WO2019192984A1

WO2019192984A1 - Hybridangetriebene doppelpumpe

Info

Publication number: WO2019192984A1
Application number: PCT/EP2019/058240
Authority: WO
Inventors: Steffen Kellner; Sandro SCHUNK
Original assignee: Nidec Gpm Gmbh
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2019-10-10
Also published as: BR112020020144A2; CN111742145B; EP3775562A1; US11199122B2; DE102018107776B4; US20200392890A1; CN111742145A; DE102018107776A1

Abstract

Es wird eine hybridangetriebene Doppelpumpe zur Förderung eines Kühlmittels für eine Verbrennungsmaschine vorgeschlagen. Die Doppelpumpe weist auf: eine erste Pumpenbaugruppe (1) mit einem ersten Pumpenlaufrad (10), einem ersten Spiralgehäuse (31) und einer ersten Pumpenwelle (11), die durch eine mechanische Antriebsverbindung von einer Verbrennungsmaschine angetrieben wird; eine zweite Pumpenbaugruppe (2) mit einem zweiten Pumpenlaufrad (20), einem zweiten Spiralgehäuse (32), einer zweiten Pumpenwelle (21) und einem elektrischen Antrieb (22); ein gemeinsames Pumpengehäuse (3), das die erste Pumpenbaugruppe (1) und die zweite Pumpenbaugruppe (2) umschließt, mit einem gemeinsamen Pumpeneinlass (34) und einem gemeinsamen Pumpenauslass (35); und eine Klappe (33), die zwischen einem Austritt des ersten Spiralgehäuses (31) und einem Austritt des zweiten Spiralgehäuses (32) frei schwenkbar derart angeordnet ist, dass eine direkte Strömungsverbindung zwischen dem ersten Spiralgehäuse (31) und dem zweiten Spiralgehäuse (32) gesperrt wird.

Description

Hybridangetriebene Doppelpumpe

Die Erfindung betrifft eine hybridangetriebene Doppelpumpe zur Förderung eines Kühlmittels für eine V erbrennungsmaschine.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche elektrisch angetriebene Hilfsaggregate für eine V erbrennungsmaschine bekannt. Der elektrische Antrieb an Pumpen ermöglicht eine flexiblere Steuerung und Reaktionsmöglichkeiten in Bezug auf B etriebsparameter einer V erbrennungsmaschine, wobei insbesondere eine Förderleistung unabhängig von einer Maschinendrehzahl und beispielsweise in Abhängigkeit einer Last der Verbrennungsmaschine betrieben werden kann. Hierdurch wird im Teillastbereich der Verbren- nungsmaschine sowie in bestimmten Fahrzuständen eines Fahrzeugs eine Leistungseinsparungen an Hilfsaggregaten erzielt, wodurch die Kraftstoffeffizienz verbessert und die Emissionen eines Fahrzeugs gesenkt werden.

Die Elektrifizierung von Hilfsaggregatsantrieben geht jedoch auch mit Kompromis- sen einher, um einem Ausfallszenario des von der V erbrennungsmaschine separaten Antriebs Rechnung zu tragen oder ausreichende Leistungsreserven unter maximaler Anforderung an eine Kühlleistung sicherzustellen. So hat der Ausfall des Elektromotors einer Kühlmittelpumpe oder von dessen Leistungsversorgung unumgänglich einen darauffolgenden Zwangsstopp der V erbrennungsmaschine zur Konsequenz, um thermische Folge- Schäden im gesamten System zu vermeiden. Ferner muss der elektrische Antrieb auf eine Nennleistung ausgelegt werden, die zuverlässig Spitzenlasten des Kühlsystems abdeckt, die in der Gesamtdauer eines Normalbetriebs nur selten auftreten, bzw. lediglich unter besonderen Belastungen der Verbrennungsmaschine und außergewöhnlichen äußeren Bedingungen erlangt werden.

Die Größe, das Gewicht und die Kosten von Elektromotoren nehmen mit der Nennleistung zu, wobei Varianten, die ein akzeptables Leistungsverhältnis durch kompakte Konstruktion und Leichtbau kompensieren, mit einem überproportionalen Kostenanstieg verbunden sind. Dies trifft gerade für bürstenlose permanent erregte Motoren zu, welche die Qualitätsstandards im Automotive-Bereich erfüllen. Somit steht einer sicherheitsori- entierten Auslegung des elektrischen Antriebs insbesondere der Aspekt eines hohen Kos- tenfaktors im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit einer Produktion großer Stückzahlen entgegen.

Aus dem Stand der Technik sind ebenfalls sogenannte Hybridpumpen bekannt, die den Problemstellungen von rein elektrisch oder rein mechanisch angetriebenen Pumpen entgegentreten. Durch die Kombination eines elektrischen Motors und eines herkömmli- chen Riemenantriebs zu einer Ausgangswelle der V erbrennungsmaschine wird die Aus fallsicherheit erhöht, während die Auslegung des elektrischen Antriebs auf eine durchschnittliche Belastung erfolgen kann. Ferner kann beispielsweise während eines Stopps der V erbrennungsmaschine, insbesondere bei Fahrzeugen mit einer Start-Stopp-Automa- tik eine Zirkulation des Kühlmittels fortgeführt werden.

Derartige Bauformen von Hybridpumpen sind jedoch oftmals mit dem Nachteil behaftet, dass der elektrische Motor im abgeschalteten Zustand von dem mechanischen An trieb mitgeschleppt werden muss. Beim Mitschleppen eines abgeschalteten Elektromo- tors tritt eine Verlustleistung auf um Rastmomenten durch magnetische Felder zwischen den Polen des Motorrotors und des Stators zu überwinden. Die V erbrennungsmaschine muss daher in einem mechanischen Betriebsmodus eines derartigen Hybridantriebs mehr Leistung als bei einem rein mechanischen Antrieb aufbringen, wodurch die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs beeinträchtigt wird. Andere Hybridpumpen sind mit einer Kupp- lung, insbesondere eine Magnetkupplung ausgestattet, die einen großen Bauraum erfordert und einen hohen Kostenanteil an der Hybridpumpe verursacht.

Einen vergleichsweise kompakten und günstigen Aufbau offenbart die Patentanmeldung DE 10 2017 118 264 Al derselben Anmelderin, die zum Anmeldetag der vorlie- genden Offenbarung noch unveröffentlicht ist. Sie beschreibt einen Hybridantrieb für ein Kühlmittelpumpe, bei der eine Riemenscheibe und ein Elektromotor jeweils mittels einer separat zugeordneten Einwegkupplung, die in einer Antriebsdrehrichtung eingreift und in einer entgegengesetzten Drehrichtung freiläuft, mit der Pumpenwelle einer regelbaren Pumpenbaugruppe gekoppelt sind.

Derartige Hybridpumpen mit Kupplung sind allerdings in einer maximalen Förderleistung, beispielsweise in einem kombinierten Antriebsmodus, auf eine volumetrische Effizienz beschränkt, die sich aus der Dimensionierung des Pumpenlaufrads bzw. der Pumpenbaugruppe ergibt.

Im Hinblick auf größere Maximalleistungen offenbart die WO 2015/187079 Al eine Anordnung eines Kühlsystems, in der zusätzlich zu einer mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe eine elektrische Kühlmittelpumpe vorgesehen ist, die in einer Bypassleitung zu der mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe angeordnet ist. Am Ende der Bypassleitung ist eine federbelastete Ventilklappe angeordnet, die eine ausgangsseitige Leitung von der mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe zu einer Einmündung eines Ende des Bypasses gegen einen Rückfluss sperrt, wenn die elektrische Kühlmittelpumpe abgeschaltet ist. Das System erfordert einen entsprechend großen Bauraum und eignet sich demnach vornehmlich für Nutzfahrzeuge oder ähnlich große Antriebe mit Verbrennungsmaschine.

Die DE 10 2011 001 090 Al offenbart ein vergleichsweise kompakteres Kühlsys- tem für Kraftfahrzeuge, bei dem eine mechanisch angetriebene, regelbare Hauptkühlmit- telpumpe und eine kleinere elektrisch angetriebene Sekundärkühlmittelpumpe als eine kombinierte Vorrichtungseinheit verbunden sind. Dabei ist die elektrische Sekundärkühlmittelpumpe wiederum als Bypass zur der Hauptkühlmittelpumpe angeordnet, sodass ein Einlass und ein Auslass der elektrischen Sekundärkühlmittelpumpe vor bzw. nach der Hauptkühlmittelpumpe mit einer Hauptforderstrecke der Hauptkühlmittelpumpe verbunden sind. In der elektrischen S ekundärkühlmittelpumpe ist ein Regelschieber vorgesehen, der zur Vermeidung von einem Rückfluss durch den Bypass genutzt wird, wenn die Sekundärkühlmittelpumpe abgeschaltet ist. Mit Blick auf den Pumpenaufbau verbleibt den noch Raum für Verbesserungen bei der Integration von leistungsfähigen und leistungsva riablen Hybridpumpenkonzepten. DE 10 2012 214 503 Al offenbart eine Rotationspumpe mit verstellbaren Fördervolumen, umfassend (a) ein Gehäuse mit einer ersten Gehäusestruktur und einer zweiten Gehäusestruktur, (b) eine Förderkammer mit einer von der ersten Gehäusestruktur gebildeten ersten Kammerwand, einer vond er zweiten Gehäusestruktur gebildeten zweiten Kammerwand, einem Einlass für ein Fluid in einem Niederdruckbereich und einem Auslass für das Fluid in einem Hochdruckbereich, (c) ein in der Förderkammer um eine Drehachse drehbares Pumpenrad (d) und eine Andrückeinrichtung zur Erzeugung einer Andrückkraft, (e) wobei die zweite Gehäusestruktur relativ zur ersten Gehäusestruktur aus einer ersten Position gegen die Andrückkraft in eine zweite Position beweglich ist und in der zweiten Position zwischen der ersten Kammerwand und der zweiten Kammerwand ein Spalt besteht (f) und Fluid durch den Spalt aus der Förderkammer unter Umgehung des Einlasses und des Auslasses entweichen oder im Spalt innerhalb der Förderkammer eine die Förderleistung der Rotationspumpe reduzierende Zirkulation des Fluids entsteht.

Demnach besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine hybridangetriebene Kühlmittelpumpe mit einem kompakten Aufbau schaffen, die eine hohe maximale Förderleistung und ein breites volumetrisch effizientes Förderleistungsspektrum aus den Antriebs- leistungen ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch eine hybridangetriebene Doppelpumpe zur Förderung ei- nes Kühlmittels für eine V erbrennungsmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die hybridangetriebene Doppelpumpe zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass sie aufweist: eine erste Pumpenbaugruppe mit einem ersten Pumpenlauffad, einem ersten Spiralgehäuse und einer ersten Pumpenwelle, die durch eine mechanische Antriebsverbindung von der V erbrennungsmaschine angetrieben wird; eine zweite Pumpenbaugruppe mit einem zweiten Pumpenlaufrad, einem zweiten Spiralgehäuse, einer zweiten Pumpenwelle und einem elektrischen Antrieb; ein gemeinsames Pumpengehäuse, das die erste Pumpenbaugruppe und die zweite Pumpenbaugruppe umschließt, mit einem gemeinsamen Pumpeneinlass und einem gemeinsamen Pumpenauslass; und eine Klappe, die zwischen einem Austritt des ersten Spiralgehäuses und einem Austritt des zweiten Spiralgehäuses frei schwenkbar derart angeordnet ist, dass eine direkte Strömungsverbindung zwischen dem ersten Spiralgehäuse und dem zweiten Spiralgehäuse gesperrt wird.

Die Erfindung sieht somit erstmals eine Doppelpumpe für ein Kühlmittel vor, die zwei verschiedene Antriebe aufweist und ein Pumpengehäuse mit einem Pumpeneinlass und einem Pumpenauslass gemeinsam umfasst.

Der erfindungsgemäße Pumpenaufbau weist im Vergleich zu Systemen mit einer mechanischen und einer elektrischen Kühlmittelpumpe eine kompaktere Integration der zwei Pumpenbaugruppen auf. Dabei ist je nach anwendungsspezifischer Auslegung sowohl eine unterschiedliche als auch eine gleichgroße Dimensionierung der Pumpenbau- gruppen bzw. ein asymmetrischer oder symmetrischer Pumpenaufbau möglich.

Durch den gemeinsamen Pumpeneinlass und Pumpenauslass wird das Leitungssys- tem vereinfacht, da zusammenführende Leitungsabschnitte entfallen und es werden Installationskosten sowie Bauraum eingespart.

Neben der Verringerung des Bauraums und den V ereinfachungen seitens des Kühlsystems wird eine hohe Förderleistung ermöglicht, da im Bedarfsfall beide Pumpenbau- gruppen zugleich mit maximaler Antriebsleistung betrieben werden können, sodass sich bei ausreichend gewählten gemeinsam genutzten Strömungsquerschnitten eine im We- sentlichen aufaddierte maximale Förderleistung ergibt.

Ferner wird es ermöglicht, eine angeforderte Gesamtförderleistung durch eine beliebige Aufteilung der T eilförderleistungen zwischen den beiden Pumpenbaugruppen zu realisieren. Dadurch wird ebenso eine Aufteilung der Gesamtantriebsleistung auf jewei- lige T eilantriebsleistungen ermöglicht. Es entstehen steuerungstechnische Optimierungspotenziale der freien Aufteilungsverhältnisse zwischen einer jeweiligen volumetrischen Effizienz der beiden Pumpenbaugruppen und eines jeweiligen effizienten Drehzahlbe- reichs der beiden Antriebe. Die Klappe, deren Position lediglich durch ein Anströmungsverhältnis zwischen den beiden Pumpenbaugruppen beeinflusst wird, bietet ein einfaches konstruktives Mit tel, um einen Rückfluss durch eine der beiden Pumpenbaugruppen selbsttätig zu vermeiden, wenn eine der beiden Pumpenbaugruppen zeitweise drucklos bzw. inaktiv ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der hybridangetriebenen Doppelpumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können sich die erste Pumpenbaugruppe und die zweite Pumpenbaugruppe ferner eine gemeinsame Pumpenkammer teilen, in der das erste Pumpenlaufrad und das zweite Pumpenlaufrad aufgenommen sind.

Somit wird ein ausgleichendes Strömungsverhalten einer variablen Förderleis- tungsverteilung zwischen den Pumpenbaugruppen begünstigt. Ferner wird der Aufbau kompakter, enthält weniger Wandelemente und es werden Dichtungsstellen eingespart.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können das erste Pumpenlaufrad und das zweite Pumpenlaufrad in der Pumpenkammer gegenüberliegend zueinander weisen.

Somit kann ein kompakterer Aufbau insbesondere in radialer Abmessung erzielt werden, und ein Saugbereich einschließlich der gemeinsamen Pumpenkammer kann klei- ner ausfallen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Pumpeneinlass zwischen dem ersten Pumpenlaufrad und dem zweiten Pumpenlaufrad in die Pumpenkammer münden.

Somit sind eine im Wesentlichen symmetrische Anströmung der Pumpenlauffäder und eine gleichmäßige Einlassführung ohne weitere Leitelemente möglich.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die erste Pumpenbaugruppe einen zylindrischen Regelschieber aufweisen, der in eine axiale Überdeckung mit einem radialen Austrittsbereich des ersten Pumpenlaufrads überfuhrbar ist. Somit kann die Förderleistung der ersten Pumpenbaugruppe im Verhältnis zur vor- gegebenen Antriebsleistung bzw. Drehzahl der V erbrennungsmaschine gedrosselt werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der zylindrische Regelschieber durch ei- nen hydraulischen Kreislauf betätigt werden.

Somit kann eine zuverlässige Aktorik im Nassbereich der Pumpe zur Regelung der ersten Pumpenbaugruppe bereitgestellt werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der hydraulische Kreislauf als hydrauli- sches Medium Kühlmittel fuhren, das aus dem Förderstrom abgezweigt ist.

Somit kann ein abgedichtetes separates System zu Führung eines eigenen Hydrau- likmediums im Nassbereich der Pumpe vermieden werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der hydraulische Kreislauf mittels einer Axialkolbenpumpe gefördert werden, die durch das erste Pumpenlaufrad über eine Steuerkurve reziprok angetrieben wird.

Somit kann ein zuverlässiger Antrieb des hydraulischen Kreislaufs im Nassbereich der Pumpe zur Regelung der ersten Pumpenbaugruppe bereitgestellt werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Betätigung des zylindrischen Regelschiebers durch ein Proportionalventil in dem hydraulischen Kreislauf gesteuert werden.

Somit kann ein zuverlässiges Regelorgan des hydraulischen Kreislaufs zur Regelung der ersten Pumpenbaugruppe bereitgestellt werden.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung können ein Lager der zweiten Pumpenwelle und der elektrische Antrieb mit einer axialen Überschneidung zueinander angeordnet sem. Somit kann eine geringere axiale Abmessung des Pumpenaufbaus, insbesondere im Bereich der zweiten Pumpenbaugruppe erzielt werden. Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die hybridangetriebene Doppelpumpe ferner eine Pumpensteuerung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, basierend auf einem empfangenen Parameter, der für einen Kühlungsbedarf der V erbrennungsmaschine be- zeichnend ist, und einer Drehzahl von der V erbrennungsmaschine oder von der ersten Pumpenbaugruppe, Stellwerte für einen Stellweg des Regelschiebers und für eine Dreh- zahl der zweiten Pumpenbaugruppe zu berechnen, und das Proportionalventil sowie den elektrischen Antrieb in Abhängigkeit der berechneten Stellwerte anzusteuern.

Somit kann eine dezidierte Steuerung, die auf spezifische Betriebspunkte der bei- den Pumpenbaugruppen optimiert ist, zur einfacheren Integration in einem zentralen Steuerungssystem eines Fahrzeugs bereitgestellt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen: Fig. 1 eine Längsschnitt ansicht durch eine erfmdungsgemäße hybridangetriebene

Doppelpumpe;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße hybridangetriebene Doppelpumpe;

und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen hybridangetriebenen

Doppelpumpe.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des gesamten Pumpenaufbaus, der im Wesentlichen eine erste Pumpenbaugruppe 1, eine zweite Pumpenbaugruppe 2 und ein gemeinsames Pumpengehäuse 3 umfasst. Das Pumpengehäuse 3 ist zwischen der ersten Pumpenbau- gruppe 1 und der zweiten Pumpenbaugruppe 2 angeordnet und umschließt eine Pumpen- kammer 30. Innerhalb der gemeinsamen Pumpenkammer 30 sind ein erstes Pumpenlaufrad 10 der ersten Pumpenbaugruppe 1 und ein zweites Pumpenlaufrad 20 der zweiten Pumpenbaugruppe 2 gegenüberliegend zueinander angeordnet.

Das erste Pumpenlaufrad 10 ist von einem ersten Spiralgehäuse 31 als Abschnitt des Pumpengehäuses 3 umgeben. Ebenso ist auf der gegenüberliegenden Seite der Pum- penkammer 30 das zweite Pumpenlaufrad 20 von einem zweiten Spiralgehäuse 32 als Abschnitt des Pumpengehäuses 3 umgeben. Das erste Spiralgehäuse 31 und das zweite Spiralgehäuse 32 führen zu einem gemeinsamen Pumpenauslass 35, der als Gehäuseöff- nung ausgebildet ist. Vor dem gemeinsamen Pumpenauslass 35 weisen das erste Spiralgehäuse 31 und das zweite Spiralgehäuse 32 jeweils eine Austrittsöffnung auf, deren Querschnittsebenen in einem spitzen Winkel zueinander verlaufen. Zwischen der Austrittsöffnung des ersten Spiralgehäuses 31 und der Austrittsöffnung des zweiten Spiralgehäuses 32 ist eine Klappe 33 schwenkbar in dem Pumpenge- häuse 3 angeordnet. Die Klappe 33 kann sich innerhalb des spitzen Winkels zwischen den Querschnittsebenen der Austrittsöffiiungen frei schwenkbar bis zu einer Anlageposition an der Austrittsöffnung des ersten Spiralgehäuses 31 bzw. an der Austrittsöffnung des zweiten Spiralgehäuses 32 bewegen und die betreffende Austrittsöffnung versperren. Der gemeinsame Pumpenauslass 35 in Form einer Gehäuseöffnung ist innerhalb des S chwenkbereichs zwischen den Anlagenpositionen der Klappe 33 angeordnet.

Die Klappe 33 wird jeweils von einem Förderstrom der ersten Pumpenbaugruppe 1 und einem Förderstrom der zweiten Pumpenbaugruppe 2 von beiden Seiten angeströmt. Eine Position der Klappe 33 entlang des Schwen winkels ergibt sich somit aus einem Druckverhältnis der beiden Fördererströme zueinander. Wenn die erste Pumpenbau- gruppe 1 in Betrieb ist und die zweite Pumpenbaugruppe 2 nicht in Betrieb ist, drängt der Förderstrom die Klappe 33 in die Querschnittsebene der Austrittsöffnung des zweiten Spiralgehäuses 32 und verschließt dasselbe. Somit wird erreicht, dass der Förderstrom aus der ersten Pumpenbaugruppe 1 direkt durch den gemeinsamen Pumpenauslass 35 strömt, und nicht in das zweite Spiralgehäuse 32, d.h. in einen drucklosen Ausgangsbe- reich der zweiten Pumpenbaugruppe 2 gelangt. Wenn die zweite Pumpenbaugruppe 2 in Betrieb ist, und die erste Pumpenbaugruppe 1 nicht in Betrieb ist, drängt der Förderstrom die Klappe 33 in die Querschnittsebene der Austrittsöffnung des ersten Spiralgehäuses 1 und verschließt dasselbe. Somit wird wiederum erreicht, dass der Förderstrom aus der zweiten Pumpenbaugruppe 2 direkt durch den gemeinsamen Pumpenauslass 35 strömt, und nicht in das erste Spiralgehäuse 31, d.h. in einen drucklosen Ausgangsbereich der ersten Pumpenbaugruppe 1 gelangt. Wenn die erste Pumpenbaugruppe 1 und die zweite Pumpenbaugruppe 2 in Betrieb sind, nimmt die Klappe 33 eine Zwischenposition entlang des Schwenkwinkels ein, wodurch beide Förderströme unter Vermeidung von Verwirbelungen eines direkten Aufeinandertreffens aus dem gemeinsamen Pumpenauslass 35 ge- leitet werden.

Das Pumpengehäuse 3 weist ferner einen gemeinsamen Pumpeneinlass 34 auf. Der gemeinsame Pumpeneinlass 34 ist in Form einer Gehäuseöffhung zu der gemeinsamen Pumpenkammer 30 ausgebildet und ist in einem axialen Bereich zwischen dem ersten Pumpenlaufrad 10 und dem zweiten Pumpenlaufrad 20 in dem Pumpengehäuse 3 ange- ordnet. Ein Kühlmittel, das durch den gemeinsamen Pumpeneinlass 34 strömt, wird je nach Verteilung der Pumpenleistung zwischen der ersten Pumpenbaugruppe 1 und der zweiten Pumpenbaugruppe 2 in eine Richtung zu dem ersten Pumpenlaufrad 10 bzw. in eine Richtung zu dem zweiten Pumpenlaufrad 20 oder in beide Richtungen angesaugt und mittels der radial wirkenden Flügel der Pumpenlauffäder 10, 20 in die Spiralgehäuse 31, 32 beschleunigt.

Die erste Pumpenbaugruppe 1 wird über einen Riementrieb von einer Verbrennungsmaschine angetrieben. Der Riementrieb wirkt mit einer Riemenscheibe 12 zusam men, die eine erste Pumpenwelle 11 antreibt, auf der das erste Pumpenlaufrad 10 in der Pumpenkammer 30 fixiert ist. Die erste Pumpenbaugruppe 1 entspricht einer mechanisch angetriebenen, regelbaren Kreiselpumpe.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der ersten Pumpenbaugruppe 1 weist einen hydraulisch verstellbaren Regelschieber 13 auf, der aus einem sogenannten ECF Pumpentyp bekannt ist. Dabei wird ein strömungswirksamer Radialbereich um das erste Pumpenlaufrad 10 von einem koaxial zur ersten Pumpenwelle 11 ausgebildeten, zylind- rischen Regelschieber 13 entlang eines Stellwegs parallel zur ersten Pumpenwelle 11 va- riabel überdeckt. In Fig. 1 befindet sich der Regelschieber 13 in einer offenen Position, in welcher der Strömungsbereich des ersten Pumpenlaufrads 10 nicht überdeckt wird.

Die erste Pumpenbaugruppe 1 umfasst ferner innerhalb des Radius des ersten Pum- penlauffads 10 eine Axialkolbenpumpe 14, die durch eine Kurvensteuerung, in Form ei- nes Gleitschuhs auf einer Taumelscheibe an einer Rückseite des ersten Pumpenlaufrads 10, durch das erste Pumpenlaufrad 10 angetrieben bzw. reziprok betätigt wird.

Die Axialkolbenpumpe 14 saugt Kühlmittel zwischen dem ersten Pumpenlaufrad 10 und dem Regelschieber 13 an und stößt das unter Druck gesetzte Kühlmittel in einen hydraulischen Kreislauf 15 aus, der in dem Pumpengehäuse 3 ausgebildet ist. Der hyd- raulische Kreislauf 15 umfasst ein in Fig. 2 und Fig. 3 dargestelltes elektromagnetisches Proportionalventil 16 und führt zu einem Ringkolben 17, der koaxial zu der ersten Pum- penwelle 11 angeordnet ist. Der Ringkolben 17 nimmt die Funktion eines hydraulischen Stellglieds entlang des V erschiebungswegs des Regelschiebers 13 ein. Eine nicht dargestellte Rückstellfeder beaufschlagt den Ringkolben 17 in entgegen- gesetzter Richtung zu dem Druck des hydraulischen Kreislaufs 15, d.h. hinweg von dem ersten Pumpenlaufrad 10. Der Ringkolben 17 steht mit dem Regelschieber 13 in Verbindung und verschiebt diesen mit zunehmendem Druck der Axialkolbenpumpe 14 in dem hydraulischen Kreislauf 15 in Richtung des ersten Pumpenlaufrads 10.

Das elektromagnetische Proportionalventil 16 ist ohne Zuführung eines Ansteuerstroms geöffnet, sodass das von der Axialkolbenpumpe 14 angesaugte Kühlmittel im Wesentlichen drucklos über den hydraulischen Kreislauf 15 durch das Proportionalventil 16 hindurch zurück in den Volumenstrom des geforderten Kühlmittels zurückfließt. Somit baut sich in dem hydraulischen Kreislauf 15 kein Druck auf und der Ringkolben 17 verbleibt unter Beaufschlagung der Rückstellfeder in einer Grundstellung. Der Regelschieber 13 wird dabei in der offenen Position gehalten, wie in Fig. 1 dargestellt ist. In der offenen Position des Regelschiebers 13 wird unabhängig von einer Pumpen- drehzahl, die von der V erbrennungsmaschine über den Riementrieb vorgegeben ist, ein maximaler drehzahlabhängiger Volumenstrom der ersten Pumpenbaugruppe 1 ohne Ab- schirmung eines strömungswirksamen Bereichs des ersten Pumpenlauff ads 10 durch den Regelschieber 13 gefordert. Dieser Zustand stellt zugleich einen Fail-Safe Modus dar, da im Falle eines Ausfalls einer Stromzufuhr, d.h. einem stromlosen elektromagnetischen Proportionalventil 16, automatisch ein uneingeschränkter Volumenstrom und ein entsprechender Wärmeaustrag am V erbrennungsmotor sichergestellt sind.

Wenn das elektromagnetische Proportionalventil 16 geschlossen ist, breitet sich der von der Axialkolbenpumpe 14 aufgewendete Druck über den hydraulischen Kreislauf 15 aus und wirkt auf den Ringkolben 17. Der Ringkolben 17 verschiebt den Regelschieber 13 gegen die Kraft der Rückstellfeder zu dem ersten Pumpenlaufrad 10. Dabei wird der zylindrische Regelschieber 13 in axiale Überschneidung mit dem ersten Pumpenlaufrad 10 gebracht, wodurch ein wirksamer Strömungsbereich des ersten Pumpenlaufrads 10 zunehmend überdeckt wird.

In einer geschlossenen Position des Regelschiebers 13 überdeckt dieser das erste Pumpenlaufrad 10 vollständig, sodass durch die Abschirmung ein geförderter Volumenstrom der ersten Pumpenbaugruppe 1 unabhängig von der Pumpendrehzahl auf ein Minimum reduziert oder vollständig unterbunden wird.

Wie obenstehend beschrieben ist, hängt ein von der Kühlmittelpumpe geförderter Volumenstrom einerseits von der Strömungswirksamkeit des ersten Pumpenlaufrads 10 ab, die bei zunehmender axialer Verschiebung der Position des Regelschiebers 13 und des Ringkolbens 17 in Richtung der geschlossenen Position mit einem steigenden Grad der Überdeckung durch den Regelschieber 13 abnimmt. Andererseits hängt der geförderte Volumenstrom der Kühlmittelpumpe von der Pumpendrehzahl ab, die den für einen Fahrzeugbetrieb charakteristischen Schwankungen unterliegt. Der Druck im hydraulischen Kreislauf 15 wird durch Ein- und Ausschaltdauem zum Öffnen- und Schließen des Proportionalventils 16 derart gesteuert, dass ein Gleich- gewicht zwischen dem hydraulischen Druck und dem Druck der Rückstellfeder in einer Position des Ringkolbens 17 bzw. des Regelschiebers 13 erzielt und gehalten wird. Die tatsächliche Position des Ringkolbens 17 wird von einem nicht dargestellten Wegsensor erfasst und zur Regelung des Proportionalventils 16 verwendet. Ein Drosseln der Förderleistung der ersten Pumpenbaugruppe 1 gegenüber der vorgegebenen Drehzahl der Ver brennungsmaschine wird anhand einer Pulsweitenmodulation zum Öffnen und Schließen des elektromagnetisch betätigten Proportionalventils 16 durchgeführt.

Die zweite Pumpenbaugruppe entspricht einer elektrisch angetriebenen, drehzahl- geregelten Kreiselpumpe.

Die zweite Pumpenbaugruppe umfasst einen in dem Pumpengehäuse 3 aufgenom- menen Elektromotor 22. Der Elektromotor 22 treibt die zweite Pumpenwelle 21 an, auf der das zweite Pumpenlauffad 20 in der gemeinsamen Pumpenkammer 30 fixiert ist. Der elektrische Motor 22 ist ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einem permanenterregten Rotor, in dessen Umfang permanentmagnetische Elemente eingebettet sind. Der Stator des elektrischen Motors 22 weist über den Umfang verteilte Statorzähne auf, die jeweils von Wicklungen einer Statorspule umgeben sind. Der Elektromotor 22 und die zweite Pumpenwelle 21 weisen ein gemeinsames Lager 23 zur drehbaren Lagerung zum Pum- pengehäuse 3 auf.

Die Statorspulen werden durch eine Leistungsschaltung 24, die mit einer elektri- schen Leistungszufuhr verbunden ist, angesteuert, um eine rotatorische Antriebsleistung mit einer vorbestimmten Drehzahl des Elektromotors 22 zu erzeugen. Die Förderleistung der zweiten Pumpenbaugruppe 2 hängt somit von der steuerbaren Drehzahl des Elektro- motors 22 ab.

Die hybridgetriebene Doppelpumpe weist eine dezidierte Pumpensteuerung 4 auf, die gemeinsam mit der Leistungsbeschaltung 24 des Elektromotors 22 in einem Pumpendeckel 36 angeordnet ist. Ob eine Leistungsanforderung an eine Kühlleistung für die V erbrennungsmaschine, von der eine Umschaltung der Betriebsweisen des Hybridantriebs der Kühlmittelpumpe abhängen kann, zunimmt oder abnimmt, ermittelt die Pumpensteuerung 4 durch ange- schlossene Sensoren zur Messung einer Temperatur, wie einer Kühlmitteltemperatur und/oder einer Außentemperatur, einer Last, wie einem abgegebenen Drehmoment der V erbrennungsmaschine, einer Drehzahl der V erbrennungsmaschine und /oder weiteren Betriebsparametem des Fahrzeugs, wie einer Gaspedalstellung, eines Kraftstoffvolumen- stroms, oder dergleichen. Alternativ erhält die Pumpensteuerung 4 Befehle einer Leis- tungsanforderung der Kühlleistung von einer Zentralensteuereinheit des Fahrzeugs.

In Reaktion auf empfangene oder ermittelte Parameter steuert die Pumpensteuerung 4 ein Umschalten oder eine Kombination zwischen der mechanischen Betriebsweise der ersten Pumpenbaugruppe 1 und der elektrischen Betriebsweise der zweiten Pumpenbau- gruppe 2 sowie eine F örderleistungsverteilung durch Ansteuerung des Proportionalventils 16 und durch Regelung der Leistungsschaltung 24 in der elektrischen Leistungszufuhr des Elektromotors 22.

B ezugszeichenliste :

1 erste Pumpenbaugruppe

2 zweite Pumpenbaugruppe

3 Pumpengehäuse

4 Pumpensteuerung

10 erstes Pumpenlaufrad

11 erste Pumpenwelle

12 Riemenscheibe

13 Regelschieber

14 Axialkolbenpumpe

15 hydraulischer Kreislauf

16 Proportionalventil

17 Ringkolben

20 zweites Pumpenlaufrad 21 zweite Pumpenwelle

22 Elektromotor

23 Wellenlager

24 Leistungsschaltung

30 Pumpenkammer

31 erstes Spiralgehäuse

32 zweites Spiralgehäuse

33 schwenkbare Klappe

34 Pumpeneinlass

35 Pumpenauslass

36 Pumpendeckel

Claims

Ansprüche

Hybridangetriebene Doppelpumpe zur Förderung eines Kühlmittels für eine Ver- brennungsmaschine, aufweisend: eine erste Pumpenbaugruppe (1) mit einem ersten Pumpenlaufrad (10), einem ers- ten Spiralgehäuse (31) und einer ersten Pumpenwelle (11), die durch eine mechanische Antriebsverbindung von einer V erbrennungsmaschine angetrieben wird; eine zweite Pumpenbaugruppe (2) mit einem zweiten Pumpenlaufrad (20), einem zweiten Spiralgehäuse (32), einer zweiten Pumpenwelle (21) und einem elektri- schen Antrieb (22); ein gemeinsames Pumpengehäuse (3), das die erste Pumpenbaugruppe (1) und die zweite Pumpenbaugruppe (2) umschließt, mit einem gemeinsamen Pumpeneinlass (34) und einem gemeinsamen Pumpenauslass (35); und eine Klappe (33), die zwischen einem Austritt des ersten Spiralgehäuses (31) und einem Austritt des zweiten Spiralgehäuses (32) frei schwenkbar derart angeordnet ist, dass eine direkte Strömungsverbindung zwischen dem ersten Spiralgehäuse (31) und dem zweiten Spiralgehäuse (32) gesperrt wird.

Hybridangetriebene Doppelpumpe nach Anspruch 1, wobei sich die erste Pumpenbaugruppe (1) und die zweite Pumpenbaugruppe

(2) ferner eine gemeinsame Pumpenkammer (30) teilen, in der das erste Pumpenlaufrad (10) und das zweite Pumpenlaufrad (20) aufgenommen sind.

3. Hybridangetriebene Doppelpumpe nach Anspruch 2, wobei das erste Pumpenlaufrad (10) und das zweite Pumpenlaufrad (20) in der Pumpenkammer (30) gegenüberliegend zueinander weisen.

4. Hybridangetriebene Doppelpumpe nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Pumpeneinlass (34) zwischen dem ersten Pumpenlaufrad (10) und dem zwei- ten Pumpenlaufrad (20) in die Pumpenkammer (30) mündet.

5. Hybridangetriebene Doppelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Pumpenbaugruppe (1) einen zylindrischen Regelschieber (13) aufweist, der in eine axiale Überdeckung mit einem radialen Austrittsbereich des ersten Pum- penlaufrads (10) überführbar ist.

6. Hybridangetriebene Doppelpumpe nach Anspruch 5, wobei der zylindrische Regelschieber (13) durch einen hydraulischen Kreislauf (15) betä- tigt wird.

7. Hybridangetriebene Doppelpumpe nach Anspruch 6, wobei der hydraulische Kreislauf (15) als hydraulisches Medium Kühlmittel führt, das aus dem Förderstrom abgezweigt ist.

8. Hybridangetriebene Doppelpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei der hydraulische Kreislauf (15) mittels einer Axialkolbenpumpe (14) gefordert wird, die durch das erste Pumpenlauffad (10) über eine Steuerkurve reziprok ange- trieben wird.

9. Hybridangetriebene Doppelpumpe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei eine Betätigung des zylindrischen Regelschiebers (13) durch ein Proportionalventil (16) in dem hydraulischen Kreislauf (15) gesteuert wird.

10. Hybridangetriebene Doppelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Lager (23) der zweiten Pumpenwelle (21) und der elektrische Antrieb (22) mit einer axialen Überschneidung zueinander angeordnet sind.

11. Hybridangetriebene Doppelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend eine Pumpensteuerung (4), die dazu eingerichtet ist, basierend auf einem empfangenen Parameter, der für einen Kühlungsbedarf der V erbrennungsmaschine bezeichnend ist, und einer Drehzahl von der Verbrennungsmaschine oder von der ersten Pumpenbaugruppe (1), Stellwerte für einen Stellweg des Regelschiebers (13) und für eine Drehzahl der zweiten Pumpenbau- gruppe (2) zu berechnen, und das Proportionalventil (16) sowie den elektrischen Antrieb (22) in Abhängigkeit der berechneten Stellwerte anzusteuem.