zwischen dem Pumpeneinlass und dem Pumpenauslass schwenkbar um eine Achse parallel zur Antriebsachse angeordnet ist. Der Sperrschieber weist einen Sperrabschnitt auf, welcher in die Pumpenkammer hineinragt und mit einem freien Ende in einem radial verlaufenden Führungsschlitz des Orbiterexzenterkolbens gelagert ist. Hierdurch gelingt es, mittels des Sperrschiebers die Pumpenkammer unabhängig von der momentanen Stellung des Orbiterexzenterkolbens zwischen Fluideinlass und Fluidauslass zuverlässig fluidisch zu trennen.
Zusammen mit dem Sperrschieber und einem eng bemessenen Dichtspalt zwischen dem Orbiterexzenterkolben und der Pumpenkammerwandung entstehen somit während eines Umlaufs des Orbiterexzenterkolbens innerhalb der Pumpenkammer jeweils zwei Teilvolumina, wobei eines der Teilvolumina mit dem Fluideinlass kommuniziert und das andere Teilvolumen mit dem Fluidauslass kommuniziert. Durch einen Umlauf des Orbiterexzenterkolbens wird zunächst das Teilvolumen, welches dem Fluideinlass zugeordnet ist, vergrößert, so dass ein Ansaugen des zu pumpenden Fluides erfolgt. Das zweite Teilvolumen wird im Laufe eines Umlaufes des Orbiterexzenterkolbens innerhalb der Pumpenkammer zunehmend verkleinert, so dass ein Ausstoßen des hierin enthaltenen Fluides durch den Fluidauslass erfolgt.
Eine Fluidpumpe in dieser Bauart ist als Vakuumpumpe für gasförmige Medien bekannt und im Einsatz. Charakteristisch für eine Vakuumpumpe in Orbiterexzenterkolbenbauweise ist die bauartbedingt relativ hohe Pulsation, da pro Umdrehung des Orbiterexzenterkolbens lediglich ein Pumpvorgang stattfindet, so dass eine Pumpcharakteristik entsteht, die eine solche Vakuumpumpe für flüssige Fluide aufgrund deren Inkompressibilität und hieraus resultierender gegebenenfalls unerwünschter Druckspitzen eher ungeeignet macht.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Fluidpumpe anzugeben, welches eine einfache und kostengünstige Ausbildung eines Thermo-Management-Systems erlaubt. Darüber hinaus soll die Fluidpumpe geringen elektrischen Anschlussaufwand sowie geringen hydraulischen/fluidischen Abdichtungsaufwand verursachen.
Die Fluidpumpe soll eine Wirkungsgradsteigerung gegenüber üblichen Kühlmittelpumpen ermöglichen. Darüber hinaus soll eine erfindungsgemäße Fluidpumpe die Möglichkeit einer effektiven Kühlung eines Steuergeräts für einen Antriebsmotor der Fluidpumpe bereitstellen.
Des Weiteren soll ein Thermo-Management-System angegeben werden, welches mit einem gegenüber dem Stand der Technik geringeren Montage- und Abdichtungsaufwand herstellbar ist. Des Weiteren sollen Kosten für die Bereitstellung eines solchen Thermo-Management-Systems optimiert werden. Insbesondere soll eine Minimierung von elektrischen Anschlussverbindern realisierbar sein. Außerdem soll eine verbesserte Steuergerätetemperierung möglich sein.
Hinsichtlich eines Kraftfahrzeugs besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches einen optimierten Energieverbrauch für ein Thermo-Management-System, z. B. zur Temperierung einer Batterie und/oder eines Inverters und Fahrantriebs, besitzt.
Diese Aufgaben werden hinsichtlich der Fluidpumpe mit einer Fluidpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des Thermo-Management-Systems werden die oben genannten Aufgaben mit einem Thermo-Management-System mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Hinsichtlich des Kraftfahrzeuges werden die oben genannten Aufgaben mit einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Fluidpumpe ist insbesondere für ein Thermo-Management-System, z. B. eines batterie-elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs oder eines Hybridkraftfahrzeugs geeignet und weist auf:

- wenigstens eine erste Pumpeneinheit, welche zur Förderung eines ersten flüssigen Mediums eingerichtet und ausgebildet ist;
- wenigstens eine zweite Pumpeneinheit, welche zur Förderung eines zweiten flüssigen Mediums eingerichtet und ausgebildet ist.

Erfindungsgemäß ist eine solche gattungsgemäße Fluidpumpe dadurch weitergebildet, dass die erste Pumpeneinheit und die zweite Pumpeneinheit als Orbiterexzenterkolbenpumpe, insbesondere als zweireihige Orbiterexzenterkolbenpumpe, mit jeweils phasenversetzten Orbiterexzenterkolben ausgebildet sind und mit einem einzigen Antriebsmotor antreibbar gekoppelt sind.
Mit einer solchen Fluidpumpe gemäß der Erfindung gelingt eine hohe Funktionsintegration der Pumpenantriebe von zwei unterschiedlichen Kühlmittelkreisläufen. Darüber hinaus werden die Pumpeneinheiten der jeweiligen Pumpenkreisläufe mit ein und demselben Antriebsmotor angetrieben, so dass ein verminderter elektrischer Anschlussaufwand realisiert ist.
Durch die bevorzugte Auswahl einer zweireihigen Orbiterexzenterkolbenpumpe als Pumpeneinheit können die orbiterexzenterkolbenpumpenspezifischen Vorteile, nämlich insbesondere deren erhöhter Wirkungsgrad, bei der Förderung von Flüssigfluiden zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades des Fluidpumpenmoduls bei gleichzeitig relativ niederfrequenter Pulsation zunutze gemacht werden.
Die Verwendung einer zweireihigen Orbiterexzenterkolbenpumpe für jeweils ein Fluidpumpenmodul verringert zudem die Pulsation gegenüber der Verwendung einer einreihigen Orbiterexzenterkolbenpumpe in der Amplitude, insbesondere dann, wenn Orbiterexzenterkolben der Orbiterexzenterkolbenpumpen einer Pumpeneinheit zueinander phasenversetzt, insbesondere bei Vorhandensein von je zwei Orbiterexzenterkolbenpumpen je Pumpeneinheit um 180° phasenversetzt, antreibbar sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der einzelne Antriebsmotor mittels einer einzigen Steuereinheit ansteuerbar gekoppelt. Dies reduziert sowohl die Anzahl der erforderlichen Antriebsmotoren wie auch die Anzahl entsprechender Steuereinheiten gegenüber dem Stand der Technik und macht die Montage einfacher. Außerdem werden Kosten einer solchen Fluidpumpe reduziert.
Zur Erreichung eines besonders einfachen Anschlusses von fluidführenden Einlass- und Auslassleitungen sind alle Fluid-Anschlussschnittstellen der Pumpeneinheiten vorteilhafterweise in einer gemeinsamen Flanschebene angeordnet. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass zum Anbringen von eventuellen Einlass- oder Auslassleitungen die Montagerichtung nicht gewechselt werden muss. Dies stellt eine Vereinfachung dar.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass jeweils Fluideinlässe einer zweireihigen Pumpeneinheit und/oder Fluidauslässe einer zweireihigen Pumpeneinheit fluidisch verbunden sind. Mit einer solchen fluidischen Verbindung kann die Pulsation an einem gemeinsamen Fluideinlass und/oder an einem gemeinsamen Fluidauslass zumindest hinsichtlich ihrer Amplitude abgeflacht werden.
Es kann außerdem vorteilhaft sein, dass eine der beiden Pumpeneinheiten zur Förderung eines Niedertemperaturkühlmediums und die andere der beiden Pumpeneinheiten zur Förderung des Hochtemperaturkühlmediums eingesetzt wird, wobei hierdurch in einfacher Art und Weise ein Thermo-Management-System für ein z. B. batterie-elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug herstellbar ist.
Darüber hinaus ist es natürlich auch möglich, neben Kühlmedien unterschiedlicher Temperaturen auch Kühlmedien unterschiedlicher Arten, z. B. Kühlmittel unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung zu fördern.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, dass beide Orbiterexzenterkolbenpumpen axial aufeinanderfolgend gegeneinander gesetzt sind und fluidisch mittels einer Trennwandung getrennt sind, wobei ganz besonders vorteilhaft ist, dass die Trennwandung gegenüber einem Material der jeweiligen Pumpengehäuse der Orbiterexzenterkolbenpumpeneinheiten eine geringere Wärmeleitfähigkeit hat. Hierdurch gelingt es, die beiden Kühlkreisläufe thermisch besser voneinander zu trennen, da über die Trennwandung nur ein geringer Wärmeaustausch zwischen den Kühlkreisen stattfinden kann.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, dass das Steuergerät (ECU) gegen eine freie Seite, insbesondere eine freie Stirnseite, der Orbiterexzenterkolbenpumpe für das Niedertemperaturkühlmedium gesetzt/montiert ist. Hierdurch wird eine relativ großflächige Kontaktfläche zwischen dem Steuergerät und der Niedertemperatur-Orbiterexzenterkolbenpumpe erreicht. Weiterhin wird eine optimale Kühlung für das Steuergerät erreicht, da das Niedertemperaturkühlmedium, welches in der benachbarten Orbiterexzenterkolbenpumpe umgewälzt wird, in einfacher Art und Weise für eine Kühlung des Steuergerätes ECU sorgen kann.
Zweckmäßig ist es auch, dass der Antriebsmotor gegen eine freie Seite, insbesondere eine freie Stirnseite, der Orbiterexzenterkolbenpumpe für das Hochtemperaturkühlmedium gesetzt/montiert ist.
Mit dieser Maßnahme kann in zweckmäßiger Art und Weise der für höhere Temperaturen gegenüber einem Steuergerät eher unempfindliche Antriebsmotor geschickt mit der Fluidpumpe verbunden werden. Zugleich übernimmt ein Teil des Antriebsmotors, z. B. ein Lagerschild des Antriebsmotors, die Funktion des Verschlusses der Pumpenkammer der Orbiterexzenterkolbenpumpe, wodurch eine Funktionsintegration erreicht wird.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, dass der Antriebsmotor in Axialrichtung gesehen zwischen zwei Orbiterexzenterkolbenpumpeneinheiten angeordnet ist und der Antriebsmotor selbst somit als Trennwand wirkt. Hierdurch kann einerseits ein separates Bauteil zur Herstellung einer Trennwandung zwischen zwei Orbiterexzenterkolbenpumpeneinheiten vermieden werden. Des Weiteren kann durch die Zwischenschaltung des Antriebsmotors zwischen zwei Orbiterexzenterkolbenpumpen die thermische Entkopplung zwischen den Orbiterexzenterkolbenpumpeneinheiten verbessert werden.
Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, dass Einzelexzenterwellen der Orbiterexzenterkolbenpumpeneinheiten mit seiner Kupplung drehmomentübertragbar gekoppelt sind. Das Vorsehen von Einzelexzenterwellen, welche jeweils eine Orbiterexzenterkolbenpumpeneinheit antreiben und das Kuppeln der Einzelexzenterwellen beim Aneinandersetzen von Orbiterexzenterkolbenpumpen vereinfacht die Herstellung und die Montage der Antriebswellen gegenüber z. B. einer durchgehenden einstückigen Antriebswelle, die für mehrere Orbiterexzenterkolbenpumpeneinheiten ausgelegt ist.
Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich, wenn das Steuergerät (ECU) mittels eines Bus-Trägers wenigstens eines der Pumpengehäuse, die zwischen dem Steuergerät und dem Antriebsmotor angeordnet sind, durchgreift, insbesondere bis zum Antriebsmotor durchgreift und mit diesem verbunden ist. Im verbauten Zustand ist somit der Bus-Träger vor mechanischen Einwirkungen innerhalb des Pumpengehäuses geschützt. Es entfallen separate Maßnahmen zum Schutz und/oder zum Befestigen des Bus-Trägers.
Mit der erfindungsgemäßen Fluidpumpe ist es in einfacher Art und Weise realisierbar, dass die gesamte Fluidpumpe lediglich einen einzigen elektrischen Steckverbindungsanschluss hat, der vorteilhafterweise im Bereich des Steuergerätes angeordnet werden kann. Somit ist es in einfacher Art und Weise möglich, den elektrischen Verkabelungsaufwand beim Montieren einer solchen Fluidpumpe in einem Thermo-Management-System zu verringern.
Hinsichtlich eines Thermo-Management-Systems werden die oben genannten Aufgaben mit einem Thermo-Management-System dadurch gelöst, dass wenigstens eine der oben beschriebenen Fluidpumpen vorhanden ist. Zweckmäßigerweise können solche Thermo-Management-Systeme für batterie-elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge oder ein Hybridkraftfahrzeug verwendet werden.
Hinsichtlich eines Kraftfahrzeugs bezieht sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug aufweisend eine erfindungsgemäße Fluidpumpe oder ein erfindungsgemäßes Thermo-Management-S ystem.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1A: einen Querschnitt durch eine Pumpeneinheit einer erfindungsgemäßen Fluidpumpe in Orbiterexzenterkolbenbauweise mit einem Orbiterexzenterkolben in einer oberen Totpunktstellung;
1B: den Querschnitt gemäß 1A mit dem Orbiterexzenterkolben in einer unteren Totpunktstellung;
1C: die erfindungsgemäße Fluidpumpe in einem Längsschnitt.
2: eine Draufsicht auf ein Anschlussflanschbild eine erfindungsgemä-ßen Fluidpumpe.

Im Folgenden wird anhand der 1A, 1B und 1C der grundsätzliche Aufbau einer erfindungsgemäßen Fluidpumpe 100, welche als Pumpeneinrichtungen 1,1' eine erste Orbiterexzenterkolbenpumpe und eine zweite Orbiterexzenterkolbenpumpe aufweist, beschrieben. Die beschriebene Ausführungsform besitzt dabei Orbiterexzenterkolbenpumpen in sogenannter zweireihiger Ausführung, bei der jede Orbiterexzenterkolbenpumpe - wie nachfolgend beschrieben - als Pumpeneinrichtung 1, 1' mit zumindest zwei Pumpeneinheiten 2,3/2',3' die zueinander phasenversetzte Orbiterexzenterkolben 12,13/12',13' aufweisen, ausgebildet ist.
Die Pumpeneinrichtung 1, 1' besitzt eine erste Pumpeneinheit 2, 2' und eine zweite Pumpeneinheit 3, 3', welche in einem gemeinsamen Pumpengehäuse 4, 4' angeordnet sind. Im gemeinsamen Pumpengehäuse 4, 4' sind eine zur ersten Pumpeneinheit 2, 2' gehörende erste Pumpenkammer 5, 5' und eine zur zweiten Pumpeneinheit 3, 3' gehörende zweite Pumpenkammer 6, 6' angeordnet. Die erste Pumpenkammer 5, 5' und die zweite Pumpenkammer 6, 6' sind durch eine Trennwand 7a, 7a' in einer Längsrichtung L voneinander getrennt. Die Pumpenkammern 5,6/ 5',6' sind als zylindrische Ausnehmungen im Pumpengehäuse 4, 4' ausgebildet und weisen jeweils eine zylinderförmige Pumpenkammerwandung 8,8' auf. In Längsrichtung L gesehen weisen die erste Pumpenkammer 5, 5' und die zweite Pumpenkammer 6, 6' eine Längserstreckung 1 auf, die im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß 1C für beide Pumpenkammern 5, 6/5', 6' / 5', 6' gleich groß ist.
In einer Radialrichtung R zentral mittig bezüglich der Pumpenkammern 5, 6/ 5', 6' ist um eine Antriebsachse A drehbar eine Exzenterwelle 9, 9' drehbar antreibbar angeordnet. Die Exzenterwelle 9, 9' ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als eine gemeinsame Exzenterwelle 9, 9' für die erste Pumpeneinheit 2, 2' und die zweite Pumpeneinheit 3, 3' ausgebildet. Die Exzenterwelle 9, 9' trägt einen ersten Exzenter 10 10' und einen zweiten Exzenter 11, 11', wobei der erste Exzenter 10, 10' der ersten Pumpenkammer 5, 5' und der zweite Exzenter 11, 11' der zweiten Pumpenkammer 6, 6' zugeordnet ist.
Auf dem ersten Exzenter 10, 10' ist relativ zum ersten Exzenter 10, 10' verdrehbar gelagert ein erster Orbiterexzenterkolben 12, 12' angeordnet, welcher um eine Exzentrizität E₁,E₁' versetzt zur Antriebsachse A in der ersten Pumpenkammer 5, 5' angeordnet ist. Auf dem zweiten Exzenter 11, 11' sitzt relativ zum zweiten Exzenter 11, 11' verdrehbar gelagert ein zweiter Orbiterexzenterkolben 13, 13', welcher um eine Exzentrizität E₂, E₂' des zweiten Exzenters 11,11' versetzt zur gemeinsamen Antriebsachse A innerhalb der zweiten Pumpenkammer 6, 6' angeordnet ist. Die Exzentrizitäten E₁,E₂/E₁',E₂' sind in einer Drehrichtung DR um die Antriebsachse A um einen Winkelversatz Δφ zueinander phasenversetzt. Der Phasenversatz Δφ beträgt im Ausführungsbeispiel 180°.
Eine axiale Längserstreckung der Orbiterexzenterkolben 12, 13 /12',13' entspricht dabei der Längserstreckung 1 der jeweiligen Pumpenkammern 5,6/5',6' so dass in Längsrichtung L gesehen die beiden Orbiterexzenterkolben 12, 13/12', 13' jeweils die gleiche axiale Längserstreckung haben wie die jeweils zugehörigen Pumpenkammern 5, 6/5', 6'. Ein Durchmesser D_k der Orbiterexzenterkolben 12, 13/12', 13' ist jeweils so bemessen, dass er jeweils um das doppelte der zugehörigen Exzentrizität E₁/E₁', bzw. E₂/E₂'gegenüber einem Durchmesser D_p der zugehörigen Pumpenkammer kleiner ist (vergleiche 1A).
Jeder Pumpenkammer 5, 6/5', 6' ist jeweils ein Fluideinlass 15, 15' und ein Fluidauslass 16, 16' zugeordnet, welche das Pumpengehäuse 4, 4' durchdringen und mit den jeweiligen Pumpenkammern 5, 6/5', 6' fluidisch verbunden sind. Eine solche fluidische Verbindung zwischen dem Fluideinlass 15, 15' und den entsprechenden Pumpenkammern 5, 6/5', 6' wird mittels eines Einlass-Verbindungskanals 17, 17' erreicht, welcher mit beiden Pumpenkammern 5, 6/5', 6' und dem Fluideinlass 15, 15' in Verbindung steht. In analoger Art und Weise ist mittels eines Auslass-Verbindungskanals 18, der in beide Pumpenkammern 5, 6/5', 6' mündet, der Fluidauslass 16,16' mit beiden Pumpenkammern 5, 6/5', 6' verbunden.
Zwischen dem Auslass-Verbindungskanal 18,18' und dem Einlass-Verbindungskanal 17,17', allgemein gesagt zwischen einem Auslass einer bestimmten Pumpenkammer und einem Einlass derselben Pumpenkammer, ist je Pumpenkammer 5, 6/5', 6' in einem Zwischenbereich zwischen dem Auslass-Verbindungskanal 18,18' und dem Einlass-Verbindungskanal 17,17' im Pumpengehäuse 4,4' schwenkbar um eine Schwenkachse S ein Sperrschieber 20,20' angeordnet. Der Sperrschieber 20,20' ragt mit seinem plattenartigen Sperrabschnitt 21,21' in die jeweilige Pumpenkammer 5, 6/5', 6' bis in einen Führungsschlitz 22,22' des Orbiterexzenterkolbens 12, 13/ 12', 13'hinein, wobei der Sperrabschnitt 21,21' im Führungsschlitz 22,22' verschieblich, insbesondere mit engem Spiel verschieblich, gelagert ist.
Im Auslass-Verbindungskanal 18,18' kann zweckmäßigerweise ein Rückstrom-Sperrventil 19,19' angeordnet sein, welches derart eingerichtet und ausgebildet ist, dass ein Überströmen von zu pumpendem Fluid von der ersten Pumpenkammer 5 in die zweite Pumpenkammer 6,6' oder umgekehrt verhindert ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß den 1A, 1B und 1C sind nachfolgende besondere Merkmale verwirklicht:

- Die Exzentrizitäten E1, E1' und E2, E2', d. h. der betragsmäßige Abstand zwischen einer Längsachse des ersten Exzenters 10, 10' und der Antriebsachse A und die Exzentrizität E₂, E₂', d. h. der betragsmäßige Abstand einer Längsachse des zweiten Exzenters 11, 11' zur Antriebsachse A sind betragsmäßig gleich groß. Selbstverständlich ist es gegebenenfalls in anderen Ausführungsformen auch möglich, die Exzentrizitäten E1, E1' und E2, E2' betragsmäßig ungleichgroß auszugestalten, wenn dies gegebenenfalls aus anderen konstruktiven Randbedingungen heraus zweckmäßig erscheint.
- Die Exzentrizitäten E1, E1' und E2, E2' sind in der Ausführungsform gemäß 1A, 1B und 1C um 180° phasenverschoben angeordnet. Das bedeutet, dass der erste Exzenter 10 dem zweiten Exzenter 11, 11' in der Drehrichtung DR um 180° nach- bzw. vorläuft. Selbstverständlich ist es auch möglich, bei Bedarf den Phasenversatz Δφ anders als 180° zu wählen, wenn dies aufgrund einer besonders gewünschten Pumpencharakteristik gewünscht wird.
- Die Antriebsachse A ist eine gemeinsame Antriebsachse A für beide Exzenter 10, 11/10', 11', welche in der Längsrichtung L axial aufeinanderfolgend im Pumpengehäuse 4,4' angeordnet sind. Selbstverständlich ist es auch möglich, den ersten Exzenter 10, 10' und den zweiten Exzenter 11, 11_', d. h. also im Ergebnis die erste Pumpeneinheit 2 und die zweite Pumpeneinheit 3,3', nicht in Längsrichtung L aufeinanderfolgend anzuordnen, sondern beispielsweise in Blickrichtung der Längsrichtung L nebeneinander, so dass zwei einzelne Exzenterwellen 9, 9' zum Antrieb des ersten Exzenters 10, 10' und des zweiten Exzenters 11, 11' vorgesehen sind. Auch eine solche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pumpeneinrichtung kann gegebenenfalls zweckmäßig sein, wenn beispielsweise eine besonders kurze axiale Baulänge gewünscht ist, jedoch eine radial zu den Antriebsachsen A₁ und/oder A₂ mehr Bauraum vorhanden ist. Ein zentraler Antrieb mit einem einzigen Antriebsmotor ist hierfür möglich, wenn beispielsweise die Antriebsachsen A₁, A₂ mittels eines Getriebes, wie z. B. eines Zahnradgetriebes oder Kettengetriebes, schlupffrei miteinander und mit dem Antriebsmotor 33 gekoppelt werden, damit ein Phasenversatz Δφ zwischen diesen Exzenterwellen 9, 9' im Betrieb erhalten bleibt.

Jeder der Orbiterexzenterkolben 12, 13/12', 13' ist hinsichtlich seines Durchmessers D_k so ausgebildet, dass der erste und der Orbiterexzenterkolben 12, 13/ 12', 13' bei einem Antrieb der Exzenterwelle 9, 9' in der Drehrichtung DR jeweils einen umlaufenden Gleitkontakt oder einen engen Dichtspalt mit der zugehörigen ersten Pumpenkammerwandung 7, 7, bzw. zweiten Pumpenkammerwandung 8, 8' ausbildet.
Hierdurch wird bei einem Umlauf eines der Orbiterexzenterkolben 12, 13/ 12', 13' in der jeweiligen Pumpenkammer 5, 6/5', 6' in Zusammenspiel mit dem Sperrschieber 20, 20' ein erstes Teilvolumen 30, 30' (vergleiche 1B) umgrenzt, welches mit dem Fluideinlass 15, 15, kommuniziert. Außerdem wird ein zweites Teilvolumen 31, 31' (vergleiche 1B) umgrenzt, welches mit dem Fluidauslass 16, 16' der jeweiligen Pumpenkammer 5, 6/5', 6' kommuniziert.
Die Teilvolumina 30, 31 sind in der 1A nicht dargestellt, da in der 1A der Orbiterexzenterkolben 12, 13/ 12', 13' in einer oberen Totpunktstellung angeordnet ist. In dieser Stellung sind die Teilvolumina nicht ausgebildet. In jeder anderen Stellung des Orbiterexzenterkolbens 12, 13/ 12', 13' wird das erste Teilvolumen 30,30' zwischen dem Sperrschieber 20,20' und dem Bereich des Orbiterexzenterkolbens 12, 13/ 12', 13' der am nächsten an der Pumpenkammerwandung 8,8' angeordnet ist, aufgespannt. Ausgehend von der Stellung des Orbiterexzenterkolbens 12, 13, die in 1A dargestellt ist, vergrößert sich das erste Teilvolumen 30,30' bei gleichzeitiger Verringerung des zweiten Teilvolumens 31, 31', wenn der Orbiterexzenterkolben 12, 13/ 12', 13' durch eine Drehung der Antriebswelle im Uhrzeigersinn aus seiner oberen Totpunktlage verlagert wird. Dadurch wird das Fluid, das sich im zweiten Teilvolumen 31, 31' befindet, zum Fluidauslass 16, 16' hin verdrängt.
Die Teilvolumina 30, 31/ 30', 31' beidseits des Sperrschiebers 20,20' verändern sich mit dem umlaufenden Gleitkontakt oder Dichtspalt zwischen dem Orbiterexzenterkolben 12, 13/ 12', 13' und der Pumpenkammerwandung 7, 7' bzw. 8, 8', so dass ein zyklischer Ansaug- und Verdrängungsvorgang innerhalb einer Umdrehung der Exzenterwelle 9, 9' in jeder der Pumpenkammern 5, 6/5', 6' stattfindet.
Durch den Phasenversatz Δφ der beiden Orbiterexzenterkolben 12, 13/ 12', 13'zueinander finden über eine Umdrehung der Exzenterwelle 9, 9' somit an dem Fluidauslass 16, 16', der mittels des Auslass-Verbindungskanals 18, 18' beide Pumpenkammern 5, 6/5', 6' verbindet, insgesamt zwei Verdrängungsvorgänge je Umdrehung statt. Korrespondierend hierzu finden am Fluideinlass 15, 15, entsprechend pro Umdrehung der Exzenterwelle 9, 9' zwei Ansaugvorgänge bzw. Zulaufvorgänge statt. Zeichnerisch sei dies mit einer Fluidströmungsrichtung FR verdeutlicht.
Die Exzenterwelle 9, 9' besitzt im Bereich der Trennwand 7a, 7a' eine Stützlagerung 32, 32`. Eine offene Stirnseite der ersten Pumpenkammer 5, 5' ist beispielweise mittels eines Lagerschilds eines Antriebsmotors 33 abgedeckt. Der Antriebsmotor 33 ist mit der Exzenterwelle 9, 9' verbunden oder besitzt diese. Zwischen dem Antriebsmotor 33 und dem Pumpengehäuse 4, 4' sitzt zweckmäßigerweise eine Dichtung 34, z. B. eine O-Ring-Dichtung.
Bei der erfindungsgemäßen Fluidpumpe 100 gemäß 1C sind im Wesentlichen in axialer Aufeinanderfolge entlang der Antriebsachse Ader Antriebsmotor 33, die Pumpeneinheit 1, die Pumpeneinheit 1' und die Steuereinheit ECU zu der Fluidpumpe 100 zusammengefasst.
Zwischen der Pumpeneinheit 1 und der Pumpeneinheit 1' ist ein Trennwandbauteil 35 angeordnet. Das Trennwandbauteil 35 kann dabei die Lagerstelle 37 aufweisen, in der Enden der Exzenterwellen 9, 9' gelagert sind. Die Exzenterwellen 9, 9' sind beispielsweise mit einer Kupplung 38 drehmomentübertragbar gekoppelt.
Zwischen der Pumpeneinheit 1' und der Steuereinheit ECU ist ein Trennwandbauteil 35' angeordnet. Das Trennwandbauteil 35` kann zweckmäßigerweise eine Grundplatte 36 der Steuereinheit ECU sein. Die Grundplatte 36 kann dabei als Träger von zum Beispiel elektronischen Bauteilen der Steuereinheit ECU dienen, welche durch diese Maßnahme besonders wirksam von Fluid, welches in der Pumpeneinheit 1' umgewälzt wird, gekühlt werden kann.
Auf der Seite des Antriebsmotors 33 kann es zweckmäßig sein, dass ein Lagerschild (nicht gezeigt in 1C) des Antriebsmotors 33 zur Pumpeneinrichtung 1 hin die erste Pumpenkammer 5 abdeckt, wodurch eine hohe Funktionsintegration stattfindet.
Bei der erfindungsgemäßen Fluidpumpe 100 ist beispielsweise die Pumpeneinrichtung 1 einem Hochtemperatur-Kühlmittelkreislauf, in dem ein Hochtemperaturkühlmedium umgewälzt wird, zugeordnet. Weiterhin ist beispielsweise die Pumpeneinrichtung 1' einem Niedertemperatur-Kühlmittelkreislauf, in dem ein Niedertemperaturkühlmedium, welches gegenüber dem Hochtemperaturkühlmedium eine niedrigere Temperatur aufweist, umgewälzt wird, zugeordnet. Typische Betriebstemperaturen für einen Hochtemperaturkühlkreislauf sind beispielsweise Temperaturen des Hochtemperaturkühlmediums von ca. 120°C. Ein Niedertemperaturkühlmedium in einem Niedertemperatur-kühlkreislauf weist beispielsweise eine Temperatur von ca. 40°C auf.
In einem solchen Einsatzfall empfiehlt es sich insbesondere, das zwischen den Pumpeneinrichtungen 1,1' angeordnete Trennwandbauteil 35 aus einem Material auszubilden, welches eine geringere Wärmeleitfähigkeit besitzt als das Material der Pumpengehäuse 4,4`, um so eine verbesserte thermische Trennung der Kühlkreisläufe zu erreichen.
Bei der Ausführungsform gemäß 1C ist die Pumpeneinheit 1', welche das Niedertemperaturkühlmedium umgewälzt, vorteilhafterweise angrenzend an die Steuereinheit ECU angeordnet. Somit kann in besonders vorteilhafter Art und Weise die Steuereinheit ECU, insbesondere wenn das Trennwandbauteil 35` als Grundplatte 36 ausgebildet ist, besonders effektiv mit Kühlmedium von relativ geringer Temperatur gekühlt werden. In dem vorgeschriebenen Einsatzfall des Trennwandbauteil 35` als Grundplatte 36 für die Steuereinheit ECU empfiehlt es sich, ein Material zu verwenden, welches eine besonders niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt, um den Wärmeübergang von der Steuereinheit ECU zum Niedertemperatur-Kühlkreislauf und somit die Kühlung der Steuereinheit ECU zu optimieren. Die Steuereinheit ECU ist mittels eines Bus-Trägers 39, welcher die Pumpengehäuse 4, 4` und das Trennwandbauteil 35 durchgreift, mit dem Antriebsmotor 33 elektrisch verbunden.
2 zeigt eine Draufsicht auf einen Anschlussbereich 40 der Pumpengehäuse 4,4', wobei strichliert der Verlauf der Einlass-Verbindungskanäle 17,17' und dessen relative Zuordnung zu den Fluideinlässen 15, 15' gezeigt ist. Die Einlass-Verbindungskanäle 17,17' erstrecken sich im gezeigten Beispiel in Längsrichtung L über die gesamte Erstreckung der zugehörigen Pumpengehäuse 4,4'.
Analog zu den Einlass-Verbindungskanälen 17,17' sind die Auslass-Verbindungskanäle 18,18' ebenfalls strichliert dargestellt. Die Auslassverbindungskanäle 18,18' sind den Fluidauslässen 16,16' zugeordnet. Auch die Auslass-Verbindungskanäle 18,18' erstrecken sich im Ausführungsbeispiel gemäß 2 über die gesamte Längserstreckung der zugehörigen Pumpengehäuse 4,4'.
Durch eine derartige Anordnung der Einlass- bzw. Auslass-Verbindungskanäle 17,17', 18,18' werden jeweils zwei Auslässe der Pumpenkammern 5, 6/5', 6' und zwei Einlässe der Pumpenkammern 5, 6/5', 6' miteinander fluidisch verbunden, so dass am Fluidauslass 16,16' und am Fluideinlass 15, 15' jeweils ein Summenvolumenstrom beider Pumpenkammern 5, 6/5', 6' vorliegt.
Beim Betrieb einer Fluidpumpe 100 aufweisend oben näher beschriebene Pumpeneinrichtungen 1, 1' mit flüssigem Pumpenmedium, z. B. einem Kühlmittel oder einem Öl, konnte ein hoher innerer Wirkungsgrad festgestellt werden, der bei einer vorgegebenen Volumenstrommenge hauptsächlich daraus resultiert, dass eine relativ geringe Antriebsdrehzahl für die Exzenterwellen 9, 9' notwendig ist und im Inneren der Pumpeneinrichtung 1,1' relativ geringe Reibungen auftreten.
Mit einer Fluidpumpe 100 aufweisend derartige Pumpeneinrichtungen 1, 1' kann zusammen mit dem Antriebsmotor 33 und der Steuereinheit ECU in einfacher Art und Weise eine erfindungsgemäße Fluidpumpe 100 mit hohem Wirkungsgrad zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgaben verwirklicht werden.
Eine solche Fluidpumpe 100 ist insbesondere zur Förderung von Flüssigfluid geeignet und kann insbesondere in Kühlsystemen von Kraftfahrzeugen, insbesondere in Kühlsystemen für batterie-elektrisch betriebene Fahrzeuge und/oder Hybridfahrzeuge, welche beispielsweise Thermo-Management-Systeme aufweisen, zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste

1,1': Fluidpumpenmodul
2,2': erste Pumpeneinheit, erste Orbiterexzenterkolbenpumpe
3,3': zweite Pumpeneinheit, zweite Orbiterexzenterkolbenpumpe
4,4': Pumpengehäuse
5,5': erste Pumpenkammer
6,6': zweite Pumpenkammer
7a,7a': Trennwand
7,7': erste Pumpenkammerwandung
8,8': zweite Pumpenkammerwandung
9,9': Exzenterwelle
10,10': erster Exzenter
11,11': zweiter Exzenter
12,12': erster Orbiterexzenterkolben
13,13': zweiter Orbiterexzenterkolben
15,15': Fluideinlass
16,16': Fluidauslass
17,17': Einlass-Verbindungskanal
18,18': Auslass-Verbindungskanal
19,19': Rückstrom-Sperrventil
20,20': Sperrschieber
21,21': Sperrabschnitt
22,22': Führungsschlitz
30,30': erstes Teilvolumen
31,31': zweites Teilvolumen
32: Stützlagerung
33: Antriebsmotor
34: Dichtung
35: Trennwandbauteil
36: Grundplatte
37: Lagerstelle
38: Kupplung
39: Bus-Träger
40: Anschlussbereich
100: Fluidpumpe
A, A1, A2, An: Antriebsachse
Dk, Dp: Durchmesser
DR: Drehrichtung
E1, E2, En/E1',E2',En': Exzentrizität
ECU: Steuereinheit
FR: Fluidströmungsrichtung
L: Längsrichtung
1: Längserstreckung
R: Radialrichtung
S: Schwenkachse
Δφ: Phasenversatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006016791 A1 [0006]

Claims

Fluidpumpe, insbesondere für ein Thermo-Management-System, z. B. eines batterie-elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs oder eines Hybridkraftfahrzeuges aufweisend: - wenigstens eine erste Pumpeneinrichtung (1), welche zur Förderung eines ersten flüssigen Mediums eingerichtet und ausgebildet ist; - wenigstens eine zweite Pumpeneinrichtung (1'), welche zur Förderung eines zweiten flüssigen Mediums eingerichtet und ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpeneinrichtung (1) und die zweite Pumpeneinrichtung (1') als Orbiterexzenterkolbenpumpe, insbesondere als zweireihige Orbiterexzenterkolbenpumpe mit jeweils phasenversetzten Orbiterexzenterkolben (12, 13; 12', 13') ausgebildet sind und mit einem einzigen Antriebsmotor (33) antreibbar gekoppelt sind.
Fluidpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (33) mittels einer Steuereinheit (ECU) ansteuerbar gekoppelt ist.
Fluidpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Fluid-Anschlussschnittstellen (15,15`; 16,16') der Pumpeneinrichtungen (1, 1') in einer gemeinsamen Flanschebene (FE) angeordnet sind.
Fluidpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils Fluideinlässe einer (Zahl) der zweireihigen Pumpeneinrichtungen (1, 1') und/oder Fluidauslässe einer (Zahl) der zweireihigen Pumpeneinrichtungen (1, 1') fluidisch verbunden sind.
Fluidpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Pumpeneinrichtungen (1') zur Förderung eines Niedertemperaturkühlmediums und die andere der beiden Pumpeneinrichtungen (1) zur Förderung eines Hochtemperaturkühlmediums mit einer gegenüber dem Niedertemperaturkühlmedium höheren Temperatur eingerichtet und ausgebildet ist.
Fluidpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Pumpeneinrichtungen (1,1') axial aufeinanderfolgend gegeneinander gesetzt sind und fluidisch mittels eines Trennwandbauteils (35) mit einer im Vergleich zum Material des Pumpengehäuses (4, 4') geringeren Wärmeleitfähigkeit getrennt sind.
Fluidpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuereinheit (ECU) gegen eine freie Seite, insbesondere eine freie Stirnseite der Orbiterexzenterkolbenpumpe (1') für das Niedertemperaturkühlmedium gesetzt/montiert ist.
Fluidpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (33) gegen eine freie Seite, insbesondere eine freie Stirnseite der Orbiterexzenterkolbenpumpe (1) für das Hochtemperaturkühlmedium gesetzt/montiert ist.
Fluidpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (33) in Axialrichtung gesehen zwischen zwei Orbiterexzenterkolbenpumpen (1, 1') angeordnet ist und als Trennwandbauteil (35) wirkt.
Fluidpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einzelexzenterwellen (9, 9') der Orbiterexzenterkolbenpumpen (1, 1') mittels einer Kupplung (38) drehmomentübertragbar gekoppelt sind.
Fluidpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuereinheit (ECU) mittels eines Bus-Trägers (39) wenigstens eines der Pumpengehäuse (4, 4'), die zwischen dem Steuereinheit (ECU) und dem Antriebsmotor (33) angeordnet sind, durchgreift.
Fluidpumpe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpumpe (100) lediglich einen elektrischen Steckverbindungsanschluss, insbesondere im Bereich des Steuereinheit (ECU), insbesondere eines Steuergerätegehäuses besitzt.
Thermo-Management-System für ein batterie-elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug oder ein Hybridkraftfahrzeug aufweisend eine Fluidpumpe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Kraftfahrzeug aufweisend eine Fluidpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder ein Thermo-Management-System nach Anspruch 13.