WO2023166127A1 - Ventil-pumpen-einheit - Google Patents

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WO2023166127A1
WO2023166127A1 PCT/EP2023/055326 EP2023055326W WO2023166127A1 WO 2023166127 A1 WO2023166127 A1 WO 2023166127A1 EP 2023055326 W EP2023055326 W EP 2023055326W WO 2023166127 A1 WO2023166127 A1 WO 2023166127A1
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pump
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heat transport
vpe
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Marius MÜLLER
Sebastian Brettner
Manuel Dillinger
Markus Feulner
Gerhard Eser
Karl Martin Fritsch
Christof Heeger
Konstantin BART
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Vitesco Technologies GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to a valve-pump unit, in particular for a heat transport system of a vehicle, a heat transport system with such a valve-pump unit and a vehicle with such a valve-pump unit.
  • An object of the present invention is to improve a heat transport system, in particular of a vehicle.
  • a further object is to simplify such a heat transport system.
  • valve-pump unit A valve-pump unit is proposed.
  • This valve-pump unit has:
  • At least one first pump stage which can be driven by the electric motor, for conveying a heat transport medium in a first heat transport medium circuit
  • a common housing section for accommodating the electric motor, the multi-way valve, the reduction gear and the pump stage.
  • the reduction gear In pump operation, the reduction gear is decoupled from the electric motor via a freewheel in a first direction of rotation of the electric motor. And the reduction gear can be operated in a second direction of rotation of the electric motor, which is opposite to the pump operation, in order to adjust the multi-way valve.
  • the proposed valve-pump unit represents an advantageous integration of several components of such a heat transfer medium circuit as mentioned above into one unit or core module.
  • the multi-way valve is joined to the electric motor in such a way that the multi-way valve encloses the electric motor, for example encloses it in a ring shape.
  • At least one inner contour of the multi-way valve enclosing the electric motor can be at least essentially circular.
  • an outer contour of the multi-way valve can be designed to be at least essentially circular.
  • the multi-way valve can thus have an at least essentially annular shape and thereby enclose the electric motor in an annular manner or at least essentially enclose it in an annular manner.
  • the multi-way valve can be designed to be closed all the way around. Such a closed circumferential structure offers increased structural rigidity compared to an open structure.
  • the multi-way valve has at least one (valve) section which is stationary with respect to the common housing section and has individual channel sections, and at least one (valve) section which can be pivoted with respect to the common housing section in the first or second direction of rotation and has individual channel sections, via which the said Switching positions of the multi-way valve between the first heat transfer medium circuit and the second heat transfer medium circuit of the heat transfer medium system are adjustable.
  • the heat transport medium ducts of the multi-way valve or its individual (valve) sections forming the heat transport medium ducts extend between the common housing section and the electric motor.
  • the multi-way valve is designed in the form of a 4/2-way valve.
  • the above-described multi-part nature of the multi-way valve also allows combinations of valves through a corresponding design of individual valve sections—with associated channel sections—to be represented, for example a combination of a 4/2-way valve with a 3/2-way valve.
  • valve-pump unit also has a second pump stage for conveying the heat transport medium in the second heat transport medium circuit. It is proposed that this second pump stage should also be accommodated—at least indirectly—by the common housing section in order to increase the integration density of the valve-pump unit.
  • a clutch is arranged between the electric motor and the second pump stage, which detachably connects the electric motor and the second pump stage to one another.
  • the clutch can be designed in the form of an opening clutch, such as a centrifugal clutch, over which the second pump stage can be uncoupled or discarded.
  • this clutch can also be designed as a closing clutch, for example in the form of a centrifugal clutch, via which the second pump stage can be coupled.
  • Such a coupling makes it possible, if necessary, to operate only the first heat transport medium circuit or to promote the heat transport medium only in the first heat transport medium circuit, for example for rapid charging of a battery of the first heat transport medium circuit.
  • such a coupling is dispensed with, so that the two pump stages are permanently connected to one another.
  • the electric motor is designed as a dry runner.
  • the first pump stage (PS1) and/or the second pump stage (PS2) is/are designed in the form of a radial pump stage.
  • the pump stages can be designed as flow pumps (stages) or as displacement pumps (stages).
  • a heat transfer medium system with a valve-pump unit of the type described above is also proposed, in particular for a vehicle, with a first heat transfer medium circuit and a second heat transfer medium circuit, the valve-pump unit being provided or arranged between the two circuits.
  • a vehicle with a valve-pump unit of the type described above or a heat transport system of the type described above is also proposed. Furthermore, an operating method for a valve-pump unit of the type described above is proposed, in which the electric motor for driving the at least one pump stage in the first direction of rotation and for driving the reduction gear in the second direction of rotation, opposite to the pump operation, for adjusting the multi-way valve is operated. During pump operation, the reduction gear is decoupled from the electric motor via the freewheel.
  • the first pump stage and the second pump stage are driven by the electric motor during pump operation.
  • the second pump stage - depending on the design of the clutch - can be uncoupled or ejected via the clutch, for example in the form of an opening centrifugal clutch or coupled in the form of a closing centrifugal clutch.
  • valve-pump unit 1 shows a valve-pump unit in a perspective view
  • FIG. 2 shows the valve-pump unit shown in FIG. 1 in a sectional view
  • Fig. 3 is a sectional perspective view taken along the cutting line
  • Fig. 4 is a sectional perspective view taken along the cutting line
  • Fig. 5 is a sectional perspective view taken along the cutting line
  • FIG. 5 is an enlarged view of the clutch shown in FIG. 5.
  • Fig. 1 illustrates a proposed, essentially cylindrical valve-pump unit VPE, which is hydraulically connected via a first connection end hAEi to a first heat transport medium circuit (or cooling circuit) and via a second connection end hAE2 hydraulically to a second heat transport medium circuit (or cooling circuit).
  • Heat transport system or thermal management system
  • a vehicle can be connected or connected.
  • This valve-pump unit VPE provides two selective switching positions of a multi-way valve MWV in the form of a 4/2-way valve between the first circuit and the second circuit.
  • FIG. 2 illustrates which components of the first and second circuit are integrated into this valve-pump unit VPE by means of a common housing section Gg.
  • the housing section Gg thus has a centrally supporting and integrating function.
  • a single electric motor or electric motor EM designed as an internal rotor and dry-runner, is joined to the multi-way valve MWV in such a way that the multi-way valve MWV encloses the electric motor EM in a ring—roughly completely or in a closed manner—within the common housing section Gg.
  • the electric motor EM forms a central or central driving component of the valve-pump unit VPE.
  • the stator S of the electric motor EM is arranged within a pipe section RA or at least a pipe-like section RA, with this pipe section RA being adequately sealed at both ends in an assigned area relative to its periphery and thus providing a drying space for the stator S and forms the rotor R of the electric motor EM within the pipe section RA.
  • the multi-way valve MWV joined to the pipe section RA has at least one section 2 that is stationary with respect to the housing section Gg and at least one section 4 that can be pivoted with respect to the housing section Gg in a first or a second direction of rotation of the electric motor EM.
  • Heat transport medium channels 6 (or liquid channels 6) in the multi-way valve MWV extend between the housing section Gg and the electric motor EM.
  • the individual sections 2, 4 of the multi-way valve MWV can be cut out in sections on the outer circumference to save weight and, in connection with the common housing section Gg, form individual cavities in which pumped fluid or pumped liquid can collect (FIG. 2).
  • the valve-pump unit VPE has a first pump stage PS-i, for example in the form of a flow pump stage, e.g. in the form of a radial pump stage, and a second pump stage PS2, for example in the form of a flow pump stage, e.g. in the form of a radial pump stage, which can be driven via a drive shaft 8 of the electric motor EM.
  • the two pump stages PSi, PS2 each have at least one first and second housing section Gia, Gib or G2a, G2b.
  • a three-stage reduction gear RG for selectively adjusting the multi-way valve MWV is provided or arranged between the pump stage PSi and the electric motor EM.
  • the sectional view in Fig. 4 (corresponding to a section through the section line or plane Si - S1 in Fig. 2) illustrates the gears Z1, Z2, Z3 of the first and second gear stages and the sectional view in Fig. 2 (corresponding to a section through the section line or plane S2 - S2 in Fig. 2) the gear Z4 of the fourth gear stage.
  • the gear Z4 meshes with a pivotable section 4 of the multi- Way valve MWV trained internal teeth 24, so that the section 4 acts in the sense of a ring gear, which is selectively pivoted via the gear Z4.
  • the section 4 pivots in a direction of rotation of the electric motor EM, which corresponds to the pump operation of the electric motor EM.
  • the section 4 can also pivot in a direction of rotation of the electric motor EM that is opposite to the pump operation.
  • a freewheel FL - for example in the form of a clamping roller freewheel - is provided or arranged between the drive shaft 8 and the gear wheel Z1, which only transmits a torque to the reduction gear RG in a direction of rotation opposite to the pump operation of the electric motor EM and thus the selective adjustment of the multi-way valve MWV allows in at least two switching positions (Fig. 4, Fig. 2).
  • the freewheel FL could also be arranged at a different point on the reduction gear RG.
  • the drive shaft 8 extends through a roller bearing arrangement - in the form of a floating bearing - to accommodate the drive shaft 8 in the housing section Gg, the freewheel FL, a seal 12, a plain bearing 16 and into a metal bushing 20, e.g. Brass bushing on which the impeller of the PSi pump stage sits.
  • a roller bearing arrangement - in the form of a floating bearing - to accommodate the drive shaft 8 in the housing section Gg, the freewheel FL, a seal 12, a plain bearing 16 and into a metal bushing 20, e.g. Brass bushing on which the impeller of the PSi pump stage sits.
  • the drive shaft 8 extends into a hub section N of a centrifugal clutch K, via which the pump stage PS2 is connected to the electric motor EM.
  • a drive shaft 10 extends from this centrifugal clutch K through a seal 14, a sliding bearing 18 and into a metal bushing 22, for example a brass bushing, on which the impeller of the pump stage PS2 is seated.
  • the centrifugal clutch K is designed in the sense of an opening clutch, which opens at a certain speed of the drive shaft 8 and thereby releases the operative connection of the electric motor EM to the pump stage PS2.
  • the pump stage PS2 can be uncoupled or ejected by the centrifugal clutch K in pump operation if required in a corresponding operating mode of the electric motor EM.
  • the centrifugal clutch K is arranged within the pipe section RA between the electric motor EM and the pump stage PS2.
  • the two seals 12, 14 help to keep the reduction gear RG, the centrifugal clutch K and the electric motor EM dry.
  • FIG. 5 The sectional views in Figs. 5, 6 (corresponding to a section through the section line or plane S3 - S3 in Fig. 2) illustrate the said centrifugal clutch K, which has a closed rotating disc section 34 formed on the hub section N and a closed rotating disc section 34 formed on the disc section 34 Ring section 32 includes. On the end face of the disc section 34 are also three, in the circumferential direction of the centrifugal clutch K evenly spaced, arcuate claws 30 for receiving a closed to running spring element 28 is formed.
  • claws 30 are spaced radially from the ring section 32 with respect to their extent in the circumferential direction of the centrifugal clutch K in such a way that they form an arcuate gap with the ring section 32 into which an associated spring element 28 is inserted.
  • each of these spring elements 28 carries a so-called dome lining element 26, which is formed in a manner corresponding or complementary to the section of the drive shaft 10 shown in FIG.
  • This dome lining element 26 can be an element consisting of suitable friction means and binding agents or an element comprising such friction means and binding agents.
  • the dome covering element 26 can also be formed from an elastomer or can include such an elastomer.
  • the coupling lining element 26 forms a positive and non-positive connection with the said output shaft section (FIG. 5).
  • the clutch in the form of a closing centrifugal clutch.
  • the electric motor EM of the valve-pump unit VPE can be operated in two directions of rotation: a) in said pump operation in a first direction of rotation; and b) for driving the reduction gear RG in a second direction of rotation, opposite to the pump operation, for adjusting the multi-way valve MWV.
  • the reduction gear RG is decoupled from the electric motor EM via the freewheel FL.
  • the adjustment of the pivotable or rotatable adjustable multi-way valve MWV can be carried out stepwise or stepped or continuously from one switching position to another switching position of the multi-way valve MWV.
  • FIG. 2 One of two switching positions of the 4/2 multi-way valve MWV can also be seen in Fig. 2, in which an outflow or outflow connection APS2 of the pump stage PS2 or of the second circuit is in fluid connection or flow connection is established.
  • Fig. 2 illustrates a series connection of the two aforementioned circuits - i.e. the first and second heat transport medium circuit - in which the outlet APS2 is fluidically connected to an inlet ZPSI - not shown in Fig. 2 - of the pump stage PSi or the first circuit.
  • the same also applies to an outflow or outflow connection APSI of the pump stage PSi or of the first circuit, which is not shown in FIG connected is.
  • the outlet APSI with the inlet ZPSI and on the other hand the outlet APS2 with the inlet ZPS2 are fluidly connected to one another, specifically via an associated channel 6 in the multi-way valve MWV. This means that the delivered fluid or delivered liquid is diverted accordingly in the multi-way valve MWV.
  • the multi-way valve MWV can have an arrangement of correspondingly designed channels 6--not shown here--which bring about or bring about such mixed states within the multi-way valve MWV.
  • more freewheels can also be provided, namely on the pump stage PSi between the metal bushing 20 and the drive shaft 8 and / or on the pump stage PS2 between the metal bushing 22 and the drive shaft 10.
  • This has the advantage that pumped fluid is not slowed down in the direction of rotation of the electric motor EM, which is opposite to the pump operation, but rather can advantageously continue to flow due to its mass inertia.
  • the proposed valve-pump unit makes it possible to greatly simplify the previously mentioned heat-transport medium circuits or a heat-transport medium system having such heat-transport medium circuits.

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Abstract

Es wird eine Ventil-Pumpen-Einheit (VPE) vorgeschlagen mit einem einzigen Elektromotor (EM) zum Antrieb zumindest einer Pumpenstufe (PS1) und zur Verstellung eines Mehrwegeventils (MWV), einem Reduktionsgetriebe (RG), welches durch den Elektromotor (EM) antreibbar ist, zumindest einer durch den Elektromotor (EM) antreibbaren, ersten Pumpenstufe (PS1) zur Förderung eines Wärmetransportmittels in einem ersten Wärmetransportmittelkreislauf, einem über das Reduktionsgetriebe (G) verstellbaren Mehrwegeventil (MWV) mit Wärmetransportmittelkanälen (6) zur Bereitstellung von zumindest zwei Schaltstellungen zwischen dem ersten Wärmetransportmittelkreislauf und einem zweiten Wärmetransportmittelkreislauf eines Wärmetransportmittelsystems sowie einem gemeinsamen Gehäuseabschnitt (Gg) zur Aufnahme des Elektromotors (EM), des Mehrwegeventils (MWV), des Reduktionsgetriebes (RG) sowie der Pumpenstufe (PS1). Dabei ist in einem Pumpenbetrieb in einer ersten Drehrichtung des Elektromotors (EM) das Reduktionsgetriebe (RG) über einen Freilauf (FL) vom Elektromotor (EM) abgekuppelt. Und dabei ist das Reduktionsgetriebe (RG) in einer zum Pumpenbetrieb entgegen gesetzten, zweiten Drehrichtung des Elektromotors (EM) zur Verstellung des Mehrwegeventils (MWV) betreibbar.

Description

Beschreibung
Ventil-Pumpen-Einheit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventil-Pumpen-Einheit, insbesondere für ein Wärmetransportmittelsystem eines Fahrzeugs, ein Wärmetransportmittelsystem mit einer solchen Ventil-Pumpen-Einheit und ein Fahrzeug mit einer solchen Ventil-Pumpen-Einheit.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Wärmetransportmittelsystem, insbesondere eines Fahrzeugs zu verbessern. Eine weitere Aufgabe ist es, ein solches Wärmetransportmittelsystem zu vereinfachen.
Es wird eine Ventil-Pumpen-Einheit vorgeschlagen. Diese Ventil-Pumpen-Einheit weist dabei auf:
- einen einzigen Elektromotor zum Antrieb zumindest einer Pumpenstufe und zur Verstellung eines Mehrwegeventils,
- ein Reduktionsgetriebe, welches durch den Elektromotor antreibbar ist,
- zumindest eine durch den Elektromotor antreibbare, erste Pumpenstufe zur Förderung eines Wärmetransportmittels in einem ersten Wärmetransportmittelkreislauf,
- ein über das Reduktionsgetriebe verstellbares Mehrwegeventil mit Wärmetransportmittelkanälen zur Bereitstellung von zumindest zwei Schaltstellungen zwischen dem ersten Wärmetransportmittelkreislauf und einem zweiten Wärmetransportmittelkreislauf eines Wärmetransportmittelsystems sowie
- einen gemeinsamen Gehäuseabschnitt zur Aufnahme des Elektromotors, des Mehrwegeventils, des Reduktionsgetriebes sowie der Pumpenstufe.
Dabei ist in einem Pumpenbetrieb, in einer ersten Drehrichtung des Elektromotors das Reduktionsgetriebe über einen Freilauf vom Elektromotor abgekuppelt. Und dabei ist das Reduktionsgetriebe in einer zum Pumpenbetrieb entgegen gesetzten, zweiten Drehrichtung des Elektromotors zur Verstellung des Mehrwegeventils betreibbar.
Die vorgeschlagene Ventil-Pumpen-Einheit stellt eine vorteilhafte Integration mehrerer Komponenten eines solch zuvor genannten Wärmetransportmittelkreislaufes in eine Einheit bzw. ein Kernmodul dar.
Damit einher geht auch eine Reduktion der zum Betrieb eines solchen Wärmetransportmittelkreislaufes erforderlichen Komponenten. Indem solche Komponenten eingespart werden, vereinfacht sich ein solcher Wärmetransportmittelkreislauf bzw. ein einen solchen Wärmetransportmittelkreislauf aufweisendes Wärmetransportmittelsystem.
Mit einer solch hochintegrierten Ventil-Pumpen-Einheit (im Sinne eines Kernmoduls) lassen sich zudem Gewicht, Bauraum sowie Kosten einsparen.
Nach einer weiteren Ausführung ist das Mehrwegeventil mit dem Elektromotor derart gefügt, dass das Mehrwegeventil den Elektromotor umschließt, etwa ringförmig umschließt.
Dabei kann zumindest eine den Elektromotor umschließende Innenkontur des Mehrwegeventils zumindest im Wesentlichen kreisförmig ausgeführt sein.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Außenkontur des Mehrwegeventils zumindest im Wesentlichen kreisförmig ausgeführt sein.
Das Mehrwegeventil kann somit eine zumindest im Wesentlichen ringförmige Formgebung aufweisen und dabei den Elektromotor ringförmig umschließen bzw. zumindest im Wesentlichen ringförmig umschließen. Dabei kann das Mehrwegeventil geschlossen umlaufend ausgeführt sein. Eine solch geschlossen umlaufende Struktur bietet im Vergleich zu einer offenen Struktur eine erhöhte Struktursteifigkeit.
Nach einer weiteren Ausführung weist das Mehrwegeventil zumindest einen zum gemeinsamen Gehäuseabschnitt ortsfesten, einzelne Kanalabschnitte aufweisenden (Ventil-)Abschnitt sowie zumindest einen zum gemeinsamen Gehäuseabschnitt in der ersten oder zweiten Drehrichtung verschwenkbaren, einzelne Kanalabschnitte aufweisenden (Ventil-)Abschnitt auf, über welchen die besagten Schaltstellungen des Mehrwegeventils zwischen dem ersten Wärmetransportmittelkreislauf und dem zweiten Wärmetransportmittelkreislauf des Wärmetransportmittelsystems einstellbar sind.
Die Wärmetransportmittelkanäle des Mehrwegeventils bzw. dessen einzelne, die Wärmetransportmittelkanäle bildenden (Ventil-)Abschnitte erstrecken sich dabei zwischen dem gemeinsamen Gehäuseabschnitt und dem Elektromotor.
Nach einer Ausführung ist das Mehrwegeventil in Gestalt eines 4/2 -Wegeventils ausgeführt. Dabei erlaubt es die zuvor beschriebene Mehrteiligkeit des Mehrwegeventils auch Kombinationen von Ventilen durch eine entsprechende Ausgestaltung einzelner Ventilabschnitte - mit zugeordneten Kanalabschnitten - abzubilden, etwa eine Kombination eines 4/2-Wegeventils mit einem 3/2-Wegeventil.
Nach einer weiteren Ausführung weist die Ventil-Pumpen-Einheit zudem eine zweite Pumpenstufe zur Förderung des Wärmetransportmittels im zweiten Wärmetransportmittelkreislauf auf. Dabei wird vorgeschlagen, auch diese zweite Pumpenstufe durch den gemeinsamen Gehäuseabschnitt - zumindest mittelbar - aufzunehmen, um die Integrationsdichte der Ventil-Pumpen-Einheit zu erhöhen.
Nach einer weiteren Ausführung ist zwischen dem Elektromotor und der zweiten Pumpenstufe eine Kupplung angeordnet, welche den Elektromotor und die zweite Pumpenstufe miteinander lösbar verbindet. Die Kupplung kann dabei in Gestalt einer öffnenden Kupplung, etwa einer Fliehkraftkupplung ausgebildet sein, über welche die zweite Pumpenstufe abkuppelbar bzw. abwerfbar ist. Alternativ dazu kann diese Kupplung auch als schießende Kupplung, etwa in Gestalt einer Fliehkraftkupplung ausgeführt sein, über welche die zweite Pumpenstufe ankuppelbar ist.
Eine solche Kupplung ermöglicht es, bei Bedarf nur den ersten Wärmetransportmittelkreislauf zu betreiben bzw. das Wärmetransportmittel nur im ersten Wärmetransportmittelkreislauf zu fördern, etwa zum Schnellladen einer Batterie des ersten Wärmetransportmittelkreislaufs.
Alternativ dazu wird in einer weiteren Ausführung auf eine solche Kupplung verzichtet, so dass die beiden Pumpenstufen dauerhaft mit einander verbunden sind.
Nach einer weiteren Ausführung ist der Elektromotor als Trockenläufer ausgebildet.
Nach einer weiteren Ausführung ist / sind die erste Pumpenstufe (PS1 ) und / oder die zweite Pumpenstufe (PS2) in Gestalt einer Radialpumpenstufe ausgebildet.
Die Pumpenstufen können aber als Strömungspumpen(stufen) oder als Verdrängungspumpen(stufen) ausgeführt sein.
Es wird zudem ein Wärmetransportmittelsystem mit einer Ventil-Pumpen-Einheit der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem ersten Wärmetransportmittelkreislauf und einem zweiten Wärmetransportmittelkreislauf, wobei die Ventil-Pumpen-Einheit zwischen den beiden Kreisläufen vorgesehen bzw. angeordnet ist.
Es wird zudem ein Fahrzeug mit einer Ventil-Pumpen-Einheit der zuvor beschriebenen Art oder einem Wärmetransportmittelsystem der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen. Es wird ferner ein Betriebsverfahren für eine Ventil-Pumpen-Einheit der zuvor beschriebenen Art vorgeschlagen, bei welchem der Elektromotor zum Antrieb der zumindest einen Pumpenstufe in der ersten Drehrichtung und zum Antrieb des Reduktionsgetriebes in der zum Pumpenbetrieb entgegen gesetzten, zweiten Drehrichtung zur Verstellung des Mehrwegeventils betrieben wird. Dabei wird im Pumpenbetrieb das Reduktionsgetriebe über den Freilauf vom Elektromotor abgekuppelt.
Nach einer Ausführung werden im Pumpenbetrieb durch den Elektromotor die erste Pumpenstufe und die zweite Pumpenstufe angetrieben. Im Pumpenbetrieb kann dabei oberhalb einer bestimmten Drehzahl des Elektromotors die zweite Pumpenstufe -je nach Ausführung der Kupplung - über die Kupplung, etwa in Gestalt einer öffnenden Fliehkraftkupplung abgekuppelt bzw. abgeworfen oder etwa in Gestalt einer schließenden Fliehkraftkupplung angekuppelt werden.
Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen:
Fig. 1 eine Ventil-Pumpen-Einheit in einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 2 die in Fig. 1 gezeigte Ventil-Pumpen-Einheit in einer Schnittansicht;
Fig. 3 eine perspektivische Schnittansicht bezüglich der Schnittlinie
51 - Si in Fig. 2;
Fig. 4 eine perspektivische Schnittansicht bezüglich der Schnittlinie
52 — S2 in Fig. 2;
Fig. 5 eine perspektivische Schnittansicht bezüglich der Schnittlinie
53 - S3 in Fig. 2; sowie Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 5 gezeigten Kupplung.
Fig. 1 veranschaulicht eine vorgeschlagene, im Wesentlichen zylinderförmige Ventil-Pumpen-Einheit VPE, welche über ein erstes Anschlussende hAEi hydraulisch an einen ersten Wärmetransportmittelkreislauf (bzw. Kühlkreislauf) und über ein zweites Anschlussende hAE2 hydraulisch an einen zweiten Wärmetransportmittelkreislauf (bzw. Kühlkreislauf) eines Wärmetransportmittelsystems (bzw. Thermomanagementsystems), insbesondere eines Fahrzeugs anbindbar bzw. anschließbar ist.
Diese Ventil-Pumpen-Einheit VPE stellt dabei zwei selektive Schaltstellungen eines Mehrwegeventils MWV, in Gestalt eines 4/2-Wegeventils zwischen dem ersten Kreislauf und dem zweiten Kreislauf bereit.
Fig. 2 veranschaulicht dabei, welche Komponenten des ersten und zweiten Kreislaufes in diese Ventil-Pumpen-Einheit VPE mittels eines gemeinsamen Gehäuseabschnitts Gg integriert sind. Der Gehäuseabschnitt Gg hat somit eine zentral tragende sowie integrierende Funktion.
Ein einziger, als Innenläufer und Trockenläufer ausgebildeter Elektromotor bzw. E-Motor EM ist dabei mit dem Mehrwegeventil MWV derart gefügt, dass das Mehrwegeventil MWV den E-Motor EM ringförmig - etwa vollständig bzw. geschlossen umlaufend - innerhalb des gemeinsamen Gehäuseabschnitts Gg umschließt. Der E-Motor EM bildet dabei eine zentrale bzw. zentral treibende Komponente der Ventil-Pumpen-Einheit VPE.
Der Stator S des E-Motors EM ist dabei innerhalb eines Rohrabschnitts RA bzw. eines zumindest rohrähnlichen Abschnitts RA angeordnet, wobei dieser Rohrabschnitt RA zu beiden Enden in einem jeweils zugeordneten Bereich gegenüber seiner Peripherie hinreichend abgedichtet ist und somit einen Trockenraum für den Stator S und den Rotor R des Elektromotors EM innerhalb des Rohrabschnitts RA bildet. Das mit dem Rohrabschnitt RA gefügte Mehrwegeventil MWV weist dabei zumindest einen zum Gehäuseabschnitt Gg ortsfesten Abschnitt 2 sowie zumindest einen zum Gehäuseabschnitt Gg in einer ersten oder einer zweiten Drehrichtung des E-Motors EM verschwenkbaren Abschnitt 4 auf. Wärmetransportmittelkanäle 6 (bzw. Flüssigkeitskanäle 6) im Mehrwegeventil MWV erstrecken sich dabei zwischen dem Gehäuseabschnitt Gg und dem E-Motor EM.
Dabei können die einzelnen Abschnitte 2, 4 des Mehrwegeventils MWV zur Gewichtseinsparung außenumfangsseitig abschnittsweise ausgespart sein und in Verbindung mit dem gemeinsamen Gehäuseabschnitt Gg einzelne Hohlräume ausbilden, in welchen sich gefördertes Fluid bzw. geförderte Flüssigkeit ansammeln kann (Fig. 2).
Die Ventil-Pumpen-Einheit VPE weist eine erste Pumpenstufe PS-i, etwa in Gestalt einer Strömungspumpenstufe, bspw. in Gestalt einer Radialpumpenstufe, sowie eine zweite Pumpenstufe PS2, etwa in Gestalt einer Strömungspumpenstufe, bspw. in Gestalt einer Radialpumpenstufe auf, welche jeweils über eine Antriebswelle 8 des E-Motors EM antreibbar sind.
Die beiden Pumpenstufen PSi, PS2 weisen jeweils zumindest einen ersten und zweiten Gehäuseabschnitt Gia, Gib bzw. G2a, G2b auf. Die beiden Gehäuseabschnitte Gw, G2b - die als solche dem gemeinsamen Gehäuseabschnitt Gg zugewandt sind - sind dabei mit dem Gehäuseabschnitt Gg gefügt bzw. durch diesen aufgenommen.
Zwischen der Pumpenstufe PSi und dem E-Motor EM ist dabei bspw. ein dreistufiges Reduktionsgetriebe RG zur selektiven Verstellung des Mehrwegeventils MWV vorgesehen bzw. angeordnet. Die Schnittdarstellung in Fig. 4 (entsprechend einem Schnitt durch die Schnittlinie bzw. -ebene Si - S1 in Fig. 2) veranschaulicht dabei die Zahnräder Z1 , Z2, Z3 der ersten und zweiten Getriebestufe und die Schnittdarstellung in Fig. 2 (entsprechend einem Schnitt durch die Schnittlinie bzw. -ebene S2 - S2 in Fig. 2) das Zahnrad Z4 der vierten Getriebestufe. Das Zahnrad Z4 kämmt dabei mit einer am verschwenkbaren Abschnitt 4 des Mehr- Wegeventils MWV ausgebildeten Innenverzahnung 24, so dass der Abschnitt 4 im Sinne eines Hohlrades fungiert, welches über das Zahnrad Z4 selektiv verschwenkbar ist. Bei der vorliegenden Ausführung des Reduktionsgetriebes RG verschwenkt der Abschnitt 4 in einer Drehrichtung des E-Motors EM, welche zum Pumpenbetrieb des E-Motors EM korrespondiert. In einer alternativen Ausführung des Reduktionsgetriebes RG kann der Abschnitt 4 aber auch in einer zum Pumpenbetrieb entgegen gesetzten Drehrichtung des E-Motors EM verschwenken.
Zwischen der Antriebswelle 8 und dem Zahnrad Z1 ist ein Freilauf FL - etwa in Gestalt eines Klemmrollenfreilaufes - vorgesehen bzw. angeordnet, welcher nur in einer zum Pumpenbetrieb des Elektromotors EM entgegen gesetzten Drehrichtung ein Drehmoment auf das Reduktionsgetriebe RG überträgt und somit die selektive Verstellung des Mehrwegeventils MWV in zumindest zwei Schaltstellungen ermöglicht (Fig. 4, Fig. 2). Alternativ dazu ließe sich der Freilauf FL auch an einer anderen Stelle des Reduktionsgetriebes RG anordnen.
In Richtung der Pumpenstufe PSi erstreckt sich die Antriebswelle 8 durch eine Wälzlageranordnung - in Gestalt einer fliegenden Lagerung - zur Aufnahme der Antriebswelle 8 im Gehäuseabschnitt Gg, den Freilauf FL, eine Dichtung 12, ein Gleitlager 16 und bis in eine metallische Buchse 20, bspw. Messingbuchse, auf welcher das Laufrad der Pumpenstufe PSi sitzt.
In Richtung der Pumpenstufe PS2 hingegen erstreckt sich die Antriebswelle 8 in einen Nabenabschnitt N einer Fliehkraftkupplung K, über welche die Pumpenstufe PS2 an den E-Motor EM angebunden ist. Abtriebsseitig erstreckt sich von dieser Fliehkraftkupplung K eine Antriebswelle 10 durch eine Dichtung 14, ein Gleitlager 18 und bis in eine metallische Buchse 22, bspw. Messingbuchse, auf welcher das Laufrad der Pumpenstufe PS2 sitzt. Die Fliehkraftkupplung K ist dabei im Sinne einer öffnenden Kupplung ausgeführt, welche ab einer bestimmten Drehzahl der Antriebswelle 8 öffnet und dadurch die Wirkverbindung des E-Motors EM zur Pumpenstufe PS2 löst. Somit ist die Pumpenstufe PS2 im Pumpenbetrieb bei Bedarf in einem entsprechenden Betriebsmodus des E-Motors EM durch die Fliehkraftkupplung K abkuppelbar bzw. abwerfbar. Die Fliehkraftkupplung K ist dabei innerhalb des Rohrabschnitts RA zwischen dem E-Motor EM und der Pumpenstufe PS2 angeordnet. Die beiden Dichtungen 12, 14 tragen dazu bei, das Reduktionsgetriebe RG, die Fliehkraftkupplung K und den E-Motor EM trocken zu halten.
Die Schnittdarstellungen in den Fign. 5, 6 (entsprechend einem Schnitt durch die Schnittlinie bzw. -ebene S3 - S3 in Fig. 2) veranschaulichen dabei die besagte Fliehkraftkupplung K, welche einen geschlossen umlaufenden, am Nabenabschnitt N angeformten Scheibenabschnitt 34 sowie einen geschlossen um laufenden, am Scheibenabschnitt 34 angeformten Ringabschnitt 32 umfasst. Stirnseitig am Scheibenabschnitt 34 sind zudem drei, in Umfangsrichtung der Fliehkraftkupplung K gleichmäßig zueinander beabstandete, bogenförmige Klauen 30 zur Aufnahme eines geschlossen um laufenden Federelements 28 angeformt.
Diese Klauen 30 sind dabei bezüglich ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung der Fliehkraftkupplung K derart zum Ringabschnitt 32 radial beabstandet, dass sie mit dem Ringabschnitt 32 einen bogenförmigen Spalt ausbilden, in welchen ein zugeordnetes Federelement 28 eingesteckt ist.
Radial innenseitig trägt jedes dieser Federelemente 28 ein sog. Kuppelbelagselement 26, welches korrespondierend bzw. komplementär zum in der Fig. 5 dargestellten Abschnitt der Antriebswelle 10 ausgeformt ist. Bei diesem Kuppelbelagselement 26 kann es sich dabei um ein aus geeigneten Reibmitteln und Bindemitteln bestehendes Element oder aber um ein solche Reibmittel und Bindemittel umfassendes Element handeln. Das Kuppelbelagselement 26 kann dabei auch aus einem Elastomer ausgebildet sein oder aber ein solches Elastomer umfassen. Das Kuppelbelagselement 26 bildet dabei mit dem besagten Abtriebswellenabschnitt einen Form- und Kraftschluss aus (Fig. 5).
In einer weiteren - hier nicht dargestellten Ausführung - wird vorgeschlagen, die Kupplung in Gestalt einer schließenden Fliehkraftkupplung auszuführen. Der E-Motor EM der Ventil-Pumpen-Einheit VPE ist in zwei Drehrichtungen betreibbar: a) im besagten Pumpenbetrieb in einer ersten Drehrichtung; und b) zum Antrieb des Reduktionsgetriebes RG in einer zum Pumpenbetrieb entgegen gesetzten, zweiten Drehrichtung zur Verstellung des Mehrwegeventils MWV.
Dabei ist im Pumpenbetrieb das Reduktionsgetriebe RG über den Freilauf FL vom E-Motor EM abgekuppelt.
Die Verstellung des schwenkbar bzw. drehbar stellbaren Mehrwegeventils MWV kann dabei schrittweise bzw. gestuft oder auch kontinuierlich von einer Schaltstellung in eine andere Schaltstellung des Mehrwegeventils MWV erfolgen.
In Fig. 2 ist ferner eine von zwei Schaltstellungen des 4/2-Mehrwegeventils MWV zu sehen, in welcher ein Ablauf bzw. Ablaufanschluss APS2 der Pumpenstufe PS2 bzw. des zweiten Kreislaufes über einen zugeordneten Kanal 6 mit der Pumpenstufe PSi in fluidischer Verbindung bzw. Strömungsverbindung steht.
Fig. 2 veranschaulicht dabei eine Reihenschaltung der beiden zuvor genannten Kreisläufe - d.h. des ersten und zweiten Wärmetransportmittelkreislaufs -, bei welcher der Ablauf APS2 mit einem - in Fig. 2 nicht dargestellten - Zulauf ZPSI der Pumpenstufe PSi bzw. des ersten Kreislaufes fluidisch verbunden ist. Gleiches gilt dabei auch für einen - in Fig. 2 nicht dargestellten - Ablauf bzw. Ablaufanschluss APSI der Pumpenstufe PSi bzw. des ersten Kreislaufes, welcher mit einem - in Fig. 2 nicht dargestellten - Zulauf ZPS2 der Pumpenstufe PS2 bzw. des zweiten Kreislaufes fluidisch verbunden ist.
Hingegen werden in einer - hier nicht dargestellten - Parallelschaltung der beiden zuvor genannten Kreisläufe einerseits der Ablauf APSI mit dem Zulauf ZPSI und andererseits der Ablauf APS2 mit dem Zulauf ZPS2, und zwar über je einen zugeordneten Kanal 6 im Mehrwegeventil MWV miteinander fluidisch verbunden. D.h. , dass gefördertes Fluid bzw. geförderte Flüssigkeit im Mehrwegeventil MWV entsprechend umgeleitet wird.
Fig. 5 veranschaulicht den Ablauf APS2 sowie den Zulauf ZPS2 des zweiten Kreislaufes.
Auch sind zwischen dieser Reihen- und Parallelschaltung der beiden Kreisläufe verschiedene Mischstellungen des Abschnitts 4 bzw. des Mehrwegeventils M W möglich. Dazu kann das Mehrwegeventil MWV eine Anordnung von entsprechend ausgebildeten - hier nicht dargestellten - Kanälen 6 aufweisen, welche solche Mischzustände innerhalb des Mehrwegeventils MWV herbeiführen bzw. bewirken.
In einer weiteren - hier nicht dargestellten - Ausführung können zudem weitere Freiläufe vorgesehen sein, und zwar an der Pumpenstufe PSi zwischen der metallischen Buchse 20 und der Antriebswelle 8 und / oder an der Pumpenstufe PS2 zwischen der metallischen Buchse 22 und der Antriebswelle 10. Dies hat den Vorteil, dass gefördertes Fluid in der zum Pumpenbetrieb entgegen gesetzten Drehrichtung des E-Motors EM nicht ausgebremst wird, sondern vielmehr aufgrund seiner Massenträgheit vorteilhafterweise weiterströmen kann.
Durch die vorgeschlagene Ventil-Pumpen-Einheit lassen sich die zuvor genannten Wärmetransportmittelkreisläufe bzw. ein solche Wärmetransportmittelkreisläufe aufweisendes Wärmetransportmittelsystem stark vereinfachen.
Dabei lassen sich einzelne, bislang benötigte Komponenten einsparen und damit einhergehend auch Gewicht, Bauraum sowie Kosten.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.

Claims

Patentansprüche
1 . Ventil-Pumpen-Einheit (VPE) mit einem einzigen Elektromotor (EM) zum Antrieb zumindest einer Pumpenstufe (PSi) und zur Verstellung eines Mehrwegeventils (MWV), einem Reduktionsgetriebe (RG), welches durch den Elektromotor (EM) antreibbar ist, zumindest einer durch den Elektromotor (EM) antreibbaren, ersten Pumpenstufe (PSi) zur Förderung eines Wärmetransportmittels in einem ersten Wärmetransportmittelkreislauf, einem über das Reduktionsgetriebe (G) verstellbaren Mehrwegeventil (MWV) mit Wärmetransportmittelkanälen (6) zur Bereitstellung von zumindest zwei Schaltstellungen zwischen dem ersten Wärmetransportmittelkreislauf und einem zweiten Wärmetransportmittelkreislauf eines Wärmetransportmittelsystems sowie einem gemeinsamen Gehäuseabschnitt (Gg) zur Aufnahme des Elektromotors (EM), des Mehrwegeventils (MWV), des Reduktionsgetriebes (RG) sowie der Pumpenstufe (PSi), wobei in einem Pumpenbetrieb, in einer ersten Drehrichtung des Elektromotors (EM) das Reduktionsgetriebe (RG) über einen Freilauf (FL) vom Elektromotor (EM) abgekuppelt ist, wobei das Reduktionsgetriebe (RG) in einer zum Pumpenbetrieb entgegen gesetzten, zweiten Drehrichtung des Elektromotors (EM) zur Verstellung des Mehrwegeventils (MWV) betreibbar ist.
2. Ventil-Pumpen-Einheit (VPE) nach Anspruch 1 , wobei das Mehrwegeventil (MWV) mit dem Elektromotor (EM) derart gefügt ist, dass das Mehrwegeventil (MWV) den Elektromotor (EM) umschließt. Ventil-Pumpen-Einheit (VPE) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Mehrwegeventil (MWV) zumindest einen zum gemeinsamen Gehäuseabschnitt (Gg) ortsfesten Abschnitt (2) sowie zumindest einen zum gemeinsamen Gehäuseabschnitt (Gg) in der ersten oder zweiten Drehrichtung verschwenkbaren Abschnitt (4) aufweist. Ventil-Pumpen-Einheit (VPE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einzelne, die Wärmetransportmittelkanäle (6) bildende Kanalabschnitte zwischen dem gemeinsamen Gehäuseabschnitt (Gg) und dem Elektromotor (EM) angeordnet sind. Ventil-Pumpen-Einheit (VPE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche zudem eine zweite Pumpenstufe (PS2) zur Förderung des Wärmetransportmittels im zweiten Wärmetransportmittelkreislauf aufweist. Ventil-Pumpen-Einheit (VPE) nach Anspruch 5, wobei auch die zweite Pumpenstufe (PS2) durch den gemeinsamen Gehäuseabschnitt (Gg) aufgenommen ist. Ventil-Pumpen-Einheit (VPE) nach Anspruch 5 oder 6, wobei zwischen dem Elektromotor (EM) und der zweiten Pumpenstufe (PS2) eine Kupplung (K) angeordnet ist, welche den Elektromotor (EM) und die zweite Pumpenstufe (PS2) mit einander lösbar verbindet. Ventil-Pumpen-Einheit (VPE) nach Anspruch 7, wobei die Kupplung (K) in Gestalt einer öffnenden oder schließenden Fliehkraftkupplung ausgebildet ist. Ventil-Pumpen-Einheit (VPE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Elektromotor (EM) als Trockenläufer ausgebildet ist.
10. Ventil-Pumpen-Einheit (VPE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Pumpenstufe (PSi) und / oder die zweite Pumpenstufe (PS2) in Gestalt einer Radialpumpenstufe ausgebildet ist / sind.
11 . Wärmetransportmittelsystem, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einem ersten Wärmetransportmittelkreislauf und einem zweiten Wärmetransportmittelkreislauf, wobei zwischen den beiden Kreisläufen eine Ventil-Pumpen- Einheit (VPE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 vorgesehen ist.
12. Fahrzeug mit einer Ventil-Pumpen-Einheit (VPE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10 oder einem Wärmetransportmittelsystem nach Anspruch 11 .
13. Betriebsverfahren für eine Ventil-Pumpen-Einheit (VPE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, bei welchem der Elektromotor (EM) zum Antrieb der mindestens einen Pumpenstufe (PSi) in der ersten Drehrichtung und zum Antrieb des Reduktionsgetriebes (RG) in der zum Pumpenbetrieb entgegen gesetzten, zweiten Drehrichtung zur Verstellung des Mehrwegeventils (MWV) betrieben wird, wobei im Pumpenbetrieb das Reduktionsgetriebe (RG) über den Freilauf (FL) vom Elektromotor (EM) abgekuppelt wird.
14. Betriebsverfahren nach Anspruch 13, wobei im Pumpenbetrieb durch den Elektromotor (EM) die erste Pumpenstufe (PSi) und die zweite Pumpenstufe (PS2) angetrieben werden.
15. Betriebsverfahren nach Anspruch 14, wobei im Pumpenbetrieb oberhalb einer bestimmten Drehzahl des Elektromotors (EM) die zweite Pumpenstufe (PS2) über die Kupplung (K) abgekuppelt oder angekuppelt wird.
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