| JP54101015 | GAS TURBINE POWER PLANT |
| JP2707995 | LIQUID-COOLED DYNAMO-ELECTRIC MACHINE |
| JP62225147 | AC GENERATOR FOR VEHICLE |
BEEZ, Steve (Ahornstrasse 4, Masserberg, 98666, DE)
HELMIS, Martin (Obertürkheimer Straße 22, Esslingen, 73733, DE)
KRAPPEL, Michael (Daimlerstraße 58, Stuttgart, 70372, DE)
MAEDER, André (Ebenhardser Dorfstraße 15, Hildburghausen, 98646, DE)
BEEZ, Günther (Ahornstraße 4, Masserberg, 98666, DE)
BEEZ, Steve (Ahornstrasse 4, Masserberg, 98666, DE)
HELMIS, Martin (Obertürkheimer Straße 22, Esslingen, 73733, DE)
KRAPPEL, Michael (Daimlerstraße 58, Stuttgart, 70372, DE)
MAEDER, André (Ebenhardser Dorfstraße 15, Hildburghausen, 98646, DE)
| Ansprüche 1 . Flüssigkeitsfördereinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Brennkraftmaschine (1 ), mit einer Pumpe (8) zum Fördern eines Hydraulikmediums, mit einem Elektromotor (9) zum Antreiben der Pumpe (8), wobei ein Rotor (13) des Elektromotors (9) in einem Rotorraum (18) drehbar gelagert ist, der von einem Kühlmittel (19) durchströmbar ist, wobei der Rotorraum (18) durch ein Spaltrohr (20) von einem Stator (16) des Elektromotors (9) fluidisch dicht getrennt ist, wobei ein Motorgehäuse (17) einen Kühlmitteleinlass (29) und einen Kühlmit- telauslass (30) aufweist, wobei ein mit dem Kühlmitteleinlass (29) und dem Kühlmittelauslass (30) fluidisch verbundener Innenraum (31 ) des Motorgehäuses (17) mit dem Motorraum (18) fluidisch verbunden ist. 2. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, - dass das Kühlmittel (19) vom Hydraulikmedium fluidisch getrennt ist, und/oder - dass das Kühlmittel (19) und das Hydraulikmedium verschiedene Flüssigkeiten sind. 3. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein durch die Pumpe (8) geführter Hydraulikpfad (42) stromab der Pumpe (8) eine Entnahmestelle (44) für einen Teilstrom (43) des Hydraulikmediums aufweist, der als Kühlmittel (19) für den Elektromotor (9) verwendet wird, wobei zwischen der Entnahmestelle (44) und dem Kühlmitteleinlass (29) insbesondere eine Wärmesenke (45) angeordnet sein kann. 4. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltrohr (20) im Bereich des Rotors (13) hohl ausgestaltet und vom Kühlmittel (19) durchströmbar ist. 5. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (13) als Nassläufer ausgestaltet ist. 6. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltrohr (2) an einer Stirnseite mit einem Boden (22) verschlossen ist, der insbesondere hohl ausgestaltet und vom Kühlmittel (19) durchströmbar sein kann. 7. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, - dass das Motorgehäuse (17) eine Wellendichtung (32) aufweist, durch die hindurch eine mit dem Rotor (13) antriebsverbundene Abtriebswelle (14) des Elektromotors (9) aus dem Motorgehäuse (17) herausgeführt ist, - dass die Wellendichtung (32) innenraumseitig vom Kühlmittel (19) beaufschlagt ist, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass das Motorgehäuse (17) einen Dichtungsbereich (33) aufweist, in dem die Wellendichtung (32) angeordnet ist und der eine radiale und axiale Kühlung der Wellendichtung (32) ermöglicht. 8. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (13) und/oder die Abtriebswelle (14) am Motorgehäuse (17) drehbar gelagert ist/sind. 9. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abtriebswelle (14) des Elektromotors (9) mit einer Antriebswelle (37) der Pumpe (8) antriebsverbunden ist oder mit dieser eine integrale Einheit bildet. 10. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Kühlmittel (19) dem Elektromotor (9) zuführender und das Kühlmittel (19) vom Elektromotor (9) abführende Kühlmittelpfad (38) in einen Kühlkreis (10) der Brennkraftmaschine (1 ) eingebunden ist, der zum Kühlen eines Motorblocks (3) der Brennkraftmaschine (1 ) vorgesehen ist. 1 1 . Flüssigkeitsfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (8) außerhalb des Rotorraums (18) und/oder des Motorgehäuseinnenraums (31 ) angeordnet ist. 12. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungselektronik (53) zur Versorgung des Stators (16) mit elektrischer Energie so angeordnet ist, dass mit dem Kühlmittel (19) Wärme von der Leistungselektronik (53) abführbar ist. 13. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Platine (54) der Leistungselektronik (53), die auf einer ersten Seite (55) elektrische Komponenten der Leistungselektronik (53) trägt, an einer der ersten Seite (55) gegenüberliegenden zweiten Seite (56) direkt mit dem Kühlmittel (19) beaufschlagt ist. 14. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Platine (54) der Leistungselektronik (53), die elektrische Komponenten der Leistungselektronik (53) trägt, hohl ausgestaltet ist und vom Kühlmittel (19) durchströmt ist. 15. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (16) wenigstens einen Kühlkanal (57) aufweist, durch den das Kühlmittel (19) strömt. 16. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (16) aus einer Vielzahl, vorzugsweise in der Axialrichtung des Rotors (13), aufeinandergestapelter Statorbleche (58) aufgebaut ist, in denen wenigstens ein solcher Kühlkanal (57) ausgebildet ist. 17. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (16) wenigstens eine Statorwicklung (59) aufweist, in die wenigstens ein Rohr (60) zur Ausbildung eines solchen Kühlkanals (57) eingebunden ist. 18. Flüssigkeitsfördereinrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (16) zum Rotorraum (18) hin wenigstens eine elektrische Isolierung (61 ) aufweist, wobei in der Isolierung (61 ) wenigstens ein Rohr (62) zur Ausbildung eines solchen Kühlkanals (57) angeordnet ist. ***** |
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsfördereinrichtung, insbesondere eine Ölfördereinrichtung, für ein Fahrzeug, insbesondere für eine Brennkraftmaschine.
Mit einer Flüssigkeitsfördereinrichtung lassen sich grundsätzlich beliebige Flüssigkeiten, also Hydraulikmittel, fördern. Im besonderen Fokus sind im vorliegenden Zusammenhang Flüssigkeiten, die von Wasser verschieden sind und insbesondere einen höheren Siedepunkt als Wasser besitzen, wie z.B. Öle oder flüssige Wärmeträgermedien.
Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Fahrzeuganwendungen, gibt es Öl- kreise, beispielsweise zur Schmierölversorgung der Brennkraftmaschine oder eines Getriebes. Ebenso sind andere Ölkreise denkbar, beispielsweise zur Versorgung einer Hydraulik oder zum Kühlen oder Erwärmen von Fahrzeugkomponenten. Im jeweiligen Ölkreis befindet sich zumindest eine Ölfördereinrichtung zum Antreiben des Öls bzw. des jeweiligen Hydraulikmittels.
Auch bei anderen Fahrzeuganwendungen können Fluidkreise zum Einsatz kommen, z.B. zum Temperieren von Batterien bei einem Elektroantrieb eines Elektro- fahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs.
Je nach Anwendung kann das Öl im jeweiligen Ölkreis eine vergleichsweise hohe Betriebstemperatur erreichen, die deutlich über 100°C, insbesondere auch über 200°C oder über 250°C, liegen kann. Derartige hohe Temperaturen sind für Öl- fördereinrichtungen problematisch, wenn zum Abdichten stationärer Teile gegenüber rotierenden Teilen Kunststoffdichtungen, insbesondere Elastomerdichtungen, verwendet werden, die bevorzugt als Berührungsdichtungen ausgestaltet sind, und /oder wenn zum Antreiben einer Pumpe ein Elektromotor verwendet wird, der im Betrieb selbst Wärme erzeugt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Fördereinrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere für eine Hochtemperaturanwendung eignet bzw. die eine ausreichende Dichtung auch bei höheren Betriebstemperaturen des zu fördernden Hydraulikmediums gewährleistet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Rotor eines Elektromotors, der zum Antreiben einer Pumpe zum Fördern des Hydraulikmediums vorgesehen ist, in einem Rotorraum drehbar zu lagern, der von einem Kühlmittel durchströmbar ist. Durch diese Maßnahme kann der Rotor des Elektromotors gekühlt werden, wodurch gleichzeitig auch eine Dichtung zwischen Rotor und Stator thermisch entlastet werden kann. Zweckmäßig treibt der Rotor nämlich eine Abtriebswelle des Elektromotors an oder umfasst diese Abtriebswelle, wobei die Abtriebswelle mit der Pumpe antriebsverbunden ist. Beispielsweise kann die Pumpe eine Antriebswelle aufweisen, um ein Pumpenglied, zum Beispiel ein Flügelrad oder ein Pumpenrad oder dergleichen, anzutreiben. Ebenso können Abtriebswelle und Antriebswelle integral durch eine gemeinsame Welle gebildet sein. Jedenfalls muss die Abtriebswelle des Elektromotors aus dem Rotorraum herausgeführt werden, um die Pumpe antreiben zu können. Bei gekühltem Rotor erfolgt auch eine Kühlung der Abtriebswelle sowie eine Kühlung der Dichtung, welche die Abtriebswelle gegenüber dem Rotorraum dichtet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Gehäuse des Elektromotors und ein Gehäuse der Pumpe unmittelbar aneinander grenzen, unmittelbar aneinander befestigt sind oder integral durch ein einheitliches Gehäuse gebildet sind.
Der Rotorraum ist zweckmäßig mit einem Kühlmitteleinlass sowie mit einem Kühlmittelauslass fluidisch verbunden, damit er vom Kühlmittel durchströmbar ist. Ferner ist dadurch eine externe Versorgung mit Kühlmittel realisierbar. Hierdurch ist es grundsätzlich möglich, das extern zugeführte Kühlmittel hinsichtlich der zugeführten Kühlmittelmenge und/oder der Kühlmitteltemperatur zu beeinflussen bzw. zu steuern bzw. zu regeln. Auch kann dadurch eine von dem mit der Pumpe geförderten Hydraulikmedium unterschiedliche Flüssigkeit als Kühlmittel verwendet werden. Beispielsweise kann der Antriebsmotor mit Wasser gekühlt werden, während die Pumpe Öl fördert.
Besonders zweckmäßig ist dann eine Ausführungsform, bei der das Kühlmittel vom Hydraulikmedium fluidisch getrennt ist bzw. bei der das Kühlmittel und das Hydraulikmedium verschiedene Flüssigkeiten sind.
Alternativ ist jedoch ebenso eine Ausführungsform möglich, bei der ein durch die Pumpe geführter Hydraulikpfad stromab der Pumpe eine Entnahmestelle für einen Teilstrom des Hydraulikmediums aufweist, der als Kühlmittel für den Elektromotor verwendet wird, wobei zwischen der Entnahmestelle und dem Kühlmitteleinlass insbesondere eine Wärmesenke angeordnet sein kann. Hierdurch wird zum Kühlen zwar das Hydraulikmedium verwendet, das von der Pumpe gefördert wird, jedoch wird dieser als Kühlmittel dienende Teilstrom des Hydraulikmittels nicht intern, z.B. über gezielte Leckagen, sondern extern zugeführt, wodurch eine genauere Mengensteuerung möglich ist. Insbesondere wird dadurch auch eine Zwischenkühlung des Teilstroms des Hydraulikmittels ermöglicht, bevor es als Kühlmittel in den Rotorraum eintritt. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher der Rotorraum durch ein Spaltrohr von einem Stator des Elektromotors fluidisch dicht getrennt ist. Auf diese Weise ist der Stator vom Kühlmittel entkoppelt, so dass die im Stator untergebrachte Elektronik geschützt ist. Das Spaltrohr erstreckt sich in einem Ringspalt zwischen Rotor und Stator, in dem die elektromagnetischen Kräfte zwischen Stator und Rotor übertragen werden. Der Elektromotor ist hierzu zweckmäßig als bürstenloser Elektromotor konzipiert, so dass er ohne körperlichen Kontakt zwischen Rotor und Stator auskommt, abgesehen von einer Drehlagerung des Rotors am Stator.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Spaltrohr im Bereich des Rotors hohl ausgestaltet und vom Kühlmittel durchströmbar. Beispielsweise ist das Spaltrohr hierzu doppelwandig konfiguriert, wobei zwei hohlzylindrische Wände koaxial zueinander angeordnet sind. Die Innenwand begrenzt den Rotorraum gegenüber dem Rotor, während die Außenwand den Rotorraum gegenüber dem Stator begrenzt. Bei dieser Bauform ist der Rotor als Trockenläufer ausgestaltet, da er zumindest im Bereich der elektromagnetischen Kraftübertragung keinen Kontakt zum Kühlmittel aufweist. Die Abtriebswelle kann dabei vom Kühlmittel umspült sein oder durch ein Abtriebswellenrohr trocken hindurchgeführt sein.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Rotor als Nassläufer ausgestaltet sein. In diesem Fall ist der Rotor, zumindest in dem Bereich, in dem die elektromagnetische Kraftübertragung stattfindet, vom Kühlmittel umspült. Zweckmäßig ist dann auch die Abtriebswelle vom Kühlmittel umspült. Alternativ kann die Abtriebswelle in einem Rohr trocken laufen.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der das Spaltrohr an einer Stirnseite, die zweckmäßig an einem von der Pumpe abgewandten Ende ange- ordnet ist, mit einem Boden verschlossen ist, der ebenfalls hohl ausgestaltet und vom Kühlmittel durchströmbar ist. Auf diese Weise kann der Rotor auch stirnseitig gekühlt werden. Insbesondere kann eine Überhitzung des Stators dadurch effektiv vermieden werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Motorgehäuse eine Wellendichtung aufweisen, durch die hindurch eine mit dem Rotor antriebsverbundene Abtriebswelle des Elektromotors aus dem Motorgehäuse herausgeführt ist. Sofern die Abtriebswelle als Bestandteil des Rotors aufgefasst wird, da sie immerhin ebenfalls mit dem Rotor rotiert, ist durch die Wellendichtung hindurch die Abtriebswelle des Rotors aus dem Motorgehäuse herausgeführt. Da der Innenraum des Motorgehäuses mit dem Rotorraum fluidisch verbunden ist, ergibt sich auch eine Kühlung des Motorgehäuses im Bereich der Wellendichtung.
Die Wellendichtung kann dabei konventionell als Berührungsdichtung oder alternativ als Labyrinthdichtung ausgestaltet sein oder eine Kombination von Berührungsdichtung und Labyrinthdichtung umfassen. Während eine Berührungsdichtung höhere Drücke abdichten kann, arbeitet eine Labyrinthdichtung nahezu verschleißfrei.
Besonders vorteilhaft ist nun eine Ausführungsform, bei welcher die Wellendichtung innenraumseitig vom Kühlmittel beaufschlagt ist. Hierdurch kann das Kühlmittel die Wellendichtung unmittelbar kühlen. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das Motorgehäuse einen Dichtungsbereich aufweist, in dem die Wellendichtung angeordnet ist und der eine radiale und axiale Kühlung der Wellendichtung ermöglicht. Hierdurch kann die Wellendichtung intensiv gekühlt werden. Insbesondere kann die Wellendichtung dann aus bzw. mit Kunststoff hergestellt werden. Zweckmäßig sind der Rotor bzw. die Abtriebswelle am Motorgehäuse drehbar gelagert.
Eine Abtriebswelle des Elektromotors ist entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform mit einer Antriebswelle der Pumpe antriebsverbunden. Alternativ, können Abtriebswelle und Antriebswelle eine integrale Einheit bilden.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann ein das Kühlmittel dem Elektromotor zuführender und das Kühlmittel vom Elektromotor abführender Kühlmittelpfad in einen Kühlkreis der Brennkraftmaschine eingebunden sein, der zum Kühlen eines Motorblocks der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Hierdurch kann eine intensive Kühlung von Rotor und Stator bzw. des Elektromotors realisiert werden, wobei der hierzu erforderliche Installationsaufwand vergleichsweise gering ist, da der Motorkreislauf üblicherweise ausreichend Kühlleistung zur Verfügung stellt.
Bei einer anderen Ausführungsform kann ein durch die Pumpe geführter Hydraulikpfad, insbesondere Ölpfad, stromab der Pumpe eine Entnahmestelle für einen Teilstrom des Hydraulikmediums aufweisen, der als Kühlmittel für den Elektromotor verwendet wird. Insbesondere kann dabei zwischen der Entnahmestelle und dem Kühlmitteleinlass eine Wärmesenke angeordnet werden, um den entnommenen Teilstrom stromauf des Rotorraums zu kühlen. Eine derartige Wärmesenke kann beispielsweise ein Wärmeübertrager sein, der an einen Kühlkreis, insbesondere an den Motorkühlkreis angeschlossen sein kann. Alternativ kann ein derartiger Wärmeübertrager auch mit der Umgebung bzw. mit einem Kühlluftstrom wärmeübertragend gekoppelt sein.
Der Kühlmittelauslass des Motorgehäuses kann beispielsweise zu einem Hydrauliktank, insbesondere zu einem Öltank, z.B. zu einer Ölwanne, oder zu einem sonstigen Reservoir führen. Alternativ kann der Kühlmittelauslass auch zu einer Einleitstelle des Hydraulikpfads geführt sein, die sich stromauf der Pumpe befindet.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Pumpe außerhalb des Rotorraums und insbesondere auch außerhalb des Motorgehäuseinnenraums und/oder außerhalb des Motorgehäuses angeordnet sein. Hierdurch kann die thermische Trennung zwischen Pumpe und Elektromotor verbessert werden.
Zweckmäßig kann eine Leistungselektronik zur Versorgung des Stators mit elektrischer Energie angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist diese Leistungselektronik dabei so angeordnet bzw. ausgestaltet, dass mit dem Kühlmittel Wärme von der Leistungselektronik abführbar ist. Auf diese Weise kann eine intensive Kühlung der Elektronik realisiert werden, was zum einen den Wärmeeintrag in den Rotorraum reduziert und zum anderen die Lebensdauer der Elektronik verlängert.
Zur Realisierung einer solchen Kühlung der Elektronik kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Platine der Leistungselektronik, die auf einer ersten Seite elektrische Komponenten der Leistungselektronik trägt, so eingebaut bzw. angeordnet ist, dass sie an einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite direkt mit dem Kühlmittel beaufschlagt ist. Hierdurch kann Wärme direkt von der Platine abgeführt werden. Insbesondere kann hierzu die Platine aus einen Material mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein, z.B. aus einem Metall. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, eine solche Platine der Leistungselektronik, die elektrische Komponenten der Leistungselektronik trägt, hohl auszugestalten und vom Kühlmittel durchströmen zu lassen. Auf diese Weise bildet bereits die Platine selbst einen Kühlkananl, der an einen Kühlmittelpfad angeschlossen werden kann. Ferner kann bei einer anderen Ausführungsform zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass der Stator wenigstens einen Kühlkanal aufweist, durch den das Kühlmittel strömt. Während die Durchströmung des Rotorraums mit Kühlmittel für eine Kühlung des Antriebsmotors rotorseitig, also von innen sorgt, führt die Integration eines oder mehrerer Kühlkanäle in den Stator zu einer Kühlung des Antriebsmotors statorseitig, also von außen, so dass nunmehr in beide Richtungen, also nach innen und nach außen Wärme abführbar ist.
Derartige Kühlkanäle lassen sich im oder am Stator auf unterschiedliche Weise realisieren. Die nachfolgend aufgezählten Möglichkeiten sind rein exemplarisch und keinesfalls abschließend zu verstehen. Ferner sind die genannten Möglichkeiten unabhängig voneinander sowie in beliebiger Kombination realisierbar. Zum Beispiel kann der Stator aus einer Vielzahl, vorzugsweise in der Axialrichtung des Rotors, aufeinandergestapelter Statorbleche aufgebaut sein, in denen wenigstens ein solcher Kühlkanal ausgebildet ist. Ferner kann der Stator wenigstens eine Statorwicklung aufweisen, in die wenigstens ein Rohr zur Ausbildung eines solchen Kühlkanals eingebunden ist. Außerdem kann der Stator zum Rotorraum hin wenigstens eine elektrische Isolierung aufweisen, wobei in der Isolierung wenigstens ein Rohr zur Ausbildung eines solchen Kühlkanals angeordnet ist.
Die vorstehend beschriebene Kühlung des Stators bzw. der Elektronik kann vorzugsweise gemeinsam mit der Kühlung des Rotors realisiert werden. Denkbar ist jedoch auch eine Ausführungsform, bei welcher die verschiedenen Kühlaufgaben durch verschiedene Kühlkreise und/oder verschiedene Kühlmittel realisiert werden. Beispielsweise lässt sich der Rotorbereich durch einen Teilstrom des mit der Pumpe geförderten Hydraulikmittels kühlen, währen der Statorbereich bzw. die Elektronik mit einem dazu unterschiedlichen bzw. davon getrennten Kühlmittel gekühlt wird. Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Figur 1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer
Brennkraftmaschine mit einem Hydraulikkreis,
Figur 2 ein stark vereinfachter Längsschnitt eines Elektromotors,
Figur 3 ein stark vereinfachter Querschnitt des Elektromotors.
Entsprechend Figur 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 1 , die stationär oder in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann, zumindest einen Hydraulikkreis 2, mit dem ein Hydraulikmittel einem Hydraulikverbraucher zugeführt werden kann. Der Hydraulikkreis 2 kann auch ohne eine derartige Brennkraftmaschine 1 zur Anwendung kommen. Die Verwendung des Hydraulikkreises 2 in Verbindung mit einer solchen Brennkraftmaschine 1 ist aber von erhöhtem Interesse, da dort preiswerte Lösungen angestrebt sind. Der Hydraulikkreis 2 kann dabei zum Küh- len oder Erwärmen oder allgemein zum thermischen Konditionieren und/oder zum Schmieren einer beliebigen Komponente z.B. der Brennkraftmaschine 1 o- der eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Beispielsweise kann in einem Elekt- rofahrzeug (ohne Brennkraftmaschine 1 ) oder in einem Hybridfahrzeug (mit oder ohne Brennkraftmaschine 1 ) der Hydraulikkreis 2 zum thermischen Konditionieren einer Batterie, insbesondere einer Hochtemperaturbatterie, verwendet werden.
Bevorzugt handelt es sich beim Hydraulikmittel um ein Öl, so dass der Hydraulikkreis 2 im Folgenden auch als Ölkreis 2 bezeichnet werden kann. Dieser Ölkreis 2 dient insbesondere zur Ölversorgung eines Motorblocks 3 der Brennkraftmaschine 1 . Der Ölkreis 2 umfasst dabei einen zum Motorblock 3 bzw. zu nicht näher dargestellten Schmierstellen führenden Vorlauf 4 sowie einen Rücklauf 5, der beispielsweise zu einem Ölreservoir 6 führt, beispielsweise eine Ölwanne, die üblicherweise unten am Motorblock 3 angeordnet ist. Im Ölkreis 2 kann ein Hydraulikkühler bzw. Ölkühler angeordnet sein, der hier jedoch nicht dargestellt ist. Zum Antreiben des Öls ist eine Flüssigkeitsfördereinrichtung 7 vorgesehen, die im Folgenden auch als Ölfördereinrichtung 7 bezeichnet wird. Eine Systemgrenze dieser Ölfördereinrichtung 7 ist in Figur 1 durch einen mit unterbrochener Linie dargestellten Rahmen angedeutet. Die Ölfördereinrichtung 7 umfasst eine Pumpe 8 zum Fördern des Öls sowie einen Elektromotor 9 zum Antreiben der Pumpe 8. Eine Systemgrenze 15 des Elektromotors 9 ist in Figur 1 durch einen mit strichpunktierter Linie angedeuteten Rahmen symbolisiert.
Die Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einem Kühlkreis 10 ausgestattet, der einen Kühler 1 1 und eine Kühlmittelpumpe 12 umfasst und der auf geeignete Weise wärmeübertragend mit dem Motorblock 3 gekoppelt ist. Der Elektromotor 9 weist einen Rotor 13 auf, der zum Antreiben einer Abtriebswelle 14 des Elektromotors 9 dient, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Abtriebswelle 14 einen integralen Bestandteil des Rotors 13 bildet. Jedenfalls ist der Rotor 13 drehfest mit der Abtriebswelle 14 verbunden. Als Rotor 13 wird im Folgenden nur der innerhalb der Systemgrenze 15 liegende Abschnitt des Rotors 13 aufgefasst, in dem die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Rotor 13 und einem Stator 16 des Elektromotors 9 stattfindet. Insoweit weicht die Systemgrenze 15, die den physikalischen Elektromotor, also Stator 16 und Rotor 13 definiert, von einer physischen oder körperlichen Grenze des Elektromotors 9 ab, der zumindest einen Teil der Abtriebswelle 14 umfasst. Insbesondere weist der Elektromotor 9 ein Motorgehäuse 17 auf, das sich zumindest teilweise außerhalb der physikalischen Systemgrenze 5 des Elektromotors 9 befindet.
Jedenfalls ist der Rotor 13 in einem Rotorraum 18 angeordnet, der von einem Kühlmittel 19 durchströmbar ist. Der Rotorraum 18 ist hier durch ein Spaltrohr 20 vom Stator 16 fluidisch dicht getrennt. Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist der Rotor 13 als Nassläufer ausgestaltet, bei dem eine Außenseite 21 des Rotors 13 unmittelbar dem Kühlmittel 19 ausgesetzt, damit in Kontakt steht und vom Kühlmittel 19 umspült ist. Das Spaltrohr 20 ist in diesem Fall außerdem so dimensioniert, dass ein stirnseitiger, axialer Boden 22 des Spaltrohrs 20 von einer axialen Stirnseite 23 des Rotors 13 axial beabstandet ist, so dass auch ein axialer Hohlraum oder Zwischenraum 24 zwischen den beiden Stirnseiten 22, 23 vom Kühlmittel 19 durchströmbar ist.
Der Elektromotor 9 ist somit zweckmäßig als Spaltrohrmotor bzw. als bürstenloser Elektromotor konzipiert. Bei einer alternativen Ausführungsform, bei welcher der Rotor 13 als Trockenläufer konzipiert ist, kann das Spaltrohr 20 im Bereich des Rotors 13 hohl bzw. dop- pelwandig ausgestaltet sein und vom Kühlmittel 19 durchströmbar sein. Beispielsweise umfasst das Spaltrohr 20 dann eine zylindrische Innenwand 25, die den Rotorraum 18 gegenüber dem Rotor 13 dicht verschließt, und eine zylindrische Außenwand 26, die den Rotorraum 18 gegenüber dem Stator 16 dicht verschließt. Stirnseitig ist dann zweckmäßig der Boden 22 ebenfalls hohl bzw. dop- pelwandig ausgestaltet. Insbesondere umfasst der Boden 22 dann einen Innenboden 27, der den Rotorraum 18 gegenüber dem Rotor 13 dicht verschließt, und einen Außenboden 28, der den Rotorraum 18 gegenüber dem Stator 16 dicht verschließt.
Zweckmäßig weist das Motorgehäuse 17 einen Kühlmitteleinlass 29 und einen Kühlmittelauslass 30 auf und enthält einen Innenraum 31 , der mit dem Kühlmitteleinlass 29 und mit dem Kühlmittelauslass 30 fluidisch verbunden ist. Ferner ist der Innenraum 31 mit dem Rotorraum 18 fluidisch verbunden. Im gezeigten Beispiel weist das Motorgehäuse 17 außerdem eine Wellendichtung 32 auf, durch welche die Abtriebswelle 14 hindurchgeführt und aus dem Motorgehäuse 17 herausgeführt ist. Im Beispiel ist die Wellendichtung 32 innenraumseitig, also vom Innenraum 31 her mit dem Kühlmittel 19 beaufschlagt, um die Wellendichtung 32 zu kühlen. Das Motorgehäuse 17 besitzt hierzu einen Dichtungsbereich 33, der in Figur 1 durch einen mit unterbrochener Linie gezeichneten Rahmen angedeutet ist. In diesem Dichtungsbereich 33 ist die Wellendichtung 32 angeordnet. Der Dichtungsbereich 33 ist im Gehäuse 17 bzw. im Innenraum 31 so angeordnet und ausgestaltet, dass er sowohl eine radiale Kühlung als auch eine axiale Kühlung der Wellendichtung 32 ermöglicht. Insbesondere ist eine radiale Einfassung 34 der Wellendichtung 32 mit Kühlmittel 19 beaufschlagt. Außerdem ist ein Axialanschlag 35 für die Wellendichtung 32 mit Kühlmittel 19 beaufschlagt. Im gezeigten Beispiel ist die Wellendichtung 32 als Berührungsdichtung dargestellt. Es ist klar, dass bei einer anderen Ausführungsform auch eine Ausgestaltung als Labyrinthdichtung oder eine kombiniertes Dichtungssystem in Betracht kommt.
Der Rotor 13 und die Abtriebswelle 14 sind zweckmäßig am Motorgehäuse 17 drehbar gelagert. Ein entsprechendes Drehlager 36 kann beispielsweise nahe am Rotor 13 positioniert sein.
Die Abtriebswelle 14 des Elektromotors 9 kann zum Antreiben der Pumpe 8 mit einer Antriebswelle 37 der Pumpe 8 antriebsverbunden sein. Bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher die Abtriebswelle 14 und die Antriebswelle 37 eine integrale Einheit bilden.
Zur Versorgung des Elektromotors 9 mit dem Kühlmittel 19 kann ein Kühlmittelpfad 38 vorgesehen sein, der hier durch Pfeile am Kühlmitteleinlass 29 und am Kühlmittelauslass 30 angedeutet ist. Der Kühlmittelpfad 38 führt das Kühlmittel 19 dem Elektromotor 9 zu und führt es auch wieder vom Elektromotor 9 ab. Der Kühlmittelpfad 38 kann beispielsweise in den Kühlkreis 10 der Brennkraftmaschine 1 eingebunden sein. Beispielsweise kann der Kühlkreis 10 hierzu einen Kühlkreisabschnitt 39 aufweisen, der bei 40 vom Kühlkreis 10 abgezweigt ist und bei 41 in den Kühlkreis 10 rückgeführt ist. Die hier angedeuteten Positionen für die Entnahme 40 und die Rückführung 41 , die sich hier im vom Motorblock 3 kommenden warmen Rücklauf stromauf des Kühlers 1 1 befinden, können natürlich auch an anderer Stelle innerhalb des Kühlkreises 10 vorgesehen sein, insbesondere im zum Motorblock 3 gehenden kalten Vorlauf stromab des Kühlers 1 1.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann anstelle des Kühlmittels des Kühlkreises 10 auch das mit Hilfe der Pumpe 8 in einem durch Pfeile angedeuteten Hydraulikpfad 42 bzw. Ölpfad 42 geführte Öl als Kühlmittel 19 zum Kühlen des Elektromotors 9 verwendet werden. Hierzu kann stromab der Pumpe 8 ein durch Pfeile angedeuteter Teilstrom 43 des von der Pumpe 8 geförderten Öls über eine Entnahmestelle 44 stromab der Pumpe 8, also druckseitig, zum Beispiel am Vorlauf 4 vom Ölpfad 42 abgezweigt und dem Kühlmitteleinlass 29 zugeführt werden. Zwischen Kühlmitteleinlass 29 und Entnahmestelle 44 kann dabei zweckmäßig eine Wärmesenke 45 angeordnet sein. Im Beispiel ist die Wärmesenke 45 als Wärmeübertrager ausgestaltet, der mit dem Kühlkreis 10 wärmeübertragend gekoppelt ist. Beispielsweise kann hierzu ein Kühlkreisabschnitt 46 bei 47 vom Kühlkreis 10 abgezweigt und bei 48 in den Kühlkreis 10 rückgeführt werden. Die hier angedeuteten Positionen für die Entnahme 47 und die Rückführung 48, die sich hier im vom Motorblock 3 kommenden warmen Rücklauf stromauf des Kühlers 1 1 befinden, können natürlich auch an anderer Stelle innerhalb des Kühlkreises 10 vorgesehen sein, insbesondere im zum Motorblock 3 gehenden kalten Vorlauf stromab des Kühlers 1 1 .
Denkbar sind auch andere Maßnahmen zur Realisierung der Wärmesenke 45. Beispielsweise kann die Wärmesenke 45 durch einen Kühler gebildet sein, der einem kühlenden Luftstrom ausgesetzt ist.
Während eine Zulaufleitung 49 die Entnahmestelle 44 mit dem Kühlmitteleinlass 29 verbindet, ist eine Rücklaufleitung 50 an den Kühlmittelauslass 30 angeschlossen. Die Rücklaufleitung 50 kann beispielsweise zum Reservoir 6, also hier zur Ölwanne 6 führen. Alternativ ist es ebenso möglich, die Rücklaufleitung 50 über eine Einleitstelle 51 stromauf der Pumpe 8, also saugseitig an den Ölpfad 42, hier an die Vorlaufleitung 4 anzuschließen.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform befindet sich die Pumpe 8 außerhalb des Rotorraums 18. Außerdem ist die Pumpe 8 außerhalb des Innenraums 31 des Motorgehäuses 17 angeordnet. Ein Gehäuse 52 der Pumpe 8 kann jedoch abweichend zur Darstellung der Figur 1 unmittelbar an das Motorgehäuse 17 angebaut sein. Ebenso ist es möglich, die Fördereinrichtung 7 mit einem gemeinsamen Gehäuse für die Pumpe 8 und den Elektromotor 9 auszustatten, so dass dann ein Motorgehäuseabschnitt 17 und ein Pumpengehäuseabschnitt 52 integral ineinander übergehen.
Während Fig. 1 weitgehend auf eine interne bzw. rotorseitige Kühlung des Elekt- romotrs 9 zeigt, geht aus den Fig. 2 und 3 eine externe bzw. statorseitige Kühlung des Elektromotors 9 hervor. Beispielsweise kann der Elektromotor 9 in üblicher Weise eine Leistungselektronik 53 zur Versorgung des Stators 16 mit elektrischer Energie aufweisen. Diese ist bezüglich des Rotors 13 axial im Motorgehäuse 17 angeordnet ist, und zwar zweckmäßig derart, dass mit dem Kühlmittel 19 Wärme von der Leistungselektronik 53 abführbar ist. Gemäß Fig. 2 kann hierzu eine Platine 54 der Leistungselektronik 53, die auf einer ersten Seite 55 elektrische Komponenten 63 der Leistungselektronik 53 trägt, an einer der ersten Seite 55 gegenüberliegenden zweiten Seite 56 direkt mit dem Kühlmittel 19 beaufschlagt ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Platine 54 der Leistungselektronik 53 hohl ausgestaltet sein und einen vom Kühlmittel 19 durchströmten Hohlraum 64 aufweisen.
Gemäß Fig. 3 kann zusätzlich oder alternativ zur Kühlung des Stators 16 vorgesehen sein, dass der Stator 16 wenigstens einen Kühlkanal 57 aufweist, durch den das Kühlmittel 19 strömt. Im Beispiel der Fig. 3 sind mehrere Varianten gezeigt, wie ein derartiger Kühlkanal 57 im bzw. am Stator 16 angeordnet sein könnte, wobei die einzelnen Varianten einzeln für sich und unabhängig voneinander ebenso realisierbar sind wie alle gemeinsam oder in beliebiger Kombination miteinander. Beispielsweise kann der Stator 16 gemäß Fig. 2 aus einer Vielzahl, vorzugsweise in der durch einen Doppelpfeil angedeuteten Axialrichtung 65 des Rotors 13, aufeinandergestapelter Statorbleche 58 aufgebaut sein, in denen gemäß Fig. 3 wenigstens ein solcher Kühlkanal 57 ausgebildet ist. Weiterhin kann der Stator 16 in üblicher Weise wenigstens eine Statorwicklung 59 aufweisen. In wenigstens eine solche Statorwicklung 59 kann wenigstens ein Rohr 60 zur Ausbildung eines solchen Kühlkanals 57 eingebunden sein. Ebenso kann der Stator 16 wenigstens eine elektrische Isolierung 61 zum Rotorraum 18 aufweisen, wobei in der Isolierung 61 wenigstens ein Rohr 62 zur Ausbildung eines solchen Kühlkanals 57 angeordnet ist.
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