WO2019214864A1 - Fluidpumpsystem - Google Patents

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WO2019214864A1
WO2019214864A1 PCT/EP2019/055552 EP2019055552W WO2019214864A1 WO 2019214864 A1 WO2019214864 A1 WO 2019214864A1 EP 2019055552 W EP2019055552 W EP 2019055552W WO 2019214864 A1 WO2019214864 A1 WO 2019214864A1
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WO
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pumping system
fluid pumping
pulley
pump
bearing
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/055552
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian HUMER
Viktor Racz
Michael Wadsack
Original Assignee
Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
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Publication date
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Priority to CN201980031195.7A priority patent/CN112105817B/zh
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Definitions

  • the invention relates to a fluid pumping system for a vehicle with a combus tion engine, wherein the fluid pumping system comprises: a housing; an electric machine; a planetary gear with a first part, which can be driven by the combustion engine, a second part, which is driven by the electric Ma chine, and a third part; and a pump driven by the third member of the planetary gear set, wherein the housing is closed by a pump flange and a pulley having a pulley cover.
  • Many motor vehicles are equipped with a pump to pressurize the fluid to a number of locations in the vehicle.
  • Most of the vehicles in production today are equipped with one or more pumps driven by an internal combustion engine of the vehicle. Examples of such pumps include fuel pumps, water pumps, engine oil pumps, gear oil pumps, loaders, turbochargers, power steering pumps, air conditioning compressors and fluid pumps, the Actuate supply systems for devices such as automatic transmission, power supply, transfer cases, clutches and a variety of otherieripumpanforde ments.
  • many pumps are configured as fixed pumps to minimize the cost of the assembly.
  • the fixed displacement pump is typically sized to provide maximum flow rate and pressure based on peak system demand.
  • peak demand is not required. Because of this, the pump can inefficiently provide a relatively high output power when a relatively low output power is required.
  • the energy associated with providing the higher power instead of the lower power can be viewed as a waste of energy.
  • some newer vehicle configurations, including hybrid vehicles do not operate the combustion engine at all times. In order to achieve maximum fuel economy, the engine of the hybrid vehicle may be turned off and on many times during vehicle operation.
  • a pump is driven by the third element of the planetary gear set.
  • the sprocket used is formed integrally with the ring gear of the planetary gear.
  • the electric machine drives via a hollow shaft to the planet carrier of the planetary gear, wherein the Fluidpum penwelle is connected to the sun. It is an object of the invention to provide a fluid pumping system that is constructed inexpensively.
  • a fluid pumping system for a vehicle with an internal combustion engine wherein the fluid pumping system comprises: a housing; an electric machine; a planetary gear with a first part, which can be driven by the internal combustion engine, a second part, which is driven by the electric machine, and a third part; and a pump driven by the third member of the planetary gear set, the housing being closed by a pump flange and a pulley having a pulley cover, at least one pulley and / or a flodge disposed in the pulley being made of plastic.
  • the pulley is made of a metal sheet Herge.
  • a component made of sheet metal can be produced by different Fier einsclar in complex forms and therefore it allows to represent the invention solu tion particularly optimal.
  • the ring gear is connected positionally secure with the pulley cover via at least one recess and / or a nose. Such a connection allows for a simple installation of the belt disc cover while securing the positioning of the components to each other.
  • a particularly simple solution is when the pulley and the ring gear are made in one piece from plastic.
  • the pulley forms a receiving space for a tarpaulin shoot.
  • the belt disc forms a contact surface, which forms a receptacle for a bearing together with a part of the housing.
  • the special storage that allows the bearing of the impeller of the pump can be done via a double-row ball bearing, which saves space.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a plan view of the planetary gear
  • FIG. 3 shows a section through a pulley
  • Fig. 4 shows a view of the fluid pumping system.
  • Figure 1 shows the schematic structure of the fluid pump system 1 from a pump housing 3 which is closed by a pump flange 4.
  • the fluid pump system 1 has three main components. On the right side along a shaft 2, the pump 14 of the fluid pump system is arranged. In the middle is an electric machine 20, a BLDC motor.
  • the pulley 5 is designed so that it contains a reduction gear in the form of a planetary gear 7.
  • the pulley 5 is a member bent from a piece of sheet metal. It has an outer periphery 5a, which serves as a friction surface for a belt drive via an internal combustion engine. Furthermore, the pulley 5 has a reduced inside circumference 5b, wherein a space 5c is formed, which receives the planetary gear 7. With egg ner further reduction in size to a circumference 5 d, the pulley forms a bearing surface 5 e for a bearing 16.
  • the pulley has in this embodiment, a smooth outer order to catch 5a, however, an embodiment with a structured Oberflä surface for a structured drive belt is conceivable.
  • a ring gear 10 for the planetary drive 7 is pressed.
  • the ring gear 10 consists of a plastic material that is pressed disc in the belt.
  • a planetary gear cover 6 which in turn is made of a metal sheet.
  • the Pla netentriebabdeckung has one or more recesses 13 which are to be brought into engagement with the one or more lugs 15 of the plastic ring gear 10.
  • the planetary gear 7 further consists of a planet carrier 9 are rotatably mounted on the planet 11 and a sun 8.
  • the sun 8 is rotatably connected to the shaft 2.
  • the pulley also forms together with an axially extending portion 3a of the pump housing 3 a receiving space 17 for the bearing 16, which is a double ball bearing here.
  • This storage of the pulley by means of a double-row ball bearing on the housing provides a power line over the housing structure and not funk tional drive the fluid pumping system 1, namely on the planet carrier 9 and the shaft 2 and on the bearings of the pump.
  • the pulley 5 is not made of a metal sheet, but is molded together with the ring gear 10 made of synthetic material.
  • the fluid pumping system can be operated by means of the coupled mechanical and electrical drive.
  • the mechanical drive is provided by a Rie menantrieb and the pulley 5, the electric drive via the BLDC motor.
  • the drive function is coupled with the superposition gearbox, the planetary drive 7, which directly couples the belt drive and the electric drive.

Abstract

Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, wobei das Fluidpumpsystem umfasst: ein Gehäuse (3); eine elektrische Maschine (20); ein Planetentrieb (7) mit einem ersten Teil, das von dem Verbrennungsmotor angetrieben werden kann, einem zweiten Teil, das von der elektrische Maschine (20) angetrieben wird, und einem dritten Teil; und eine Pumpe (14), die von dem dritten Element des Planetenradsatzes angetrieben wird, wobei das Gehäuse (3) von einem Pumpflansch (4) und einer Riemenscheibe (5) mit Riemenscheibenabdeckung (6) verschlossen ist, wobei mindestens die Riemenscheibe (5) und /oder ein in der Riemenscheibe (5) angeordnetes Hohlrad (10) aus Kunststoff besteht.

Description

Fluidpumpsvstem
Die Erfindung betrifft ein Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug mit einem Verbren nungsmotor, wobei das Fluidpumpsystem umfasst: ein Gehäuse; eine elektrische Maschine; einen Planetentrieb mit einem ersten Teil, das von dem Verbrennungs motor angetrieben werden kann, einem zweiten Teil, das von der elektrische Ma schine angetrieben wird, und einem dritten Teil; und eine Pumpe, die von dem drit ten Element des Planetenradsatzes angetrieben wird, wobei das Gehäuse von ei nem Pumpflansch und einer Riemenscheibe mit Riemenscheibenabdeckung ver schlossen ist.
Stand der Technik
Viele Kraftfahrzeuge sind mit einer Pumpe ausgestattet, um unter Druck stehen des Fluid an eine Anzahl von Stellen im Fahrzeug zu übertragen. Die meisten der heute in der Produktion befindlichen Fahrzeuge sind mit einer oder mehreren Pumpen ausgestattet, die von einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrie ben werden. Beispiele für solche Pumpen umfassen Kraftstoffpumpen, Wasser pumpen, Verbrennungsmotorölpumpen, Getriebeölpumpen, Lader, Turbolader, Servolenkpumpen, Klimaanlagenkompressoren sowie Fluidpumpen, die Betäti gungssysteme für Vorrichtungen, wie Automatikgetriebe, mit Strom versorgen, Verteilergetriebe, Kupplungen und eine Vielzahl anderer Fahrzeugpumpanforde rungen.
Zum Beispiel sind viele Pumpen als Konstantpumpen konfiguriert, um die Kosten der Anordnung zu minimieren. Die Pumpe mit fester Verdrängung ist typischer weise so bemessen, dass sie eine maximale Durchflussrate und einen maximalen Druck basierend auf einem Spitzenbedarf des Systems bereitstellt. Während eines Großteils des Fahrzeugbetriebs ist jedoch ein Spitzenbedarf nicht erforderlich. Da her kann die Pumpe ineffizient eine relativ hohe Ausgangsleistung liefern, wenn eine relativ geringe Ausgangsleistung erforderlich ist. Die Energie, die mit der Be reitstellung der höheren Leistung anstelle der niedrigeren Leistung verbunden ist, kann als Energieverschwendung angesehen werden. Darüber hinaus betreiben ei nige neuere Fahrzeugkonfigurationen, einschließlich Hybridfahrzeuge, den Ver- brennungsmotor nicht zu jeder Zeit. Um eine maximale Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erreichen, kann der Verbrennungsmotor des Hybridfahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs viele Male ausgeschaltet und eingeschaltet werden.
Daher kann es unerwünscht sein, dass der Verbrennungsmotor die einzige Ener- giequelle für die Fluidpumpen ist. Von Elektromotoren angetriebene Pumpen kön nen auch innerhalb von Kraftfahrzeuganwendungen verwendet werden. Eine Pumpe, die ausschließlich von einem Elektromotor angetrieben wird, liefert jedoch typischerweise nicht den gleichen Wirkungsgrad des Betriebs wie eine Pumpe, die mechanisch durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird. Dementsprechend kann ein Bedarf in der Technik für eine Pumpe bestehen, die eine doppelte Ener giequelle aufweist, um die Energieeffizienz des Fahrzeugs zu verbessern und ge pumpte Fluide während verschiedener Betriebsarten des Fahrzeugbetriebs bereit zustellen, wenn dies notwendig ist. Aus der US 8 714 942 B2 ist ein Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor bekannt, das einen Elektromotor und einen Planetenradsatz mit einem ersten Element umfasst, das von der Brennkraftmaschine angetrieben werden kann, einem zweiten Element, das von dem Elektromotor angetrieben wird, und einem dritten Element. Eine Pumpe wird durch das dritte Element des Planetenradsatzes angetrieben. Das verwendete Kettenrad ist einstückig mit dem Hohlrad des Planetengetriebes ausgebildet. Die elektrische Maschine treibt über eine Hohlwelle den Planetenträger des Planetengetriebes an, wobei die Fluidpum penwelle mit der Sonne verbunden ist. Es ist Aufgabe der Erfindung ein Fluidpumpsystem zur Verfügung zu stellen, das kostengünstig aufgebaut ist.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, wobei das Fluidpumpsystem umfasst: ein Gehäuse; eine elektrische Maschine; ein Planetentrieb mit einem ersten Teil, das von dem Ver brennungsmotor angetrieben werden kann, einem zweiten Teil, das von der elekt- rische Maschine angetrieben wird, und einem dritten Teil; und eine Pumpe, die von dem dritten Element des Planetenradsatzes angetrieben wird, wobei das Ge häuse von einem Pumpflansch und einer Riemenscheibe mit Riemenscheibenab deckung verschlossen ist, wobei mindestens ein die Riemenscheibe und /oder ein in der Riemenscheibe angeordnetes Flohlrad aus Kunststoff besteht.
Durch die besondere Form der Riemenscheibe ist eine kostengünstige Herstellung auf einfache Art und Weise möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Riemenscheibe aus einem Metallblech herge stellt ist.
Ein Bauteil aus Metallblech ist durch unterschiedliche Fierstellungsverfahren in komplexen Formen herstellbar und erlaubt es daher, die erfindungsgemäße Lö sung besonders optimal darzustellen.
Ausgehend von einem Metallblech als Riemenscheibe ist eine vorteilhafte Lösung, wenn das Hohlrad aus Kunststoff hergestellt ist und in die Riemenscheibe einge presst ist.
Dabei ist es vorteilhaft, dass das Hohlrad mit der Riemenscheibenabdeckung über mindestens eine Ausnehmung und/oder eine Nase positionssicher verbunden ist. Eine solche Verbindung erlaubt zum einen eine einfache Montage der Riemen scheibenabdeckung unter Sicherung der Positionierung der Bauteile zueinander.
Eine besonders einfache Lösung ist es, wenn die Riemenscheibe und das Hohlrad einteilig aus Kunststoff hergestellt sind.
Vorteilhafterweise bildet die Riemenscheibe einen Aufnahmeraum für einen Plane tentrieb aus.
Durch den einfachen Aufbau der Riemenscheibe ist es möglich, dass die Riemen scheibe eine Anlagefläche ausbildet, die zusammen mit einem Teil des Gehäuses eine Aufnahme für ein Lager bildet.
Durch diese spezielle Art der Lagerung werden Kräfte direkt auf das Gehäuse übertragen und von der Welle ferngehalten.
Durch die spezielle Lagerung der Riemenscheibe ist es möglich, dass die Dich- tung der Pumpe gegen die elektrische Maschine über Radialwellendichtringe er folgt, so das Gleitringdichtungen entfallen können.
Weiterhin ermöglicht die spezielle Lagerung, dass die Lagerung des Laufrads der Pumpe über ein doppelreihiges Kugellager erfolgen kann, was Bauraum einspart.
Beschreibung des Ausführunqsbeispiels
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der beispielhaften Ausführungsform, Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf das Planetengetriebe,
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine Riemenscheibe, Fig. 4 zeigt eine Ansicht des Fluidpumpsystems.
Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau des Fluid-Pumpensystems 1 aus einem Pumpengehäuse 3 das von einem Pumpenflansch 4 verschlossen ist. Das Fluid- Pumpensystem 1 weist drei Hauptbestandteile auf. Auf der rechten Seite entlang einer Welle 2 ist die Pumpe 14 des Fluid-Pumpensystems angeordnet. In der Mitte befindet sich eine elektrische Maschine 20, ein BLDC Motor.
Dieser weist einen Stator 21 und einen Rotor 22, der als Flohlwelle ausgebildet ist. Innerhalb des Stators verläuft eine Dichtwand 4a eines Pumpenflansch 4, die die elektrische Maschine 20 gegen Feuchtigkeit abgedichtet.
Auf der rechten Seite im Endbereich 2a der Welle 2 ist eine Riemenscheibe 5 an gebracht.
Die Riemenscheibe 5 ist dabei so konstruiert, dass sie ein Reduktionsgetriebe in Form eines Planetentriebs 7 enthält. Die Riemenscheibe 5 ist ein Bauteil, das aus einem Blechstück gebogen wird. Sie weist einen äußeren Umfang 5a auf, der als Reibfläche für einen Riemenantrieb über einen Verbrennungsmotor dient. Des Weiteren weist die Riemenscheibe 5 eine nach innen reduzierten Umfang 5b auf, wobei ein Bauraum 5c ausgebildet wird, der den Planetentrieb 7 aufnimmt. Mit ei ner weiteren Umfangsverringerung zu einem Umfang 5d bildet die Riemenscheibe eine Anlagefläche 5e für ein Lager 16 aus.
Die Riemenscheibe weist in dieser Ausführungsform einen glatten äußeren Um fang 5a auf, allerdings ist auch eine Ausgestaltung mit einer strukturierten Oberflä che für einen strukturierten Antriebsriemen denkbar.
Innerhalb des Bauraums 5c der Riemenscheibe 5 ist ein Hohlrad 10 für den Plane- tentrieb 7 eingepresst. Das Hohlrad 10 besteht dabei aus einem Kunststoffmaterial, dass in die Riemen scheibe eingepresst ist. Zur Abdeckung des Planetentriebs 7 dient eine Planeten getriebeabdeckung 6, die wiederum aus einem Metallblech hergestellt ist. Die Pla netentriebabdeckung weist dabei eine oder mehrere Ausnehmungen 13 auf, die mit der oder den Nasen 15 des Kunststoff-Hohlrads 10 in Eingriff zu bringen sind.
Wenn die Fluidpumpe über die Riemenscheibe 5 vom Verbrennungsmotor ange trieben wird, dreht sich die Riemenscheibe 5 mit dem eingepressten Hohlrad 10 und der Planetentriebabdeckung 6.
Der Planetengetriebe 7 besteht des Weiteren aus einem Planetenträger 9 an dem Planeten 11 drehend gelagert sind sowie einer Sonne 8. Die Sonne 8 ist dabei drehfest mit der Welle 2 verbunden.
Die Riemenscheibe bildet zudem zusammen mit einem axial verlaufenden Bereich 3a des Pumpengehäuses 3 einen Aufnahmeraum 17 für das Lager 16, wobei es sich hier um ein Doppelkugellager handelt.
Diese Lagerung der Riemenscheibe mittels eines doppelreihigen Kugellagers am Gehäuse sorgt für eine Kraftleitung über die Gehäusestruktur und nicht über funk tionalen Antrieb des Fluidpumpsystems 1 , nämlich über die Planetenträger 9 und die Welle 2 sowie über die Lagerungen der Pumpe.
Dadurch wird eine Entlastung der mechanischen Abdichtung der Wasserpumpe erreicht, da der Rundlauf verbessert wird und so Radialwellendichtringe 19 an stelle einer konventionellen mechanischen Gleitringdichtung eingesetzt werden können.
Die Verwendung eines doppelreihigen Kugellagers 18 für die Laufradlagerung der Fluidpumpe führt zu einer Einsparung axialen Bauraums gegenüber eines bisher verwendeten Lagerverbundes bestehend aus einem Kugellager mit einem Nadel lager. Die Lagerung der Welle 2 erfolgt über einen einzige Lagerstelle 23.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Riemenscheibe 5 nicht aus einem Metallblech hergestellt, sondern wird zusammen mit dem Hohlrad 10 aus Kunst- Stoff gespritzt.
Das Fluidpumpsystem kann mittels des gekoppelten mechanischen und elektri schen Antriebs betrieben werden. Der mechanische Antrieb erfolgt über einen Rie menantrieb und die Riemenscheibe 5, der elektrische Antrieb über den BLDC Mo- tor. Gekoppelt wird die Antriebsfunktion mit dem Überlagerungsgetriebe, dem Pla neten trieb 7, der den Riemenantrieb und den elektrischen Antrieb direkt miteinan der koppelt.
Bezugszeichenliste Fluidpumpsystem
Welle
a Endbereich
Gehäuse
a axial verlaufender Bereich
Pumpenflansch
a Dichtwand
Riemenscheibe
a äußerer Umfang
b reduzierter Umfang
c Bauraum
d Umfang
e Anlagefläche
Planetentriebabdeckung
Planetentrieb
Sonne
Planetenträger
0 Hohlrad
1 Planeten
2 Lager
3 Ausnehmung
4 Pumpe
5 Nase Lager
doppelreihiges Kugellager Radialwellendichtringe Elektrische Maschine Stator
Rotor
Lagerstelle

Claims

Ansprüche
1. Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, wobei das Fluidpumpsystem umfasst: ein Gehäuse (3); eine elektrische Maschine (20); einen Planetentrieb (7) mit einem ersten Teil, das von dem Verbrennungsmotor angetrie ben werden kann, einem zweiten Teil, das von der elektrische Maschine (20) an getrieben wird, und einem dritten Teil; und eine Pumpe (14), die von dem dritten Element des Planetenradsatzes angetrieben wird, wobei das Gehäuse (3) von ei nem Pumpflansch (4) und einer Riemenscheibe (5) mit Riemenscheibenabde- ckung (6) verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die Rie menscheibe (5) und /oder ein in der Riemenscheibe (5) angeordnetes Flohlrad (10) aus Kunststoff besteht.
2. Fluidpumpsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Riemen scheibe (5) aus einem Metallblech hergestellt ist.
3. Fluidpumpsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das
Flohlrad (10) aus Kunststoff hergestellt ist und in die Riemenscheibe (5) einpress- bar ist.
4. Fluidpumpsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das Flohlrad (10) mit der Riemenscheibenabdeckung (6) über mindestens eine Ausnehmung (13) und/oder eine Nase (15) positionssicher ver bunden ist
5. Fluidpumpsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Riemenscheibe (5) und das Flohlrad (10) einteilig aus Kunststoff hergestellt ist.
6. Fluidpumpsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Riemenscheibe (5) einen Aufnahmeraum (5c) für einen Planetentrieb (7) ausbildet.
7. Fluidpumpsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Riemenscheibe (5) eine Anlagefläche (5e) ausbildet, die zusammen mit einem sich axial erstreckenden Bereich (3a) des Gehäuses (3) eine Aufnahme für ein Lager (16) bildet.
8. Fluidpumpsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Dichtung der Pumpe (14) gegen die elektrische Maschine über Radialwellendichtringe (19) erfolgt.
9. Fluidpumpsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass die Lagerung des Laufrads der Pumpe (14) über ein doppelrei higes Kugellager (18) erfolgt.
10. Fluidpumpsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Lagerung der Welle (2) über eine einzige Lagerstelle (23) erfolgt.
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