-
Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Eine solche Verdrängerpumpe für einen Kraftwagen ist beispielsweise bereits der
DE 102 22 131 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Verdrängerpumpe umfasst ein Gehäuse. Ferner umfasst die Verdrängerpumpe eine in dem Gehäuse angeordnete Förderkammer und ein in der Förderkammer angeordnetes und um eine erste Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbares erstes Zahnrad, welches über eine Antriebswelle antreibbar ist. Dabei ist die Antriebswelle beispielsweise Bestandteil der Verdrängerpumpe. Das erste Zahnrad weist eine erste Verzahnung auf. Außerdem umfasst die Verdrängerpumpe ein in der Förderkammer angeordnetes, um eine exzentrisch zur ersten Drehachse angeordnete zweite Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbares, eine zweite Verzahnung aufweisendes und über die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung mit dem ersten Zahnrad in Eingriff stehendes und somit von dem ersten Zahnrad antreibbares zweites Zahnrad.
-
Unter der exzentrischen Anordnung der zweiten Drehachse zur ersten Drehachse ist zu verstehen, dass die Drehachsen desachsiert, das heißt in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Die Verdrängerpumpe umfasst des Weiteren wenigstens einen auf einer Saugseite der Verdrängerpumpe angeordneten Einlass, über welchen in die Förderkammer ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, einleitbar ist. Das in die Förderkammer eingeleitete Fluid ist mittels der Zahnräder von der Saugseite zu wenigstens einem auf einer Druckseite der Verdrängerpumpe angeordneten Auslass förderbar, wobei das auf die Druckseite geförderte Fluid über den Auslass beispielsweise aus der Verdrängerpumpe ausleitbar ist. Während des Betriebs der Verdrängerpumpe wird das Fluid mittels der Zahnräder auf der Saugseite angesaugt beziehungsweise über die Saugseite und den Einlass in die Verdrängerpumpe, insbesondere in die Förderkammer, eingesaugt. Auf der Druckseite beziehungsweise über die Druckseite wird das Fluid mittels der Verdrängerpumpe von dieser weggefördert. Beispielsweise weist das Fluid auf der Druckseite einen mittels der Verdrängerpumpe bewirkten höheren Druck als auf der Saugseite auf.
-
Die Verdrängerpumpe weist darüber hinaus wenigstens eine fluidisch mit der Druckseite verbundene Druckkammer auf, in welche Fluid von der Druckseite einleitbar ist. Ferner ist ein die Druckkammer zumindest teilweise begrenzender Stellkolben vorgesehen, welcher mittels des in die Druckkammer eingeleiteten Fluids relativ zum Gehäuse in axialer Richtung des zweiten Zahnrads bewegbar ist. Hierzu wird der Stellkolben mit dem in die Druckkammer eingeleiteten Fluid beaufschlagt, so dass der Stellkolben durch Beaufschlagen des Stellkolbens mit dem in die Druckkammer eingeleiteten Fluid relativ zu dem Gehäuse in axialer Richtung des zweiten Zahnrads bewegbar ist. Dadurch, das heißt durch Bewegen des Stellkolbens in axialer Richtung des zweiten Zahnrads ist zum Einstellen des Fördervolumens der Verdrängerpumpe das zweite Zahnrad relativ zu dem ersten Zahnrad in axialer Richtung verschiebbar. Durch dieses Verschieben des zweiten Zahnrad relativ zum ersten Zahnrad kann eine sogenannte Zahnbreite, über welche die Verzahnungen der Zahnräder miteinander in Eingriff stehen, variiert, das heißt eingestellt werden, was mit der Variierung beziehungsweise Einstellung des beispielsweise spezifischen Fördervolumens der Verdrängerpumpe einhergeht.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verdrängerpumpe der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb der Verdrängerpumpe realisierbar ist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Verdrängerpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Um eine Verdrängerpumpe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich ein besonders effizienter Betrieb der Verdrängerpumpe realisieren lässt, ist erfindungsgemäß ein relativ zu dem ersten Zahnrad in axialer Richtung des ersten Zahnrads mit dem zweiten Zahnrad mitverschiebbares und konzentrisch zu dem ersten Zahnrad angeordnetes erstes Dichtungselement vorgesehen, welches eine mit der ersten Verzahnung korrespondierende dritte Verzahnung aufweist, welche durch Verschieben des ersten Dichtungselements in in Umfangsrichtung der ersten Verzahnung vollständig umlaufenden Eingriff mit der ersten Verzahnung bringbar ist. Steht somit die dritte Verzahnung mit der ersten Verzahnung in Eingriff, so greift die dritte Verzahnung in Umfangsrichtung der ersten Verzahnung vollständig umlaufend in die erste Verzahnung ein. Darunter ist beispielsweise zu verstehen, dass Zähne der dritten Verzahnung in alle Zahnlücken der ersten Verzahnung eingreifen, wobei Zähne der ersten Verzahnung in alle Zahnlücken der dritten Verzahnung eingreifen.
-
Ferner ist erfindungsgemäß ein sich in axialer Richtung an das erste Zahnrad anschließendes und konzentrisch zu dem zweiten Zahnrad angeordnetes zweites Dichtungselement vorgesehen, welches eine mit der zweiten Verzahnung korrespondierende vierte Verzahnung aufweist, die durch Verschieben des zweiten Zahnrads in in Umfangsrichtung der zweiten Verzahnung vollständig umlaufenden Eingriff mit der zweiten Verzahnung bringbar ist. Steht somit die vierte Verzahnung in Eingriff mit der zweiten Verzahnung, so greifen Zähne der vierten Verzahnung in alle Zahnlücken der zweiten Verzahnung ein, wobei Zähne der zweiten Verzahnung in alle Zahnlücken der vierten Verzahnung eingreifen. Somit greift die vierte Verzahnung in Umfangsrichtung der zweiten Verzahnung vollständig umlaufend in die zweite Verzahnung ein. Die dritte Verzahnung beziehungsweise vierte Verzahnung ist somit ein Negativ oder eine Negativform zur ersten Verzahnung beziehungsweise zweiten Verzahnung, wodurch die Zahnräder besonders effektiv abgedichtet werden können.
-
Der Erfindung liegt insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Durch Verschieben des zweiten Zahnrads relativ zum ersten Zahnrad kann eine Zahnbreite, über welche die erste Verzahnung in Eingriff mit der zweiten Verzahnung steht, variiert beziehungsweise verstellt werden, was mit einer Variierung beziehungsweise Verstellung des Fördervolumens der Verdrängerpumpe einhergeht. Somit ist die Verdrängerpumpe als variable Verdrängerpumpe, insbesondere als variable Zahnradpumpe und insbesondere als variable Innenzahnradpumpe, ausgebildet. Dabei weisen herkömmliche, bekannte Technologien zur insbesondere axialen Verstellung der Zahnbreite bei variablen Verdrängerpumpen Schwachstellen hinsichtlich ihrer axialen Leckage auf. Die Relativbewegung der arbeitenden Zahnräder führt in den meisten Fällen zur Bildung eines zusätzlichen Leckagespalts, hervorgerufen durch die Verringerung des axialen Zahneingriffs, das heißt der axialen Zahnbreite um den Betrag der Relativbewegung. Um nun eine Leckage zwischen den Zahnrädern und deren Dichtflächen zumindest gering zu halten, sind erfindungsgemäß die als Negative der jeweiligen Verzahnungen ausgebildeten Dichtungselemente vorgesehen.
-
Vorzugsweise ist das erste Zahnrad ein Stirnrad, so dass die erste Verzahnung als Außenverzahnung ausgebildet ist. Als ferner vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das zweite Zahnrad ein Hohlrad ist, so dass demzufolge die zweite Verzahnung als Innenverzahnung ausgebildet ist. Dementsprechend ist beispielsweise die dritte Verzahnung als zweite Innenverzahnung ausgebildet, wobei die vierte Verzahnung als zweite Außenverzahnung ausgebildet ist. Die Negative, das heißt die Dichtungselemente sitzen beispielsweise einerseits innerhalb des Hohlrades und andererseits außerhalb des treibenden Stirnrades, welches auch als Innenzahnrad bezeichnet wird, mit dem Ergebnis, dass für den Fluidförderraum eine vorteilhafte Dichtheit in axialer Richtung gewährleistet wird. Das Vorhandensein der Dichtungselemente ist besonders vorteilhaft für die vorgesehene Funktionsweise der einstellbaren und insbesondere regelbaren, variablen Zahnbreite, welche auch als Zahneingriffsbreite bezeichnet wird.
-
Vorzugsweise sind die Dichtungselemente als metallische Dichtungen ausgebildet und bilden damit eine stabile und dauerfeste Alternative zu Gummidichtungen bei gleichzeitig optimaler Wärmeleitfähigkeit. Das Negativ des Hohlrades ist das zweite Dichtungselement, wobei das Negativ des Stirnrades beziehungsweise Innenzahnrades das erste Dichtungselement ist. Während das Negativ des Hohlrades beispielsweise mittels einer Distanzhülse in dem auch als Pumpengehäuse bezeichneten Gehäuse gelagert sein kann, wird das Negativ des Innenzahnrades exzentrisch zur Drehachse des Hohlrades im als Hydraulikkolben ausgebildeten Stellkolben angeordnet, insbesondere in den Stellkolben eingepresst. Das erste Zahnrad wird als Innenzahnrad bezeichnet, da es beispielsweise zumindest teilweise in dem Hohlrad angeordnet ist, und liegt beispielsweise innerhalb des ersten Dichtungselements, während sich das Hohlrad zusammen mit seinem korrespondierenden zweiten Dichtungselement dreht. Das Hohlrad, das Innenzahnrad (erstes Zahnrad) und die Negative bilden beispielsweise rotierende Elemente der Verdrängerpumpe, wobei auch die Antriebswelle ein rotierendes Element der Verdrängerpumpe ist. Der Stellkolben ist vorzugsweise rotationsfrei und dreht sich somit nicht relativ zu dem Gehäuse, so dass die rotierenden Elemente relativ zu dem Hydraulikkolben (Stellkolben) drehbar sind. Der Hydraulikkolben bewegt sich infolge der als Druckbeaufschlagung wirkenden Beaufschlagung mit dem Fluid innerhalb des Gehäuses in axialer Richtung, wobei das Fluid beispielsweise einen mittels der Verdrängerpumpe bewirkbaren Systemdruck aufweist.
-
Gegenwärtig stehen Regelbarkeit und Kompaktheit von beispielsweise als Ölpumpen verwendeten Verdrängerpumpen im umgekehrten proportionalen Verhältnis, auf Kosten steigender Systempreise. Der Stellkolben der erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe erfüllt daher zweierlei Funktionen. Er bewirkt infolge der Beaufschlagung mit dem Fluid die Relativbewegung des zweiten Zahnrades gegenüber dem ersten Zahnrad und dient gleichzeitig beispielsweise als exzentrische Fassung für das mit dem ersten Zahnrad korrespondierende erste Dichtungselement. Diese Doppelfunktion des Stellkolbens soll Kosteneinsparungen mit kompakter Bauweise kombinieren.
-
Vorzugsweise sind sämtliche Einzelteile der Verdrängerpumpe rotationssymmetrisch um die jeweilige Drehachse beziehungsweise um die Achse der Antriebswelle ausgeführt, mit dem Ergebnis einer sehr kompakten und kostensparenden Lösung gegenüber mechanisch beziehungsweise elektromechanisch geregelten Konfigurationen, welche mit zusätzlichen Aussparungen im Gehäuse für Feder- und Rückstellelemente oder mit angebrachten Hydraulikmodulen arbeiten.
-
Beispielsweise ist wenigstens eine Feder vorgesehen, über welche das zweite Zahnrad in axialer Richtung am Gehäuse abstützbar beziehungsweise abgestützt ist. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Feder konzentrisch zur ersten Drehachse beziehungsweise konzentrisch um die Antriebswelle angeordnet ist. Diese Verlagerung der Feder konzentrisch um die Antriebswelle begünstigt den zuvor beschriebenen Effekt der Bauraumeinsparung. Montage und Reparatur werden mit zweiteiliger Gehäuseausführung in Topf-Bauweise vereinfacht.
-
Die Verdrängerpumpe ist beispielsweise als Ölpumpe ausgebildet, mittels welcher ein Schmiermittel insbesondere in Form von Öl zum Kühlen und Schmieren von Getriebekomponenten gefördert wird. Beispielsweise kommt die Verdrängerpumpe bei einem Achsantrieb, insbesondere Hinterachsantrieb, zum Einsatz und wird dabei mittels eines Differenzialgetriebes des Achsantriebs angetrieben. Eine Applikation der Verdrängerpumpe erfolgt beispielsweise über eine mechanische Anbindung an ein Gehäuse eines hybriden Hinterachsgetriebes, welches als Differenzialgetriebe ausgebildet ist, insbesondere mit dem Ergebnis, dass elektromechanische Antriebseinheiten entfallen können. Dies ermöglicht Kosteneinsparungen und begünstigt eine kompakte Bauweise, während für einen elektromechanischen Betrieb der Verdrängerpumpe zusätzliche Kosten für Elektromotor, Steuerplatine und Stromversorgung entfallen, da beispielsweise die Antriebswelle und somit das erste Zahnrad von dem Differenzialgetriebe, insbesondere von einer Welle des Differenzialgetriebes, antreibbar sind. Ferner besteht für die Applikation in hybriden Fahrzeugen ein geringes Platzangebot, so dass der Entfall zusätzlicher Aggregate zur Ansteuerung der Verdrängerpumpe unerlässlich ist. Freier Bauraum im Gehäuse des Hinterachsgetriebes bietet hinreichend Potenzial zur Inklusion der Verdrängerpumpe in einem Fahrzeugtriebstrang.
-
Antriebsdrehzahl und Antriebsmoment werden beispielsweise von einer Abtriebswelle des Differenzialgetriebes bereitgestellt. Hierzu befindet sich beispielsweise ein Stirnrad des Differenzialgetriebes in Eingriff mit einem weiteren Stirnrad, welches mechanisch mit der Abtriebswelle gekoppelt ist. Das weitere Stirnrad ist beispielsweise mit der Antriebswelle gekoppelt, so dass das erste Zahnrad über die Antriebswelle von dem weiteren Stirnrad antreibbar ist. Denkbar wäre ebenfalls eine Paarung von Antriebskegelrad des Differenzialgetriebes mit einem weiteren Kegelrad. Über eine Bohrung im Gehäuse des Differenzialgetriebes wird die Abtriebswelle nach außen geführt und mit dem Ergebnis erhöhter Stabilität ergänzend gelagert. Die Verdrängerpumpe befindet sich an dieser Stelle im mechanischen Verbund mit dem Gehäuse des Differenzialgetriebes. Die Abtriebswelle des Differenzialgetriebes und die Antriebswelle der Verdrängerpumpe sind mechanisch miteinander gekoppelt. Ferner besteht die Möglichkeit, dass ein einzelnes Bauteil gleichzeitig die Funktion von Abtriebswelle und Antriebswelle einnimmt. Das Ergebnis dieser mechanischen Verbindung ist die Übertragung von Antriebsmoment und Antriebsdrehzahl an die Zahnräder der Verdrängerpumpe zur Förderung des Fluids, insbesondere von Schmiermittel wie Schmieröl.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das jeweilige Dichtungselement aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das erste Dichtungselement relativ zu dem Stellkolben mit dem ersten Zahnrad mitdrehbar ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das zweite Dichtungselement relativ zu dem Stellkolben mit dem zweiten Zahnrad mitdrehbar ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das erste Dichtungselement zumindest teilweise in dem Stellkolben aufgenommen und mit dem Stellkolben mitverschiebbar ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Antriebswelle mit einer Welle eines Differentialgetriebes gekoppelt und von der Welle antreibbar ist.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Achsantriebs für ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, mit einer als Verdrängerpumpe ausgebildeten Ölpumpe, welche zwei in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbare Zahnräder aufweist;
-
2 eine schematische Schnittansicht der Ölpumpe;
-
3 eine schematische Schnittansicht der Ölpumpe gemäß einer in 2 gezeigten Schnittlinie A-A;
-
4 eine schematische Schnittansicht der Ölpumpe entlang einer in 2 gezeigten Schnittlinie B-B; und
-
5 eine schematische Schnittansicht der Ölpumpe entlang einer in 2 gezeigten Schnittlinie C-C.
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen im Ganzen mit 10 bezeichneten, elektrischen Achsantrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs. Das Fahrzeug ist beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, ausgebildet, wobei der elektrische Achsantrieb 10 beispielsweise einer Hinterachse des Fahrzeugs zugeordnet und somit als Hinterachsantrieb ausgebildet ist. Der Achsantrieb 10 umfasst ein Differenzialgetriebe 12, welches auch als Differenzial oder Achsgetriebe bezeichnet wird und dient dem Antrieb der Fahrzeugantriebsräder. Da der Achsantrieb 10 der Hinterachse zugeordnet ist, wird das Differenzialgetriebe 12 auch als Hinterachsgetriebe oder Hinterachsdifferenzial bezeichnet.
-
Der Achsantrieb 10 umfasst eine elektrische Maschine 14, mittels welchem eine Welle 16 und eine mit der Welle 16 drehfest verbundenes Stirnrad 18 antreibbar sind. Der Achsantrieb 10 umfasst somit die Welle 16, das Stirnrad 18 und ein weiteres Stirnrad 20, welches mit dem Stirnrad 18 über jeweilige Verzahnungen in Eingriff steht. Somit ist beispielsweise das Stirnrad 20 über das Stirnrad 18 von der elektrischen Maschine 14 antreibbar. Das Stirnrad 20 ist beispielsweise mit einer in 1 nicht erkennbaren Welle des Differenzialgetriebes 12 drehfest verbunden, so dass die Welle des Differenzialgetriebes 12 über das Stirnrad 20, das Stirnrad 18 und die Welle 16 von der elektrischen Maschine 14 antreibbar ist. Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, dass die elektrische Maschine 14 über die Welle 16 und die Stirnräder 18 und 20 von dem Differenzialgetriebe 12 antreibbar ist.
-
Der Achsantrieb 10 umfasst auch eine als Verdrängerpumpe ausgebildete Ölpumpe 22, mittels welcher ein Schmiermittel in Form von Öl zum Schmieren und Kühlen von Getriebekomponenten des Differenzialgetriebes 12 gefördert werden kann. Die Ölpumpe 22 ist in 2 in einer schematischen Schnittansicht gezeigt.
-
In Zusammenschau mit 2 ist erkennbar, dass die Ölpumpe 22 ein Gehäuse 24 aufweist, in welchem eine Förderkammer 27 des Ölpumpe 22 angeordnet ist. Die Ölpumpe 22 umfasst eine Antriebswelle 26, welche – wie in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist – drehfest mit einem Stirnrad 28 verbunden ist. Das Stirnrad 28 steht mit dem Stirnrad 20 über jeweilige Verzahnungen in Eingriff, so dass das Stirnrad 28 und über dieses die Antriebswelle 26 von dem Stirnrad 20 und somit beispielsweise von dem Differenzial antreibbar sind. In 1 ist ferner erkennbar, dass der Achsantrieb 10 ein erstes Lagerelement 30 aufweist, mittels welchem die Welle 16 gelagert ist. Ferner umfasst der Achsantrieb 10 wenigstens ein zweites Lagerelement 32, mittels welchem die Antriebswelle 26 gelagert ist. Das jeweilige Lagerelement 30 beziehungsweise 32 ist beispielsweise als Wälzlager ausgebildet.
-
Die Ölpumpe 22 umfasst ein in der Förderkammer 27 angeordnetes und um eine erste Drehachse relativ zu dem Gehäuse 24 drehbares erstes Zahnrad, welches als Innenzahnrad 34 bezeichnet ist. Das in dem Innenzahnrad 34 weist eine erste Verzahnung in Form einer ersten Außenverzahnung auf und ist – da das Innenzahnrad 34 drehfest mit der Antriebswelle 26 verbunden ist – von der Antriebswelle 26 antreibbar. Die Drehbarkeit der Antriebswelle 26 und des Innenzahnrads 34 um die erste Drehachse ist in 2 durch einen Richtungspfeil 36 veranschaulicht, wobei eine Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 26 und des Innenzahnrads 34 in 2 mit ω bezeichnet ist.
-
In der Förderkammer 27 ist ein zweites Zahnrad in Form eines Hohlrades 38 der Ölpumpe 22 angeordnet, wobei das Hohlrad 38 auch als Außenzahnrad bezeichnet wird. Das Hohlrad 38 ist um eine zweite Drehachse relativ zu dem Gehäuse 24, welches auch als Pumpengehäuse bezeichnet wird, drehbar, wobei die zweite Drehachse in einem Abstand zur ersten Drehachse und somit exzentrisch zur ersten Drehachse angeordnet ist. Das Hohlrad 38 weist eine zweite Verzahnung in Form einer ersten Innenverzahnung auf, wobei das Hohlrad 38 über die erste Verzahnung und die zweite Verzahnung mit dem Innenzahnrad 34 in Eingriff steht. Mit anderen Worten steht die erste Außenverzahnung mit der ersten Innenverzahnung in Eingriff, so dass das Hohlrad 38 von dem Innenzahnrad 34 antreibbar ist.
-
Die Ölpumpe 22 weist ferner wenigstens einen auf einer Saugseite S angeordneten Einlass 40 auf, über welchen ein Fluid in Form von Öl in die Förderkammer 27 einleitbar ist. Während des Betriebs der Ölpumpe 22 wird das Öl auf der Saugseite S über den Einlass 40 mittels der Zahnräder (Innenzahnrad 34 und Hohlrad 38) in die Förderkammer 27 eingesaugt. Das in die Förderkammer 27 eingesaugte Öl wird mittels der Zahnräder von der Saugseite S zu einer Druckseite D der Ölpumpe 22 gefördert. Auf der Druckseite D weist die Ölpumpe 22 wenigstens einen Auslass 42 auf, über welchen das auf die Druckseite D geförderte Öl aus der Förderkammer 27 und insbesondere aus der Ölpumpe 22 insgesamt abgeführt werden kann. Beispielsweise weist das Öl auf der Druckseite D einen größeren, mittels der Ölpumpe 22 bewirkten Druck als auf der Saugseite S auf.
-
Das Hohlrad 38 ist entlang seiner axialen Richtung relativ zu dem Innenzahnrad 34 translatorisch bewegbar, das heißt verschiebbar, wodurch eine sogenannte Zahnbreite, über welche die erste Außenverzahnung mit der ersten Innenverzahnung in Eingriff steht, eingestellt, das heißt variiert beziehungsweise verstellt oder verändert werden kann. Die Zahnbreite wird auch als Zahneingriffsbreite bezeichnet. Durch Variieren beziehungsweise Verstellen der Zahnbreite wird das insbesondere spezifische Fördervolumen der Ölpumpe 22 variiert beziehungsweise eingestellt oder verstellt.
-
Zum Einstellen beziehungsweise Verstellen der Zahnbreite umfasst die Ölpumpe 22 einen in axialer Richtung des Hohlrads 38 relativ zu dem Gehäuse 24 translatorisch bewegbaren, das heißt verschiebbaren Stellkolben 44, welcher auch als Hydraulikkolben oder hydraulischer Stellkolben bezeichnet wird.
-
Aus 2 ist erkennbar, dass die Förderkammer 27 zumindest teilweise durch den Stellkolben 44 begrenzt ist. Das Gehäuse 24 begrenzt einen Aufnahmeraum 46 zumindest teilweise, wobei die Zahnräder und der Stellkolben 44 in dem Aufnahmeraum 46 aufgenommen sind. Dabei ist der Aufnahmeraum 46 durch den Stellkolben 44 in die Förderkammer 27 und in eine Druckkammer 48 unterteilt, welche zumindest teilweise durch den Stellkolben 44 begrenzt ist. Vorliegend ist die Druckkammer 48 teilweise durch den Stellkolben 44 und teilweise durch das Gehäuse 24 begrenzt.
-
Die Druckkammer 48 weist einen vorliegend durch das Gehäuse 24 gebildeten Einlass 50 auf, über welchen Öl von der Druckseite D in die Druckkammer 48 einleitbar ist. Dies bedeutet, dass die Druckkammer 48 über den Einlass 50 fluidisch mit der Druckseite D verbunden ist, so dass Öl von der Druckseite D über den Einlass 50 in die Druckkammer 48 eingeleitet werden kann, was in 2 durch Richtungspfeile 51 veranschaulicht ist. Durch das Einleiten des Öls in die Druckkammer 48 wird der Stellkolben 44, insbesondere eine axiale Stirnseite 52 des Stellkolbens 44, mit dem in die Druckkammer 48 eingeleiteten Öl beaufschlagt. Durch dieses Beaufschlagen des Stellkolbens 44 mit dem Öl kann der Stellkolben 44 in axialer Richtung des Hohlrads 38 relativ zu dem Gehäuse 24 und insbesondere relativ zu dem Innenzahnrad 34 translatorisch bewegt, das heißt verschoben werden. Durch dieses Verschieben des Stellkolbens 44 wird das Hohlrad 38 in seiner axialen Richtung relativ zu dem Innenzahnrad 34 verschoben, wodurch – wie zuvor beschrieben – die Zahnbreite eingestellt beziehungsweise verstellt wird.
-
Dadurch wird wiederum das Fördervolumen der Ölpumpe 22 eingestellt. Aus 2 ist erkennbar, dass der Stellkolben 44 in axialer Richtung an dem Hohlrad 38 abstützbar beziehungsweise abgestützt ist, so dass beispielsweise durch Bewegen des Stellkolbens 44 von dem Einlass 50 weg auch das Hohlrad 38 von dem Einlass 50 weg bewegt wird. Dabei ist es denkbar, dass der Stellkolben 44 mit dem Hohlrad 38 verbunden ist. Beispielsweise sind der Stellkolben 44 und das Hohlrad 38 als separat voneinander hergestellte und miteinander verbundene beziehungsweise gekoppelte Bauteile ausgebildet. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Hohlrad 38 in axialer Richtung mittels des Stellkolbens 44 bewegbar ist, wobei jedoch das Hohlrad 38 relativ zum Stellkolben 44, insbesondere um die zweite Drehachse, drehbar ist. Beispielsweise ist der Stellkolben 44 rotationsfrei und somit nicht relativ zum Gehäuse 24 drehbar.
-
Auf einer dem Stellkolben 44 abgewandten Seite des Hohlrads 38 ist eine Feder 54 angeordnet, welche in axialer Richtung einerseits an dem Hohlrad 38 abstützbar beziehungsweise abgestützt und andererseits an dem Gehäuse 24 abstützbar beziehungsweise abgestützt ist. Insbesondere ist die Feder 54 an einer dem Hohlrad 38 gegenüberliegenden Wandung 56 des Gehäuses 24 abstützbar beziehungsweise abgestützt. Durch Bewegen des Hohlrads 38 auf die Wandung 56 zu wird die Feder 54 gespannt und vorliegend komprimiert. Dadurch übt die Feder 54 eine Federkraft auf das Hohlrad 38 aus. Wird beispielsweise das in die Druckkammer 48 eingeleitete Öl über den Einlass 50 und/oder über einen zusätzlich zum Einlass vorgesehenen Auslass aus der Druckkammer 48 abgeführt, so kann sich die Feder 54 zumindest teilweise entspannen, so dass das Hohlrad 38 mit der von der Feder 54 bereitgestellten Federkraft zurück von der Wandung 56 weg bewegt wird. Somit fungiert die Feder 54 als Rückstellfeder, wobei die Feder 54 beispielsweise aus einem Bimetall gebildet ist.
-
Bei elektrischen Achsantrieben ohne Stufengetriebe, wie es bei dem elektrischen Achsantrieb 10 gemäß 1 vorgesehen ist, besteht üblicherweise das Problem, dass die für die Kühlung und Schmierung notwendige Ölpumpe entweder proportional an der Raddrehzahl hängt oder eine elektrisch betriebene Ölpumpe eingesetzt werden muss. Der Einsatz einer Ölpumpe, die proportional an der Raddrehzahl hängt, führt entweder zu nicht ausreichenden Volumenströmen bei geringer Geschwindigkeit oder zu sehr hohen Volumenströmen mit entsprechender Leistungsaufnahme der Ölpumpe bei hoher Geschwindigkeit. Der Einsatz einer elektrisch betriebenen Ölpumpe erfordert einen hohen technischen Aufwand, Bauvolumen und hohe Kosten.
-
Diese Probleme beziehungsweise Nachteile können bei dem elektrischen Achsantrieb 10 vermieden werden, da die als Innenzahnradpumpe ausgebildete Ölpumpe 22 zum Einsatz kommt, die über den Druck des Öls im System ihr Verdränger- beziehungsweise Fördervolumen selbsttätig verstellt und damit den Volumenstrom des Öls weitgehend entkoppelt von der Drehzahl, insbesondere Raddrehzahl, einregeln kann. Dies ist der Fall, da durch Beaufschlagen des Stellkolbens 44 mit dem Öl die Zahnbreite und somit das Fördervolumen der Ölpumpe 22 eingestellt wird. Dabei weist das Öl, mit dem der Stellkolben 44 beaufschlagt wird, einen Druck auf, welcher beispielsweise mittels der Ölpumpe 22 bewirkt wird.
-
Durch den im Gehäuse 24 aufgenommenen Stellkolben 44 ist ein integrierter Hydraulikstellkolben oder ein integrierter Hydraulikzylinder geschaffen, der gegen die als Rückstellfeder fungierende Feder 54 wirkt. Mithilfe des Stellkolbens 44 kann – wie beschrieben – die wirksame Zahnbreite zwischen den Zahnrädern eingestellt, insbesondere geregelt, werden. Hierzu wird der Hydraulikzylinder beziehungsweise die Druckkammer 48 an die Druckseite D angeschlossen, so dass bei steigendem Volumenstrom des Öls oder bei niedriger Temperatur des Öls der höhere Systemvorlaufdruck zu einer Kolbenabsenkung gegen die Rückstellfeder und damit zu einer Verringerung der Zahnbreite der Ölpumpe 22 führt, mit dem Ergebnis, dass sich der Fördervolumenstrom und damit der Druck sowie die Leistungsaufnahme der Ölpumpe 22 auf einen vorab auslegbaren Wert einregelt. Das Verhältnis von Vorlaufdruck und Fördervolumenstrom der Ölpumpe 22 lässt sich durch die Federvorspannung und die Federkennlinie, sowie die thermomechanische Charakteristik der Rückstellfeder auslegen.
-
Durch den Einsatz der Ölpumpe 22 ist es somit möglich, eine besonders effiziente, kostensparende und modulare Ölversorgung für Achsgetriebe zu realisieren. Bei Nutzfahrzeugen ist ein weiterer wertvoller Aspekt, dass für unterschiedliche Nutzer über den Lebenszyklus des Fahrzeuges das Ölfördersystem hinsichtlich Leistung und Drehmoment angepasst werden kann, ohne in einen Grundtriebstrang des Fahrzeugs eingreifen zu müssen.
-
Um nun einen besonders effizienten Betrieb der Ölpumpe 22 zu realisieren, ist ein relativ zu dem Innenzahnrad 34 in dessen axialer Richtung mit dem Hohlrad 38 mitverschiebbares und konzentrisch zu dem Innenzahnrad 34 angeordnetes erstes Dichtungselement 58 vorgesehen, welches als Negativ zu dem Innenzahnrad 34, insbesondere zu dessen erster Außenverzahnung, ausgebildet ist und demzufolge eine mit der ersten Außenverzahnung korrespondierende, als zweite Innenverzahnung ausgebildete dritte Verzahnung aufweist, die durch Verschieben des ersten Dichtungselements 58 in in Umfangsrichtung der ersten Außenverzahnung vollständig umlaufenden Eingriff mit der ersten Außenverzahnung bringbar ist beziehungsweise in in Umfangsrichtung der ersten Außenverzahnung vollständig umlaufenden Eingriff mit der ersten Außenverzahnung steht. Dadurch wird beispielsweise das erste Dichtungselement 58 von dem Innenzahnrad 34 angetrieben und dadurch um die erste Drehachse relativ zu dem Gehäuse 24 und insbesondere relativ zu dem Stellkolben 44 gedreht.
-
Ferner ist ein sich in axialer Richtung an das Innenzahnrad 34 anschließendes und vorliegend auf einen dem Einlass 50 beziehungsweise dem Stellkolben 44 abgewandten und der Wandung 56 zugewandten Seite angeordnetes und konzentrisch zum Hohlrad 38 angeordnetes zweites Dichtungselement 60 vorgesehen, welches als zweites Negativ zu dem Hohlrad 38, insbesondere zu dessen erster Innenverzahnung, ausgebildet ist und demzufolge eine mit der ersten Innenverzahnung korrespondierende und als zweite Außenverzahnung ausgebildete vierte Verzahnung aufweist, welche durch Verschieben des Hohlrads 38 in in Umfangsrichtung der ersten Innenverzahnung vollständig umlaufenden Eingriff mit der ersten Innenverzahnung bringbar ist beziehungsweise in in Umfangsrichtung der ersten Innenverzahnung vollständig umlaufendem Eingriff mit der ersten Innenverzahnung steht. Dadurch wird beispielsweise das zweite Dichtungselement 60 von dem Hohlrad 38 angetrieben und somit mit dem Hohlrad 38 relativ zum Gehäuse 24 und insbesondere relativ zu dem Stellkolben 44, insbesondere um die zweite Drehachse, mitgedreht. Beispielsweise ist das zweite Dichtungselement 60 über eine Distanzhülse 62, insbesondere in axialer Richtung, an dem Gehäuse 24, insbesondere der Wandung 56, abgestützt und somit gelagert.
-
3 zeigt die Ölpumpe 22 entlang einer in 2 gezeigten Schnittlinie A-A. Aus 3 sind somit besonders gut das zweite Dichtungselement 60 und das Hohlrad 38 erkennbar, wobei in 3 die erste Innenverzahnung des Hohlrads 38 mit 64 und die zweite Außenverzahnung des zweiten Dichtungselements 60 mit 66 bezeichnet ist. Wie aus 3 erkennbar ist, ist darunter, dass die zweite Außenverzahnung 66 in in Umfangsrichtung der ersten Innenverzahnung 64 vollständig umlaufendem Eingriff mit der ersten Innenverzahnung 64 steht, zu verstehen, dass Zähne 68 der ersten Innenverzahnung 64 in alle Zahnlücken 70 der zweiten Außenverzahnung 66 und Zähne 72 der zweiten Außenverzahnung 66 in alle Zahnlücken 74 der ersten Innenverzahnung 64 eingreifen. Dadurch ist das Hohlrad 38 mittels des zweiten Dichtungselements 60 besonders gut abgedichtet.
-
4 zeigt die Ölpumpe 22 entlang einer in 2 gezeigten Schnittlinie B-B. Somit ist aus 4 besonders gut das Innenzahnrad 34 erkennbar.
-
Schließlich zeigt 5 die Ölpumpe 22 entlang einer in 2 gezeigten Schnittlinie C-C. Aus 5 sind besonders gut der Stellkolben 44, das Innenzahnrad 34 und das mit dem Innenzahnrad 34 korrespondierende erste Dichtungselement 58 erkennbar. In 5 ist die erste Außenverzahnung des Innenzahnrads 34 mit 76 bezeichnet, wobei die zweite Innenverzahnung des ersten Dichtungselements 58 mit 78 bezeichnet ist. Auch bezüglich des Innenzahnrads 34 und des damit korrespondierenden ersten Dichtungselements 58 ist darunter, dass die zweite Innenverzahnung 78 in in Umfangsrichtung des Innenzahnrads 34 vollständig umlaufendem Eingriff mit der ersten Außenverzahnung 76 steht, zu verstehen, dass Zähne 80 der ersten Außenverzahnung 76 in alle Zahnlücken 82 der zweiten Innenverzahnung 78 und Zähne 84 der zweiten Innenverzahnung 78 in alle Zahnlücken 86 der ersten Außenverzahnung 76 eingreifen. Dadurch ist das Innenzahnrad 34 besonders gut abgedichtet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- elektrischer Achsantrieb
- 12
- Differenzialgetriebe
- 14
- elektrische Maschine
- 16
- Welle
- 18
- Stirnrad
- 20
- Stirnrad
- 22
- Ölpumpe
- 24
- Gehäuse
- 26
- Antriebswelle
- 27
- Förderkammer
- 28
- Stirnrad
- 30
- Lagerelement
- 32
- Lagerelement
- 34
- Innenzahnrad
- 36
- Richtungspfeil
- 38
- Hohlrad
- 40
- Einlass
- 42
- Auslass
- 44
- Stellkolben
- 46
- Aufnahmeraum
- 48
- Druckkammer
- 50
- Einlass
- 51
- Richtungspfeile
- 52
- axiale Stirnseite
- 54
- Feder
- 56
- Wandung
- 58
- erstes Dichtungselement
- 60
- zweites Dichtungselement
- 62
- Abstandshülse
- 64
- erste Innenverzahnung
- 66
- zweite Außenverzahnung
- 68
- Zahn
- 70
- Zahnlücke
- 72
- Zahn
- 74
- Zahnlücke
- 76
- erste Außenverzahnung
- 78
- zweite Innenverzahnung
- 80
- Zahn
- 82
- Zahnlücke
- 84
- Zahn
- 86
- Zahnlücke
- D
- Druckseite
- S
- Saugseite
- ω
- Winkelgeschwindigkeit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
