DE102004005430A1

DE102004005430A1 - Ölpumpe für Kraftfahrzeug-Automatgetriebe

Info

Publication number: DE102004005430A1
Application number: DE102004005430A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. Schwarz; Gerd Dipl.-Ing. Frotscher; Thilo Dipl.-Ing. Schmidt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2005-08-25
Also published as: JP2005220910A; US20050169773A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ölpumpe für Kraftfahrzeug-Automatgetriebe, mit einem Getriebegehäuse (2), einem Pumpengehäuse (1) und einem von einem Motor des Kraftfahrzeuges antreibbaren Pumpenrotor (3). Zur Verbesserung der Nutzungsmöglichkeiten in einem Kraftfahrzeug ist bei dieser Pumpe das Pumpengehäuse (1) antreibbar, so dass dadurch die Relativdrehzahl zwischen dem Pumpenrotor (3) und dem Pumpengehäuse (1) veränderbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ölpumpe für Kraftfahrzeug-Automatgetriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Automatgetriebe in Kraftfahrzeugen benötigen für die Versorgung der Schmiereinrichtung und der Steuer- und Betätigungseinrichtungen eine Ölpumpe, die oftmals als Verdrängerpumpe ausgestaltet ist und mit der Drehzahl des Antriebsmotors des Kraftfahrzeuges angetrieben wird.
Heute werden Ölpumpen noch überwiegend als so genannte Konstantpumpen ausgebildet, deren Förderstrom proportional mit ihrer Antriebsdrehzahl ansteigt. Die Auslegung der Pumpe erfolgt dabei im Allgemeinen bei der Leerlaufdrehzahl des Motors. Der dabei gelieferte Förderstrom muss bereits die Anforderungen der zu versorgenden Getriebeeinrichtungen erfüllen. Bei höheren Drehzahlen des Motors fördert eine derartige Konstantpumpe jedoch ein Mehrfaches der an sich erforderlichen Menge. Dadurch nehmen solche Konstantpumpen zuviel Leistung auf, kavitieren und erzeugen ein zu hohes Geräuschniveau. Außerdem müssen die Ölleitungsquerschnitte stark überdimensioniert werden. Ferner ist eine Ölförderung bei stehendem Motor nicht möglich.

Aus der DE 197 50 675 C1 ist bereits eine Ölpumpe bekannt, die neben dem Antrieb durch den Verbrennungsmotor einen zusätzlichen elektrischen Antrieb besitzt. Dadurch wird es ermöglicht, auch bei stehendem Verbrennungsmotor einen Ölstrom zu fördern bzw. bei geringen Drehzahlen den Förderstrom zu erhöhen.

Vor diesem Hintergrund ist es daher die Aufgabe an die Erfindung, eine Ölpumpe für Kraftfahrzeuggetriebe mit einem verbesserten Wirkungsgrad über den gesamten Arbeitsbereich zu schaffen, wobei der Förderstrom möglichst unabhängig von der Drehzahl des Verbrennungsmotors sein soll.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Förderstrom einer Ölpumpe unabhängig von der Drehzahl des Pumpenrotors durch Drehung des Pumpengehäuses verändert werden kann. Damit kann die Ölpumpe selbst mit den dazugehörigen Ansaug- und Druckkanälen auf einen bestimmten Arbeitspunkt, definiert durch eine bestimmte Nenndrehzahl des Pumpenrotors, ausgelegt werden, wobei der Förderstrom dann bei von der Nenndrehzahl abweichender Drehzahl des Pumpenrotors durch Drehung des Pumpengehäuses verändert werden kann.

Liegt die Drehzahl des Pumpenrotors unterhalb der Nenndrehzahl, wird das Pumpengehäuse entgegen der Drehrichtung des Pumpenrotors gedreht, so dass die Relativdrehzahl zwischen Pumpengehäuse und Pumpenrotor erhöht wird. Da die Relativdrehzahl zwischen dem Pumpengehäuse und dem Pumpenrotor den Förderstrom bestimmt, steigt damit auch der Förderstrom. Das Pumpengehäuse wirkt in diesem Fall wie ein zweiter Pumpenrotor und erhöht die treibende Druckdifferenz zwischen Pumpenrotoreingang und Pumpengehäuseausgang.

Liegt die tatsächliche Drehzahl des Pumpenrotors über der Nenndrehzahl, wird mit umgekehrter Wirkung das Pumpengehäuse in gleicher Richtung wie der Pumpenrotor gedreht, so dass der Förderstrom verringert wird.

Aufgrund der Möglichkeit, den Förderstrom durch die Drehung des Pumpengehäuses nachzuregeln, wird der Auslegungsbereich der gesamten Ölpumpe erheblich verringert, so dass der Wirkungsgrad insgesamt steigt und das bisher notwendige Überdimensionieren der Ansaug- und Druckkanäle entfallen kann. Ferner bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, dass auch bei stillstehendem Pumpenrotor ein Ölstrom erzeugt werden kann. Der Stillstand des Pumpenrotors kann entweder dadurch bedingt sein, dass der Motor des Fahrzeuges ausgeschaltet ist oder der Pumpenrotor bzw. dessen Antrieb aufgrund eines technischen Defektes ausgefallen ist.

Eine besonders einfache Möglichkeit des Antriebes des Pumpengehäuses und/oder des Pumpenrotors besteht in der Verwendung eines einfach zu regelnden Elektromotors. Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Rotor des Elektromotors in dem Pumpengehäuse und/oder Pumpenrotor angeordnet ist und der Stator in dem feststehenden Getriebegehäuse. Damit ergibt sich insgesamt eine besonders kompakte Bauform.

Daneben kann vorgesehen sein, dass der Gehäuseantrieb über eine Verzahnung am Gehäuse oder durch direktes Anflanschen eines separaten Elektromotors an das Pumpengehäuse realisiert ist.

Der Ölstrom wird bevorzugt in Bohrungen des Pumpengehäuses geführt, wobei die Bohrungen in an dem Pumpengehäuse und/oder dem Getriebegehäuse ausgebildeten Ringnuten münden. Diese Ringnuten sind vorzugsweise axial und/oder radial nebeneinander angeordnet. Die Aufgabe der Ringnuten ist es, eine ständige Strömungsverbindung zwischen dem stehenden Getriebegehäuse und dem rotierenden Pumpengehäuse herzustellen.

Das Pumpengehäuse ist bei abgestelltem Antrieb desselben wenigstens in einer Drehrichtung gegen Verdrehung blockierbar ausgebildet, so dass das von dem Pumpenrotor auf das Pumpengehäuse ausgeübte Moment in das Getriebegehäuse eingeleitet werden kann. Die Blockierung kann durch einen Freilauf, oder durch eine in eine oder beide Drehrichtungen wirkende Bremse gebildet sein.

Alternativ dazu kann die Blockierung auch durch eine von einem Elektromotor auf das Pumpengehäuse ausgeübte Kraft gebildet werden. So kann durch eine entsprechende Auslegung der Elektromaschine bei Kurzschluss der Statorwicklung ein Rastmoment erzeugt werden, welches eine Bremswirkung erzeugt und damit als Bremse wirken kann.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigen
1a, 1b eine Ölpumpe mit integriertem Elektromotor,
2a, 2b eine Ölpumpe mit externem Antrieb,
3a–3d verschiedene Varianten von Ölpumpen mit durch separate Antriebe C und D angetriebenem Pumpengehäuse beziehungsweise Rotor, sowie
4a–4c verschiedene Varianten von Ölpumpen mit integriertem Elektromotor.
Demnach zeigt 1a und 1b eine Ölpumpe mit integriertem Elektromotor in Schnittdarstellung und Draufsicht. Das Pumpengehäuse 1 ist drehbar in dem feststehenden Getriebegehäuse 2 gelagert und nimmt den Pumpenrotor 3 auf. Der Pumpenrotor 3 wird in bekannter Weise z. B. direkt von einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor angetrieben. Bei Rotation des Pumpenrotors 3 wird Öl von einem Saugkanal 14 über eine Ringnut 9, eine Bohrung 7 und eine Saugniere 5 angesaugt.
Der Pumpenrotor 3 besitzt zudem eine Pumpensichel 8, die bei Rotation des Pumpenrotors 3 den Ölstrom von der Saugniere 5 in eine Druckniere 4 bewegt. Von der Druckniere 4 wird der Ölstrom über eine Bohrung 11 und eine Ringnut 12 in einen Druckkanal 13 gefördert, von wo die verschiedenen Aktuatoren mit Ölstrom versorgt werden können, welche durch den anliegenden Öldruck betätigbar sind. Vorzugsweise sind der Druckkanal 13 und der Saugkanal 14 in axialer Richtung gegenüberliegend in der Pumpe respektive im Getriebegehäuse 2 angeordnet.
Von den Bohrungen 7 und 11 können mehrere, vorzugsweise vier, über den Umfang verteilt vorgesehen sein. Der Pumpenrotor 3 ist in dem Pumpengehäuse 1 angeordnet, welches wiederum in dem feststehenden Getriebegehäuse 2 drehbar gelagert ist. Das Pumpengehäuse 3 besitzt einen in seine äußere Umfangsfläche integrierten Rotor 6 eines Elektromotors, dessen Stator 10 sich in dem feststehenden Getriebegehäuse 2 befindet.
Bei feststehendem Pumpengehäuse 1 wird der Förderstrom der Ölpumpe allein durch die Drehzahl des Pumpenrotors 3 bestimmt. Da aber die Relativdrehzahl zwischen dem Pumpenrotor 3 und dem Pumpengehäuse 1 für den Förderstrom entscheidend ist, kann nun durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Ölpumpe der Förderstrom durch Drehung des Pumpengehäuses 1 verändert werden. So ergibt sich bei Drehung des Pumpengehäuses 1 in Drehrichtung des Pumpenrotors 3 (Drehrichtung A) eine Reduzierung des Förderstroms und bei entgegengesetzter Drehung (Drehrichtung B) eine Erhöhung des Förderstromes.
Da das Getriebegehäuse 2 ein feststehendes Teil ist und das Pumpengehäuse 1 rotiert, ist es von besonderem Vorteil, sowohl in dem Ansaugweg als auch in dem Druckweg eine Ringnut 9 und 12 vorzusehen, so dass eine stän dige Strömungsverbindung zwischen den Bohrungen 7 und 11 und dem Saugkanal 14 und dem Druckkanal 13 besteht.
Durch die nunmehr geschaffene Möglichkeit, den Förderstrom durch Drehung des Pumpengehäuses 1 zu verändern, können sowohl der Saugkanal 14 als auch der Druckkanal 13 gemäß dem optimalen Förderstrom ausgelegt werden, und es muss nur ein verhältnismäßig schmaler Arbeitsbereich für die Auslegung der Ölpumpe zugrunde gelegt werden. Insgesamt führt dies zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades über den gesamten Arbeitsbereich und einer kompakteren Bauform, da die bisher notwendige Überdimensionierung entfällt.
In den 2a und 2b ist eine in Bezug zu 1 im wesentlichen identisch aufgebaute Ölpumpe dargestellt, wobei hier sowohl der Pumpenrotor 3 als auch das Pumpengehäuse 1 durch Antriebswellen 19 und 20 von externen Antrieben C, D angetrieben werden. Solche Antriebe können mechanischer oder elektromechanischer Art sein. Sofern der Elektroantrieb nicht in das Pumpengehäuse integriert ist, kann der Gehäuseantrieb über eine Verzahnung am Pumpengehäuse, durch direktes Anflanschen eines separaten Elektromotors an dasselbe oder der Pumpenrotor wird über eine Übersetzungsstufe erfolgen.
In den 3a–3d sind verschiedene Möglichkeiten dargestellt, wie eine Blockierung des Pumpengehäuses 1 in dem Getriebegehäuse 2 erfolgen kann. Die Blockierung des Pumpengehäuses 1 ist in dem Fall wichtig, indem das Pumpengehäuse 1 nicht angetrieben wird und das von dem Pumpenrotor 3 auf das Pumpengehäuse 1 ausgeübte Moment direkt in das Getriebegehäuse 2 eingeleitet werden muss. Eine konstruktive Möglichkeit besteht in einem Freilauf 17, der entweder am Außenumfang des Pumpengehäuses 1 oder radial nach innen versetzt an einem Absatz 18 des Getriebegehäuses 2 angeordnet ist. Der Freilauf 17, 18 muss so ausgelegt sein, dass er entgegen der Drehrich tung des Pumpenrotors 3 blockiert. Eine andere Möglichkeit besteht darin, eine Bremse 16 vorzusehen oder die Blockierung direkt in dem Antrieb C zu realisieren.
In den 4a–4c sind verschiedene Möglichkeiten dargestellt, wie das Pumpengehäuse 1 mit dem Stator 10 und dem Rotor 6 antreibbar ist sowie über einen Freilauf 17 oder eine Bremse 16 blockiert werden kann. Die Verwendung des elektromotorischen Antriebes bietet überdies den Vorteil, dass dieser auch zum Bremsen oder Blockieren des Pumpengehäuses 1 verwendet werden kann.
Die Bremse 16 bietet einen zusätzlichen Vorteil, dass dadurch die Abstützkraft verringert werden kann und so ein Mitdrehen des Pumpengehäuses 1 durch Lösen der Bremse 16 erreicht wird. Das Mitdrehen des Pumpengehäuses 1 führt automatisch zu einer Verringerung des Förderstromes.

1: Pumpengehäuse
2: Getriebegehäuse
3: Pumpenrotor
4: Druckniere
5: Saugniere
6: Rotor
7: Bohrung
8: Pumpensichel
9: Ringnut
10: Stator
11: Bohrung
12: Ringnut
13: Druckkanal
14: Saugkanal
15: Zwischenplatte
16: Bremse
17: Freilauf
18: Absatz
19: Antriebswelle
20: Antriebswelle
C: Antrieb für das Pumpengehäuse
D: Antrieb für den Pumpenrotor

Claims

Ölpumpe für Kraftfahrzeug-Automatgetriebe, mit einem Getriebegehäuse (2), einem Pumpengehäuse (1) und einem von einem Motor des Kraftfahrzeuges antreibbaren Pumpenrotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1) derart antreibbar ist, dass dadurch die Relativdrehzahl zwischen dem Pumpenrotor (3) und dem Pumpengehäuse (1) veränderbar ist.
Ölpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenrotor (3) und/oder das Pumpengehäuse (1) mittels eines Elektromotors antreibbar ist, und der Rotor (6) des Elektromotors in den Pumpenrotor (3) und/oder das Pumpengehäuse (1) integriert ist.
Ölpumpe nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Pumpengehäuse (1) Bohrungen (7, 11) zur Führung des Ölstroms vorgesehen sind.
Ölpumpe nach Anspruch 3, dadurch dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (7, 11) in an dem Pumpengehäuse (1) und/oder an dem Getriebegehäuse (2) ausgebildete Ringnuten (9, 12) münden.
Ölpumpe nach Anspruch 4, dadurch dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnuten (9, 12) in der Pumpe axial und/oder radial gegenüberliegend in dem Pumpengehäuse (1) angeordnet sind.
Ölpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüch, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1) bei abgestelltem Antrieb desselben wenigstens in einer Drehrichtung gegen Verdrehung blockierbar ist.
Ölpumpe nach Anspruch 6, dadurch dadurch gekennzeichnet, dass die Blockierung aus einem entgegen der Drehrichtung des Pumpenrotors (3) blockierenden Freilauf (17) besteht.
Ölpumpe nach Anspruch 6, dadurch dadurch gekennzeichnet, dass die Blockierung aus einer Bremse (16) besteht.
Ölpumpe nach Anspruch 6, dadurch dadurch gekennzeichnet, dass die Blockierung durch eine von dem Elektromotor auf das Pumpengehäuse (1) ausgeübten elektromotorischen Kraft erfolgt.
Ölpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseantrieb (C) über eine Verzahnung am Pumpengehäuse (1) oder durch ein direktes Anflanschen eines separaten Elektromotors erfolgen kann.
Ölpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Pumpengehäuse (1) und dessen Antrieb ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen ist.
Ölpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1) bei einem Förderstrom größer als der Auslegungsförderstrom des Pumpenrotors (3) in Drehrichtung des Pumpenrotors (3) antreibbar ist.
Ölpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1) bei einem Förderstrom kleiner als der Auslegungsförderstrom des Pumpenrotors (3) entgegen der Drehrichtung des Pumpenrotors (3) antreibbar ist.
Ölpumpe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkanal (13) und der Saugkanal (14) in axialer Richtung gegenüberliegend in der Pumpe respektive im Getriebegehäuse (2) angeordnet sind.