DE102018129826A1

DE102018129826A1 - Zahnradpumpe, die luft aus dem gepumpten öl entfernt

Info

Publication number: DE102018129826A1
Application number: DE102018129826.9A
Authority: DE
Inventors: Sean M. McGowan; Mark R. Claywell
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2019-05-29
Also published as: US20190162182A1; US10590928B2; CN109838379A; CN109838379B

Abstract

Eine Zahnradpumpe kann in einem Motorölsystem eingebaut werden. Die Zahnradpumpe weist ein Gehäuse, ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad auf. Das Gehäuse weist einen Auslasskanal für den Ölaustritt und eine oder mehrere Auslassöffnungen für den Luftaustritt auf. Das erste Zahnrad weist einen Satz von ersten Zähnen mit mehreren ersten Wurzeln und ersten Spitzen auf. Das zweite Zahnrad weist einen Satz von zweiten Zähnen mit mehreren zweiten Wurzeln und zweiten Spitzen auf. Die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich im Gehäuse, sodass sie mit einem ersten Freiraum, mit einem zweiten Freiraum oder sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Freiraum verbunden sein kann/können. Der erste Freiraum wird bei der Konfrontation einer der ersten Wurzeln und einer der zweiten Spitzen geschaffen. Und der zweite Freiraum wird bei der Konfrontation einer der zweiten Wurzeln und einer der ersten Spitzen geschaffen.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft Zahnradpumpen, die zum Bewegen von Öl in Verbrennungsmotorbaugruppen verwendet werden.
Zahnradpumpen sind in Verbrennungsmotorbaugruppen üblich, wie beispielsweise in Automobilanwendungen. In einem Trockensumpf-Motorölsystem bewegen Zahnradpumpen beispielsweise Öl aus einem Sumpf, in einen Tank und dann in einen Motor. Bei dieser Bewegung kann Luft in das Öl eingebracht werden. In einigen Fällen hat sich gezeigt, dass zu viel Luft im Öl die Wirksamkeit des Öls bei der Anwendung beeinträchtigt. Daher werden Luft-Öl-Separatoren verwendet, um Luft aus dem Öl in einigen Trockensumpf-Motorölsystemen zu entfernen.
KURZDARSTELLUNG
In einer Ausführungsform beinhaltet eine Zahnradpumpe ein Gehäuse, ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad. Das Gehäuse weist einen Auslasskanal für Öl zum Austritt aus der Zahnradpumpe auf. Das Gehäuse weist auch eine oder mehrere Auslassöffnungen für Luft zum Austritt aus der Zahnradpumpe auf. Das erste Zahnrad ist im Gehäuse angeordnet. Das erste Zahnrad weist einen Satz erster Zähne mit mehreren ersten Wurzeln und mehreren ersten Spitzen auf. Das zweite Zahnrad ist im Gehäuse angeordnet. Das zweite Zahnrad weist einen Satz zweiter Zähne mit mehreren zweiten Wurzeln und mehreren zweiten Spitzen auf. Die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich an einer Stelle im Gehäuse, um mit einem ersten Freiraum zwischen einer gegenüberliegenden ersten Wurzel und einer zweiten Spitze zu kommunizieren. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich an einer Stelle im Gehäuse, um mit einem zweiten Freiraum zwischen einer gegenüberliegenden zweiten Wurzel und einer ersten Spitze zu kommunizieren. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich an einer Stelle im Gehäuse, um mit dem ersten und zweiten Freiraum zu kommunizieren, wenn der erste Freiraum hergestellt ist und dann, wenn der zweite Freiraum hergestellt ist.
In einer Ausführungsform befindet sich die Auslassöffnung(en) an einer Steuerrippe des Gehäuses. Die Steuerrippe ist zwischen einer Vakuumseite der Zahnradpumpe und einer Druckseite der Zahnradpumpe angeordnet.
In einer Ausführungsform befindet sich die Auslassöffnung(en) angrenzend an einen ersten Spitzenumfang der ersten Spitzen. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich angrenzend an einen zweiten Spitzenumfang der zweiten Spitzen. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich sowohl am ersten als auch am zweiten Spitzenumfang.
In einer Ausführungsform befindet/befinden sich die Auslassöffnung(en) angrenzend an einen ersten Wurzelumfang der ersten Wurzeln. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich angrenzend an einen zweiten Wurzelumfang der zweiten Wurzeln. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich sowohl am ersten als auch am zweiten Wurzelumfang.
In einer Ausführungsform sind das erste Zahnrad, das zweite Zahnrad und die Auslassöffnung(en) konfiguriert, um die Luft, die innerhalb des ersten Freiraums erfasst wird, oder die innerhalb des zweiten Freiraums erfasst wird, oder die innerhalb des ersten und zweiten Freiraums erfasst wird, zu veranlassen, die Zahnradpumpe über die Auslassöffnung(en) zu verlassen, wenn die ersten und zweiten Zähne ineinandergreifen.
In einer Ausführungsform beinhaltet/beinhalten die Auslassöffnung(en) eine erste Auslassöffnung und eine zweite Auslassöffnung. Die erste Auslassöffnung befindet sich an einer ersten Stelle im Gehäuse, die mit dem ersten Freiraum verbunden ist, wenn der erste Freiraum hergestellt ist. Die zweite Auslassöffnung befindet sich an einer zweiten Stelle im Gehäuse, die mit dem zweiten Freiraum verbunden ist, wenn der zweite Freiraum hergestellt ist.
In einer Ausführungsform ist/sind die Auslassöffnung(en) eine einzelne Auslassöffnung, die sich im Gehäuse befindet/befinden, um mit dem ersten Freiraum und dem zweiten Freiraum zu verbinden, wenn der erste Freiraum hergestellt ist und dann, wenn der zweite Freiraum hergestellt ist.
In einer Ausführungsform beinhaltet die Zahnradpumpe ein Ventil, das an oder in der Nähe der Auslassöffnung(en) angeordnet ist. Das Ventil ist konfiguriert, um den Luftaustritt über die Auslassöffnung(en) zu regeln.
In einer Ausführungsform regelt das Ventil den Luftaustritt über die Auslassöffnung(en) basierend auf: Öldruck, Belüftung des Öls oder Öltemperatur. Oder das Ventil regelt den Luftaustritt über die Auslassöffnung(en) basierend auf einer Kombination dieser Faktoren.
In einer Ausführungsform beinhaltet die Zahnradpumpe einen Kupplungsmechanismus, der dem ersten Zahnrad, dem zweiten Zahnrad oder sowohl dem ersten als auch dem zweiten Zahnrad funktionsfähig zugeordnet ist. Der Kupplungsmechanismus ist konfiguriert, um die Drehgeschwindigkeit des ersten Zahnrads, des zweiten Zahnrads oder sowohl des ersten als auch des zweiten Zahnrads zu regeln.
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Trockensumpf-Motorölsystem die Zahnradpumpe. Die Zahnradpumpe dient als Absaugpumpe oder Druckpumpe im Trockensumpf-Motorölsystem. Und dem Trockensumpf-Motorölsystem fehlt ein Luft-Ölabscheider.
In einer Ausführungsform beinhaltet eine Zahnradpumpe ein Gehäuse, ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad. Das Gehäuse weist eine oder mehrere Auslassöffnungen für Luft zum Austritt aus der Zahnradpumpe auf. Das erste Zahnrad ist im Gehäuse angeordnet. Das erste Zahnrad weist einen Satz erster Zähne mit mehreren ersten Wurzeln auf. Die ersten Wurzeln definieren einen ersten Wurzelumfang. Das zweite Zahnrad ist im Gehäuse angeordnet. Das zweite Zahnrad weist einen Satz zweiter Zähne mit mehreren zweiten Wurzeln und auf. Die zweiten Wurzeln definieren einen zweiten Wurzelumfang. Die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich in der Nähe des ersten Wurzelumfangs. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich in der Nähe des zweiten Wurzelumfangs. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich sowohl in der Nähe des ersten als auch des zweiten Wurzelumfangs.
In einer Ausführungsform befindet/befinden sich die Auslassöffnung(en) im Gehäuse in einer Verzahnungszone des Satzes der ersten und zweiten Zähne.
In einer Ausführungsform beinhaltet/beinhalten die Auslassöffnung(en) eine erste Auslassöffnung und eine zweite Auslassöffnung. Die erste Auslassöffnung befindet sich entlang des ersten Wurzelumfangs. Oder die zweite Auslassöffnung befindet sich entlang des zweiten Wurzelumfangs.
In einer Ausführungsform ist/sind die Auslassöffnung(en) eine einzelne Auslassöffnung. Die einzelne Auslassöffnung weist einen Abschnitt auf, der sich entlang des ersten Wurzelumfangs befindet, und einen weiteren Abschnitt, der sich entlang des zweiten Wurzelumfangs befindet.
In einer Ausführungsform weist der Satz von ersten Zähnen mehrere erste Spitzen und der Satz von zweiten Zähnen mehrere zweite Spitzen auf. Die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich im Gehäuse, um mit einem ersten Freiraum zwischen einer gegenüberliegenden ersten Wurzel und einer zweiten Spitze zu verbinden. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich im Gehäuse, um mit einem zweiten Freiraum zwischen einer gegenüberliegenden zweiten Wurzel und einer ersten Spitze zu verbinden. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich im Gehäuse, um bei entsprechender Herstellung sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Freiraum zu verbinden.
In einer Ausführungsform sind das erste Zahnrad, das zweite Zahnrad und die Auslassöffnung(en) konfiguriert, um die Luft, die innerhalb des ersten Freiraums erfasst wird, oder die innerhalb des zweiten Freiraums erfasst wird, oder die innerhalb des ersten und zweiten Freiraums erfasst wird, zu veranlassen, die Zahnradpumpe über die Auslassöffnung(en) zu verlassen, wenn die ersten und zweiten Zähne ineinandergreifen.
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Motorölsystem die Zahnradpumpe.
In einer Ausführungsform beinhaltet eine Zahnradpumpe ein Gehäuse, ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad. Das Gehäuse weist einen Auslasskanal für Öl zum Austritt aus der Zahnradpumpe auf. Das Gehäuse weist auch eine oder mehrere Auslassöffnungen für Luft zum Austritt aus der Zahnradpumpe auf. Das erste Zahnrad ist im Gehäuse angeordnet. Das erste Zahnrad weist einen Satz erster Zähne mit mehreren ersten Wurzeln und mehreren ersten Spitzen auf. Die ersten Wurzeln definieren einen ersten Wurzelumfang. Das zweite Zahnrad ist im Gehäuse angeordnet. Das zweite Zahnrad weist einen Satz zweiter Zähne mit mehreren zweiten Wurzeln und mehreren zweiten Spitzen auf. Die zweiten Wurzeln definieren einen zweiten Wurzelumfang. Die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich in der Nähe des ersten Wurzelumfangs. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich in der Nähe des zweiten Wurzelumfangs. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich sowohl in der Nähe des ersten als auch des zweiten Wurzelumfangs. Des Weiteren befindet/befinden sich die Auslassöffnung(en) an einer Stelle im Gehäuse, um mit einem ersten Zwischenraum zwischen, der zwischen einer gegenüberliegenden ersten Wurzel und einer zweiten Spitze hergestellt wird, zu verbinden. Oder die Auslassöffnung(en) befindet(en) sich an einer Stelle im Gehäuse, um mit einem zweiten Abstand zwischen einer gegenüberliegenden zweiten Wurzel und einer ersten Spitze zu kommunizieren. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich an einer Stelle im Gehäuse, um bei entsprechender Herstellung sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Freiraum zu verbinden.
In einer Ausführungsform befindet sich die Auslassöffnung(en) angrenzend an einen ersten Spitzenumfang der ersten Spitzen. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich angrenzend an einen zweiten Spitzenumfang der zweiten Spitzen. Oder die Auslassöffnung(en) befindet/befinden sich sowohl am ersten als auch am zweiten Spitzenumfang.
Figurenliste
Ein oder mehrere Aspekte der Offenbarung werden im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, worin gleiche Bezeichnungen gleiche Elemente bezeichnen, und worin gilt:

1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Trockensumpf-Motorölsystems;
2 ist eine teilweise Innenansicht einer Ausführungsform einer Zahnradpumpe;
3 ist eine vergrößerte Ansicht Zahnräder der Zahnradpumpe von 2;
4 ist eine weitere Ansicht der Zahnräder von 3;
5 ist eine Schnittansicht der Zahnradpumpe, die an der Pfeillinie 5-5 in 4 aufgenommen wurde;
6 ist eine vergrößerte Ansicht einer Ausführungsform der Auslassöffnungen der Zahnradpumpe von 2;
7 ist eine Schnittansicht der Auslassöffnungen, die an der Pfeillinie 7-7 in 6 aufgenommen wurden;
8 ist eine vergrößerte Ansicht einer weitere Ausführungsform einer Auslassöffnung der Zahnradpumpe; und
9 ist eine vergrößerte Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Auslassöffnung der Zahnradpumpe.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist eine Zahnradpumpe so konzipiert und konstruiert, dass sie Luft aus dem Öl entfernt, wenn das Öl während der Verwendung durch die Zahnradpumpe bewegt wird. In den vorgestellten Ausführungsformen übernimmt die Zahnradpumpe diese Aufgabe, ohne die Verpackungsanforderungen der Zahnradpumpe selbst zu erhöhen, und erübrigt den Einsatz eines Luft-Ölabscheiders und der dazugehörigen Verpackungsanforderungen, die ansonsten entstehen würden. Durch das Entlüften trägt die Zahnradpumpe dazu bei, die Wirksamkeit des gepumpten Öls zu gewährleisten. Darüber hinaus entlastet das Entlüften auch höhere Drücke, die sich innerhalb der Zahnradpumpe aufbauen können, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Zahnradpumpe verbessert wird. Die Zahnradpumpe wird im Folgenden im Rahmen einer Automobilanwendung beschrieben, kann aber auch in nicht-automobilen Anwendungen eingesetzt werden.
Unter Bezugnahme auf 1 verwaltet ein Trockensumpf-Motorölsystem 10 die Ölzirkulation innerhalb einer Verbrennungsmotorbaugruppe in einem Automobil. Das zirkulierende Öl 12 kann Teile eines Motors 14, wie beispielsweise Motorlager, sowohl schmieren als auch kühlen. Diese Art von Ölsystemen ist im Automobilrennsport nicht ungewöhnlich, da sie Ölverschmutzungsprobleme verhindern, wenn bei schnellen Kurvenfahrten und anderen schnellen Fahrzeugbewegungen hohe G-Kräfte auftreten. Die Ölsysteme können in anderen Automobilanwendungen, wie beispielsweise in Hochleistungssportwagen, eingesetzt werden. Das Trockensumpf-Motorölsystem 10 kann unterschiedliche Designs, Konstruktionen und Komponenten in verschiedenen Verbrennungsmotorbaugruppen aufweisen. In der Ausführungsform von 1 beinhaltet das Trockensumpf-Motorölsystem 10 den Motor 14, eine Absaugpumpe 16, einen Tank 18 und eine Druckpumpe 20. Im Allgemeinen sammelt sich das Öl 12 in einem Sumpf 22 des Motors 14 und wird von der Absaugpumpe 16 aus dem Sumpf 22 gezogen und in den Tank 18 gefördert. Von dort saugt die Druckpumpe 20 das Öl 12 aus dem Tank 18 an und fördert es zum Motor 14 zur Schmierung und Kühlung. Weitere Einzelheiten über die Funktionsweise und Komponenten des Trockensumpf-Motorölsystems 10 sind den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt.
Unter allgemeiner Bezugnahme auf die 2-7 wird eine Zahnradpumpe 24 verwendet, um Öl in einem Motorölsystem zu fördern und kann das Entfernen und Trennen von Luft aus dem gepumpten Öl bewirken. Die Zahnradpumpe 24 kann Teil des Trockensumpf-Motorölsystems 10 von 1 sein - beispielsweise durch die Absaugpumpe 16 und/oder die Druckpumpe 20 (diese Möglichkeiten sind in 1 durch die Zahl vierundzwanzig in Klammern dargestellt) - oder sie kann in eine andere Art von Motorölsystem eingebaut sein. Noch umfassender ist, dass die Zahnradpumpe 24 in jedes Hydrauliksystem eingebaut werden kann, in dem Hydraulikfluid von einer Stelle zur anderen innerhalb des Systems bewegt wird. Die Zahnradpumpe 24 kann verschiedene Designs, Konstruktionen und Komponenten in verschiedenen Ausführungsformen aufweisen. In der Ausführungsform der 2-7 beinhaltet die Zahnradpumpe 24 ein Gehäuse 26, ein erstes Zahnrad 28, ein zweites Zahnrad 30, ein Ventil 32 und einen Kupplungsmechanismus 34.
Das Gehäuse 26 trägt das erste und zweite Zahnrad 28, 30 der Zahnradpumpe 24 und enthält das Öl 12 in seinem Inneren 36, da das Öl 12 bei Gebrauch durch die Zahnradpumpe 24 gefördert wird. 2 verdeutlicht eine teilweise Innenansicht des Gehäuses 26. Das Gehäuse 26 könnte andere Strukturen beinhalten, als das in 2 dargestellte. So könnte beispielsweise das Gehäuse 26 ein oder mehrere Gehäuse, Platten und/oder Wände beinhalten - in diesem Zusammenhang wird der Begriff „Gehäuse“ hierin allgemein verwendet, um all diese Strukturen zu umfassen. Im Inneren 36 weist das Gehäuse 26 eine Vakuumseite 38 zur Aufnahme des Öls 12 auf, da das Öl 12 in die Zahnradpumpe 24 eingezogen wird, und eine Druckseite 40 zum Ausstoßen des Öls 12 aus der Zahnradpumpe 24. Die Vakuum- und Druckseite 38, 40 sind durch das erste und zweite Zahnrad 28, 30 teilweise voneinander getrennt. Unter Bezugnahme nun insbesondere auf 6 ragt eine Steuerrippe 42 aus einer Innenfläche 44 des Gehäuses 26 nach innen. Wie das erste und zweite Zahnrad 28, 30 dient die Steuerrippe 42 als teilweise Barriere zwischen den Vakuum- und Druckseiten 38, 40 und ist zwischen den Vakuum- und Druckseiten 38, 40 in einer Zone der Verzahnung 46 zwischen den Zähnen des ersten und zweiten Zahnrads 28, 30 angeordnet. Unter Rückbezug auf 2 tritt das Öl 12 über einen Auslasskanal 48 aus dem Gehäuse 26 aus. Der Auslasskanal 48 befindet sich auf der Druckseite 40 und dient als primärer Ausgang für das Öl 12 aus der Zahnradpumpe 24 und zu den nachfolgenden Komponenten des größeren Motorölsystems.
Das erste Zahnrad 28 wird im Gehäuse 26 gehalten und arbeitet mit dem zweiten Zahnrad 30 zum Paddeln und Tragen des Öls 12 von der Vakuumseite 38 zur Druckseite 40 des Gehäuses 26. In dieser Ausführungsform ist das erste Zahnrad 28 ein Stirnradgetriebe, kann aber auch eine andere Art von Zahnrad in einer anderen Ausführungsform sein. Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 dreht sich das erste Zahnrad 28 um eine erste Getriebewelle 50 im Uhrzeigersinn. Von dem Zahnradpaar der Zahnradpumpe 24 ist das erste Zahnrad 28 das angetriebene Zahnrad. Unter Bezugnahme auf 3 weist das erste Zahnrad 28 einen Satz von ersten Zähnen 52 auf. Der Satz von ersten Zähnen 52 beinhaltet mehrere einzelne Zähne 54, die radial-auswärts in Bezug auf die im Allgemeinen kreisförmige Form des ersten Zahnrades 28 vorstehen. Jeder Zahn 54 weist eine erste Spitze 56 auf, und an einem Übergang zwischen benachbarten Zähnen 54 befindet sich eine erste Wurzel 58. Zusammen definieren die ersten Spitzen 56 einen ersten Spitzenumfang 60 und die ersten Wurzeln 58 definieren einen ersten Wurzelumfang 62. Wie in 3 demonstriert, ist der erste Spitzenumfang 60 ein Umfang, der im Allgemeinen an einer Stelle der ersten Spitzen 56 aufgenommen wird und sich auf die allgemein kreisförmige Form des ersten Zahnrads 28 bezieht. Ebenso ist der erste Wurzelumfang 62 ein Umfang, der im Allgemeinen an einer Stelle der ersten Wurzeln 58 aufgenommen wird und sich auf die im Allgemeinen kreisförmige Form des ersten Zahnrads 28 bezieht.
Das zweite Zahnrad 30 wird im Gehäuse 26 gehalten und arbeitet mit dem ersten Zahnrad 28 zum Paddeln und Tragen des Öls 12 von der Vakuumseite 38 zur Druckseite 40 des Gehäuses 26. In dieser Ausführungsform ist das zweite Zahnrad 30 ein Stirnradgetriebe, kann aber auch eine andere Art von Zahnrad in einer anderen Ausführungsform sein. Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 dreht sich das zweite Zahnrad 30 um eine zweite Getriebewelle 64 gegen den Uhrzeigersinn. Das zweite Zahnrad 30 bewirkt die Drehung des ersten Zahnrads 28 und kann selbst von einer Motorkurbelwelle der größeren Verbrennungsmotorbaugruppe angetrieben werden. Unter Bezugnahme auf 3 weist das zweite Zahnrad 30 einen Satz von zweiten Zähnen 66 auf. Der Satz von zweiten Zähnen 66 beinhaltet mehrere einzelne Zähne 68, die radial-auswärts in Bezug auf die im Allgemeinen kreisförmige Form des zweiten Zahnrads 30 vorstehen. Jeder Zahn 68 weist eine zweite Spitze 70 auf, und an einem Übergang zwischen benachbarten Zähnen 68 befindet sich eine zweite Wurzel 72. Zusammen definieren die zweiten Spitzen 70 einen zweiten Spitzenumfang 74 und die zweiten Wurzeln 72 definieren einen zweiten Wurzelumfang 76. Wie in 3 demonstriert, ist der zweite Spitzenumfang 74 ein Umfang, der im Allgemeinen an einer Stelle der zweiten Spitzen 70 aufgenommen wird und sich auf die allgemein kreisförmige Form des zweiten Zahnrads 30 bezieht. Ebenso ist der zweite Wurzelumfang 76 ein Umfang, der im Allgemeinen an einer Stelle der zweiten Wurzeln 72 aufgenommen wird und sich auf die im Allgemeinen kreisförmige Form des zweiten Zahnrads 30 bezieht.
Wenn das Öl 12 durch ein Motorölsystem, wie beispielsweise das Trockensumpf-Motorölsystem 10, fließt, kann Luft in das Öl 12 eindringen. Im Allgemeinen hat sich gezeigt, dass Öl, das mit großen Luftmengen durchtränkt ist, in einigen Fällen die Wirksamkeit des Öls im Gebrauch in einer Verbrennungsmotorbaugruppe verringert - z. B. können Luftblasen im Öl das Anhaften des Ölfilms an den Oberflächen eines Motors behindern, wie beispielsweise an den Motorlageroberflächen. Luft-Ölabscheider wurden in Motorölsystemen eingesetzt, um die Luft vom Öl zu trennen. Obwohl sich die Luft-Ölabscheider in einigen Motorölsystemen bewährt haben, sind Luft-Ölabscheider nicht immer völlig frei von Nachteilen. Luft-Ölabscheider können verschiedene Komponenten sein, die einem Motorölsystem hinzugefügt werden, und können daher Verpackungsanforderungen an das Motorölsystem stellen, die in Automobilanwendungen sehr anspruchsvoll sein können. Und zusätzliche Luft-Ölabscheider können den Stromverbrauch im Motorölsystem erhöhen.
Um einige oder alle diese Nachteile zu beheben, ist die Zahnradpumpe 24 so konzipiert und konstruiert, dass sie während des normalen Betriebsmodus der Zahnradpumpe Luft aus dem Öl 12 entfernt. Unter erneuter Bezugnahme auf die 2-7 weist das Gehäuse 26 in dieser Ausführungsform eine erste Auslassöffnung 78 und eine zweite Auslassöffnung 80 auf, die darin definiert und angeordnet sind. Da das Gehäuse 26 das Gehäuse, die Platte(n) und/oder die Wände sein kann, können die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 definiert und in diesen Strukturen angeordnet werden. Abhängig von der Konstruktion des Gehäuses 26 können die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 durch Bohren eingebracht, eingegossen oder auf andere Weise gebildet werden. Luft, in den meisten Fällen auch etwas Öl, tritt über die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 aus dem Gehäuse 26 aus. Insbesondere unter Bezugnahme auf die 6 und 7 erstreckt sich die erste Auslassöffnung 78 durch das Gehäuse 26 von einem ersten Einlass 82 zu einem Auslass 85. Gleichermaßen erstreckt sich die zweite Auslassöffnung 80 durch das Gehäuse 26 von einem zweiten Einlass 86 zum Auslass 85. In der vorgestellten Ausführungsform verschmelzen die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 entlang ihrer jeweiligen Ausdehnung im Gehäuse 26 und teilen sich den Auslass 85. In weiteren Ausführungsformen müssen die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 nicht zusammengeführt werden und könnten diskrete Auslässe aufweisen. Luft- und/oder Luft-Öl-Gemisch (im Folgenden als „Luft“ bezeichnet) kann über die allgemeinen Wege 88, 90 durch die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 geführt werden. Eine oder mehrere Leitungen können fluidisch mit der ersten und zweiten Auslassöffnung 78, 80 verbunden sein, um die austretende Luft nach unten und weg von der Zahnradpumpe 24 zu leiten. So kann beispielsweise unter Bezugnahme auf 1 eine Leitung 91 austretende Luft von der Zahnradpumpe 24 (in diesem Fall der Druckpumpe 20) und zum Tank 18 übertragen. In einem weiteren Beispiel, wenn die Zahnradpumpe 24 die Absaugpumpe 16 ist, kann die Leitung 91 fluidisch mit dem Sumpf 22 verbunden sein und die austretende Luft von der Zahnradpumpe 24 zum Sumpf 22 übertragen. In noch weiteren Beispielen könnte die austretende Luft jedoch an einer anderen Stelle übertragen werden.
Die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 sind im Gehäuse 26 angeordnet, um die Aufnahme der abgeführten Luft zu ermöglichen. In der dargestellten Ausführungsform, die sich insbesondere auf die 3 und 6 bezieht, befinden sich die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 im Allgemeinen zwischen dem ersten und zweiten Zahnrad 28, 30 in der Verzahnungszone 46 zwischen den Sätzen von ersten Zähnen 52 und zweiten Zähnen 66. Hier befinden sich die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 an der Steuerrippe 42. Des Weiteren sind in dieser Ausführungsform die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 mit den Spitzenumfängen 60, 74 und den Wurzelumfängen 62, 76 ausgerichtet, wie in 3 dargestellt. Das heißt, die erste Auslassöffnung 78 liegt entlang des ersten Wurzelumfangs 62 der ersten Wurzeln 58 und entlang des zweiten Spitzenumfangs 74 der zweiten Spitzen 70; und die zweite Auslassöffnung 80 liegt entlang des zweiten Wurzelumfangs 76 der zweiten Wurzeln 72 und liegt entlang des ersten Spitzenumfangs 60 der ersten Spitzen 56. Durch das Liegen entlang dieser Umfänge, in der dargestellten Ausführungsform, werden die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 zur Aufnahme der abgeführten Luft vorbereitet. Durch die Position und Lage der ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 ist die Entlüftung in die normale Betriebsart der Zahnradpumpe integriert und kann gleichzeitig erfolgen, wenn das Öl 12 aus dem Auslasskanal 48 austritt, wobei die Entlüftung ohne Zusatz einer für die Entlüftung vorgesehenen Betriebsart erfolgt, sondern durch eine zusätzliche Stufe zur normalen Betriebsart. Wie beschrieben, müssen die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 nicht alle diese Positions- und Lagebedingungen in allen Ausführungsformen erfüllen.
Des Weiteren sind die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 zur Aufnahme der abgeführten Luft fluidisch mit den Freiräumen verbunden, die zwischen den ineinandergreifenden Sätzen von ersten Zähnen 52 und zweiten Zähnen 66 festgelegt sind. Unter Bezugnahme nun auf die 2, 4 und 5 ist die erste Auslassöffnung 78 bei deren Aufbau direkt mit einem ersten Freiraum 92 verbunden, und die zweite Auslassöffnung 80 ist bei deren Aufbau direkt mit einem zweiten Freiraum 94 verbunden. Die ersten und zweiten Freiräume 92, 94 werden zwischen konfrontierenden und gegenüberliegenden Oberflächen der Spitzen 56, 70 und Wurzeln 58, 72 geschaffen, wenn die Sätze der ersten Zähne 52 und zweiten Zähne 66 beim Ineinandergreifen zusammenkommen und sich auflösen. Als ein Beispiel, und wie vielleicht am besten durch 5 veranschaulicht, wird der zweite Freiraum 94 teilweise durch Wurzeloberflächen 96 der zweiten Wurzeln 72 und durch Spitzenoberflächen 98 der ersten Spitzen 56 definiert. Die ersten und zweiten Freiräume 92, 94 werden vorübergehend zu unterschiedlichen Zeiten zwischen den Oberflächen der ersten und zweiten Spitzen 56, 70 und der Wurzeln 58, 72 festgelegt. 2 stellt beispielsweise den Aufbau des ersten Freiraums 92 zwischen einer einzelnen ersten Wurzel 58 und einer einzelnen zweiten Spitze 70 dar. 3 stellt das erste und zweite Zahnrad 28, 30 dar, die um zehn Grad (10°) aus ihren Drehpositionen in 2 gedreht wurden, und stellt den teilweisen Aufbau des ersten Freiraums 92 dar. Gleichermaßen stellt 4 die ersten und zweiten Zahnräder 28, 30 dar, die um 10° aus ihren Drehpositionen in 3 gedreht wurden, und stellt den Aufbau des zweiten Freiraums 94 zwischen einer einzelnen zweiten Wurzel 72 und einer einzelnen ersten Spitze 56 dar.
Bei den ersten und zweiten Freiräumen 92, 94 wird die Luft in der Drehung des ersten und zweiten Zahnrads 28, 30 eingefangen und durch die ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 gedrückt, während die Luft durch die ineinandergreifenden Sätze der ersten und zweiten Zähne 52, 66 gedrückt wird. Das Entfernen von Luft muss nicht notwendigerweise das Öl 12 von der gesamten in das Öl 12 eingeleiteten Luft befreien. Ohne sich auf eine bestimmte Arbeitstheorie beschränken zu wollen, wird derzeit angenommen, dass die Entlüftung des Öls 12 durch die Variation der G-Kräfte verursacht wird, die an den jeweiligen Spitzen und Wurzeln der Sätze von ersten Zähnen 52 und zweiten Zähnen 66 während der Zahnraddrehung und beim Ineinandergreifen der Zähne auftreten, sowie durch den Unterschied der Dichten zwischen Luft und Öl 12. In einer exemplarischen Versuchsanordnung lag ein Verhältnis zwischen den G-Kräften an den Zahnradwurzeln und den Zahnradspitzen (g-root/g-tip) bei etwa zweiundsechzig Prozent (62 %). Die an den Zahnradspitzen auftretenden G-Kräfte waren messbar größer als die an den Zahnradwurzeln auftretenden G-Kräfte. Es wird angenommen, dass diese Differenz der G-Kräfte, gekoppelt mit der Dichtedifferenz zwischen Luft und Öl, zu einer Trennung der Luft vom Öl 12 führt. Es wird derzeit angenommen, dass Luft aus dem Öl 12 abgezogen und zu den Zahnradwurzeln gezogen wird, oder dass das Öl 12 von den Zahnradwurzeln abgezogen wird und Luft dort verbleibt. Die exemplarische Testanordnung bestand darin, ein Getriebe mit 4.000 Umdrehungen pro Minute (U/min), 5.000 U/min, 6.000 U/min, 7.000 U/min, 8.000 U/min und 9.000 U/min zu drehen. Das G-Kraft-Verhältnis bei diesen unterschiedlichen Drehzahlen lag konstant bei 62 %. Das zu prüfende Zahnrad hatte einen Kerndurchmesser von 32 Millimetern (mm) und einen Spitzendurchmesser von 52 mm. Andere Testanordnungen können zu anderen Ergebnissen führen.
Das Entfernen von Luft aus dem Öl 12 über die Zahnradpumpe 24 löst einige oder alle der vorstehend genannten Nachteile. Das gepumpte Öl schmiert und kühlt Teile des Motors 14, wie beispielsweise die Motorlager, effektiver und erleichtert das Anhaften des Ölfilms auf der Motoroberfläche. Des Weiteren werden die Verpackungsanforderungen der Zahnradpumpe 14 selbst nicht beeinträchtigt, da die Entlüftung über im Gehäuse 26 integrierte Auslassöffnungen erfolgt und keine zusätzlichen Komponenten erforderlich sind. Darüber hinaus können Luft-Ölabscheider in einem Motorölsystem nicht mehr erforderlich sein - beispielsweise ist das Trockensumpf-Motorölsystem 10 ohne Luft-Ölabscheider in 1 dargestellt. Und ohne einen Luft-Ölabscheider entfallen somit auch die damit verbundenen Verpackungsanforderungen und der sonst entstehende Stromverbrauch. Schließlich hat das Entfernen der Luft in der Zahnradpumpe 24 die abgeleitete Wirkung, höhere Drücke zu entlasten, die sich in der Zahnradpumpe 24 aufbauen können und die die Pumpwirkung zu bestimmten Zeiten unterdrücken können.
Unter Bezugnahme nun auf 5 kann die Zahnradpumpe 24 in dieser Ausführungsform das Ventil 32 und den Kupplungsmechanismus 34 beinhalten. Bei Verwendung regelt das Ventil 32 das Öffnen und Schließen der ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80, um den Luftaustritt aus der Zahnradpumpe 24 zu ermöglichen und zu verhindern. Ein Steuermodul 100, wie beispielsweise ein Motorsteuermodul, kann verwendet werden, um die Wirkung des Ventils 32 in der Anwendung zu steuern und zu kontrollieren. In einem Beispiel wird das Ventil 32 während des Betriebs der Zahnradpumpe 24 zeitweise geschlossen, um Druck innerhalb der Zahnradpumpe 24 aufzubauen und mögliche Pumpenverluste zu minimieren. In noch einem weiteren Beispiel kann ein Arbeitszyklus des Ventils 32 unter Berücksichtigung eines oder mehrerer der folgenden Faktoren durchgeführt werden: Öldruck 12 im Motor 14, Entlüftung des Öls 12 und/oder Öltemperatur 12. Das heißt, mit steigender Öltemperatur 12 kann die Einschaltdauer des Ventils 32 begrenzt und damit der Luftaustritt begrenzt werden, um einen geeigneten Gesamtdruck des Öls 12 im Motor 14 aufrechtzuerhalten. Gleichermaßen kann als Prozentsatz der Entlüftung des Öls 12 der Arbeitszyklus des Ventils 32 begrenzt und damit der Luftaustritt begrenzt werden, um einen angemessenen Gesamtdruck des Öls 12 im Motor 14 aufrechtzuerhalten. Das Ventil 32 kann an oder in der Nähe der ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 und stromabwärts des Auslasses 85 angeordnet werden und kann in Leitungen installiert werden, die von den ersten und zweiten Auslassöffnungen 78, 80 wegführen. In 1 ist beispielsweise das Ventil 32 dargestellt, das in der Leitung 91 installiert ist. Das Ventil 32 kann ein Rückschlagventil oder ein anderes Ventil sein.
Bei Verwendung regelt der Kupplungsmechanismus 34 die Drehzahl der ersten und zweiten Zahnräder 28, 30. Ein Steuermodul 102, wie beispielsweise ein Motorsteuermodul, kann verwendet werden, um die Wirkung des Kupplungsmechanismus 34 in der Anwendung zu steuern und zu kontrollieren. Der Kupplungsmechanismus 34 wird betätigt und deaktiviert, um die angetriebene Drehung der ersten und zweiten Zahnräder 28, 30 zu erhöhen und zu verringern und dadurch die Bewegung des Öls 12 durch die Zahnradpumpe 24 zu erhöhen und zu verringern, wie es im größeren Motorölsystem erforderlich ist. Der Kupplungsmechanismus 34 kann über die Verbindung mit der zweiten Getriebewelle 64 dem antreibenden zweiten Zahnrad 30 funktionsfähig zugeordnet werden und selbst von einer Motorkurbelwelle oder einer Nockenwelle der größeren Verbrennungsmotorbaugruppe abgetrieben werden. Der Kupplungsmechanismus 34 kann ein elektrischer Kupplungsmechanismus oder eine andere Art von Kupplungsmechanismus sein.
Die 8 und 9 verdeutlichen eine zweite und dritte Ausführungsform der Zahnradpumpe 24. In diesen Ausführungsformen wird nur die Auslasseröffnung in einer alternativen Form dargestellt; die anderen Komponenten der Zahnradpumpe 24 bleiben unverändert, sodass ihre mit der Ausführungsform der 2-7 dargestellten Beschreibungen auch hier gleichermaßen gelten. Unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen der 8 und 9 tritt die Luft über eine einzelne Auslassöffnung aus dem Gehäuse 26 aus und nicht über ein Paar Auslassöffnungen der vorherigen Ausführungsform. Die einzelne Auslassöffnung erfüllt die Funktionen, die durch das Paar von Auslassöffnungen der vorherigen Ausführungsform bereitgestellt werden. In der zweiten Ausführungsform von 8 ist eine einzelne Auslassöffnung 179 definiert und im Gehäuse 26 angeordnet. Hier ist die Auslassöffnung 179 erdnussförmig und weist eine Ausdehnung auf, die sich sowohl zwischen dem ersten als auch dem zweiten Freiraum 92, 94 erstreckt, um die abgeführte Luft aufzunehmen, die sowohl aus dem ersten als auch aus dem zweiten Freiraum 92, 94 gedrängt wird. Die Auslassöffnung 179 weist einen ersten Abschnitt 181 auf, der bei dessen Errichtung direkt mit dem ersten Freiraum 92 in Verbindung steht, und einen zweiten Abschnitt 183, der gegenüber dem ersten Abschnitt 181 versetzt ist, der bei dessen Errichtung direkt mit dem zweiten Freiraum 94 in Verbindung steht. Gleichermaßen ist in der dritten Ausführungsform von 9 eine einzelne Auslassöffnung 279 definiert und im Gehäuse 26 angeordnet. Hier ist die Auslassöffnung 279 schlitzförmig und weist eine Ausdehnung auf, die sich sowohl zwischen dem ersten als auch dem zweiten Freiraum 92, 94 erstreckt, um die abgeführte Luft aufzunehmen, die sowohl aus dem ersten als auch aus dem zweiten Freiraum 92, 94 gedrängt wird. Die Auslassöffnung 279 weist einen ersten Abschnitt 281 auf, der bei dessen Errichtung direkt mit dem ersten Freiraum 92 in Verbindung steht, und einen zweiten Abschnitt 283, der gegenüber dem ersten Abschnitt 281 versetzt ist, der bei dessen Errichtung direkt mit dem zweiten Freiraum 94 in Verbindung steht.
Des Weiteren könnte in noch einer weiteren Ausführungsform - dieser nicht abgebildeten - eine einzelne Auslassöffnung im Gehäuse vorgesehen werden, die nur direkt mit dem ersten Freiraum oder mit dem zweiten Freiraum in Verbindung steht und nicht sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Freiraum verbunden sein muss.
Es versteht sich, dass das Vorstehende eine Beschreibung eines oder mehrerer Aspekte der Offenbarung ist. Die Offenbarung ist nicht auf die besondere(n) hierin offenbarte(n) Ausführungsform(en) beschränkt, sondern ausschließlich durch die folgenden Patentansprüche definiert. Darüber hinaus beziehen sich die in der vorstehenden Beschreibung gemachten Aussagen auf bestimmte Ausführungsformen und sind nicht als Einschränkungen des Umfangs der Offenbarung oder der Definition der in den Patentansprüchen verwendeten Begriffe zu verstehen, außer dort, wo ein Begriff oder Ausdruck ausdrücklich vorstehend definiert wurde. Verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Änderungen und Modifikationen an der/den ausgewiesenen Ausführungsform(en) sind für Fachleute offensichtlich. Alle diese anderen Ausführungsformen, Änderungen und Modifikationen sollten im Geltungsbereich der angehängten Patentansprüche verstanden werden.
Wie in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, sind die Begriffe „z. B.“, „zum Beispiel“, „beispielsweise“, „wie zum Beispiel“, „wie“ und „gleich“ sowie die Verben „umfassen“, „aufweisen“, „beinhalten“ und ihre anderen Verbformen, wenn sie in Verbindung mit einer Auflistung einer oder mehrerer Komponenten oder anderen Gegenständen verwendet werden, jeweils als offen auszulegen, d. h. die Auflistung ist nicht so zu sehen, dass andere, zusätzliche Komponenten oder Elemente ausgeschlossen sind. Andere Begriffe sind in deren weitesten vernünftigen Sinn auszulegen, es sei denn, diese werden in einem Kontext verwendet, der eine andere Auslegung erfordert.

Claims

Zahnradpumpe, umfassend: ein Gehäuse mit einem Auslasskanal für Öl zum Austreten aus der Zahnradpumpe, wobei das Gehäuse mindestens eine Auslassöffnung für Luft zum Austreten aus der Zahnradpumpe aufweist; ein erstes Zahnrad, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei das erste Zahnrad einen Satz von ersten Zähnen mit einer Vielzahl von ersten Wurzeln und einer Vielzahl von ersten Spitzen aufweist; und ein zweites Zahnrad, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei das zweite Zahnrad einen Satz von zweiten Zähnen mit einer Vielzahl von zweiten Wurzeln und einer Vielzahl von zweiten Spitzen aufweist; worin die mindestens eine Auslassöffnung an einer Stelle im Gehäuse angeordnet ist, um mit einem ersten Freiraum, der zwischen einer gegenüberliegenden ersten Wurzel und einer zweiten Spitze angeordnet ist, oder mit einem zweiten Freiraum, der zwischen einer gegenüberliegenden zweiten Wurzel und einer ersten Spitze angeordnet ist, oder mit sowohl dem ersten Freiraum als auch dem zweiten Freiraum bei entsprechender Festlegung derselben in Verbindung zu treten.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1, worin die mindestens eine Auslassöffnung angrenzend an einen ersten Spitzenumfang der Vielzahl von ersten Spitzen oder angrenzend an einen zweiten Spitzenumfang der Vielzahl von zweiten Spitzen oder angrenzend sowohl an den ersten Spitzenumfang als auch an den zweiten Spitzenumfang angeordnet ist.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1, worin die mindestens eine Auslassöffnung angrenzend an einen ersten Wurzelumfang der Vielzahl von ersten Wurzeln oder angrenzend an einen zweiten Wurzelumfang der Vielzahl von zweiten Wurzeln oder angrenzend sowohl an den ersten Wurzelumfang als auch an den zweiten Wurzelumfang angeordnet ist.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1, worin das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad und die mindestens eine Auslassöffnung konfiguriert sind, um die innerhalb des ersten Freiraums oder innerhalb des zweiten Freiraums oder sowohl innerhalb des ersten als auch des zweiten Freiraums erfasste Luft dazu zu bewegen, die Zahnradpumpe über die mindestens eine Auslassöffnung beim Ineinandergreifen des Satzes von ersten Zähnen und des Satzes von zweiten Zähnen zu verlassen.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1, worin die mindestens eine Auslassöffnung eine erste Auslassöffnung und eine zweite Auslassöffnung beinhaltet, wobei die erste Auslassöffnung an einer ersten Stelle im Gehäuse angeordnet ist, die bei deren Errichtung mit dem ersten Freiraum verbunden ist, und die zweite Auslassöffnung an einer zweiten Stelle im Gehäuse angeordnet ist, die bei deren Einrichtung mit dem zweiten Freiraum verbunden ist.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1, worin die mindestens eine Auslassöffnung eine einzelne Auslassöffnung ist, die sich im Gehäuse befindet, um sowohl mit dem ersten Freiraum bei dessen Errichtung als auch mit dem zweiten Freiraum bei dessen Errichtung zu verbinden.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Ventil, das an oder angrenzend an die mindestens eine Auslassöffnung angeordnet und konfiguriert ist, um den Luftaustritt über die mindestens eine Auslassöffnung zu regeln.
Zahnradpumpe nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Kupplungsmechanismus, der dem ersten Zahnrad oder dem zweiten Zahnrad oder sowohl dem ersten Zahnrad als auch dem zweiten Zahnrad funktionsfähig zugeordnet und konfiguriert ist, um dessen Drehgeschwindigkeit zu regeln.
Trockensumpf-Motorölsystem, umfassend die Zahnradpumpe nach Anspruch 1, worin die Zahnradpumpe als Absaugpumpe oder Druckpumpe im Trockensumpf-Motorölsystem dient und das Trockensumpf-Motorölsystem keinen Luft-Ölabscheider aufweist.
Zahnradpumpe, umfassend: ein Gehäuse mit mindestens einer Auslassöffnung zum Austreten von Luft aus der Zahnradpumpe; ein erstes Zahnrad, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei das erste Zahnrad einen Satz von ersten Zähnen mit einer Vielzahl von ersten Wurzeln aufweist, wobei die Vielzahl von ersten Wurzeln einen ersten Wurzelumfang definiert; und ein zweites Zahnrad, das innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, wobei das zweite Zahnrad einen Satz von zweiten Zähnen mit einer Vielzahl von zweiten Wurzeln aufweist, wobei die Vielzahl von zweiten Wurzeln einen zweiten Wurzelumfang definiert; worin die mindestens eine Auslassöffnung angrenzend an den ersten Wurzelumfang oder angrenzend an den zweiten Wurzelumfang oder angrenzend sowohl an den ersten Wurzelumfang als auch an den zweiten Wurzelumfang angeordnet ist.