DE102005030251A1

DE102005030251A1 - Zahnradpumpe, insbesondere Zahnradölpumpe für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102005030251A1
Application number: DE102005030251A
Authority: DE
Inventors: Werner Pfau; Mario Orsini; Reinhold Gabler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-06-29
Filing date: 2005-06-29
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2025-06-30
Also published as: DE102005030251B4

Abstract

Zahnradpumpe zur Versorgung einer Drehmomenterzeugungseinrichtung oder einer Drehmomentübertragungseinrichtung eines Fahrzeugs mit einem Betriebsfluid, mit DOLLAR A - einem drehfest angeordneten ersten Pumpengehäuseelement, das eine kreiszylindrische Ausnehmung aufweist, DOLLAR A - einem äußeren Zahnring, der eine kreiszylindrische radiale Außenseite und eine mit einer Innenverzahnung versehene radiale Innenseite aufweist, wobei der äußere Zahnring drehbar in der Ausnehmung des ersten Pumpengehäuseelements angeordnet ist, DOLLAR A - einen mit einer Außenverzahnung versehenen inneren Zahnring, dessen Außenverzahnung eine geringere Zähnezahl aufweist als die Innenverzahnung, wobei stets ein Teil der Zähne der Außenverzahnung in Eingriff mit einem Teil der Zähne der Innenverzahnung ist und die Ausnehmung und der darin drehbare äußere Zahnring exzentrisch in Bezug auf den inneren Zahnring angeordnet sind. DOLLAR A Ferner ist eine Antriebseinrichtung vorgesehen, mittels der einer der beiden Zahnringe antreibbar ist, wobei die Drehzahl der Antriebseinrichtung mechanisch von der Drehzahl der Drehmomenterzeugungseinrichtung bzw. der Drehmomentübertragungseinrichtung entkoppelt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen sind mit einer Schmierölpumpe ausgestattet, welche permanent Öl aus dem Ölsumpf zu Lagerstellen des Motors pumpt. Als Schmierölpumpen werden üblicherweise Zahnradpumpen verwendet, da sie kostengünstig sind und eine hohe Lebensdauer aufweisen. Zahnradpumpen werden üblicherweise auch bei Getrieben eingesetzt, welche eine separate Getriebeölpumpe benötigen. Bei herkömmlichen Fahrzeugen werden die Zahnradpumpen üblicherweise mechanisch angetrieben, z. B. durch die Kurbelwelle des Motors bzw. durch eine Getriebewelle. Die Pumpendrehzahl ist also mechanisch an die jeweilige Drehzahl des Fahrzeugaggregats, d. h. des Motors oder des Getriebes gekoppelt. Herkömmliche Zahnradpumpen müssen folglich so ausgelegt sein, dass auch bei geringen Drehzahlen des „antreibenden Aggregats" ein hinreichender Schmierölvolumenstrom sichergestellt ist. Dies hat zur Folge, dass in vielen Betriebszuständen, insbesondere in höheren Geschwindigkeitsbereichen, die Zahnradpumpe mehr Öl fördert, als tatsächlich benötigt wird. Im „Hochgeschwindigkeitsbereich" ist die Förderleistung rein mechanisch angetriebener Zahnradpumpen also überdimensioniert, was sich ungünstig auf den Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs auswirkt.

Um die Verlustleistung zu reduzieren, wurde bereits vorgeschlagen, den Ansaugdruck der Zahnradpumpe bedarfsgerecht zu regeln. Derartige Zahnradpumpen sind beispielsweise in der DE 44 37 076 A1 , DE 297 03 369 U1 , oder der DE 195 23 533 A1 beschrieben.

Die Verlustleistung einer Zahnradpumpe lässt sich dadurch begrenzen, dass der Pumpenüberdruck, d. h. der Druck am Ausgang der Pumpe durch ein Regelventil bedarfsgerecht begrenzt wird, was z. B. in der DE 100 43 842 A1 , DE 101 41 786 A1 oder der bereits oben erwähnten DE 195 23 533 A1 beschrieben ist.

Die oben beschriebenen Maßnahmen leisten zwar einen Beitrag zur Verringerung der Verlustleistung der Zahnradpumpe, setzen aber nicht an der eigentlichen Ursache der Entstehung der Verlustleistung an.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine als Motorölpumpe oder Getriebeölpumpe für Fahrzeuge geeignete Pumpe zu schaffen, die in sämtlichen Betriebszuständen des Fahrzeugs eine möglichst geringe Verlustleistung aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, den Antrieb der Zahnradpumpe mechanisch von der Drehzahl des von der Pumpe zu versorgenden Aggregats zu entkoppeln. Die Drehzahl der Zahnradpumpe kann also unabhängig von der momentanen Drehzahl des zu versorgenden Aggregats, z. B. des Verbrennungsmotors bzw. des Getriebes gesteuert oder geregelt werden. Für den Antrieb der Zahnradpumpe kann beispielsweise ein Elektromotor vorgesehen sein, dessen Drehzahl durch eine Elektronik entsprechend dem momentanen Fördervolumenbedarf des zu versorgenden Verbrennungsmotors oder des zu versorgenden Getriebes gesteuert oder geregelt wird.

Die Zahnradpumpe weist ein drehfest in Bezug auf das Verbrennungsmotorgehäuse oder in Bezug auf das Getriebegehäuse angeordnetes erstes Pumpengehäuseteil auf, in dem eine kreiszylindrische Ausnehmung vorgesehen ist. In die kreiszylindrische Ausnehmung des ersten Pumpengehäuseteils ist ein äußerer Zahnring eingesetzt, der eine kreiszylindrische radiale Außenseite und eine mit einer Innenverzahnung versehene radiale Innenseite aufweist. Mit dem äußeren Zahnring kämmt ein innerer Zahnring. Der innere Zahnring ist mit einer Außenverzahnung versehenen, die eine geringere Zähnezahl aufweist als die Innenverzahnung. Die Ausnehmung des ersten Pumpengehäuseteils und der darin drehbar angeordnete äußere Zahnring sind in Bezug auf den inneren Zahnring exzentrisch angeordnet und zwar derart, dass stets ein Teil der Zähne der Außenverzahnung in Eingriff mit einem Teil der Zähne der Innenverzahnung ist. Einer der beiden Zahnringe, z. B. der innere Zahnring wird durch die Antriebseinrichtung der Zahnradpumpe angetrieben. Wie bereits erwähnt kann es sich bei der Antriebseinrichtung um einen Elektromotor handeln. Wesentlich hierbei ist, dass die Antriebseinrichtung der Zahnradpumpe mechanisch von der Drehzahl des von der Zahnradpumpe zu versorgenden Aggregats entkoppelt ist, was eine bedarfsgerechte Regelung der Pumpendrehzahl ermöglicht.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Zahnradpumpe auf einer Welle angeordnet. Bei der Welle kann es sich beispielsweise um die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors oder um eine Getriebewelle handeln. Es kann vorgesehen sein, dass die Zahnradpumpe Öl aus einem Ölsumpf des Motors bzw. des Getriebes ansaugt und über in der Welle vorgesehene radiale Bohrungen und eine in der Welle vorgesehene Längsbohrung verschiedene auf der Welle vorgesehene Lagerstellen, wie z. B. Kugellager, Gleitlager etc. mit Schmieröl versorgt.

Wenn die Zahnradpumpe auf einer Welle angeordnet ist, weist das erste Pumpengehäuseteil vorzugsweise eine Zentralbohrung auf, durch die sich die Welle hindurch erstreckt. Die in dem ersten Pumpengehäuseteil vorgesehene Ausnehmung und der darin drehbare äußere Zahnring der Zahnradpumpe sind in diesem Fall exzentrisch in Bezug auf den inneren Zahnring und die Welle angeordnet. Der innere Zahnring ist also koaxial zur Welle angeordnet. im Unterschied zu herkömmlichen Zahnradpumpen, bei denen der innere Zahnring drehfest mit der Welle gekoppelt ist, d. h. bei der die Zahnradpumpe mechanisch mit dem zu versorgenden Aggregat gekoppelt ist, sind gemäß der Erfindung die beiden in Eingriff befindlichen Zahnringe relativ zu der Welle drehbar. Einer der beiden Zahnringe, z. B. der innere Zahnring, kann also von der Antriebseinrichtung der Zahnradpumpe unabhängig von der Drehzahl der Welle, auf der die Zahnradpumpe angeordnet ist, angetrieben werden.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine auf einer Welle angeordnete Zahnradpumpe gemäß der Erfindung;
2 einen Schnitt durch die Zahnradpumpe entlang der in 1 gezeigten Schnittlinie F-F;
3 eine Explosionsdarstellung der Zahnradpumpe;
4 ein erstes Pumpengehäuseelement der Zahnradpumpe;
5 eine perspektivische Darstellung des Antriebs der Zahnradpumpe; und
6 eine Schnittansicht entlang der in 1 dargestellten Schnittlinie D-D.
Die 1–6 zeigen eine Zahnradpumpe 1, die auf einer Welle 2 angeordnet ist. Die Welle 2 weist mehrere radiale Bohrungen 4, 5 und eine damit verbundene Längsbohrung 6 mit einer Radialbohrung 7 auf, die zu einer hier nicht näher dargestellten Schmierstelle, die z. B. durch ein Kugellager oder ein Gleitlager gebildet sein kann, führt. Die Zahnradpumpe 1 saugt über einen Sauganschluss 8 Öl an und pumpt das angesaugte Öl über die Radialbohrungen 4, 5, die Längsbohrung 6 und die Radialbohrung 7 zu der hier nicht näher dargestellten Schmierstelle.
Die Zahnradpumpe 1 weist ein erstes Gehäuseteil 9 und ein zweites Gehäuseteil 10 auf. In dem ersten Gehäuseteil 9 ist eine kreiszylindrische Ausnehmung 11 vorgesehen, in die ein äußerer Zahnring 12 eingesetzt ist, welcher mit einem inneren Zahnring 13 kämmt. Der innere Zahnring 13 weist eine kreiszylindrische radiale Innenseite auf, mit der er auf einem Flanschabschnitt 14 des zweiten Gehäuseteils 10 sitzt. Der Flanschabschnitt 14 bildet den radial inneren Bereich des zweiten Gehäuseteils 10. Stirnseitig weist das zweite Gehäuseteil 10 einen ringförmigen Plattenabschnitt 15 auf, welcher die Zahnradpumpe 1 stirnseitig verschließt. An der Außenseite des zweiten Gehäuseteils 10 ist eine umlaufende Verzahnung 16 vorgesehen.
Der innere Zahnring 13, der auf den Flanschabschnitt 14 des zweiten Gehäuseteils 10 sitzt, ist drehfest mit dem Flanschabschnitt 14 des zweiten Gehäuseteiles 10 verbunden. Wie am besten aus 5 ersichtlich ist, wird der innere Zahnring 13 durch einen Elektromotor 17 angetrieben. Ein Ritzel 18 des Elektromotors 17 steht dabei in Eingriff mit der Verzahnung 16, die an der Außenseite des zweiten Gehäuseteils 10 vorgesehen ist. Die vom Elektromotor 17 erzeugte Drehbewegung wird über das Ritzel 18 und die Verzahnung 16 auf das zweite Gehäuseteil 10 übertragen und von dessen Flansch 14 auf den inneren Zahnring 13.
2 zeigt einen Schnitt durch die Zahnradpumpe 1 entlang der in 1 dargestellten Schnittlinie F-F. An der Innenseite des Zahnrings 12 (vgl. 1) ist eine Innenverzahnung 19 vorgesehen. Der innere Zahnring 13 (vgl. 1) weist an seiner radialen Außenseite eine Außenverzahnung 20 auf. Die Außenverzahnung 20 des inneren Zahnrings 13 weist eine um eins kleinere Zähnezahl auf, als die Innenverzahnung des äußeren Zahnrings 12.
Wie am besten aus 6 ersichtlich ist, welche einen Schnitt entlang der in 1 dargestellten Schnittlinie D-D zeigt, greift lediglich ein Zeil der Zähne der Außenverzahnung des Innenrings 13 in die Innenverzahnung 19 des äußeren Zahnrings 12 ein. Wie ebenfalls am besten aus 6 ersichtlich ist, sind die in dem ersten Gehäuseteil 9 vorgesehene kreiszylindrische Ausnehmung 11 und der darin drehbar angeordnete äußere Zahnring 12 exzentrisch in Bezug auf den Flansch 14 des zweiten Gehäuseteils 10 und den auf dem Flansch 14 sitzenden inneren Zahnring 13 angeordnet. Der radiale Versatz beträgt a und ist gerade so groß, dass bei einer Drehung des inneren Zahnrings 13 die beiden Verzahnungen 19, 20 ineinander abrollen. Durch Drehen des Zahnrings 13 wird der äußere Zahnring 12 mitgedreht.
Wie am besten aus 4 ersichtlich ist, ist in dem ersten Gehäuseteil 9 in einer Ebene, welche in Axialrichtung versetzt zu der Ebene ist, in welcher die Ausnehmungen 11 vorgesehen ist, eine nierenförmige Saugmulde 21 und eine Druckmulde 22 vorgesehen. Die Saugmulde 21 und die Druckmulde 22 sind durch Stege 23, 24 voneinander getrennt. Die Druckmulde 22 steht über einen Verbindungskanal 25 mit einer sichelförmigen Eindrehung 26 in Fluidverbindung, welche an der Innenseite eines flanschartigen Abschnitts 27 (vgl. 1) des ersten Gehäuseteils 9 vorgesehen ist. Die Eindrehung 26 wie derum steht in Fluidverbindung mit einer Eindrehung 28 (vgl. 1) des Flanschs 14, wobei die Eindrehung 28 über radiale Verbindungsbohrungen mit der in der Welle 2 vorgesehenen Längsbohrung 6 in Fluidverbindung steht.
Durch Drehen des inneren Zahnrings 13 wird der äußere Zahnring 12 mitgedreht. Wie am besten aus den 2 und 6 ersichtlich ist, wird dabei Fluid über den Sauganschluss 8 in die Saugmulde 21 gesaugt und von den ineinander eingreifenden Verzahnungen der beiden Zahnringe in die Druckmulde 22 gedrückt und von dort über den Verbindungskanal 25 in die sichelförmige Eindrehung 26. Von der Eindrehung 26 wird das Öl über radiale Bohrungen 3, 4, welche in der Welle 2 vorgesehen sind, in die Längsbohrung 6 gedrückt.
Ein wesentlicher Vorteil der in den 1–6 beschriebenen Zahnradpumpe besteht darin, dass die Zahnringe, oder genauer gesagt der innere Zahnring 13, nicht wie bei herkömmlichen Zahnradpumpen mechanisch von der Welle 2 angetrieben wird, sondern elektromotorisch von dem Elektromotor 17. Die Zahnringe 12, 13 sind also mechanisch von der durch den Elektromotor 17 gebildeten Antriebseinrichtung entkoppelt. Die Drehzahl der Zahnradpumpe 1 ist somit unabhängig von der Drehzahl der Welle 2. Vielmehr kann die Drehzahl der Zahnradpumpe 1 mittels einer den Elektromotor 17 ansteuernden Elektronik bedarfsgerecht geregelt werden.

Claims

Zahnradpumpe (1) zur Versorgung einer Drehmomenterzeugungseinrichtung oder einer Drehmomentübertragungseinrichtung eines Fahrzeugs mit einem Betriebsfluid, mit – einem drehfest angeordneten ersten Pumpengehäuseelement (9), das eine kreiszylindrische Ausnehmung (11) aufweist, – einem äußeren Zahnring (12), der eine kreiszylindrische radiale Außenseite und eine mit einer Innenverzahnung (19) versehene radiale Innenseite aufweist, wobei der äußere Zahnring (12) drehbar in der Ausnehmung (11) des ersten Pumpengehäuseelements (9) angeordnet ist, – einen mit einer Außenverzahnung (20) versehenen inneren Zahnring (13), dessen Außenverzahnung eine geringere Zähnezahl aufweist als die Innenverzahnung (19), wobei stets ein Teil der Zähne der Außenverzahnung (20) in Eingriff mit einem Teil der Zähne der Innenverzahnung (19) ist und die Ausnehmung (11) und der darin drehbare äußere Zahnring (12) exzentrisch in Bezug auf den inneren Zahnring (13) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebseinrichtung (17) vorgesehen ist, mittels der einer der beiden Zahnringe antreibbar ist, wobei die Drehzahl der Antriebseinrichtung (17) mechanisch von der Drehzahl der Drehmomenterzeugungseinrichtung bzw. der Drehmomentübertragungseinrichtung entkoppelt ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (17) ein Elektromotor ist.
Zahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der Antriebseinrichtung (17) durch eine Elektronik entsprechend dem momentanen Betriebsfluidbedarf der Drehmomenterzeugungseinrichtung bzw. der Drehmomentübertragungseinrichtung gesteuert wird.
Zahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe (1) auf einer Welle (2) angeordnet ist, wobei das erste Pumpengehäuseelement (9) eine Zentralbohrung aufweist, durch die sich die Welle (2) hindurch erstreckt, die Ausnehmung (11) des ersten Pumpengehäuseelements (9) und der darin drehbare äußere Zahnring (12) exzentrisch in Bezug auf den inneren Zahnring (13) und die Welle (2) angeordnet sind und die beiden in Eingriff befindlichen Zahnringe (12, 13) relativ zu der Welle (2) drehbar sind und einer der beiden Zahnringe (13) mittels der Antriebseinrichtung (17) unabhängig von der Drehzahl der Welle (2) antreibbar ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsachse der kreiszylindrischen Ausnehmung (11) einen radialen Versatz (a) in Bezug auf die Welle (2) aufweist,
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Zahnringe (13) drehfest mit einer ringförmigen Platte (15) verbunden ist, welche eine Zentralbohrung aufweist, durch die sich die Welle (2) hindurch erstreckt, wobei die ringförmige Platte (15) Teil eines zweiten Pumpengehäuseelements (10) ist.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Platte (15) drehfest mit dem inneren Zahnring (13) verbunden ist.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Pumpengehäuseelement (10) einen sich in Längsrichtung der Welle (2) an die Zentralbohrung anschließenden kreiszylindrischen Flanschsitz (14) aufweist, der auf der Welle sitzt und der eine kreiszylindrische Außenseite aufweist, auf der der innere Zahnring (13) sitzt.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Pumpengehäuseelement (9) eine Ausnehmung (22) vorgesehen ist, welche einen Druckraum der Zahnradpumpe (1) bildet, wobei in dem ersten Pumpengehäuseelement (9) mindestens ein mit dem Druckraum (22) in Fluidverbindung stehender Fluidkanal (25, 26) vorgesehen ist, über den Fluid aus dem Druckraum (22) herauspumpbar ist.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckraum (22) mit mindestens einer radialen Bohrung (4, 5), die in der Welle (2) vorgesehen ist, in Fluidverbindung steht.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) eine Längsbohrung (6) aufweist, welche über die mindestens eine in der Welle vorgesehene radiale Bohrung (4, 5) mit dem Einstich (3) in Fluidverbindung steht.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pumpengehäuseelement (9) einen Ansaugkanal (8) und einen damit in Fluidverbindung stehenden Saugraum (21) aufweist, wobei durch Abwälzen der Außenverzahnung (20) in der Innenverzahnung (19) Fluid von dem Saugraum (21) in den Druckraum (22) gedrückt wird.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe eine Ölpumpe eines Verbrennungsmotors ist.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe eine Getriebeölpumpe eines Fahrzeuggetriebes ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeuggetriebe ein Handschaltgetriebe ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeuggetriebe ein Automatikgetriebe ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeuggetriebe ein Verteilergetriebe ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeuggetriebe ein Differentialgetriebe ist.