DE102016105258A1

DE102016105258A1 - Gerotorpumpe für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016105258A1
Application number: DE102016105258.2A
Authority: DE
Inventors: Mohammad Ali Moetakef
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2016-09-29
Also published as: CN205503442U; US9850898B2; US20160281711A1

Abstract

Eine Gerotorpumpe wird bereitgestellt mit einem Körper, der eine Kammer mit zylindrischen Wandabschnitten definiert und einen Fluideinlass und einen Fluidauslass und eine Abdeckung aufweist. Ein Zahnradelement mit Innenverzahnung ist so gelagert, dass es sich innerhalb der Kammer um eine erste Achse dreht, und weist eine zylindrische Außenwand auf, die eine Serie von Nuten definiert. Jede Nut weist einen zugehörigen Durchgang auf, der sich durch das Zahnradelement zu einer Innenoberfläche des Zahnradelements erstreckt, und radial zwischen benachbarten Zähnen des Zahnradelements mit Innenverzahnung positioniert ist. Ein Zahnradelement mit Außenverzahnung ist innerhalb des Zahnradelements mit Innenverzahnung drehbar um eine zweite Achse, die von der ersten Achse beabstandet ist, gelagert, und ist zur Drehung mit einer Antriebswelle gekoppelt. Das Zahnradelement mit Innenverzahnung und das Zahnradelement mit Außenverzahnung wirken zusammen, um eine Vielzahl von Pumpenkammern mit variablem Volumen dazwischen zu bilden, um Fluid zu pumpen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Verschiedene Ausführungsformen betreffen eine Ölpumpe für eine Antriebsstrangkomponente, wie etwa eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Getriebe in einem Fahrzeug.
HINTERGRUND
Eine Ölpumpe wird verwendet, um Öl oder Schmiermittel durch Antriebsstrangkomponenten, wie etwa eine Kraftmaschine oder ein Getriebe zirkulieren zu lassen. Die Ölpumpe wird häufig als eine ”Generated-Rotorpumpe” oder Gerotorpumpe bereitgestellt. Gerotorpumpen weisen eine positive Verdrängervolumen-Charakteristik und enge Abstände zwischen verschiedenen Komponenten der Pumpe auf, die die Bildung von Druckpulsationen oder -schwankungen des Fluids innerhalb der Pumpe und der angebrachten Ölleitungen während des Betriebes der Pumpe zur Folge haben. Die Druckpulsationen des Fluids in der Pumpe können als Quelle der Erregung für Antriebsstrangkomponenten agieren, wenn die Pumpe an den Antriebsstrangkomponenten angebracht ist. Zum Beispiel kann die Pumpe an einem Kraftmaschinenblock, einem Getriebegehäuse, einer Ölwanne oder einem Sumpfgehäuse, einem Getriebeglockengehäuse und dergleichen angebracht sein, wo die Druckpulsationen tonale Geräusche oder ein Heulen aus der Kraftmaschine oder dem Getriebe verursachen können. Dieses durch die Ölpumpe hervorgerufene Antriebsstrangheulen oder tonale Geräusch ist ein allgemeines Geräusch-Vibrations-Rauheits(NVH, noise-vibration-harshness)-Problem und Techniken zur Abmilderung können Gegenmaßnahmen enthalten, wie etwa Dämpfungseinrichtungen, die dem Antriebsstrang hinzugefügt werden, um Geräusche, die durch eine herkömmliche Pumpe hervorgerufen werden, zu reduzieren.
KURZFASSUNG
In einer Ausführungsform wird eine Gerotorpumpe bereitgestellt mit einem Körper, der eine Kammer mit zylindrischen Wandabschnitten definiert und einen Fluideinlass und einen Fluidauslass aufweist. Eine Abdeckung ist so konfiguriert, dass sie mit dem Körper zusammenpasst, um die Kammer zu umschließen. Ein Zahnradelement mit Innenverzahnung ist so gelagert, dass es sich innerhalb der Kammer um eine erste Achse dreht, und das Zahnrad weist eine zylindrische Außenwand auf, die eine Serie von Nuten definiert. Jede Nut weist einen zugehörigen Durchgang auf, der sich durch das Zahnradelement zu einer Innenoberfläche des Zahnradelements erstreckt. Jede Nut und zugehöriger Durchgang ist radial zwischen benachbarten Zähnen des Zahnradelements mit Innenverzahnung positioniert. Ein Zahnradelement mit Außenverzahnung ist innerhalb des Zahnrads mit Innenverzahnung drehbar um eine zweite Achse, die von der ersten Achse beabstandet ist, gelagert. Eine Antriebswelle ist so gekoppelt, dass sie sich mit dem Zahnradelement mit Außenverzahnung dreht. Das Zahnradelement mit Innenverzahnung und das Zahnradelement mit Außenverzahnung wirken zusammen, um dazwischen eine Vielzahl von Pumpenkammern mit variablem Volumen zu bilden, um Fluid vom Fluideinlass zum Fluidauslass zu pumpen.
In einer anderen Ausführungsform wird eine Gerotor-Fluidpumpe für eine Fahrzeugkomponente mit einem Gehäuse, das eine zylindrische Kammer mit einem Fluideinlass und einem davon beabstandeten Fluidauslass definiert, bereitgestellt. Ein Mitläuferrotor ist innerhalb der Kammer positioniert und weist eine zylindrische Außenwand auf, die zur zylindrischen Kammer benachbart ist und eine Serie von Nuten darin definiert. Eine Innenwand des Mitläuferrotors definiert eine erste Serie von Zähnen. Jede Nut entspricht einem zugeordneten Zahn der ersten Serie von Zähnen und weist eine Öffnung auf, die die Nut und die Innenwand in Fluidkommunikation bringt. Ein Innenrotor wird durch eine Pumpenwelle angetrieben und ist innerhalb des Mitläuferrotors positioniert. Der Innenrotor weist eine Außenwand auf, die eine zweite Serie von Zähnen definiert. Die Zähne des Innenrotors und des Mitläuferrotors wirken zusammen, um eine Kammer mit variablem Volumen zu bilden, um eine Flüssigkeitsströmung durch die Pumpe bereitzustellen, wenn der Innenrotor den Mitläuferrotor antreibt. Eine Drehachse des Innenrotors ist zu einer Drehachse des Mitläuferrotors versetzt. Die Öffnung und die Nut des Mitläuferrotors stellen einen Fluidpfad zur Druckentlastung in der Pumpe bereit, wodurch tonale Geräusche reduziert werden.
In noch einer anderen Ausführungsform ist ein Mitläuferrotor für eine Gerotorpumpe mit einem Körper versehen, der eine zylindrische Außenwand aufweist, die eine Serie von Längsnuten definiert. Der Körper weist eine Innenwand auf, die einen Zentralbereich umgibt und eine Serie von Zähnen definiert. Jeder Zahn ist nach einer jeweiligen Nut radial ausgerichtet. Der Körper definiert eine Serie von Durchgängen. Jeder Durchgang ist einer jeweiligen Nut zugehörig und erstreckt sich radial durch den Körper, um den Zentralbereich mit der Nut in Fluidkommunikation zu bringen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht ein Schema eines Schmiersystems für eine Verbrennungskraftmaschine in einem Fahrzeug, gemäß einer Ausführungsform;
2 veranschaulicht eine perspektivische Schnittansicht einer Gerotorpumpe gemäß einer Ausführungsform;
3 veranschaulicht eine teilweise perspektivische Ansicht eines Teiles der Gerotorpumpe der 2;
4 veranschaulicht eine Aufsicht auf den Innen- und Außenrotor der Gerotorpumpe der 2;
5 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht des Außenrotors der Gerotorpumpe der 2;
6 veranschaulicht einen Graphen des Austrittsdrucks aus der Pumpe der 2 im Vergleich zu einem Austrittsdruck aus einer Pumpe mit einem herkömmlichen Mitläuferrotor; und
7 veranschaulicht eine Frequenzbereichsanalyse für die Pumpe der 2.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden hierin detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als beschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung in verschiedener Art und Weise zu benutzen.
Eine Fahrzeugkomponente 10, wie etwa eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Getriebe in einem Fahrzeug, enthält ein Schmiersystem 12. Die Fahrzeugkomponente 10 wird hierin als eine Kraftmaschine beschrieben, doch die Verwendung mit anderen Fahrzeugkomponenten ist ebenfalls denkbar. Während des Betriebs stellt das Schmiersystem 12 der Kraftmaschine ein Schmiermittel bereit, allgemein als Öl bezeichnet. Das Schmiermittel oder Öl kann erdölbasierte und nicht aus Erdöl bestehende synthetisierte chemische Verbindungen enthalten und kann verschiedene Zusätze enthalten. Das Schmiersystem 12 lässt Öl zirkulieren und liefert das Öl unter Druck an die Kraftmaschine 10, um sich drehende Lager, sich bewegende Kolben und Kraftmaschinennockenwelle zu schmieren. Das Schmiersystem 12 kann zusätzlich auch das Abkühlen der Kraftmaschine bereitstellen. Das Schmiersystem 12 kann das Öl der Kraftmaschine auch zur Verwendung als Hydraulikfluid zum Betätigen von verschiedenen Stößeln, Ventilen und dergleichen bereitstellen.
Das Schmiersystem 12 weist einen Sumpf 14 für das Schmiermittel auf. Der Sumpf 14 kann ein Nasssumpf sein, wie gezeigt, oder kann ein Trockensumpf sein. Der Sumpf 14 agiert als ein Reservoir für das Öl. In einem Beispiel wird der Sumpf 14 als Ölwanne bereitgestellt, die mit der Kraftmaschine verbunden und unter der Kurbelwelle positioniert ist.
Das Schmiersystem 12 weist einen Eintritt 16 auf, der einem Einlass einer Pumpe 18 Öl bereitstellt. Der Eintritt 16 kann einen Filter enthalten und steht in Fluidkontakt mit Öl im Sumpf 14.
Die Pumpe 18 empfängt Öl vom Eintritt 16 und beaufschlagt das Öl mit Druck und treibt es so an, dass es durch das System 12 zirkuliert. Die Pumpe 18 wird unten anhand der 2–4 genauer beschrieben. In einem Beispiel wird die Pumpe 18 durch eine rotierende Komponente der Kraftmaschine 10, wie etwa einen Riemen oder mechanischen Zahnradsatz angetrieben, der durch die Nockenwelle angetrieben wird. In anderen Beispielen kann die Pumpe 18 durch eine weitere Einrichtung, wie etwa einen Elektromotor angetrieben werden.
Das Öl bewegt sich aus der Pumpe 18 durch einen Ölfilter 20 zur Fahrzeugkomponente oder Kraftmaschine 10. Das Öl bewegt sich durch verschiedene Durchlässe innerhalb der Kraftmaschine 10 und verlässt dann die Kraftmaschine 10 oder fließt aus dieser ab und in den Sumpf 14 hinein.
Das Schmiersystem 12 kann auch einen Ölkühler oder Wärmetauscher enthalten, um die Temperatur des Öls oder Schmiermittels im System 12 über Wärmeübertragung zu einem Kühlmittel, wie etwa Umgebungsluft, zu reduzieren. Das Schmiersystem 12 kann auch zusätzliche Komponenten enthalten, die nicht gezeigt sind, darunter Regler, Ventile, Überdruckventile, Bypässe, Druck- und Temperatursensoren und dergleichen.
In weiteren Beispielen kann die Pumpe 18 auf anderen Fahrzeugsystemen implementiert werden, zum Beispiel als Benzinpumpe und dergleichen.
Die 2–5 veranschaulichen eine Pumpe 50 und verschiedene Komponenten derselben. Die Pumpe 50 kann im Schmiersystem 12 als Pumpe 18 verwendet werden. Die Pumpe 50 weist ein Gehäuse 52 und eine Abdeckung 54 auf. Das Gehäuse 52 und die Abdeckung 54 wirken zusammen, um eine innere Kammer 56 zu bilden. Die Abdeckung 54 verbindet zum Gehäuse 52, um die Kammer 56 zu umschließen. Die Abdeckung 54 kann an dem Gehäuse 52 unter Verwendung eines oder mehrerer Verbindungselemente, wie etwa Bolzen oder dergleichen, angebracht sein. Eine Dichtung, wie etwa ein O-Ring oder eine Flachdichtung, kann bereitgestellt werden, um die Kammer 56 abzudichten.
Die innere Kammer 56 kann versehen sein mit oder definiert werden durch eine im Wesentlichen zylindrische Stütz- oder Führungswand 57, wie in 3 gezeigt. Die Führungswand 57 kann einen oder mehrere Wandabschnitte enthalten, die einen gemeinsamen Krümmungsradius und ein gemeinsames Zentrum aufweisen. Verschiedene Abschnitte der Führungswand 57 können um einen Umfang eines gemeinsamen Zylinders liegen.
Die Pumpe 50 weist einen Fluideinlass 58 und einen Fluidauslass 60 auf. Der Fluideinlass 58 weist einen Einlasskanal auf, wie in 3 gezeigt, der dazu eingerichtet ist, zu einem Rohr zu verbinden, wie etwa Eintritt 16, das in Fluidkommunikation mit einer Versorgung, wie etwa einem Ölsumpf 14, steht. Der Fluideinlass 58 steht in Fluidverbindung mit der Kammer 56 und überschneidet sich so mit der/den Wand/Wänden 57, dass Fluid innerhalb des Einlasses 58 in die Kammer 56 fließt. Wie in 2 gezeigt, können sowohl das Gehäuse 52 als auch die Abdeckung 54 Teile des Bereiches des Einlasses 58 definieren. Der Einlass 58 kann dazu geformt sein, verschiedene Fluidströmungscharakteristiken zu steuern.
Der Fluidauslass 60 weist einen Auslassausgang auf, wie in 2 gezeigt, der dazu eingerichtet ist, zu einem Rohr zu verbinden, der in Fluidkommunikation mit einem Ölfilter, einer Fahrzeugkomponente wie etwa einer Kraftmaschine, usw. steht. Der Fluidauslass 60 steht in Fluidverbindung mit der Kammer 56 und überschneidet sich so mit der/den Wand/Wänden 57, dass Fluid innerhalb der Kammer 56 in den Auslass 60 fließt. Wie in 2 gezeigt, können sowohl das Gehäuse 52 als auch die Abdeckung 54 Teile des Bereiches des Auslasses 60 definieren. Der Auslass 60 kann dazu geformt sein, verschiedene Fluidströmungscharakteristiken zu steuern. Der Einlass 58 und der Auslass 60 sind durch einen Abschnitt der Wand 57 voneinander beabstandet und können in einem Beispiel einander im Allgemeinen gegenüberliegen.
Die Pumpe 50 weist eine Pumpenwelle 62 oder Antriebswelle auf. Die Pumpenwelle 62 wird angetrieben, um Komponenten der Pumpe 50 zu drehen und das Fluid anzutreiben. In einem Beispiel wird die Pumpenwelle 62 so durch eine mechanische Kopplung mit einer Kraftmaschine angetrieben, dass sich die Pumpenwelle wie eine Kraftmaschinenkomponente, wie etwa eine Kurbelwelle, dreht, und es kann ein Übersetzungsverhältnis bereitgestellt werden, um eine Pumpendrehzahl innerhalb eines vorbestimmten Bereiches bereitzustellen. In einem Beispiel ist ein Ende 64 der Pumpenwelle 62 verzahnt oder anderweitig ausgebildet, um sich mechanisch mit einer sich drehenden Fahrzeugkomponente zu verbinden, um die Pumpe 50 anzutreiben.
Das andere Ende 66 der Welle 62 ist zum Drehen innerhalb des Gehäuses 52 der Pumpe 50 gelagert. Das Gehäuse kann ein Lager 68 definieren, damit sich das Ende 66 der Welle darin drehen kann. Das Lager 68 kann eine Buchse oder Lagerverbindung oder dergleichen sein. Die Welle 62 dreht sich um eine Längsachse 70 der Welle 62.
Die Welle 62 erstreckt sich durch die Abdeckung 54, und die Abdeckung 54 definiert eine Öffnung 72, durch die die Welle 62 hindurch führt. Die Öffnung 72 kann eine Muffe oder eine Dichtung enthalten, um Fluid innerhalb der Pumpe zurückzuhalten und um ein Auslaufen aus der Kammer 56 zu verhindern oder zu reduzieren. Die Öffnung 72 kann auch zusätzliche Buchsen oder Lagerbaugruppen enthalten, die die Welle 62 zur Drehung darin lagern.
Ein Innenrotor 80 oder inneres Zahnrad ist mit der Pumpenwelle 62 zur Drehung damit verbunden. Der Innenrotor 80 weist eine Innenoberfläche oder -wand 82 und eine Außenoberfläche oder -wand 84 auf. Die Innenwand 82 ist ausgebildet, um zur Pumpenwelle 62 zur Drehung damit um die Achse 70 zu koppeln. In einem Beispiel ist die Innenwand verzahnt, um mit einem entsprechenden verzahnten Abschnitt der Pumpenwelle 62 zusammenzupassen. Die Außenwand 84 definiert eine Serie von Außenverzahnungen 86. Der Innenrotor 80 kann als ein Zahnrad mit Außenverzahnung definiert sein.
Ein Außenrotor 90, Außenzahnrad oder Mitläuferzahnrad oder -rotor umgibt den Innenrotor 80 und ist zur Drehung innerhalb der Kammer 56 gelagert. Der Außenrotor 90 weist eine Innenoberfläche oder -wand 92 und eine Außenoberfläche oder -wand 94 auf. Die Innenwand 92 definiert eine Serie von Innenverzahnungen 96. Der Außenrotor 90 kann als ein Zahnrad mit Innenverzahnung definiert sein. Die Außenwand 94 ist in der Form zylindrisch und so groß, dass sie aufgenommen wird durch und im Allgemeinen anschließt an die zylindrischen Wandabschnitte des Gehäuses zur Drehung darin um eine Achse 98. Die Achse 98 ist die Längs- oder Zentralachse der zylindrischen Kammer 56 im Gehäuse. Die Außenwand 94 kann zu den zylindrischen Wandabschnitten 57 direkt benachbart sein und kann diese berühren, da die Wandabschnitte 57 so agieren, dass sie den Außenrotor 90 während des Betriebs der Pumpe 50 in Position halten.
4 veranschaulicht eine Aufsicht auf den Innenrotor 80 und Außenrotor 90. Die Strömung in die Pumpe 50 wird allgemein durch den Pfeil 100 angezeigt. Die Strömung aus der Pumpe mit dem Rotor 80 wird allgemein durch den Pfeil 102 veranschaulicht.
Der Innenrotor 80 wird durch die Pumpenwelle 62 um die Achse 70 gedreht. Die Serie von Zähnen 86 auf dem Innenrotor 80 weist einen Zahnkopfbereich 104 und einen Zahnfußbereich 106 auf. Der Zahnkopfbereich 104 ist benachbart zu den Kopfflächen 108 eines jeden Zahns 110. Der Zahnfußbereich 106 ist benachbart zu der Zahnlückenfläche 112 zwischen benachbarten Zähnen 110. Sowohl Zahnkopf- als auch Zahnfußbereiche 104, 106 können durch eine Zykloidenform oder eine andere Form gebildet sein. Im gezeigten Beispiel ist der Zahnfußbereich 106 durch eine Zykloiden- oder eine Hypozycloidenform so ausgebildet, dass die Zahnfußbereiche 106 glatte Kurven sind.
Der Außenrotor 90 weist eine Serie von Innenverzahnungen 96 auf, die einen Zahnkopfbereich 120 und einen Zahnfußbereich 122 aufweisen. Der Zahnkopfbereich 120 ist zur Kopffläche 124 eines jeden Zahns 126 benachbart und der Zahnfußbereich 122 ist benachbart zur Zahnlückenfläche 128 zwischen benachbarten Zähnen 126. Sowohl Zahnkopf- als auch Zahnfußbereiche 120, 122 können durch eine Zykloidenform oder eine andere Form gebildet sein. Im gezeigten Beispiel ist der Zahnkopfbereich 120 durch eine Zykloiden- oder eine Hypozycloidenform so ausgebildet, dass die Zahnkopfbereiche 120 glatte Kurven sind. Der Zahnkopfbereich 120 ist mit derselben Kurve oder Form wie der Zahnfußbereich 106 des Innenrotors 80 so ausgebildet, dass die Bereiche 106, 120 zusammenpassen, um eine kontinuierliche Dichtung zu bilden, wie durch den Pfeil 130 veranschaulicht.
Während der Innenrotor 80 durch die Welle 62 gedreht wird, greifen die Zähne 86 des Innenrotors 80 in die Zähne 96 des Außenrotors 90 ein, und der Außenrotor 90 als mitlaufendes Zahnrad wird durch den Innenrotor 80 angetrieben. Im vorliegenden Beispiel dreht die Pumpenwelle 62 den Innenrotor 80 im Uhrzeigersinn, und der Mitläuferrotor 90 wird im Uhrzeigersinn durch den Innenrotor 80 gedreht. Da sich der Innenrotor 80 um eine Achse 70 dreht, die relativ zur Drehachse 98 des Außenrotors 90 versetzt ist, ist der Innenrotor 80 relativ zum Außenrotor 90 und zum zylindrischen Gehäuse 56, 57 exzentrisch. Wie in den 3 und 4 zu sehen, arbeitet die Pumpe 50 ohne eine/m sichelförmige/m Dichtung oder Einlagestück in der Kammer 56.
Eine Vielzahl von Kammern 140 wird zwischen dem Innenrotor 80 und dem Außenrotor 90 ausgebildet. Jede Kammer 140 weist während des Betriebs der Pumpe 50 ein variables Volumen auf. Jede Kammer 140 nimmt an Volumen zum Einsaugen des Fluids aus dem Einlass 58 zu, und nimmt dann an Volumen ab, um das Fluid aus dem Auslass 60 zu stoßen. Eine Kammer, die an Volumen zunimmt, wird bei 142 gezeigt. Eine Kammer, die an Volumen abnimmt, wird bei 144 gezeigt.
Die zylindrische Außenwand 94 definiert eine Serie von Nuten 150 oder Vertiefungen darin. Es ist anzumerken, dass ein herkömmlicher Außenrotor typischerweise eine glatte, kontinuierliche, zylindrische Außenwand ohne Vertiefungen 150 aufweist. In einem Beispiel ist die Serie von Nuten 150 gleichmäßig um den Umfang der Außenwand 94 beabstandet. In anderen Beispielen können die Nuten 150 abwechselnd oder in einer anderen Ordnung, zum Beispiel als Gruppen zu drei Nuten mit einem beabstandeten Bereich, beabstandet sein und können so positioniert sein, dass sie durch die Pumpe verursachte Geräusche an den dominanten Pumpenanordnungen reduzieren.
Jede Nut in der Serie von Nuten 150 kann sich von einem ersten Ende 152 des Außenzahnrads zu einem zweiten Ende 154 des Außenzahnrads erstrecken. Jede Nut in der Serie von Nuten 150 kann allgemein parallel zur Achse 98 sein, zum Beispiel innerhalb von zwei Grad, fünf Grad oder zehn Grad der Achse 98. Jede Nut in der Serie von Nuten 150 kann, wie gezeigt, entlang der Nut gleichförmig sein. In alternativen Beispielen können die Nuten 150 Abschnitte mit zunehmenden und/oder abnehmenden konischen Formen entlang ihrer Länge aufweisen. Die Nuten 150 sind veranschaulicht mit einen Querschnitt, der als Kreisbogen oder Abschnitt eines Kreises geformt ist. In anderen Beispielen können die Nuten 150 andere Querschnittsformen aufweisen, darunter dreieckige, parabolische, andere glatte kontinuierliche Kurven und/oder lineare diskontinuierliche Formen aufweisen. Jede Nut 150 ist symmetrisch gezeigt; asymmetrische Nuten sind jedoch ebenfalls denkbar. Die Querschnittsform der Nut 150 kann konstant sein oder kann sich entlang der Nut verändern. Im vorliegenden Beispiel weist jede Nut 150 einen derartigen Krümmungsradius auf, dass sie durch eine glatte Kurve oder einen Kreisbogen gebildet wird und so positioniert ist, dass sie mit einer zugeordneten Kopffläche 124 der Innenverzahnung 126 konzentrisch ist.
Die Nuten 150 sind zwischen benachbarten Zahnlückenflächen 128 oder zwischen benachbarten Zahnfußbereichen 122 des Außenrotors 90 positioniert. Die Nuten 150 können radial nach einem entsprechenden Zahnkopfbereich 120 oder entsprechender Kopffläche 124 des Außenrotors 90 ausgerichtet sein. Bei Mitläuferrotoren mit abwechselndem Nutabstand weisen einige der Kopfflächen 124 eine/n zugehörige/n Nut und Durchgang auf, und andere werden ohne Nut und Durchgang bereitgestellt. Bei Mitläuferrotoren mit gleichem Nut- und Durchgangsabstand weist jede Kopffläche 124 eine/n zugehörige/n Nut und Durchgang auf.
Jede Nut 150 definiert einen Durchgang 160, der sich durch die Wand 162 des Außenrotors erstreckt, um die Nut 150 mit der Innenwand 92 des Außenrotors 90 und mit einer variablen Volumenkammer 140 in Fluidverbindung zu bringen. Die Nuten 150 können jeweils einen einzelnen Durchgang 160 aufweisen, oder können zwei oder mehr Durchgänge 160 aufweisen. Die Durchgänge 160 können mit einem kreisförmigen, elliptischen, schlitzförmigen oder anderweitig ausgebildeten Querschnitt versehen sein. Die Durchgänge 160 können im Wesentlichen kreisförmig sein, zum Beispiel mit einem Radius, der um den Durchgang herum um nicht mehr als 10 Prozent variiert. Die Durchgänge 160 in jeder Nut 150 können dieselbe Größe haben, wie gezeigt, oder können verschiedene Größen haben. Die Durchgänge 160 können eine konstante Querschnittsfläche durch die Wand 162 des Außenrotors 90 aufweisen, oder können eine zunehmende oder abnehmende Querschnittsfläche aufweisen. Die Durchgänge 160 können relativ zueinander und zum Außenrotor 90 gleichmäßig beabstandet sein, oder können relativ zueinander und/oder zum Außenrotor 90 versetzt sein.
Während die Pumpe 50 arbeitet, können Druckpulsationen des Fluids in der Pumpe 50 als Quelle der Erregung für Antriebsstrangkomponenten agieren, wenn die Pumpe 50 an den Antriebsstrangkomponenten angebracht ist. Zum Beispiel kann die Pumpe 50 an einen Kraftmaschinenblock, ein Getriebegehäuse, eine Ölwanne oder Sumpfgehäuse, ein Getriebeglockengehäuse und dergleichen angebracht sein, wo die Druckpulsationen tonale Geräusche oder Heulen aus der Kraftmaschine oder dem Getriebe verursachen können. Die Bauform des Außenrotors 90 der vorliegenden Offenbarung agiert so, dass das/die durch die Ölpumpe induzierte/n Heulen oder tonalen Geräusche des Antriebsstrangs durch Bereitstellen einer Druckentlastung oder Agieren als Bypassfunktion reduziert oder beseitigt wird.
Die Nuten 150 und die Durchgänge 160 stellen eine Druckentlastung für die Pumpe 50 bereit und agieren so, dass die tonalen Geräusche oder das Heulen reduziert wird. Während die Pumpe 50 arbeitet, kann Fluid in einer der Kammern mit variablem Volumen 140 aus der Kammer 140 durch einen Durchgang 160, quer durch den Außenrotor 90 und in eine Nut 150 fließen. Die Nuten 150 bilden jeweils mit der zylindrischen Wand 57 des Gehäuses 52 eine Außenkammer 170. Das Modellieren und Testen des Außenrotors 90 mit den Nuten 150 und Durchgängen 160 zeigt im Vergleich zu einem herkömmlichen Außenrotor verbesserte Pumpenlaufeigenschaften. Eine Gerotorpumpe, die den Rotor wie hierin beschrieben aufweist, zeigte eine Reduzierung bei den Druckpulsationen oder Ausschlägen während des Betriebes. Zum Beispiel kann, wie in 6 gezeigt, eine herkömmliche Pumpe im Betrieb während einer Beharrungszustand-Betriebsbedingung Fluid mit Druckschwankungen oder Druckwellen, wie durch die Linie 200 gezeigt, am Auslass der Pumpe bereitstellen. Diese Druckschwankungen stellen einen Unterschied zwischen einem maximalen Fluiddruck oder Ausschlag und einem minimalen Fluiddruck am Auslass dar. Die Pumpe 50 gemäß der vorliegenden Offenbarung weist für dieselbe Beharrungszustand-Betriebsbedingung eine Druckschwankung auf, wie sie durch die Linie 202 gezeigt wird. Zusätzlich zu einer bedeutenden Abnahme bei den Druckschwankungen stellt die Pumpe 50 gemäß der vorliegenden Offenbarung das Fluid auch für eine längere Zeitdauer mit dem Hochdruckwert bereit, wohingegen der Hochdruck aus der herkömmlichen Pumpe als ein Ausschlagswert erscheint und nicht aufrechterhalten wird. Zusätzlich zeigte eine Analyse über einen Frequenzbereich eine bedeutende Abnahme der Druckspitzen für die verschiedenen Ordnungen der Pumpe 50, wobei die Druckspitzen für die höheren Ordnungen im Wesentlichen verschwinden, wie in 7 gezeigt, wobei eine herkömmlichen Pumpe durch die Linie 210 und eine Pumpe 50 gemäß der vorliegende Offenbarung durch die Leitung 212 veranschaulicht wird.
Die Pumpe 50 gemäß der vorliegenden Offenbarung sorgt für einen vergleichbaren oder erhöhten Fluiddruck am Pumpenauslass im Vergleich zur herkömmlichen Pumpe über einen Bereich von Pumpendrehzahlen. Deshalb erleidet die Pumpe 50 gemäß der vorliegenden Offenbarung keine bedeutenden Verluste, die auf Unterschieden in Wirkungsgraden usw. basieren, und tatsächlich kann gesagt werden, dass sie abhängig von der Pumpengeschwindigkeit effizienter ist.
Die Pumpe 50 gemäß der vorliegenden Offenbarung sorgt zusätzlich für verringerte Geräusche. Wenn die Pumpe 50 gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Beispiel mit einem Antriebsstrang für ein Fahrzeug verwendet wird, wird das tonale Geräusche aus dem Antriebsstrang reduziert. In einem Beispiel wurde die Pumpe gemäß der vorliegenden Offenbarung mit einer Vierzylinder-Kraftmaschine für ein Fahrzeug verwendet und hatte eine Geräuschreduzierung zur Folge, die sich im Vergleich zu einer herkömmlichen Gerotorpumpe zwischen 2–10 Dezibel für die verschiedenen Pumpenordnungen und über einen Frequenzbereich bewegt. Die Reduzierung von tonalen Geräuschen unter Verwendung der Pumpe 50 kann für verminderte Geräusche, Vibration und Rauheit (NVH) aus dem Antriebsstrang sorgen. Zusätzlich können der Antriebsstrang oder das Schmiersystem unter Verwendung einer Pumpe 50 gemäß der vorliegenden Offenbarung vereinfacht werden. Zum Beispiel können der Antriebsstrang oder das Schmiersystem mit einer herkömmlichen Pumpe Geräuschreduzierungseinrichtungen oder Merkmale enthalten, und diese Merkmale können durch einen Wechsel zu einer Pumpe gemäß der vorliegenden Offenbarung beseitigt werden. In einem Beispiel enthält das herkömmliche Schmiersystem ein Dämpfungsmaterial wie etwa ein Mastix, das sich auf dem Ölsumpf befindet, und dieses Dämpfungsmaterial kann durch einen Wechsel zu einer Pumpe 50, wie hierin beschrieben, weggelassen werden, ohne dass die tonalen Geräusche aus dem Antriebsstrang zunehmen.
Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Worte beschreibende und nicht einschränkende Worte, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass vom Wesen und Schutzbereich der Offenbarung abgewichen wird. Zudem können die Merkmale verschiedener implementierender Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.

Claims

Gerotorpumpe, umfassend: einen Körper, der eine Kammer mit zylindrischen Wandabschnitten definiert und einen Fluideinlass und einen Fluidauslass aufweist; eine Abdeckung, die so konfiguriert ist, dass sie mit dem Körper zusammenpasst, um die Kammer zu umschließen; ein Zahnradelement mit Innenverzahnung, das zur Drehung innerhalb der Kammer um eine erste Achse gelagert ist, wobei das Element eine zylindrische Außenwand aufweist, die eine Serie von Nuten definiert, wobei jede Nut einen zugehörigen Durchgang aufweist, der sich durch das Zahnradelement zu einer Innenoberfläche erstreckt, wobei jede Nut und zugehöriger Durchgang radial zwischen benachbarten Zähnen des Elements positioniert sind; ein Zahnradelement mit Außenverzahnung, das innerhalb des Zahnradelements mit Innenverzahnung drehbar um eine zweite Achse, die von der ersten Achse beabstandet ist, gelagert ist; und eine Antriebswelle, die zur Drehung mit dem Zahnradelement mit Außenverzahnung gekoppelt ist; wobei das Zahnradelement mit Innenverzahnung und das Zahnradelement mit Außenverzahnung zusammenwirken, um dazwischen eine Vielzahl von Pumpenkammern mit variablem Volumen zu bilden, um Fluid vom Fluideinlass zum Fluidauslass zu pumpen.
Pumpe nach Anspruch 1, wobei jede Nut parallel zu der ersten Achse ist.
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Zahnradelement mit Innenverzahnung ein erstes Ende und ein beabstandetes zweites Ende definiert, wobei sich jede Nut in der Serie von Nuten zwischen dem ersten und zweiten Ende erstreckt.
Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jede Nut einen weiteren zugehörigen Durchgang, der sich durch das Zahnradelement mit Innenverzahnung zu einer Innenoberfläche erstreckt, definiert.
Pumpe nach Anspruch 4, wobei der Durchgang und der weitere Durchgang jeder Nut jeweils einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Durchgang und der weitere Durchgang jeder Nut in der Nut voneinander längs beabstandet sind.
Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Zahnradelement mit Innenverzahnung (n) Zähne aufweist, und das Zahnradelement mit Außenverzahnung (n – 1) Zähne aufweist.
Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Oberfläche jeder Nut nach einem Zahnkopfbereich eines entsprechenden Innenzahns des Zahnradelements mit Innenverzahnung radial ausgerichtet ist.
Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Zahnkopfbereich des Zahnradelements mit Innenverzahnung dazu konfiguriert ist, mit einem Zahnfußbereich des Zahnradelements mit Außenverzahnung eine kontinuierliche fluiddichte Dichtung zu bilden.
Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Fluideinlass im Allgemeinen dem Fluidauslass in der Kammer gegenüberliegt.
Pumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jede Nut nach einer Kopffläche eines entsprechenden Innenzahns des Zahnradelements mit Innenverzahnung radial ausgerichtet ist.
Gerotor-Fluidpumpe für eine Fahrzeugkomponente, umfassend: ein Gehäuse, das eine zylindrische Kammer mit einem Fluideinlass und einem davon beabstandeten Fluidauslass definiert; einen Mitläuferrotor, der innerhalb der Kammer positioniert ist und eine zylindrische Außenwand aufweist, die zur zylindrischen Kammer benachbart ist und eine Serie von Nuten darin definiert, und eine Innenwand, die eine erste Serie von Zähnen definiert, wobei jede Nut einem zugehörigen Zahn der ersten Serie von Zähnen entspricht und eine Öffnung aufweist, die die Nut und die Innenwand in Fluidverbindung bringt; und einen Innenrotor, der durch eine Pumpenwelle angetrieben wird und innerhalb des Mitläuferrotors positioniert ist und eine Außenwand aufweist, die eine zweite Serie von Zähnen definiert; wobei die Zähne des Innenrotors und des Mitläuferrotors zusammenwirken, um eine Kammer mit variablem Volumen zu bilden, um Fluidströmung durch die Pumpe bereitzustellen, während der Innenrotor den Mitläuferrotor antreibt; wobei eine Drehachse des Innenrotors versetzt zu einer Drehachse des Mitläuferrotors ist; und wobei die Öffnung und die Nut des Mitläuferrotors einen Fluidpfad für Druckentlastung in der Pumpe bereitstellen, wodurch tonale Geräusche reduziert werden.
Pumpe nach Anspruch 12, wobei die zylindrische Außenwand des Mitläuferrotors durch Wandabschnitte der zylindrischen Kammer des Gehäuses beschränkt ist; und wobei die Serie von Nuten des Mitläuferrotors mit den Wandabschnitten der zylindrischen Kammer Fluidkammern bilden.
Pumpe nach Anspruch 12 oder 13, wobei jede Nut nach einer Kopffläche des zugehörigen Zahns radial ausgerichtet ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei jede Nut parallel zu der Drehachse des Mitläuferrotors ist.
Pumpe nach Anspruch 15, wobei jede Nut durch einen gekrümmten Wandabschnitt gebildet wird, der eine parallele Kurve zu dem zugehörigen Zahn ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die erste Serie von Zähnen N Zähne umfasst, die Serie von Nuten N Nuten umfasst, und die zweite Serie von Zähnen (N – 1) Zähne umfasst.
Mitläuferrotor für eine Gerotorpumpe, umfassend: einen Körper, der eine zylindrische Außenwand aufweist, die eine Serie von Längsnuten definiert, wobei der Körper eine Innenwand aufweist, die einen Zentralbereich umgibt und eine Serie von Zähnen definiert, wobei jeder Zahn nach einer jeweiligen Nut radial ausgerichtet ist, und der Körper eine Serie von Durchgängen definiert, die jeweils einer jeweiligen Nut zugehörig sind und sich radial durch den Körper erstrecken, um den Zentralbereich mit der Nut in Fluidverbindung zu bringen.
Mitläuferrotor nach Anspruch 18, wobei sich jede Nut entlang einer Länge des Körpers erstreckt.
Mitläuferrotor nach Anspruch 18 oder 19, wobei die Serie von Durchgängen eine erste Serie von Durchgängen ist; und wobei der Körper eine zweite Serie von Durchgängen definiert, wobei jeder Durchgang einer jeweiligen Nut zugehörig ist und sich radial durch den Körper erstreckt, um den Zentralbereich mit der Nut in Fluidverbindung zu bringen, wobei jeder Durchgang in der zweiten Serie von Durchgängen von dem Durchgang der ersten Serie von Durchgängen in der jeweiligen Nut längs beabstandet ist.