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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Pumpenmodul mit einer Ölpumpe und einer Eingangswelle, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Brennkraftmaschine mit einem derartigen Pumpenmodul.
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Aus der
DE 10 2010 011 477 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einer Trockensumpfschmierung bekannt, die ein Zylinderkurbelgehäuse und eine von der Brennkraftmaschine über eine Eingangswelle angetriebene Ölpumpe mit mindestens einer Saugpumpenstufe und einer Druckpumpenstufe umfasst. Die mindestens eine Saugpumpenstufe und die Druckpumpenstufe sind dabei innerhalb des Zylinderkurbelgehäuses in einem gemeinsamen Pumpengehäuse angeordnet. Um das Gewicht der Ölpumpe verringern zu können, ist das Pumpengehäuse also als ein integraler Teil einer Ölwanne oder eines Unterteils des Zylinderkurbelgehäuses ausgebildet.
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Aus der
DE 10 2005 001 863 A1 ist eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuseober- und -unterteil bekannt, in denen Lagerstühle für die Aufnahme einer Kurbelwelle angeordnet sind. Im Kurbelgehäuseunterteil selbst sind einzelnen Ölabsaugräume angeordnet, denen jeweils eine im Kurbelgehäuseunterteil integrierte Ölabsaugpumpe zugeordnet ist, wodurch eine sichere und dauerhafte Schmierölversorgung sichergestellt werden soll.
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Aus der
DE 197 54 009 A1 ist eine wassergekühlte Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, einer Kurbelwelle, einer in Richtung der Kurbelwelle verlaufenden Massenausgleichswelle und einer einer Stirnseite der Brennkraftmaschine zugeordneten Wasserpumpe mit einem Pumpenrad bekannt.
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Aus der
DE 10 2018 111 528 A1 ist eine Schmiermittelversorgungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, umfassend ein Fördermittel zur Förderung von in einer Schmiermittelwanne der Schmiermittelversorgungseinrichtung vorliegendem Schmiermittel und ein weiteres Fördermittel, welches einer Absaugung eines Schmiermittelgemisches der Verbrennungskraftmaschine dient. Dabei ist zur effizienten Schmiermittelförderung der Schmiermittelversorgungseinrichtung ein Beruhigungsbehälter zugeordnet, welcher mit dem Schmiermittelgemisch des weiteren Fördermittels befüllbar und mit einem ergänzenden Fördermittel zur Absaugung von Schmiermittel aus dem Beruhigungsbehälter und Förderung in die Schmiermittelwanne durchströmbar verbunden ist.
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Aus der
DE 10 2014 016 779 A1 ist eine Außenzahnrad-Ölpumpe mit mehreren Förderstufen, bestehend aus einer Außenzahnrad-Regelölpumpe als Druckstufe und weiteren Förderstufen als Saugstufen und/oder als weitere Druckstufen bekannt. Durch eine um die Außenzahnrad-Regelölpumpe geschachtelte Anordnung der weiteren Förderstufen soll eine kompakte Ölpumpeneinheit geschaffen werden, die beispielsweise an Verbrennungsmotoren als Trockensumpf-Regelölpumpe verwendet werden kann.
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In modernen Motorräumen gibt es zunehmend Platzproblem, so dass möglichst kompakte Bauformen unterschiedlichster Motorkomponenten zunehmend in den Fokus rücken.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für ein Pumpenmodul der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine kompakte Bauweise auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem Pumpenmodul nicht nur wie bislang unterschiedliche Druck- bzw. Saugstufen einer Ölpumpe zusammenzufassen, sondern zudem noch eine Kurbelgehäuseentlüftung sowie eine Wasserpumpe zu integrieren. Hierdurch lassen sich auch die Kurbelgehäuseentlüftung und die Wasserpumpe über das Pumpenmodul antreiben, so dass ein separater Antrieb derselben, beispielsweise über einen entsprechenden Treibriemen bzw. einen zugeordneten Elektromotor entfallen kann. Insbesondere durch den Entfall eines separaten Elektromotors kann eine erhebliche Bauraumoptimierung erreicht werden. Das erfindungsgemäße Pumpenmodul besitzt dabei eine insbesondere mehrstufige Ölpumpe mit einer Eingangswelle, die über eine Zahnradverbindung leistungsübertragend mit einer zweiten, parallelen Welle antriebsverbunden ist. Die zweite Welle ist dabei mit einer ersten Öl-Absaugstufe, einer zweiten Öl-Absaugstufe, einer vierten Öl-Absaugstufe, einer ersten und zweiten Ölnebel-Absaugstufe, sowie mit einer oder zwei unterschiedlichen Druckstufen, vorzugsweise einer variablen Druckstufe und einer konstanten Druckstufe, antriebsverbunden. Die parallel verlaufende Eingangswelle, die hier die erste Welle darstellt, ist mit einer dritten Öl-Absaugstufe, einer dritten Ölnebel-Absaugstufe sowie der zuvor erwähnten Wasserpumpe antriebsverbunden. Die Ölnebel-Absaugstufen dienen dabei der Kurbelgehäuseentlüftung, während die einzelnen Öl-Absaugstufen unterschiedlichen Kurbelräumen einer Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Dies bietet darüber hinaus den großen Vorteil, dass jede Öl-Absaugstufe, beispielsweise zwischen zwei Lagerstellen der Kurbelwelle, eine gasdichte Trennung unterschiedlicher Kurbelräume voneinander ermöglicht und dadurch Verluste der Brennkraftmaschine verringert. Mit dem erfindungsgemäßen Pumpenmodul ist es somit erstmals möglich, über eine Welle, nämlich die Eingangswelle, die dritte Öl-Absaugstufe direkt und beispielsweise über ein Vorgelege die dritte Ölnebel-Absaugstufe und die Wasserpumpe indirekt und drehzahlverändert anzutreiben. Über die Eingangswelle erfolgt zudem ein indirekter Antrieb der mit der zweiten Welle antriebsverbundenen Komponenten, wobei das Pumpenmodul zudem vorzugsweise ein für alle Komponenten gemeinsames, mehrteiliges Gehäuse aufweist, so dass jeweils separate Gehäuse für unterschiedliche Druck-Stufen, Absaug-Stufen bzw. Wasserpumpe entfallen können, wodurch nicht nur Fertigungs- und Montagekosten reduziert werden können, sondern auch eine nicht zu unterschätzende Bauraumoptimierung erreicht werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist die Eingangswelle ein P4C-Profil oder ein P3G-Profil auf. Eine derartige Ausführung ermöglicht einen Formschluss von einem Antriebselement, beispielsweise einem Zahnrad auf der Eingangswelle. Selbstverständlich sind auch andere charakteristische Polygonformen bzw. Unrundverbindungen denkbar, die zudem den großen Vorteil bieten, dass sie lösbar und in Axialrichtung der jeweiligen Welle verschiebbare Verbindungen darstellen. Über ein derartiges P4C-/P3G-Profil kann beispielsweise eine Verbindung mit einem Zahnrad bzw. einem Riemenrad erfolgen, über welches die Eingangswelle beispielsweise über eine Nockenwelle bzw. Kurbelwelle angetrieben wird.
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Vorteilhafter Weise ist zwischen der dritten Öl-Absaugstufe und der dritten Ölnebel-Absaugstufe ein Vorgelege angeordnet. Über ein derartiges Vorgelege kann eine Drehzahl verändert, beispielsweise reduziert werden. Ein derartiges Vorgelege stellt somit eine konstruktiv vergleichsweise einfache Übersetzungsstufe dar, die zudem bauraumoptimiert angeordnet werden kann.
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Erfindungsgemäß ist die dritte Ölnebel-Absaugstufe über eine Steckwellenverbindung mit der Wasserpumpe antriebsverbunden. Über eine derartige Steckwellenverbindung, welche beispielsweise auch als Polygonalverbindung oder Vielzahnverbindung ausgebildet sein kann, lässt sich eine Trennebene schaffen, die eine einfache kraftübertragende Kopplung zwischen der dritten Ölnebel-Absaugstufe und der Wasserpumpe über eine Steckverbindung ermöglicht. Eine derartige Steckwellenverbindung ermöglicht darüber hinaus eine Kompensation von Axialtoleranzen und dient dadurch einem leichtgängigen Betrieb des erfindungsgemäßen Pumpenmoduls.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die dritte Öl-Absaugstufe über eine Passfeder mit einer Eingangswelle antriebsverbunden. Eine derartige Passfeder stellt eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung dar und ist zerstörungsfrei lösbar. Zusätzlich ermöglicht eine derartige Ausführungsform eine Kompensation von Toleranzen, insbesondere fertigungsbedingten Toleranzen. Generell sind auch andere Ausführungsformen denkbar.
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Vorteilhafter Weise ist die variable Druckstufe als Flügelzellenpumpe ausgebildet oder weist eine derartige Flügelzellenpumpe oder eine Pendelschieberpumpe auf. Flügelzellenpumpe sind dabei Verdrängerpumpen, die einen Hohlzylinder (Stator) besitzen, in dem ein weiterer Zylinder (Rotor) rotiert. Die Drehachse des Rotors ist dabei exzentrisch zum Stator angeordnet. Der große Vorteil einer derartigen Flügelzellenpumpe sind eine geringe Volumenstrompulsation sowie eine effiziente Arbeitsweise und eine kostengünstige Herstellung. Auch eine Geräuschemission hält sich bei derartigen Flügelzellenpumpen in Grenzen, was insbesondere für den Fahrkomfort in einem Kraftfahrzeug von großem Vorteil ist.
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Zweckmäßig für größere Öldurchsätze weist, insbesondere die konstante, Druckstufe eine Außenzahnradpumpe, eine Innenzahnradpumpe oder eine Gerotorpumpe auf. Die Außenzahnradpumpe, die Innenzahnradpumpe oder die Gerotorpumpe ergänzt somit die Flügelzellenpumpe als konstante Druckstufe. Der große Vorteil einer derartigen Außenzahnradpumpe ist dabei deren robuster Aufbau sowie die preiswerte Herstellungsmöglichkeit. Die zusätzliche Konstantpumpe reduziert insbesondere die Größe der variablen Druckstufe, beispielsweise der Flügelzellenpumpe, und verbessert die Regelbarkeit.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die zweite Ölnebelabsaugstufe mit einem Ölabscheider antriebsverbunden. Ein derartiger Ölabscheider kann beispielsweise als Fliehkraftseparator ausgebildet sein und gegebenenfalls über ein Vorgelege mit der zweiten Welle gekoppelt werden, um beispielsweise die Drehzahl zu erhöhen. Fliehkraftseparatoren, üblicherweise als Zyklone bezeichnet, dienen als Massenkraftabscheider zum Abscheiden von beispielsweise Aerosolen aus einem Gas, hier beispielsweise von Öl aus einem Ölnebel. Derartige Fliehkraftabscheider sind bereits bei einer Ölnebelabscheidung hinlänglich bekannt und äußerst effektiv.
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Zweckmäßig ist zwischen der ersten Ölnebel-Absaugstufe einerseits und der variablen Druckstufe und der dritten Ölnebel-Absaugstufe andererseits eine Trennplatte vorgesehen. Durch diese Trennplatte kann eine Trennebene des Pumpenmoduls geschaffen werden, welche insbesondere eine Wartung des Pumpenmoduls deutlich vereinfacht. Sowohl die Eingangswelle als auch die zweite Welle sind dabei durch die Trennplatte geführt.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Pumpenmodul auszustatten und dadurch die in den vorherigen Absätzen beschriebenen Vorteile auf die Brennkraftmaschine zu übertragen. Als größter Vorteil ist hierbei insbesondere eine Bauraumoptimierung zu nennen, ebenso wie der Entfall separater Antriebseinrichtungen für beispielsweise eine Wasserpumpe.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pumpenmoduls,
- 2 eine Ansicht auf ein erfindungsgemäßes Pumpenmodul.
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Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßes Pumpenmodul 1 eine mehrstufige Ölpumpe mit einer Eingangswelle 2 (vgl. auch 2) auf, die über eine Zahnradverbindung 3 leistungsübertragend mit einer zweiten, parallelen Welle 4 antriebsverbunden ist. Das Pumpenmodul 1 kann beispielsweise bei einer Brennkraftmaschine 5 in einem Kraftfahrzeug zur Ver- und Entsorgung der Brennkraftmaschine 5 mit Öl eingesetzt werden. Die zweite Welle 4 ist dabei erfindungsgemäß mit einer ersten Öl-Absaugstufe 6, einer zweiten Öl-Absaugstufe 7, einer vierten Öl-Absaugstufe 8, einer ersten Ölnebel-Absaugstufe 9, einer variablen Druckstufe 10, einer konstanten Druckstufe 11 sowie einer zweiten Ölnebel-Absaugstufe 12 antriebsverbunden. Die Eingangswelle 2 ist mit einer dritten Öl-Absaugstufe 13, einer dritten Ölnebel-Absaugstufe 14 sowie einer Wasserpumpe 15 antriebsverbunden. Vorzugsweise sind dabei sämtliche Komponenten innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 16 angeordnet, wobei dieses Gehäuse 16 selbstverständlich aus unterschiedlichen Abschnitten (vgl. 2) aufgebaut sein kann.
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Betrachtet man die 1 weiter, so kann man erkennen, dass die dritte Öl-Absaugstufe 13 direkt mit der Eingangswelle 2 gekoppelt ist, während die dritte Ölnebel-Absaugstufe 14 nur indirekt über ein Vorgelege 17 mit der Eingangswelle 2 antriebsverbunden ist. Über ein derartiges Vorgelege 17 lässt sich beispielsweise die Drehzahl verändern, insbesondere verringern. Die Wasserpumpe 15 ist dabei vorzugsweise über eine Steckwellenverbindung 18 mit der dritten Ölnebel-Absaugstufe 14 verbunden. Eine derartige Steckwellenverbindung kann beispielsweise als Polygonalverbindung oder Vielzahnverbindung ausgebildet sein und ermöglicht eine leichte Montage bzw. Demontage sowie zusätzlich auch einen Ausgleich unter Umständen auftretender Axialtoleranzen.
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Die Eingangswelle 2 weist vorzugsweise ein P4C-Profil oder ein P3G-Profil auf, das heißt ein Polygonalprofil, beispielsweise ein quadratisches oder dreieckförmiges Profil mit abgerundeten Eckbereichen, wodurch eine vergleichsweise einfache, da formschlüssige Drehmomentübertragung mit beispielsweise einem Antriebsrad möglich ist. Eine derartige P4C-Verbindung oder P3G-Verbindung ermöglicht eine Axialverstellmöglichkeit des auf der Eingangswelle 2 drehfest angeordneten Antriebsrades und zudem eine einfache zu montierende drehmomentübertragende Verbindung.
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Die dritte Öl-Absaugstufe 13 kann beispielsweise über eine Passfeder mit der Eingangswelle 2 gekoppelt werden, wobei eine derartige Passfeder ein bekanntes Maschinenelement darstellt, welches eine Drehmomentübertragung ermöglicht, jedoch zerstörungsfrei üblicherweise nicht lösbar ist.
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Die variable Druckstufe 10 kann beispielsweise als Flügelzellenpumpe, aber auch als Pendelschieberpumpe ausgebildet sein und bietet dadurch den Vorteil, auch bei geringen Umdrehungszahlen eine exakte Dosierung bei gleichzeitig geringer Geräuschemission zu ermöglichen. Die konstante Druckstufe 11 kann beispielsweise als Außenzahnradpumpe, als Innenzahnradpumpe oder als Gerotorpumpe (Zahnringpumpe) ausgebildet sein, wodurch eine kostengünstige und zugleich äußerst robuste Herstellung ermöglicht wird. Die Außenzahnradpumpe, die Innenzahnradpumpe oder die Gerotorpumpe ergänzt somit die Flügelzellenpumpe als konstante Druckstufe 11 und hilft, die Größe der variablen Druckstufe 10, beispielsweise der Flügelzellenpumpe zu reduzieren und die Regelbarkeit zu verbessern.
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Betrachtet man die 1 näher, so kann man erkennen, dass die erste, zweite und vierte Öl-Absaugstufe 6, 7, 8 sowie die erste Ölnebel-Absaugstufe 9 und die variable Druckstufe 10, die konstante Druckstufe 11 und die zweite Ölnebel-Absaugstufe 12 koaxial zueinander angeordnet sind, so dass die zweite Welle 4 sämtliche Komponenten 6, 7, 8, 9, 10, 11 und 12 durchdringt. Über die unterschiedlichen Ölnebel-Absaugstufen 9, 12, 14 können beispielsweise unterschiedliche Kurbelräume der Brennkraftmaschine 5 entlüftet werden, was den großen Vorteil bietet, dass diese einzelnen Kurbelräume, welche beispielsweise zwischen zwei Lagerstellen angeordnet sind, getrennt voneinander und insbesondere gasdicht zueinander ausgebildet werden können. Analog kann auch eine separate Öl-Absaugung mittels der unterschiedlichen Öl-Absaugstufen 6, 7, 13, 8 erfolgen. Mit dem erfindungsgemäßen Pumpenmodul 1 ist somit eine Trockensumpfschmierung der Brennkraftmaschine 5 möglich.
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Darüber hinaus kann die zweite Ölnebel-Absaugstufe 12 mit einem Ölabscheider 19 antriebsverbunden sein, der beispielsweise als Fliehkraftabscheider, das heißt als Zyklon, ausgebildet ist. Dabei ist der Ölabscheider 19 mit unterbrochen gezeichneter Linie dargestellt, was bedeuten soll, dass dieser noch innerhalb des Gehäuses 16 oder aber separat zu diesem angeordnet ist.
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Zwischen der ersten Ölnebel-Absaugstufe 9 einerseits und der variablen Druckstufe 10 und der dritten Ölnebel-Absaugstufe 14 andererseits kann eine Trennplatte 20 (vgl. 2) angeordnet sein, welche eine Trennebene bildet und insbesondere eine Wartung bei einer Demontage des Gehäuses 16 erleichtert. Die Eingangswelle 2 sowie die zweite Welle 4 durchdringen dabei die Trennplatte 20.
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Alles in allem kann mit dem erfindungsgemäßen Pumpenmodul 1 eine bauraumoptimierte Lösung einer mehrstufigen Ölpumpe bzw. Ölnebelabscheidung zusammen mit einer Wasserpumpe 15 geschaffen werden, wodurch insbesondere separate Gehäuse ebenso entfallen können, wie ein separater Antrieb, beispielsweise der Wasserpumpe 15, was erhebliche Bauraum- und Kostenvorteile bringt.
