Kühlmitteltank, Kühlmittelkreislauf und Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft einen Kühlmitteltank für einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungs- und/oder Elektroantrieb. Die Erfindung betrifft auch einen Kühlmittelkreislauf und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kühlmitteltank.

Zum Thermomanagement sind Kraftfahrzeuge mit Kühlmittelsystemen ausgestattet. Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren ist üblicherweise im Motorraum einen Kühlmitteltank untergebracht, der an seinem unteren Ende einen Ablauf hat, welcher mit einer elektrisch betriebenen Kühlmittelpumpe in Verbindung steht. Der Elektromotor der Kühlmittelpumpe ist luftgekühlt. Eine solches System zeigt beispielsweise US 7,631,619 B2. Rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge verfügen mitunter über mehrere Kühlmittelsysteme mit einzelnen Kreisläufen oder über Kühlmittelsysteme mit mehreren Teilkreisläufen. Ein derartiges System zeigt DE 199 61 825 Ai. Darin kommen mehrere Kühlmittelpumpen zum Einsatz. Es besteht der Wunsch, den von den bekannten Kühlmittelsystemen beanspruchten, relativ großen Bauraum zu verringern.

Es ist eine Aufgabe der Erfindungen, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden, insbesondere ein Kühlsystem mit verringertem Bauraum, vorzugsweise für einen Kühlmittelkreislauf und/oder ein Kraftfahrzeug, bereitzustellen. Diese Aufgabe löst der Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Demnach ist ein Kühlmitteltank für einen Kühlmittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungs- und/oder Elektroantrieb vorgesehen. Der Kühlmitteltank umfasst wenigstens eine Kühlmittelpumpe zum Fördern von Kühlmittel in den oder aus dem Kühlmitteltank. Das Kühlmittel ist vorzugsweise wasserbasiert. Das Kühlmittel kann Wasser umfassen, insbesondere größtenteils Wasser umfassen, oder aus Wasser bestehen. Das Kühlmittel kann eine wässrige Lösung sein, die Wasser und mindestens ein Additiv, vorzugsweise ein Frostschutzmittel, wie Ethylenglykol, enthält. Die Kühlmittelpumpe weist einen Elektromotor auf. Der Elektromotor ist vorzugsweise rotationsbeweglich. Vorzugsweise weist der Rotor einen Stator sowie einen relativ zum Stator drehbeweglichen Rotor auf, wobei der Stator und/oder der Rotor elektromagnetisch sind. Der Rotor oder der Stator kann ferromagnetisch sein. Der Elektromotor definiert eine Drehachse, wobei vorzugsweise der Rotor und/oder der Stator in Bezug auf die Drehachse symmetrisch sind. Die Kühlmittelpumpe kann vorzugsweise durch eine Impeller-Pumpe realisiert sein. Vorzugsweise ist ein magnetischer oder elektromagnetischer Rotor der Kühlmittelpumpe, insbesondere mittels einer Welle, drehfest mit einem Förderglied zum Fördern des Kühlmittels, wie einen Impeller-Rotor, der Kühlmittelpumpe verbunden.

Der Kühlmitteltank umfasst wenigstens einen Kühlmittelaufnahmeraum, der ein Aufnahmevolumen für das Kühlfluid bereitstellt. Der Kühlmittelaufnahmeraum kann in mehrere Kompartimente unterteilt sein, wobei jedes Kompartiment ein Teilvolumen des Aufnahmevolumens bereitstellt. Das Aufnahmevolumen für das Kühlfluid kann im Bereich 100 ml bis 5000 ml, vorzugsweise im Bereich 250 ml bis 2500 ml liegen. Das Aufnahmevolumen des Kühlmitteltanks entspricht zumindest dem Volumen des Elektromotors. Das Volumen des Elektromotors kann beispielsweise bei einem Elektromotor mit radial innenliegenden, magnetischen oder elektromagnetischen Rotor und mit radial außenliegenden, zylinderhülsenförmigen elektromagnetischen oder magnetischen Stator als ein zu den Außendurchmesser und der axialen Höhe des Stators sowie gegebenenfalls des den Stator umgebenden Elektromotor-Gehäuses angenommen werden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Motorelektronik des wenigstens einen Elektromotors vom Kühlmittelaufnahmeraum teil- oder vollumfänglich umgeben ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass der gesamte Elektromotor und/oder die gesamte Kühlmittelpumpe teil- oder vollumfänglich vom Kühlmittelaufnahmeraum umgeben ist. Die Motorelektronik umfasst insbesondere die elektromagnetische Komponente oder die elektromagnetische(n) Komponente(n), beispielsweise den elektromagnetischen Stator und/oder elektromagnetischen Rotor, des Elektromotors, und/oder die Motorsteuerungs- und/oder Leistungselektronik des wenigstens einen Elektromotors. Der Kühlmittelaufnahmeraum erstreckt sich vorzugsweise in Bezug auf die Drehachse des Elektromotors zumindest abschnittsweise umfänglich, vorzugsweise vollumfänglich, rings um den Elektromotor. Es kann bevorzugt sein, dass der Kühlmittelaufnahmeraum in der Axialrichtung parallel zur Drehachse des Elektromotors sich teilweise oder vollständig entlang dessen Stator und/oder Rotor erstreckt. Der Kühlmittelaufnahmeraum umgibt vorzugsweise zumindest 50 %, insbesondere wenigstens 75 %, vorzugsweise wenigstens 90 %, besonders bevorzugt vollständig die radiale

Außenumfangsfläche, insbesondere Zylinderumfangsfläche, des Elektromotors. Alternativ oder zusätzlich umgibt der Kühlmittelaufnahmeraum vorzugsweise zumindest 50 %, insbesondere wenigstens 75 %, vorzugsweise wenigstens 90 %, besonders bevorzugt vollständig die radiale Außenumfangsfläche, insbesondere Prismaumfangsfläche oder Zylinderumfangsfläche, der Motorsteuerungsund/ oder Leistungselektronik. Vorzugsweise sind der Elektromotor und/ oder die Motorsteuerungs- und/oder Leistungselektronik innerhalb des Kühlmittelaufnahmeraums angeordnet. Es kann bevorzugt sein, dass der Kühlmitteltank zwei oder mehr Elektromotoren umfasst, die jeweils von dem Kühlmittelaufnahmeraum teil- oder vollumfänglich umgeben sind. Eine vollumfängliche Einrahmung wenigstens einer Komponente der Motorelektronik bezeichnet eine im Querschnitt ringförmige mit dem Kühlfluid geflutete oder befüllbare Kavität des Kühlmittelaufnahmeraums. In Bezug auf eine Mittellinie der Ringform erstreckt sich die insbesondere vollumfängliche Einrahmung der Motorelektronik entlang der Mittellinie zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig entlang einer Längserstreckung der Motorelektronik. Die Mittellinie des Elektromotor-Rotors und/oder -Stators ist durch dessen Drehachse bestimmt. Eine teilumfängliche Einrahmung wenigstens einer Komponente der Motorelektronik ist durch eine mit dem Kühlfluid geflutete oder befüllbare Kavität des Kühlmittelaufnahmeraums realisiert, welche zumindest teilumfänglich die Motorelektronik an mehr als einer einzigen Seitenfläche, beispielsweise an zwei Seiten oder drei Seiten und/ oder entlang einer zumindest abschnittsweise gebogenen, gekrümmten oder abgewinkelten Hüllfläche umgibt.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch die Unterbringung des wenigstens einen Elektromotors der Kühlmittelpumpe im Inneren des Kühlmitteltanks ungeahntes Potenzial zur Bauraum-Einsparung realisierbar ist, weil anstelle der konventionellen Luftkühlung der Pumpenelektronik eine effektivere und raumsparendere Kühlung der Pumpenelektronik durch das Kühlmittel treten kann. Mit anderen Worten kann die Motorelektronik und/oder der Elektromotor und/oder die Kühlmittelpumpe in dem Kühlmittelaufnahmeraum eingebettet sein. Dafür kann in der Wandung des Kühlmitteltanks die Geometrie der Kühlmittelpumpe und/oder des Elektromotors integriert bzw. abgebildet sein. Bei einer elektrischen Kühlmittelpumpe sind in der Regel der Motor, insbesondere der Stator, und die Motorsteuerungs- und/ oder Leistungselektronik die thermischen Hotspots, die sich beim Betrieb der Kühlmittelpumpe am stärksten erwärmen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch die dünne Wandung des Kühlmitteltanks die Motorsteuerungs- und/oder Leistungselektronik und/oder der Elektromotor mit Kühlmedium umspült werden und dadurch sehr gut temperiert werden können. Dadurch kann ein weiteres, teures Gehäuse für den Elektromotor und/ oder die Kühlmittelpumpe eingespart werden.

Bei einer Ausführung des Kühlmitteltanks ist eine Kühlmittelpumpe an einer Außenseite des Kühlmitteltanks angeordnet und weist einen außerhalb des Kühlmitteltanks angeordneten ersten Kühlfluidanschluss auf. Die Außenseite kann insbesondere durch eine Umfangsseite oder eine Unterseite des Tanks realisiert sein. Der erste Kühlfluidanschluss ist vorzugsweise ein Druck- oder Abgabeanschluss. Vorzugsweise steht der erste Kühlfluidanschluss der Kühlmittelpumpe mit einem Druckstutzen in fluidischer Verbindung. Der erste Kühlfluidanschluss der Kühlmittelpumpe ist vorzugsweise an eine Kühlmittelkreislauf insbesondere eines Kraftfahrzeugs angeschlossen oder anschließbar. Bei einer Ausführung eines Kühlmitteltanks mit einer Impeller- Kühlmittelpumpe ist der als Druckanschluss ausgelegte zweite Kühlfluidanschluss vorzugsweise in einem radial äußeren Bereich bezüglich der Drehachse, vorzugsweise exzentrisch und/oder tangential, an die Kühlmittelpumpe angebunden. Es kann bevorzugt sein, dass im Bereich des ersten Kühlfluidanschlusses ein Pumpengehäuseabschnitt angeordnet ist, insbesondere ein Pumpenspiralgehäuse, das vorzugsweise formkomplementär zu einem Fördermittel, wie einen Impeller-Rotor, geformt ist.

Gemäß einer Ausführung eines Kühlmitteltanks umfasst der Kühlmittelaufnahmeraum ein erstes, oberes Kompartiment und ein zweites, unteres Kompartiment. Die untere Querschnittsfläche des unteren Kompartiments ist vorzugsweise konstant und/oder kontinuierlich. Die obere Querschnittsfläche des oberen Kompartiments ist vorzugsweise konstant und/oder kontinuierlich. Das untere Kompartiment des Kühlmittelaufnahmeraums ist kann zumindest abschnittsweise in Horizontalrichtung versetzt von dem oberen Kompartiment angeordnet sein. Dabei kann bevorzugt sein, dass die Querschnittsfläche des oberen Kompartiments und die Querschnittsfläche des unteren Kompartiments nicht deckungsgleich sind, wobei klar sei, dass ein vertikaler Übergangsbereich, wie eine stufenförmiges oder trichterartige Öffnung, einen vorzugsweise kontinuierlichen Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Kompartiment bilden kann. Der Fachmann versteht, dass die Querschnittsfläche des oberen Kompartiments bzw. unteren Kompartiments eine sich senkrecht zu einer Vertikalrichtung ausdehnende Fläche bezeichnet. Alternativ oder zusätzlich kann sich das untere Kompartiment in Horizontalrichtung über das obere Kompartiment hinaus erstrecken. Beispielsweise kann das untere Kompartiment im Vergleich zum oberen Kompartiment eine größere Querschnittsfläche haben. Vorzugsweise liegt eine vertikale Projektion der Querschnittsfläche des oberen Kompartiments zumindest teilweise, insbesondere vollständig im Bereich der Querschnittsfläche des unteren Kompartiments. Weiter alternativ oder zusätzlich ist das obere Kompartiment in der Horizontalrichtung schmaler als das untere Kompartiment. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche des ersten Kompartiments zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollständig, kleiner als die Querschnittsfläche des zweiten Kompartiments. Der Fachmann versteht, dass im Sinne der vorliegenden Anmeldung die „Vertikalrichtung“ und die „Horizontalrichtung“ eine Orientierung in einem betriebsgemäßen Einbauzustand im Normalbetrieb des Kühlmitteltanks beispielsweise in einem Kraftfahrzeug bezeichnen, wobei die Vertikalrichtung schwerkraftgemäß festgelegt ist und sich die Horizontalrichtung quer, vorzugsweise senkrecht, zur Vertikalrichtung erstreckt. Die Höhe des ersten Kompartiments in der Vertikalrichtung ist insbesondere zumindest genauso groß wie, vorzugsweise größer als, die Höhe des zweiten Kompartiments. Das Aufnahmevolumen des Kühlmittelaufnahmeraums ist durch die Teilvolumina der Kompartimente definiert. Vorzugsweise ist das zweite Teilvolumen des zweiten, unteren Kompartiments, zumindest genauso groß wie, insbesondere größer als, das erste Teilvolumen des ersten, oberen Kompartiments. Es sei klar, dass der Kühlmittelaufnahmeraum des Kühlmitteltanks in zwei oder mehr Kompartimente untergliedert sein kann, die miteinander in fluidischer Verbindung stehen. Verschiedene Kompartimente des Kühlmitteltanks können über Schläuche oder Rohre fluidische Verbindung stehen. Bevorzugt grenzen wenigstens zwei der verschiedenen Kompartimente des Kühlmitteltanks unmittelbar, vorzugsweise in der Vertikalrichtung, aneinander an und weisen eine gemeinsame Übergangsfläche auf, die vorzugsweise zur kleineren Querschnittsfläche der aneinandergrenzenden Kompartimente korrespondiert, insbesondere dieser entspricht.

Gemäß einer Weiterbildung eines Kühlmitteltanks mit mehreren Kompartimenten ist die wenigstens eine Kühlmittelpumpe, vorzugsweise in Horizontalrichtung, versetzt zu dem oberen Kompartiment, in dem unteren Kompartiment des Kühlmittelaufnahmeraums angeordnet. Insbesondere ist die wenigstens eine Kühlmittelpumpe zumindest zum überwiegenden Teil, vorzugsweise vollständig, außerhalb einer vertikale Projektionsfläche der Querschnittsfläche des ersten Kompartiments angeordnet. Die teil- und/oder vollumfängliche Ummantelung des wenigstens einen Elektromotors der Kühlmittelpumpe ist vorzugsweise ausschließlich durch das untere Kompartiment realisiert. Bei einer Ausführung eines Kühlmitteltanks mit mehreren Elektromotoren können die mehreren Elektromotoren vorzugsweise ausschließlich durch das untere Kompartiment umgeben sein. Mit einer derartigen Anordnung kann ein Trockenlaufen der Kühlmittelpumpe sicher vermieden werden. Alternativ oder zusätzlich kann so ein besonders einfacher Zugriff auf die Kühlmittelpumpe realisiert sein.

Gemäß einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung des Kühlmitteltanks weist die wenigstens eine Kühlmittelpumpe einen zwischen dem oberen Kompartiment und dem unteren Kompartiment angeordneten zweiten Kühlfluidanschluss auf. Der zweite Kühlfluidanschluss realisiert vorzugsweise einen Sauganschluss. Insbesondere steht der zweite Kühlfluidanschluss der Kühlmittelpumpe mit einem Saugstutzen in fluidischer Verbindung. Bei einer Ausführung eines Kühlmitteltanks mit einer Impeller-Kühlmittelpumpe ist der als Sauganschluss ausgelegte zweite Kühlfluidanschluss vorzugsweise im radialmittigen Bereich bezüglich der Drehachse vorzugsweise koaxial an die Kühlmittelpumpe angebunden. Insbesondere umfasst der zweite Kühlfluidanschluss ein T-Rohr und/ oder ein L-Rohr. Vorzugsweise schafft das T- Rohr und/oder das L-Rohr eine fluidische Verbindung des zweiten Kühlfluidanschluss mit dem ersten, oberen Kompartiment.

Gemäß einer anderen alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung eines Kühlmitteltanks weist die Kühlmittelpumpe einen innerhalb des Kühlmittelaufnahmeraums angeordneten zweiten Kühlfluidanschluss auf.

Bei einer Ausführung eines Kühlmitteltanks, die mit den vorigen kombinierbar ist, ist der Elektromotor an einer Oberseite des Kühlmitteltanks im Bereich des unteren Kompartiments angeordnet und/oder an einer Unterseite des Kühlmitteltanks, vorzugsweise im Bereich des unteren Kompartiments, angeordnet. Der Elektromotor weist eine in Vertikalrichtung orientierte Drehachse auf. Vorzugsweise ist die Drehachse des Elektromotors parallel zur Vertikalrichtung orientiert. Die axiale Höhe des Elektromotors ist insbesondere nicht kleiner als 66%, vorzugsweise nicht kleiner als 75%, besonders bevorzugt nicht kleiner als 90%, der zweiten Höhe des zweiten Kompartiments im Bereich dieses Elektromotors. Vorzugsweise entspricht die axiale Höhe des Elektromotors, insbesondere des Stators und/oder des Motors, im Wesentlichen der zweiten Höhe des zweiten Kompartiments. Es kann bevorzugt sein, dass eine axiale Stirnfläche und/oder Fußfläche des im Wesentlichen zylindrischen Elektromotors im Bereich der Unterseite oder der Oberseite des Kühlmitteltanks im Bereich des unteren Kompartiments angeordnet ist. Vorzugsweise ist die axiale Stirnfläche und/oder Fußfläche im Wesentlichen fluchtend mit der Oberseite oder der Unterseite positioniert. Vorzugsweise ist eine erste, Stirnoder Fußseitenfläche des Elektromotors an der Oberseite und eine zweite, Stirnoder Fußseitenfläche an der zu Oberseite gegenüberliegenden Unterseite angeordnet. Die axiale Stirnfläche und/ oder Fußfläche des Elektromotors kann besonders bevorzugt in Relation zur zweiten Höhe des unteren Kompartiments im Bereich des Elektromotors um nicht mehr als 20 %, vorzugsweise nicht mehr als 10 %, versetzt zu der korrespondierenden Störung- oder Fußfläche angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist die axiale Stirnfläche und/oder Fußfläche des Elektromotors planparallel oder im Wesentlichen planparallel zu der Oberseite und/oder der Unterseite ausgerichtet. Bei einer Ausführung eines Kühlmitteltanks mit mehreren Elektromotoren kann vorgesehen sein, dass die Elektromotoren baugleich sind. Es ist denkbar, dass die Elektromotoren unterschiedlich breit und/oder hoch sind, wobei klar sei, dass die vorgenannten Relationen stets in Bezug auf den räumlichen Bereich des jeweiligen Elektromotors zu verstehen sind.

Bei einer alternativen Ausführung eines Kühlmitteltanks ist der Elektromotor an der Umfangsseite und/ oder der Unterseite des Kühlmitteltanks angeordnet. Mit dieser alternativen Ausführung ist die Drehachse des Elektromotors in Horizontalrichtung orientiert. Vorzugsweise ist die Drehachse des Elektromotors parallel zu der Horizontalrichtung orientiert. Vorzugsweise sind die mehreren Elektromotoren an der gleichen Umfangsseite des Kühlmitteltanks angeordnet. Bei dieser alternativen Ausführung ist die axiale Länge des wenigstens einen Elektromotors vorzugsweise kleiner oder gleich der Querschnittsbreite des Kühlmittelaufnahmeraums im Bereich des Elektromotors. Vorzugsweise ist eine erste, Stirn- oder Fußseitenfläche des Elektromotors im Inneren des Kühlmittelaufnahmeraums angeordnet. Besonders bevorzugt ist eine zweite, Stirn- oder Fußseitenfläche des wenigstens einen Elektromotors an der Unteroder Umfangsseite des Kühlmitteltanks angeordnet.

Es sei klar, dass bei einer Ausführung eines Kühlmitteltanks mit mehreren Elektromotoren zwei oder mehr der mehreren Elektromotoren die gleiche Orientierung oder unterschiedliche Orientierungen aufweisen können. Vorzugsweise weisen wenigstens zwei, insbesondere alle Elektromotoren von mehreren Elektromotoren eines Kühlmitteltanks die gleiche Orientierung auf. Es ist denkbar, dass ein Kühlmitteltank einen ersten, vertikal orientierten Elektromotor und einen zweiten, horizontal orientierten Elektromotor aufweist.

Bei einer Ausführung weist der Kühlmitteltank eine, insbesondere in Vertikalrichtung, gegenüber dem ersten Kühlfluidanschluss angeordnete Aufnahme für den Elektromotor auf, die als Motoraufnahme bezeichnet sein kann. Die Aufnahme kann als topfartige und/oder konkave Einbuchtung des Kühlmitteltanks gebildet sein. Vorzugsweise ist die Aufnahme formkomplementär zu dem Elektromotor. Die Tiefe der Aufnahme entspricht vorzugsweise in etwa der axialen Höhe des Elektromotors und/ oder der zweiten Höhe des zweiten Kompartiments. Die Breite der Aufnahme entspricht vorzugsweise dem Durchmesser des Elektromotors. Es kann bevorzugt sein, dass der Kühlmitteltank eine Durchgangsöffnung für eine Antriebswelle des Elektromotors aufweist, die sich von der Aufnahme in den Kühlmittelaufnahmeraum erstreckt. Die Aufnahme kann eine Wandabschnitt des Kühlmitteltanks definieren, der als Basisfläche bezeichnet sein kann, an dem einerseits (auf der Seite der Aufnahme) eine Stirn- oder Fußseitenfläche des Elektromotors angeordnet ist und an dem andererseits (auf der Seite des Kühlmittelaufnahmeraums) das Fördermittel, insbesondere der Impeller-Rotor, angeordnet ist. Es sei klar, dass ein Kühlmitteltank mit mehreren Elektromotoren eine entsprechende Anzahl von Aufnahmen aufweisen kann, sodass vorzugsweise pro Elektromotor je eine Aufnahme vorhanden ist.

Bei einer Weiterbildung des Kühlmitteltanks mit einer Aufnahme ist der Elektromotor zumindest teilweise in einem fluidführenden Bereich angeordnet. Es kann bevorzugt sein, dass die Aufnahme unterteilt ist in einen fluidführenden Bereich und einen trockenen Bereich. Insbesondere ist der Rotor des Elektromotors in dem fluidführenden Bereich angeordnet und steht mittels einer Antriebswelle mit der Kühlmittelpumpe, insbesondere den Fördermittel, beispielsweise dem Impeller-Rotor, in Verbindung. Der Stator des Elektromotors ist vorzugsweise in dem trockenen Bereich angeordnet.

Bei einer Weiterbildung des Kühlmitteltanks mit einer Aufnahme für einen Elektromotor ist ein Topf deckel zum Verschließen der Aufnahme und/ oder zum Unterteilen der Aufnahme in einen radial innenliegenden Zylinderbereich zum Aufnehmen eines ersten Teils des Elektromotors, vorzugsweise des Rotors, und einen radial außenliegenden Ringbereich zum Aufnehmen eines zweiten Teils des Elektromotors, vorzugsweise des Stators, vorgesehen. Vorzugsweise ist der Topfdeckel dazu ausgestaltet, die Aufnahme in zwei fluidisch voneinander getrennte Bereiche zu unterteilen. Der Topfdeckel kann eine in Axialrichtung in die Aufnahme hineinragende Ringwand aufweisen, wobei die axiale Höhe der Ringwand im Wesentlichen der axialen Tiefe der Aufnahme entspricht.

Gemäß einer Ausführung eines Kühlmitteltanks umfasst der Kühlmitteltank zwei Kühlmittelpumpen, insbesondere genau zwei Kühlmittelpumpen. Vorzugsweise treibt derselbe Elektromotor die zwei Kühlmittelpumpen an. Beispielsweise kann ein erstes Fördermittel der ersten Kühlmittelpumpe an einer Fuß Seitenflächen des Elektromotors vorgesehen sein und das zweite Fördermittel der zweiten Kühlmittelpumpe an einer Stirnseitenfläche desselben Elektromotors. Durch die Verwendung desselben Elektromotors zum Antreiben von zwei oder mehr Kühlmittelpumpen können besonders große Bauraumeinsparungen erreicht werden.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung eines Kühlmitteltanks mit mehreren Kühlmittelpumpen sind die wenigstens zwei oder mehr Kühlmittelpumpen versetzt zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind die Kühlmittelpumpen in Horizontalrichtung versetzt zueinander angeordnet. Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführung sind die Kühlmittelpumpen in Vertikalrichtung versetzt zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind die mehreren Kühlmittelpumpen, insbesondere wenigstens zwei Kühlmittelpumpen, achsenparallel zueinander angeordnet.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung eines Kühlmitteltanks mit mehreren Kühlmittelpumpen, sind die zwei oder mehr Kühlmittelpumpen an dieselbe Motorsteuerungselektronik und/oder an dieselbe Leistungselektronik angeschlossen. Insbesondere ist die Motorsteuerungselektronik und/oder die Leistungselektronik an einer Außenseite des Kühlmitteltanks angeordnet. Vorzugsweise weist der Kühlmitteltank eine Elektronikaufnahme auf, die taschenartig von der Außenseite des Kühlmitteltanks in den Kühlmittelaufnahmeraum hineinragt. Die Elektronikaufnahme ist vorzugsweise zumindest teilumfänglich, besonders bevorzugt vollumfänglich, vom Kühlmittelaufnahmeraum umgeben. Bei einer Ausführung eines Kühlmitteltanks mit wenigstens einem Elektromotor ist die Motorsteuerungs- und/oder Leistungselektronik in einem Abstand zu dem Elektromotor angeordnet. Vorzugsweise ist die insbesondere taschenartige Elektronikaufnahme in einem Abstand zu einer Motoraufnahme an der Außenseite, insbesondere gleichen Außenseite wie die Motoraufnahme(n), des Kühlmitteltanks angeordnet. Bei einem mit mehreren Elektromotoren ausgestatteten Kühlmitteltank kann es bevorzugt sein, dass die Motorsteuerungs- und/ oder Leistungselektronik neben oder zwischen den mehreren Elektromotoren angeordnet ist. Beispielsweise kann eine insbesondere taschenartige Elektronikaufnahme zwischen zwei Motoraufnahmen angeordnet sein. Die Elektronikaufnahme und die wenigstens eine Motoraufnahme erstrecken sich vorzugsweise von derselben Außenseite, beispielsweise einer Umfangsseite, einer Oberseite im Bereich des unteren Kompartiments oder einer Unterseite, in den Kühlmittelaufnahmeraum. Eine solche Anordnung der Motorsteuerungs- und/oder Leistungselektronik gestattet eine Kühlung selbiger mit dem Kühlmittel, was wesentlich effizienter ist als eine konventionelle Luftkühlung. So kann auf einen Luftwärmetauscher verzichtet werden. Der Bauraum kann gegenüber konventionellen Systemen erheblich reduziert werden.

Ein Kühlmitteltank umfasst gemäß einer anderen Ausführung, die mit den vorigen kombinierbar ist, eine Oberseite, die insbesondere im Bereich des oberen Kompartiments angeordnet ist. An dieser Oberseite ist eine Zuführöffnung zum Befüllen des Kühlmittelaufnahmeraums mit Kühlfluid angeordnet. Die Zuführöffnung kann mit einem Verschluss, beispielsweise einem Schraubenverschluss, versehen sein.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung eines Kühlmitteltanks ist die wenigstens eine Kühlmittelpumpe und/oder die Motorsteuerungs- und/oder Leistungselektronik frei von einem Luft- Wärme-Tauscher. Insbesondere ist die Motorsteuerungs- und/oder Leistungselektronik und/oder die wenigstens eine Kühlmittelpumpe frei von einem metallischen Luft- Wärme-Tauscher, beispielsweise aus Aluminium, gebildet. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Unterbringung der Kühlmittelpumpen sowie gegebenenfalls der Motorsteuerungs- und/oder Leistungselektronik innerhalb des Kühlmittelaufnahmeraums eine hocheffiziente Wärmeübertragung aus den elektrischen bis inverse elektromagnetischen Komponenten an das Kühlmittel auch ohne Luft- Wärme-Tauscher erlaubt. Somit kann das Material, das Gewicht, die zusätzlichen Komponenten und Einbauschritte, welche für Luft-Wärme- Tauscher erforderlich sind, eingespart werden. Auf diese Weise lassen sich sowohl ökonomische als auch Bauraum-Einsparungen erzielen.

Die Erfindung betrifft auch einen Kühlmittelkreislauf für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungs- und/oder Elektroantrieb. Der erfindungsgemäße Kühlmittelkreislauf umfasst wenigstens einen Kühlmitteltank, der wie oben beschrieben ausgeführt ist. Der Kühlmittelkreislauf ist vorzugsweise mit wenigstens einer Wärmesenke ausgestattet. Die Wärmesenke kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug-Kühler, der von dem Kühlmittel durchströmt ist, sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Kühlmittelkreislauf als Wärmesenke eine Heizung oder Klimaanlage für den Kraftfahrzeuginnenraum umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann bei einem Kraftfahrzeug, welches eine Traktionsbatterie aufweist, eine Wärmesenke des Kühlmittelkreislaufs in Form eines der Traktionsbatterie zugeordneten Heizaggregats vorgesehen sein. Insbesondere ist der Kühlmittelkreislauf an wenigstens eine Wärmequelle angebunden. Bei einem elektrisch betriebenen Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie kann die Traktionsbatterie an den Kühlmittelkreislauf als Wärmequelle angebunden sein. Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs als Wärmequelle an den Kühlmittelkreislauf angebunden sein. Weiter zusätzlich oder alternativ kann der wenigstens eine Kühlmittelkreislauf eine Wärmequelle in Form einer Klimaanlage für den Kraftfahrzeuginnenraum aufweisen.

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungs- und/oder Elektroantrieb. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug kann wenigstens einen Kühlmitteltank wie oben beschrieben oder wenigstens ein zuvor beschriebenen Kühlmittelkreislauf vorgesehen sein.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen anhand der beiliegenden Figuren werden besonders bevorzugte Ausführungen der Erfindung dargestellt, in denen zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführung eines erfindungsgemäßen Kühlmitteltanks;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Kühlmitteltanks nach Anspruch 1;

Fig. 3 eine zweite Ausführung eines erfmdungsgemäßen Kühlmitteltanks; Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines unteren Kompartiments des Kühlmitteltanks gemäß Fig. 3;

Fig 5 eine andere perspektivische Darstellung des unteren Kompartiments gemäß Fig. 4;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer Abdeckung für eine Motoraufnahme;

Fig. 7 eine Detailansicht der Motoraufnahmen des unteren Kompartiments gemäß Fig. 5; und

Fig. 8 eine Schnittdarstellung durch die Motoraufnahmen gemäß Figur 4.

In der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden für dieselben oder ähnliche Komponenten zur Vereinfachung der Lesbarkeit dieselben oder ähnliche Bezugszeichen verwendet.

Ein erfindungsgemäßer Kühlmitteltank ist nachfolgend im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Der Kühlmitteltank 1 umfasst als wesentliche Komponenten eine Kühlmittelaufnahmeraum 10 und wenigstens eine Kühlmittelpumpe 3a, 3b, deren Motor elektronik vom Kühlmittelaufnahmeraum 10 zumindest teilumfänglich umgeben ist. Beispielsweise umfasst der Kühlmitteltank 1 eine von dem Kühlmittelaufnahmeraum 10 umgebenen Elektromotor 31, der im Wesentlichen durch einen Rotor und einen Stator gebildet ist, wobei der Rotor, der Stator oder beide elektromagnetisch sind. Der Kühlmitteltank 1 kann beispielsweise eine vom Kühlmittelaufnahmeraum 10 umgebene Motorsteuerungs- und/oder Leistungselektronik 33 aufweisen. Die Unterbringung der elektronischen, insbesondere elektromagnetischen, Komponenten der Motorelektronik umgeben vom Kühlmittelaufnahmeraum 10 gestattet eine effektive Wärmeübertragung von der Motorelektronik an das Kühlfluid. Dadurch kann auf großräumige Luft- Wärme-Tauscher zum Temperieren der Motorelektronik verzichtet werden.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine einfache, schematische Ausführung eines erfindungsgemäßen Kühlmitteltanks 1. Insbesondere ist die in den Figuren 1 und 2 dargestellte kubische Form des Kühlmitteltanks 1 und dessen Kühlmittelaufnahmeraum 10 als zum besseren Verständnis der Erfindung gewählte Vereinfachung zu verstehen. Der schematische Kühlmitteltank 1 hat eine Oberseite 15, vier Umfangsseiten 11 und eine Unterseite. Die Motorelektronikkomponenten sind an der Umfangsseite 11 des Kühlmitteltanks angeordnet. An der Oberseite 15 des Behälters ist eine Öffnung 16 zum Befüllen des Kühlmittelaufnahmeraums 10 mit Kühlfluid angeordnet. Die Öffnung 16 kann mit einem Klappdeckel verschließbar sein.

Die Leistungs- und Steuerungselektronik 33 ist ein einer Elektronikaufnahme 51 untergebracht, die durch eine konkave Einbuchtung des Tanks 1 gebildet ist, die sich in den Kühlmittelaufnahmeraum 10 hinein erstreckt. Die Elektronikaufnahme 51 ist quer zur Drehachse D vollumfänglich von dem Kühlmittelaufnahmeraum 10 umgeben. Die Elektronikaufnahme 51 bildet einen kubischen Vorsprung, der sich in den Kühlmittelaufnahmeraum 10 hinein erstreckt. Die Oberseite, die Unterseite und die beiden Seiten rechts und links, die die Elektronikaufnahme 51 begrenzen, sind von einer Kavität des Kühlmittelaufnahmeraums 10 umgeben, die mit dem Kühlfluid geflutet oder zumindest befüllbar ist. Auch die Bodenfläche 57 der Elektronikaufnahme 51 ist vollflächig vom Kühlmittelaufnahmeraums 10 umgeben. Die kubische Elektronikaufnahme 51 ist an fünf Seitenflächen 59 von Kühlfluid umgeben.

Die kombinierte Leistungs- und Steuerungselektronik 33 ist in einem Abstand benachbart zu zwei Pumpen 3a, 3b mit einem jeweiligen Elektromotor 31 angeordnet. Die Motoraufnahmen 25a, 25b sind benachbart in einem Abstand zu der Elektronikaufnahme 51 angeordnet. An der umfänglichen Außenseite n ist der jeweilige erste Kühlfluidanschluss 45 der Pumpen 3a, 3b angeordnet. Der erste Kühlfluidanschluss 45 kann als Abgabeoder Druckanschluss bezeichnet werden. Am ersten Kühlfluidanschluss wird Kühlfluid aus von der jeweiligen Pumpe 3a, 3b abgegeben. Die Pumpen 3a, 3b weisen je einen (nicht näher dargestellten) im Inneren des Kühlmitteltanks angeordneten zweiten Kühlfluidanschluss auf. Am ihrem zweiten Kühlfluidanschluss oder Sauganschluss saugt die Pumpe 3a, 3b das Kühlfluid an. Die hier abgebildeten Pumpen 3a, 3b sind mit einem als Impeller-Rotor ausgestalteten Fördermittel für das Kühlfluid versehen. Zweckmäßigerweise kann der zweite Sauganschluss in Bezug auf die Drehachse D des Impeller-Rotors und des Elektromotors 31 zentral und der Druckanschluss in Bezug auf die Drehachse radial nach außen versetzt angeordnet sein, insbesondere mit tangentialer Ausrichtung bezüglich der Drehachse D, angeordnet sein. Die Drehachsen D der Elektromotoren 31 sind parallel zu einander ausgerichtet. Die Drehachsen D können in der Horizontalrichtung H senkrecht zur Vertikalrichtung V ausgerichtet sein. In der Horizontalrichtung H und in der Vertikalrichtung V sind die Elektromotoren 31 versetzt zu einander angeordnet.

Die Pumpen 3a, 3b umfassen einen jeweiligen Elektromotor 31 mit einem Stator 35 und einem Rotor. Am Rotor ist eine Antriebswelle befestigt, die mit dem Impeller-Rotor verbunden ist, um die Antriebswirkung des Elektromotors 31 auf das Fördermittel zu übertragen (nicht im Detail dargestellt). Der Rotor und der Stator 35 des Elektromotors sind in einer Motoraufnahme 25a, 25b der jeweiligen Pumpe 3a, 3b untergebracht. Die Motoraufnahmen 25a, 25b erstrecken sich von der Umfangsseite 11 ins Innere des Kühlmittelaufnahmeraums 10. Die zylindrische Umfangsfläche und die Basisfläche der Motoraufnahmen 25a, 25b sind vollflächig von einer Kavität umgeben, die mit dem Kühlfluid geflutet oder zumindest befüllbar ist. Das Kühlfluid im Kühlmittelaufnahmeraum 10 umgibt den Stator 35 außenumfänglich an seiner Zylinder außen wand entlang der kompletten axialen Erstreckung des Stators 35 in Relation zur Drehachse D. Auch die in den Kühlmitteltank i hineinragende Stirnseite des Elektromotors 31 ist vollflächig vom Kühlfluid bedeckt.

Figur 3 zeigt eine andere Ausführung eines Kühlmitteltanks 1. Die Figuren 4 bis 8 zeigen verschiedene Ansichten und Details dieses Kühlmitteltanks 1. Ein wesentlicher Unterschied zwischen dem vorigen und dem in Figur 3 dargestellten Kühlmitteltank 1 besteht in dessen Formgestalt. Der in Figur 3 gezeigte Kühlmitteltank 1 bildet eine Kühlfluidaufnahmeraum 10, der sich aus einem oberen Kompartiment 23 und einem unteren Kompartiment 21 zusammensetzt. Das obere Kompartiment 23 hat eine größere Vertikalerstreckung als das untere Kompartiment 21. Quer zur Vertikalrichtung V hat das untere Kompartiment 21 eine größere Horizontalerstreckung als das obere Kompartiment 23.

Ein erster Bereich des unteren Kompartiments 21 dehnt sich vollständig unterhalb des oberen Kompartiments 23 aus. Die Oberseite 15 des Kühlmitteltanks eins ist in diesem ersten Bereich durch die Oberseite des oberen Kompartiments 23 gebildet. Ein zweiter Bereich des unteren Kompartiments 21 befindet sich in der Horizontalrichtung H seitlich versetzt relativ zu dem oberen Kompartiment 21. In zweiten Bereich bedeckt die Oberseite 14 des Kühlmitteltanks 1 nur das untere Kompartiment 21.

Der Kühlmitteltank 1 ist durch zwei schalenartige Hälften geformt. Das untere Schalenteil begrenzt die Unterseite 13 und die Umfangsseite 11 des unteren Kompartiments 21. Das obere Schalenteil bildet die Umfangsseite 11 des oberen Kompartiments 23 und die Tank-Oberseiten 14, 15. Der Kühlmitteltank 1 hat eine stufenförmige Gestalt, wobei sich das obere Kompartiment 23 entgegen der Schwerkraft in der Vertikalrichtung V oberhalb des unteren Kompartiments 21 erhebt. Die Kühlmittelpumpen 3a, 3b sind im Bereich des unteren Kompartiments 21 angeordnet. Die mit einem Drehverschluss verschließbare Befüllöffnung 16 ist an der Oberseite 15 des oberen Kompartiments 23 angeordnet. Durch diese Gestaltung kann für unterschiedliche Füllstände sichergestellt werden, dass die Kühlmittelpumpen 3a, 3b nicht trocken laufen.

Ähnlich wie bei der vorigen Ausführung sind die ersten Fluidanschlüsse 45 der Kühlfluidpumpen 3a, 3b an einer Außenseite des Kühlmitteltanks 1 angeordnet und in Relation zum Impeller 43 tangential ausgerichtet. Im Unterschied zu der vorigen Ausführung sind bei der in Figur 3 gezeigten exemplarischen Ausführung die ersten Fluidanschlüsse 45 bzw. Abgabe- oder Druck-Anschlüsse an der Behälter-Oberseite 14 im Bereich des unteren Kompartiments 21 angeordnet. Die Drehachsen D der Kühlmittelpumpen 3a, 3b ist quer zur Horizontalrichtung H in der Vertikalrichtung V ausgerichtet.

Abweichend von der vorigen Ausführung sind die zweiten Fluidanschlüsse 47 bzw. Sauganschlüsse ebenfalls an der Behälter-Oberseite 14, zwischen dem unteren Kompartiment 21 und dem oberen Kompartiment 23 angeordnet. Der Sauganschluss 47 der Kühlfluidpumpen 3a, 3b ist oberhalb und außerhalb des unteren Kompartiments 21 des Kühlmittelaufnahmeraums 10, im Bereich der Drehachse D des Impellers 43 der Pumpe 3a, 3b angeordnet. Der Sauganschluss 47 umfasst ein T-förmiges Rohr 48, dessen erstes Ende an den Kühlmittelaufnahmeraum 10 im Bereich des oberen Kompartiments 23 angeschlossen ist. Das zweite Ende des T-Rohrs 48 und die Druckanschlüsse 45 sind vorgesehen, um den Kühlmitteltank 1 mit einem Kühlmittelkreislauf beispielsweise eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungs- und/oder Elektroantrieb zu verbinden. An dem Kühlmitteltank 1 können weitere Fluidanschlüsse 49 vorgesehen sein.

In den Figuren 4 und 5 ist die obere Schale des Kühlmitteltanks 1 zur besseren Sicht auf Kühlmittelaufnahmeraum 10 im Bereich des unteren Kompartiments 21 ausgeblendet. Von der Unterseite 13 ragen Aufnahmen 25a, 25b und 51 für die Komponenten der Motorelektronik in den Kühlfluidaufnahmeraum 10 vertikal hinein. Die Motoraufnahmen 25a, 25b haben eine zylindrische Gestalt mit kreisförmiger Basisfläche 37 und zylindrischer Umfangsfläche 39. Die zylindrische Gestalt der Motoraufnahmen 25a, 25b ist im Wesentlichen formkomplementär zur Außenseite des ringförmigen Elektromotor-Stators 35. Im befüllten Zustand des Kühlmitteltanks 1 ist die Basisfläche 37 und die Umfangsfläche 39 von Kühlfluid bedeckt. Entlang der Umfangsfläche 39 umgibt der Kühlfluidaufnahmeraum 10 den Elektromotor 31 vollumfänglich.

An der Basisfläche 37 kann eine zentrale Öffnung 28 für die Antriebswelle 41 der Kühlmittelpumpe 3a bzw. 3b vorgesehen sein. Die Antriebswelle 37 erstreckt sich aus dem Kühlmittelaufnahmeraum 10 in einen zentralen, zylinderförmigen Bereich 26 der Motoraufnahme 25a bzw. 25b hinein. Es ist denkbar, dass an der Öffnung 28 zwischen der Basisfläche 37 und der Antriebswelle 41 keine Dichtung vorgesehen ist. Der zentrale Bereich 26 kann dann als flüssigkeitsführenden Bereich 26 realisiert sein. Im zentralen Bereich 26 der Motoraufnahme 25a bzw. 25b ist der magnetische Rotor 36 angeordnet. Radial zur Drehachse D ist der zentrale zylindrische Bereich 26 umgeben von einem hohlzylindrischen, trockenen Bereich 27, der fluiddicht von dem zentralen Bereich 26 getrennt ist. In dem trockenen Bereich 27 ist der elektromagnetische Stator 35 untergebracht. Der Deckel 29 hat einen zylinderhülsenförmigen Vorsprung und eine kreisförmige Deckelplatte, um die Motoraufnahme 25a, 25b dicht zu verschließen und in die Bereiche 26, 27 zu unterteilen. An der kreisförmigen Grundfläche 37 der Motoraufnahmen 25a, 25b ist außenseitig ein Impeller-Rotor 43 angeordnet, der drehfest mit der Antriebswelle 41 verbunden ist.

Die Drehachse D der Elektromotoren 31 sind in Horizontalrichtung H versetzt zueinander angeordnet und erstrecken sich parallel zueinander in der Vertikalrichtung V. Auch die Motoraufnahmen 25a, 25b sind in der Horizontalrichtung H versetzt zueinander angeordnet. Neben den Motoraufnahmen 25a, 25b ist eine Elektronikaufnahme 51 angeordnet, in der die Motorsteuerungs- und/oder Leistungselektronik 33 angeordnet ist. Die prismatische Elektronikaufnahme hat einer längliche, näherungsweise rechteckige, Grundfläche 57, von welcher aus sich Wände der Umfangsseiten 59 in der Vertikalrichtung V quer durch das untere Kompartiment 21 des Kühlfluidaufnahmeraum 10 erstrecken. Die Umfangsseite 59 sind nahezu vollumfänglich von dem Kühlfluidaufnahmeraum 10 und dem darin angeordneten Kühlfluid umgeben. Nur in zwei Eckbereichen der Elektronikaufnahme 51, die an die Motoraufnahmen 25a, 25b anstößt, ist die im Übrigen vollumfängliche Kühlfluid-Einrahmung der Elektronikaufnahme 51 unterbrochen, wie in Figur 7 zu erkennen ist.

Wie sich anhand der Figuren 4 und 8 erkennen lässt, erstrecken sich die Motoraufnahmen 25a, 25b quer durch den Kühlfluidaufnahmeraum 10. Die axiale Fußseite des Elektromotors 31 ist über den Deckel 29 an der Unterseite 13 zugänglich. An der axialen Stirnseite des Elektromotors 31 ist das Kühlfluid- Fördermittel in Form des Impeller-Rotors 43 angeordnet. Sowohl der Impeller 43 als auch der Elektromotor 31 sind dadurch gut zugänglich, beispielsweise zur Montage, Wartung oder Reparatur. Gleichzeitig gestattete die umfängliche Kühlung des Elektromotors 31 durch Kühlfluid eine hocheffiziente Wärmeabfuhr.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Bezugszeichen:

1 Kühlmitteltank

3a, 3b Kühlmittelpumpe io Kühlmittelaufnahmeraum ii Umfangsseite

13 Unterseite

14, 15 Oberseite

16 Zuführöffnung

21 unteres Kompartiment

23 oberes Kompartiment

25a, 25b Motoraufnahme

26 fluidführender Bereich

27 trockener Bereich

28 Öffnung

29 Deckel

31 Elektromotor

33 Motorsteuerungs- und/ oder Leistungselektronik

35 Stator

36 Rotor

37 Basisfläche 39 Umfangsfläche

41 Antriebswelle

43 Impeller-Rotor

45 erster Kühlfluidanschluss

47 zweiter Kühlfluidanschluss

48 T-Rohr

49 Fluidanschluss

51 Elektronikaufnahme

57 Grundfläche

59 Umfangsfläche

D Drehachse

H Horizontalrichtung

V Vertikalrichtung