DE102011122642B4

DE102011122642B4 - Reversible Gerotorpumpe

Info

Publication number: DE102011122642B4
Application number: DE102011122642.0A
Authority: DE
Inventors: Daryl A. Wilton; James M. Hart; John C. Schultz; David R. Staley
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-01-06
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2016-05-12
Anticipated expiration: 2031-12-31
Also published as: DE102011122642A1; US8734140B2; US20120177520A1; CN102588722B; CN102588722A

Abstract

Reversible Pumpe (10) für eine Maschine mit einer Antriebswelle (34), wobei die Pumpe (10) enthält: ein Gehäuse (14) mit einer eine erste Achse definierenden Mittelnabe (24), einer äußeren kreisförmigen Anlagefläche, einer ersten und zweiten radialen Oberfläche (32A, 32B) und einem ersten und zweiten bogenförmigen Hohlraum (26, 28), wobei: – der erste Hohlraum (28) auf einer ersten Seite der Mittelnabe (24) angeordnet ist und diese partiell umgibt und der zweite Hohlraum (26) auf einer zweiten Seite der Mittelnabe (24) gegenüber der ersten Seite angeordnet ist und die Mittelnabe (24) partiell umgibt, – die äußere Anlagefläche einen bogenförmigen Abschnitt (32) umfasst, der sich von einem äußeren Umfang (30A) der äußeren Anlagefläche radial nach außen erstreckt, – die erste radiale Oberfläche (32A) den äußeren Umfang (30A) der äußeren Anlagefläche und einem inneren Umfang des bogenförmigen Abschnitts (32) miteinander verbindet, und – die zweite radiale Oberfläche (32B) gegenüber der ersten radialen Oberfläche (32A) angeordnet ist und den äußeren Umfang (30A) der äußeren Anlagefläche und den inneren Umfang des bogenförmigen Abschnitts (32) miteinander verbindet; einen innerhalb der äußeren Anlagefläche angeordneten Offset-Ring (16) mit einer Nase (38), die von einem äußeren Umfang (16A) des Offset-Rings (16) radial verläuft, wobei der äußere Umfang (16A) des Offset-Rings (16) eine zweite Achse (16C) definiert und wobei ein innerer Umfang (16B) des Offset-Rings (16) eine dritte Achse (16D) definiert, die von der zweiten Achse (16C) versetzt ist; ein äußeres Zahnrad (18), das auf dem inneren Umfang (16B) des Offset-Rings (16) angeordnet ist; ein inneres Zahnrad (20), das auf einem inneren Umfang (18A) des äußeren Zahnrads (18) angeordnet ist, wobei das innere Zahnrad (20) mit der Antriebswelle (34) für eine gemeinsame Rotation kerbverzahnt ist; und ...

Description

GEBIET
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Schmierpumpe, um unter Druck gesetztes Hydraulikfluid an ein Getriebe zu liefern, und insbesondere auf eine reversible Gerotorpumpe.
HINTERGRUND
Gerotorpumpen sind grundsätzlich bekannt und besitzen ein innenverzahntes Zahnrad und ein darin angeordnetes außenverzahntes Zahnrad, das mit dem innenverzahnten Zahnrad kämmt, wodurch ein Verdrängungseffekt geschaffen wird, siehe beispielsweise DE 29 04 666 A1 .
Ein typisches Mehrganggetriebe nutzt verschiedene Pumpen und Ventile, um Hydraulikfluid unter hohem Druck und mit hohem Strom an die verschiedenen mechanischen Vorrichtungen des Getriebes zu liefern; einschließlich Kupplungen, Bremsen, Stellglieder etc. Diese Pumpen und Ventile werden durch das Drehmoment von einem Antrieb wie zum Beispiel einem Motor angetrieben. In typischen Fällen erfordern die Kupplungen, Bremsen und Stellglieder von der Hydraulikfluidquelle konstanten Druck. Die Fluidquelle ist gewöhnlich eine Pumpe, die mit zumindest einem Ventilkörper gekoppelt ist, um einen konstanten Fluiddruck und -strom zu liefern, selbst wenn die Druckabgabe und Fluidstromrichtung der Pumpe fluktuieren.
Obgleich gegenwärtige Hydraulikfluidpumpen ihren zugedachten Zweck erfüllen, ist der Bedarf an neuen und verbesserten Ausgestaltungen von Hydraulikpumpen evident, welche eine verbesserte Leistung, einen unidirektionalen Fluidstrom und eine Reduzierung der einhergehenden Systemanordnungen bieten. Demgemäß besteht ein Bedarf an einer unidirektionalen, reversiblen Pumpe für Hydraulikfluid unter hohem Druck und mit hohem Strom für ein Getriebe.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, diesem Bedarf gerecht zu werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Diese Aufgabe wird mit einer Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Pumpe umfasst ein Gehäuse, einen Offset-Ring, ein äußeres Zahnrad, ein inneres Zahnrad und eine Abdeckung. Das Gehäuse weist eine Mittelnabe, die eine erste Achse definiert, eine äußere Nabe, eine erste und zweite radiale Oberfläche und einen ersten und zweiten bogenförmigen Hohlraum auf. Der erste Hohlraum ist auf einer Seite der Mittelnabe angeordnet, und der zweite Hohlraum ist auf einer zweiten Seite der Mittelnabe gegenüber der ersten Seite angeordnet. Die äußere Nabe weist einen bogenförmigen Abschnitt auf, der von einem äußeren Umfang der äußeren Nabe radial verläuft, und die erste radiale Oberfläche ist dem äußeren Umfang der äußeren Nabe und einem inneren Umfang des bogenförmigen Abschnitts benachbart angeordnet, und die zweite radiale Oberfläche ist gegenüber der ersten radialen Oberfläche, dem äußeren Umfang der äußeren Nabe und dem inneren Umfang des bogenförmigen Abschnitts benachbart angeordnet. Der Offset-Ring ist innerhalb der äußeren Nabe angeordnet. Der Offset-Ring weist eine Nase auf, die von einem äußeren Umfang des Offset-Rings radial verläuft. Der äußere Umfang des Offset-Rings definiert eine zweite Achse, und der innere Umfang des Offset-Rings definiert eine dritte Achse, die gegen die zweite Achse versetzt ist. Das äußere Zahnrad ist auf dem inneren Umfang des Offset-Rings angeordnet. Das innere Zahnrad ist auf einem inneren Umfang des äußeren Zahnrads angeordnet. Das innere Zahnrad ist mit der Antriebswelle für eine gemeinsame Rotation kerbverzahnt. Die Abdeckung weist einen dritten und vierten Hohlraum auf. Der dritte Hohlraum ist gegenüber dem ersten Hohlraum des Gehäuses angeordnet, und der vierte Hohlraum ist gegenüber dem zweiten Hohlraum des Gehäuses angeordnet. Der Offset-Ring ist in einer ersten oder einer zweiten Position angeordnet. In der ersten Position ist die Nase des Offset-Rings in Kontakt mit der ersten radialen Oberfläche angeordnet, und in der zweiten Position ist die Nase des Offset-Rings in Kontakt mit der zweiten radialen Oberfläche angeordnet.
In einem anderen Beispiel der Erfindung weist die Nase des Offset-Rings mehrere Bohrungen und eine erste und zweite Oberfläche auf. Die erste Oberfläche berührt die erste radiale Oberfläche des Gehäuses, wenn der Offset-Ring in der ersten Position ist, und die zweite Oberfläche berührt die zweite radiale Oberfläche des Gehäuses, wenn der Offset-Ring in der zweiten Position ist, und die Bohrungen erstrecken sich von der ersten Oberfläche der Nase zur zweiten Oberfläche der Nase.
In noch einem anderen Beispiel der Erfindung ist die Antriebswelle imstande, in jede Richtung zu rotieren.
In noch einem anderen Beispiel der Erfindung ist der erste Hohlraum ein Hochdruckhohlraum, und der zweite Hohlraum ist ein Niederdruckhohlraum.
In noch einem anderen Beispiel der Erfindung erstreckt sich der bogenförmige Abschnitt der äußeren Nabe 180° um die erste Achse.
In noch einem weiteren Beispiel der Erfindung weist der äußere Umfang des äußeren Zahnrads ferner eine Umfangsrille auf, und der äußere Umfang des Offset-Rings weist eine Umfangsrippe auf, die in der Rille des äußeren Zahnrads angeordnet ist.
In noch einem weiteren Beispiel der Erfindung enthält das Gehäuse eine Dichtung, die in einer radial außerhalb des äußeren Umfangs der äußeren Nabe angeordneten Rille angeordnet ist.
In noch einem anderen Beispiel der Erfindung ist der Offset-Ring imstande, annähernd 180° zu rotieren.
ZEICHNUNGEN
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise begrenzen;
1 ist eine partielle Querschnittansicht eines Beispiels einer reversiblen Gerotorpumpe, wie sie in einem Getriebe installiert ist;
2 ist eine axiale Ansicht eines Beispiels einer reversiblen Gerotorpumpe, die in Richtung des Uhrzeigersinns oder eine erste Richtung rotiert; und
3 ist eine axiale Ansicht eines Beispiels einer reversiblen Gerotorpumpe, die in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn oder eine zweite Richtung rotiert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten verweisen, ist in 1 ein Beispiel einer in einem Getriebe 12 installierten reversiblen Gerotorpumpe 10 veranschaulicht. Die reversible Gerotorpumpe 10 umfasst ein Gehäuse 14, einen Offset-Ring 16, ein äußeres Zahnrad 18, ein inneres Zahnrad 20 und eine Abdeckung 22. Das mit Hydraulikfluid 11 gefüllte Gerotorgehäuse 14 kann als ein Abschnitt eines Gehäuses 14 des Getriebes 12 ausgebildet sein. Das Gehäuse 14 enthält eine ringförmige geformte Mittelnabe 24, einen Saugabschnitt 26, einen Leitungsabschnitt 28, einen Zahnradabschnitt 30 und einen Offset-Ringabschnitt 32. Die Nabe 24 hat einen inneren Umfang 24A, durch den sich eine Welle 34 des Getriebes 12 erstreckt. Die Welle 34 kann eine Eingangs-, Ausgangs- oder Zwischenwelle sein. Der Saugabschnitt 26 ist eine halbmondförmige Aussparung, die nahe einem äußeren Umfang 24B der Nabe 24 angeordnet ist, die mit einem Hydraulikfluid-Rücklaufkanal (nicht dargestellt) des Getriebes 12 in Verbindung steht. Der Saugabschnitt 26 erstreckt sich partiell um den äußeren Umfang 24B der Nabe 24. Der Leitungsabschnitt 28 ist eine halbmondförmige Aussparung, die nahe dem äußeren Umfang 24B der Nabe 24 angeordnet ist, die mit einem (nicht dargestellten) Hydraulikfluid-Zufuhrkanal des Getriebes 12 in Verbindung steht. Ähnlich dem Saugabschnitt 26 erstreckt sich der Leitungsabschnitt 28 teilweise um den äußeren Umfang 24B der Nabe 24; jedoch ist der Leitungsabschnitt 28 gegenüber dem Saugabschnitt 26 angeordnet, und es gibt keine Überdeckung zwischen dem Saugabschnitt 26 und dem Leitungsabschnitt 28. Eine weitere Beschreibung der Anordnung der Saug- und Leitungsabschnitte 26, 28 findet sich unten. Der Zahnradabschnitt 30 des Gehäuses 14 überdeckt die Naben-, Saug- und Leitungsabschnitte 24, 26, 28. Der Zahnradabschnitt 30 ist zu einer äußeren Oberfläche 34A der Welle 34 offen, was eine Verbindung zwischen der Welle 34 und dem inneren Zahnrad 20 für eine gemeinsame Rotation ermöglicht. Der Offset-Ringabschnitt 32 ist auf einem äußeren Umfang 30A des Zahnradabschnitts 30 angeordnet; er erstreckt sich jedoch annähernd 180° um den äußeren Umfang 30A des Zahnradabschnitts 30. Ein Ende des Offset-Ringabschnitts 32 weist einen vorderen Anschlag 32A auf, und das gegenüberliegende Ende weist einen rückwärtigen Anschlag 32B auf. Die Anschläge 32A, 32B sind radial verlaufende Wände, die ungefähr bei einem Mittelpunkt der Saug- bzw. Leitungsabschnitte 26, 28 ausgerichtet sind. Die Abdeckung 22 weist eine Nabe 22A, einen Leitungsabschnitt 22B und einen Saugabschnitt 22C auf. Die Abdeckung 22 ist so angeordnet, dass die Nabe 22A die Welle 34 des Getriebes 12 aufnimmt und der Leitungsabschnitt 22B und Saugabschnitt 22C mit dem Leitungsabschnitt 28 bzw. Saugabschnitt 26 des Gehäuses 14 fluchten.
Das innere Zahnrad 20 weist eine kerbverzahnte innere Oberfläche 20A auf, die mit einer kerbverzahnten äußeren Oberfläche 34A der Getriebewelle 34 für eine feste Verbindung ineinandergreift, was ermöglicht, dass das innere Zahnrad 20 mit der Welle 34 rotiert. Bezug nehmend nun auf 2 und 3 ist der Gerotor in einer axialen Ansicht dargestellt, wobei die Abdeckung 22 entfernt ist. Ein äußerer Umfang 20B des inneren Zahnrads 20 weist zum Beispiel sechs Zähne 20C auf, kann aber mehr oder weniger Zähne aufweisen. Das äußere Zahnrad 18 hat einen inneren Umfang 18A, der zum Beispiel sieben Zähne 18B umfasst. Im Allgemeinen ist die Anzahl Zähne auf dem inneren Zahnrad 20 immer um Eins geringer als die Anzahl Zähne auf dem äußeren Zahnrad 18. Die Zähne 20B des inneren Zahnrads 20 greifen mit den Zähnen 18B des äußeren Zahnrads 18 ineinander, um mehrere Taschen 36 mit veränderlichem Volumen zwischen den Zahnrädern 18, 20 zu erzeugen. Während sich das innere Zahnrad 20 in Bezug auf das äußere Zahnrad 18 dreht, nehmen die Volumina der Taschen 36 zu, während sie über den Saugabschnitt 26 des Gehäuses 14 gelangen, und nehmen im Volumen ab, während sie über den Leitungsabschnitt 28 des Gehäuses 14 gelangen. Während das Volumen der Tasche 36 zunimmt, zieht oder saugt ein verringerter Druck in der Tasche 36 Hydraulikfluid 11 aus dem Saugabschnitt 26 in die Tasche 36. Während des Volumen der Tasche 36 über dem Leitungsabschnitt 28 abnimmt, zwingt erhöhter Druck in der Tasche 36 das Hydraulikfluid 11 in den Leitungsabschnitt 28 des Gehäuses 14 und daher die Zufuhrleitung des Getriebes 12.
Der Offset-Ring 16 ist ein ringförmiger Ring mit einem äußeren Umfang 16A, von dem aus sich ein Nasenabschnitt 38 radial erstreckt. Der Nasenabschnitt 38 des Offset-Rings 16 ist in dem Offset-Ringabschnitt 32 des Gehäuses 14 angeordnet. Der Nasenabschnitt 38 kann auch Löcher, Kanäle oder bestimmte Zwischenräume mit dem Gehäuse 14 aufweisen. Wie unten erläutert wird, bewegt sich der Nasenabschnitt 38 durch den Offset-Abschnitt 32 des Gehäuses 14. Die Zwischenräume, Löcher oder Kanäle im Nasenabschnitt 38 können so zugeschnitten bzw. bemessen sein, dass sie den dämpfenden Effekt des Hydraulikfluids 11 im Offset-Abschnitt 32 des Gehäuses variieren, während der Offset-Ring 16 rotiert. Obgleich der äußere Umfang 16A einen Kreis definiert, der in den äußeren Umfang 30A des Zahnradabschnitts 30 des Gehäuses 14 passt, definiert außerdem ein innerer Umfang 16B des Offset-Rings 16 einen Kreis, der eine Mitte 16D enthält, die aus einer Mitte 16C des Kreises, der durch den äußeren Umfang 16A des Offset-Rings 16 definiert wird, geringfügig versetzt ist. Die beiden versetzten Mitten 16C, 16D ermöglichen, dass der Offset-Ring 16 eine variable Dicke hat. Die variable Dicke zwingt das äußere Zahnrad 18, die gleiche Rotationsachse wie der innere Umfang 16B des Offset-Rings 16 zu haben.
Wie oben bemerkt wurde, ist das innere Zahnrad 20 mit der Welle 34 verbunden, die durch die Nabe 24 des Gehäuses 14 geht. Das äußere Zahnrad 18 ist auf dem äußeren Umfang 20B des inneren Zahnrads 20 angeordnet, und der Offset-Ring 16 ist auf dem äußeren Umfang 20 des äußeren Zahnrads 18C angeordnet, wobei der Nasenabschnitt 38 des Offset-Rings 16 im Offset-Ringabschnitt 32 des Gehäuses 14 angeordnet ist. Der äußere Durchmesser des äußeren Zahnrads 18 ist ferner der gleiche oder geringfügig kleiner als der innere Durchmesser des Offset-Rings 16. Daher wird die Position der Rotationsachse des äußeren Zahnrads 18 in Bezug auf das innere Zahnrad 20 durch die Rotationslage des Offset-Rings 16 gesteuert. Wenn der Offset-Ring 16 wie in 2 in einer vorderen oder ersten Position ist, ist die Nase 38 des Offset-Rings 16 in Kontakt mit dem vorderen Anschlag 32A des Gehäuses 14, und die Mitte 16D des äußeren Zahnrads 18 ist auf einer ersten Seite der Mitte 16C des inneren Zahnrads 20. Während die Rotation der Welle 34 sich in eine umgekehrte oder Richtung im Uhrzeigersinn D2 wie in 3 ändert, ist der Offset-Ring 16 in einer umgekehrten oder zweiten Position, und die Mitte 16D des äußeren Zahnrads 18 ist auf einer zweiten Seite der Mitte 16C des inneren Zahnrads 20 gegenüber der ersten Seite. Ohne die Verschiebung in der Mitte 16D oder Rotation des äußeren Zahnrads 20 bei einer Änderung der Richtung des inneren Zahnrads 18 würde das Volumen der Taschen 36 zwischen den Zahnrädern 18, 20 über den Leitungsabschnitt 28 des Gehäuses 14 zunehmen und das Volumen über den Saugabschnitt 26 des Gehäuses 14 abnehmen, was folglich einen Strom des Hydraulikfluids 11 umkehrt. Da der Offset-Ring 16 jeweils die Mitte 16D einer Rotation des äußeren Zahnrads 18 verschiebt, halten die Taschen 36 mit variablem Volumen die gleichen Druckänderungen aufrecht, wie wenn die Welle 34 sich in der ersten oder vorwärts gewandten Richtung D1 bewegt.

Claims

Reversible Pumpe (10) für eine Maschine mit einer Antriebswelle (34), wobei die Pumpe (10) enthält: ein Gehäuse (14) mit einer eine erste Achse definierenden Mittelnabe (24), einer äußeren kreisförmigen Anlagefläche, einer ersten und zweiten radialen Oberfläche (32A, 32B) und einem ersten und zweiten bogenförmigen Hohlraum (26, 28), wobei: – der erste Hohlraum (28) auf einer ersten Seite der Mittelnabe (24) angeordnet ist und diese partiell umgibt und der zweite Hohlraum (26) auf einer zweiten Seite der Mittelnabe (24) gegenüber der ersten Seite angeordnet ist und die Mittelnabe (24) partiell umgibt, – die äußere Anlagefläche einen bogenförmigen Abschnitt (32) umfasst, der sich von einem äußeren Umfang (30A) der äußeren Anlagefläche radial nach außen erstreckt, – die erste radiale Oberfläche (32A) den äußeren Umfang (30A) der äußeren Anlagefläche und einem inneren Umfang des bogenförmigen Abschnitts (32) miteinander verbindet, und – die zweite radiale Oberfläche (32B) gegenüber der ersten radialen Oberfläche (32A) angeordnet ist und den äußeren Umfang (30A) der äußeren Anlagefläche und den inneren Umfang des bogenförmigen Abschnitts (32) miteinander verbindet; einen innerhalb der äußeren Anlagefläche angeordneten Offset-Ring (16) mit einer Nase (38), die von einem äußeren Umfang (16A) des Offset-Rings (16) radial verläuft, wobei der äußere Umfang (16A) des Offset-Rings (16) eine zweite Achse (16C) definiert und wobei ein innerer Umfang (16B) des Offset-Rings (16) eine dritte Achse (16D) definiert, die von der zweiten Achse (16C) versetzt ist; ein äußeres Zahnrad (18), das auf dem inneren Umfang (16B) des Offset-Rings (16) angeordnet ist; ein inneres Zahnrad (20), das auf einem inneren Umfang (18A) des äußeren Zahnrads (18) angeordnet ist, wobei das innere Zahnrad (20) mit der Antriebswelle (34) für eine gemeinsame Rotation kerbverzahnt ist; und eine Abdeckung (22) mit einem dritten und vierten Hohlraum (22B, 22C), wobei der dritte Hohlraum (22B) durch die beiden Zahnräder (18, 20) beabstandet gegenüber dem ersten Hohlraum (28) des Gehäuses (14) angeordnet ist und der vierte Hohlraum (22C) durch die beiden Zahnräder (18, 20) beabstandet gegenüber dem zweiten Hohlraum (26) des Gehäuses (14) angeordnet ist; und wobei der Offset-Ring (16) in einer ersten oder einer zweiten Position angeordnet ist, wobei in der ersten Position die Nase (38) des Offset-Rings (16) in Kontakt mit der ersten radialen Oberfläche (32A) angeordnet ist und in der zweiten Position die Nase (38) des Offset-Rings (16) in Kontakt mit der zweiten radialen Oberfläche (32B) angeordnet ist.
Reversible Pumpe nach Anspruch 1, wobei die Nase (38) des Offset-Rings mehrere Bohrungen und eine erste und zweite Oberfläche aufweist, wobei die erste Oberfläche die erste radiale Oberfläche (32A) des Gehäuses (14) berührt, wenn der Offset-Ring (16) in der ersten Position ist, und die zweite Oberfläche die zweite radiale Oberfläche (32B) des Gehäuses (14) berührt, wenn der Offset-Ring (16) in der zweiten Position ist, und die Bohrungen sich von der ersten Oberfläche der Nase (38) zur zweiten Oberfläche der Nase (38) erstrecken.
Reversible Pumpe nach Anspruch 1, wobei die Antriebswelle (34) imstande ist, in jede Richtung zu rotieren.
Reversible Pumpe nach Anspruch 1, wobei der erste Hohlraum (28) ein Hochdruckhohlraum ist und der zweite Hohlraum (26) ein Niederdruckhohlraum ist.
Reversible Pumpe nach Anspruch 1, wobei sich der bogenförmige Abschnitt (32) der äußeren Anlagefläche 180° um die erste Achse erstreckt.
Reversible Pumpe nach Anspruch 1, wobei der äußere Umfang des äußeren Zahnrads (18) ferner eine Umfangsrille enthält und der äußere Umfang des Offset-Rings (16) eine Umfangsrippe enthält, die in der Rille des äußeren Zahnrads (18) angeordnet ist.
Reversible Pumpe nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (14) eine Dichtung enthält, die in einer Rille angeordnet ist, die radial außerhalb des äußeren Umfangs der äußeren Anlagefläche angeordnet.
Reversible Pumpe nach Anspruch 1, wobei der Offset-Ring (16) imstande ist, annähernd 180° zu drehen.