DE102021116160A1

DE102021116160A1 - Zahnradpumpe und Antriebsmaschine

Info

Publication number: DE102021116160A1
Application number: DE102021116160.6A
Authority: DE
Inventors: Roland Stössel; Kevin Heider; Christian Sperber
Original assignee: FTE Automotive GmbH
Current assignee: Valeo Powertrain GmbH
Priority date: 2021-06-22
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2022-12-22
Also published as: EP4108920A1; US20220403843A1; CN115507016A

Abstract

Es wird eine Zahnradpumpe (10) angegeben, mit einer Antriebswelle (24) und mindestens zwei Zahnradpaaren (12, 14, 16), die jeweils ein Antriebszahnrad (17, 18, 19) und ein angetriebenes Zahnrad (20, 21, 22) umfassen, wobei die beiden Zahnräder eines Zahnradpaars (12, 14, 16) miteinander in kämmendem Eingriff sind und wobei die Antriebszahnräder (17, 18, 19) auf der Antriebswelle (26) angeordnet sind und mit der Antriebswelle (24) in drehmomentübertragendem Eingriff sind, und mit einer frei drehbar gelagerten Welle (26), auf der die angetriebenen Zahnräder (20, 21, 22) der Zahnradpaare (12, 14, 16) in drehmomentübertragendem Eingriff angeordnet sind, wobei die angetriebenen Zahnräder (20, 21, 22) mittels einer Spielpassung auf der frei drehbar gelagerten Welle (26) gelagert sind. Des Weiteren wird eine Antriebsmaschine (54) angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe, insbesondere für eine Trockensumpfschmierung eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug sowie eine Antriebsmaschine mit einer Zahnradpumpe. Beispielsweise ist die Zahnradpumpe eine Mehrfachzahnradpumpe.
Zahnradpumpen zur Trockensumpfschmierung weisen in der Regel mehrere Pumpenstufen auf, wobei eine Pumpenstufe eine Druckpumpenstufe bildet, die Schmieröl aus einem Schmierölbehälter zu den Schmierstellen der Antriebsmaschine und des Getriebes fördert, und mindestens eine weitere Pumpenstufe als Saugpumpenstufe ausgebildet ist, die das von den Schmierstellen abtropfende Schmieröl aus dem Ölsumpf der Antriebsmaschine in den Ölbehälter zurückfördert.
Ein Nachteil bei bekannten Zahnradpumpen ist, dass es aufgrund von Druckpulsationen zu Störgeräuschen kommen kann.
Zudem sind die bekannten Zahnradpumpen teilweise aufwendig zu montieren, insbesondere dann, wenn die angetriebenen Zahnräder frei drehbar gelagert sind.
Sind die angetriebenen Zahnräder auf eine Welle fest aufgepresst, müssen die Zahnräder besonders maßgenau gefertigt sein, wodurch die Herstellung aufwendig und kostenintensiv ist. Zudem ist ein positionsgenaues Aufpressen erforderlich.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine optimierte Zahnradpumpe mit mehreren Zahnradpaaren auf gemeinsamen Wellen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zahnradpumpe mit einer Antriebswelle und mindestens zwei Zahnradpaaren, die jeweils ein Antriebszahnrad und ein angetriebenes Zahnrad umfassen, wobei die beiden Zahnräder eines Zahnradpaars miteinander in kämmendem Eingriff sind und wobei die Antriebszahnräder auf der Antriebswelle angeordnet sind und mit der Antriebswelle in drehmomentübertragendem Eingriff sind, und mit einer frei drehbar gelagerten Welle, auf der die angetriebenen Zahnräder der Zahnradpaare in drehmomentübertragenden Eingriff angeordnet sind, wobei die angetriebenen Zahnräder mittels einer Spielpassung auf der frei drehbar gelagerten Welle gelagert sind.
Auf diese Weise kann eine für die Montage vorteilhafte Vorpositionierung der Zahnräder auf der Antriebswelle bzw. der frei drehbar gelagerten Welle erreicht werden.
Die Vorpositionierung erfolgt insbesondere mittels eines Wellen- und Nabenprofils.
Insbesondere können die einzelnen Zahnräder relativ zueinander in einer definierten Winkelposition auf der Welle vormontiert werden.
Die angetriebenen Zahnräder sind insbesondere mittels der Spielpassung radial geführt.
Die angetriebenen Zahnräder werden insbesondere durch die Antriebszahnräder angetrieben.
Vorzugsweise sind die Zähne der Zahnräder auf einer Welle nicht in einer Linie ausgerichtet.
Durch diese Anordnung kann sowohl die Druckpulsation im Ölversorgungssystem reduzieret sein als auch das Antriebsdrehmoment der Mehrfachzahnradpumpe geglättet sein.
Durch das Spiel der angetriebenen Zahnräder auf der frei drehbar gelagerten Welle ist es möglich, die angetriebenen Zahnräder in einer definierten Winkelposition auf einer durchgängigen Welle zu lagern, wobei das Spiel einen gewissen Toleranzausgleich ermöglicht, sodass alle Zahnradpaare derart miteinander in Eingriff sind, dass die Zahnflanken aufeinander abrollen. Ohne das Spiel, zum Beispiel bei einer Presspassung, wären die einzuhaltenden Toleranzen sehr eng, was zu einem sehr hohen Aufwand bei der Fertigung führen würde.
Gemäß einer Ausführungsform bildet eines der Zahnradpaare eine Druckpumpenstufe und die übrigen Zahnradpaare bilden jeweils eine Saugpumpenstufe.
Die Antriebszahnräder auf der Antriebswelle können ebenfalls mittels einer Spielpassung gelagert sein, wobei die angetriebenen Zahnräder auf der frei drehbar gelagerten Welle ein größeres Verdrehspiel haben als die Antriebszahnräder auf der Antriebswelle. Indem auch die Antriebszahnräder mittels einer Spielpassung gelagert sind, lassen sich die Antriebszahnräder besonders leicht auf die Antriebswelle aufschieben, was ebenfalls zu einer einfachen Montage beiträgt.
Die Antriebswelle und/oder die frei drehbar gelagerte Welle hat vorzugsweise mindestens eine Abflachung, die sich in Längsrichtung der jeweiligen Welle erstreckt. Beispielsweise haben die Wellen einen sogenannten Doppel-D Schliff, das heißt, zwei parallele Abflachungen. Die Abflachung dient zur Drehmomentübertragung. Mittels einer Abflachung kann ein drehmomentübertragender Eingriff besonders einfach realisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist auf der Antriebswelle eine Stufe gebildet, wobei ein Antriebszahnrad in axialer Richtung an der Stufe anliegt. Dadurch kann beim Aufschieben des Antriebszahnrads auf die Antriebswelle eine definierte axiale Positionierung des Zahnrads auf der Antriebswelle erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann in der Antriebswelle eine Kerbe gebildet sein, wobei in der Kerbe ein Sicherungsring angeordnet ist, der ein Antriebszahnrad auf der Antriebswelle axial festlegt. Dadurch kann ebenfalls eine axiale Positionierung des Zahnrads auf der Antriebswelle erfolgen.
Zum Beispiel liegt ein Antriebszahnrad auf der Antriebswelle mit einer Stirnseite an der Stufe und mit der weiteren Stirnseite an dem Sicherungsring an.
Eine Stirnseite eines Antriebszahnrads kann als Anschlag zur axialen Positionierung der Antriebswelle dienen. Auf diese Weise kann auf weitere Lagerelemente verzichtet werden, wodurch die Zahnradpumpe besonders kompakt und kostengünstig ausgebildet sein kann.
Die Zahnradpumpe ist vorzugsweise mittels eines Elektromotors elektrisch angetrieben. Dies ermöglicht einen Betrieb der Zahnradpumpe unabhängig von einem Antrieb einer Antriebsmaschine.
Der Elektromotor treibt insbesondere die Antriebswelle an.
Vorzugsweise ist der Elektromotor in einem Gehäuse untergebracht und die Stirnseite eines Antriebszahnrads liegt an einem Flansch des Gehäuses an. Das Gehäuse bzw. der Flansch dient somit zusammen mit einem Antriebszahnrad zur axialen Positionierung der Antriebswelle.
Beispielsweise haben alle Antriebszahnräder und/oder alle angetriebenen Zahnräder das gleiche Profil, wobei das Profil nicht achsensymmetrisch ist. Montiert man die Zahnräder abwechselnd vorwärts und rückwärts auf einer Welle, wird auf besonders einfache Weise ein Phasenversatz zwischen den Zahnrädern erreicht. Durch Verwendung von Zahnrädern mit gleichem Profil wird zudem der Fertigungsaufwand reduziert.
Ein Phasenversatz zwischen den Zahnrädern ist vorteilhaft hinsichtlich der Reduzierung von Vibrationen und störenden Geräuschen. Genauer gesagt wird durch den Phasenversatz der Zahnräder eine Phasenverschiebung von Druckpulsen erreicht.
Die Zahnradpaare können in einem Gehäuse untergebracht sein, wobei das Gehäuse mindestens eine Zwischenwandung hat, die zwei Zahnradpaare in axialer Richtung voneinander trennt und die als axialer Anschlag für zumindest eines der beiden Zahnradpaare dient. Auf diese Weise sind die durch die Zwischenwandung getrennten Zahnräder mittels der Zwischenwandung axial auf der jeweiligen Welle positioniert.
Die Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß gelöst durch eine Antriebsmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einer Zahnradpumpe, die wie vorhergehend beschrieben ausgebildet ist, und mit einem Ölbehälter, wobei die Zahnradpumpe ausgebildet ist, Öl aus dem Ölbehälter zu Schmierstellen in der Antriebsmaschine zu fördern und das von den Schmierstellen abtropfende Schmieröl in den Ölbehälter zurückzufördern.
Bei der Antriebsmaschine kann es sich um einen elektrischen Antrieb, einen Hybridantrieb oder um eine Brennkraftmaschine handeln.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Zahnradpumpe,
- 2 eine perspektivische Darstellung der Zahnradpumpe aus 1,
- 3 einen Längsschnitt durch die Zahnradpumpe aus 1,
- 4 einen Querschnitt durch die Zahnradpumpe aus 1,
- 5 einen Querschnitt durch ein Zahnrad,
- 6 die Zahnräder der erfindungsgemäßen Zahnradpumpe, und
- 7 schematisch eine erfindungsgemäße Antriebsmaschine mit einer Zahnradpumpe.

1 zeigt eine Zahnradpumpe 10 für eine Trockensumpfschmierung einer Antriebsmaschine.
Die Zahnradpumpe 10 hat mehrere Pumpenstufen, im Ausführungsbeispiel eine Druckpumpenstufe und zwei Saugpumpenstufen.
Die Pumpenstufen sind jeweils durch Zahnradpaare 12, 14, 16 gebildet.
Jedes Zahnradpaar 12, 14, 16 umfasst ein Antriebszahnrad 17, 18, 19 und ein angetriebenes Zahnrad 20, 21, 22.
Die Zahnräder 17, 18, 19, 20, 21, 22 können aus Sinterstahl oder aus einem formgenauen, chemisch und thermisch beständigen Kunststoff sein.
Die beiden Zahnräder eines Zahnradpaars 12, 14, 16 sind miteinander in kämmendem Eingriff.
Die Antriebszahnräder 17, 18, 19 sind auf einer Antriebswelle 24 angeordnet und mit der Antriebswelle 24 in drehmomentübertragendem Eingriff.
Die angetriebenen Zahnräder 20, 21, 22 sind auf einer frei drehbar gelagerten Welle 26 angeordnet.
Die Antriebswelle 24 wird von einem Rotor 27 eines Elektromotors 28 angetrieben.
Der Rotor 27 ist in einem Gehäuse 30 untergebracht, welches ein Gehäuseteil 32 mit einem Stator 33 und einen Deckel 34 sowie einen Flansch 36 umfasst.
Die Zahnradpumpe 10 umfasst eine elektronische Steuerung, beispielswiese in Form einer Leiterplatte 37, um den Elektromotor 28 der Zahnradpumpe 10 und gegebenenfalls weitere elektronische Komponenten zu steuern.
In einem zusätzlichen Gehäuseteil 38, das an den Flansch 36 angrenzt, sind die Zahnradpaare 12, 14, 16 untergebracht.
Die Gehäuseteile 32, 38 und der Deckel 34 sowie der Flansch36 sind relativ zueinander mittels O-Ringen 40 abgedichtet. Alternativ kann der Deckel 34 durch einen Elektronikverguss ersetzt werden.
2 zeigt einen Teil der Zahnradpumpe 10 aus 1 in einer perspektivischen Ansicht.
Das Gehäuse 38 ist in 2 ausgeblendet, um eine bessere Ansicht auf die Zahnradpaare 12, 14, 16 zu ermöglichen. Insbesondere ist der kämmende Eingriff der Zahnräder 17, 18, 19, 20, 21, 22 zu erkennen.
3 zeigt einen Längsschnitt durch die Zahnradpumpe 10.
In der Schnittdarstellung ist zu erkennen, dass auf der Antriebswelle 24 eine Stufe 42 gebildet ist, wobei eines der Antriebszahnräder, nämlich das Antriebszahnrad 17, das am nächsten zum Rotor 27 liegt, an der Stufe 42 anliegt.
Des Weiteren ist in der Antriebswelle 24 eine Kerbe 44 gebildet, in der ein Sicherungsring 46 angeordnet ist.
Durch den Sicherungsring 46 und die Stufe 42 ist das Antriebszahnrad 17 axial festgelegt.
Das axial festgelegte Antriebszahnrad 17 liegt mit einer Stirnseite an dem Flansch 36 des Gehäuses 30 des Elektromotors 28 an.
Auf diese Weise dient die Stirnseite des Antriebszahnrads 17 zur axialen Positionierung der Antriebswelle 24.
In 3 ist außerdem zu sehen, dass das Gehäuse 38 eine Zwischenwandung 48 hat, wodurch die Zahnradpaare 12, 14 voneinander axial getrennt sind.
Zudem dient die Zwischenwandung 48 als axialer Anschlag für das Zahnradpaar 14, sodass dieses durch die Zwischenwandung 48 axial auf der Welle positioniert ist.
Das übrige Zahnradpaar 16 ist durch einen Abstandshalter 50 vom Zahnradpaar 14 getrennt.
4 zeigt einen Querschnitt durch die Zahnradpumpe im Bereich des Zahnradpaars 16 entlang der Linie D-D in 3. Die Bereiche um die Wellen 24, 26 sind jeweils in einer Detailansicht vergrößert dargestellt.
Die Zahnräder 19, 22 sind jeweils in drehmomentübertragendem Eingriff mit der Antriebswelle 24 bzw. mit der frei drehbar gelagerten Welle 26.
Der drehmomentübertragende Eingriff ist dadurch realisiert, dass die Antriebswelle 24 und die frei drehbar gelagerte Welle 26 jeweils zwei Abflachungen 52 haben, die sich in Längsrichtung der jeweiligen Welle 24, 26 erstrecken.
Insbesondere haben die Wellen 24, 26 jeweils ein Doppel-D-Profil.
Sowohl auf der Antriebswelle 24 als auch auf der frei drehbar gelagerten Welle 26 sind die Zahnräder 19, 22 mittels einer Spielpassung gelagert.
Das angetriebene Zahnrad 22 auf der frei drehbar gelagerten Welle 26 hat jedoch ein größeres Verdrehspiel als das Antriebszahnrad 19 auf der Antriebswelle 24.
Die Zahnräder 17, 18, 20, 21 der übrigen Zahnradpaare 12, 14 sind auf gleiche Weise gelagert.
5 zeigt einen Querschnitt durch ein einzelnes Zahnrad, beispielsweise das Zahnrad 17.
Beispielsweise haben alle Zahnräder 17, 18, 19, 20, 21, 22 das gleiche Profil.
Das Profil der Zahnräder 17, 18, 19, 20, 21, 22 ist nicht achsensymmetrisch.
Werden die Zahnräder auf einer Welle 24, 26 abwechselnd vorwärts und rückwärts montiert, also derart, dass die Zähne der benachbarten Zahnräder nicht in einer Reihe verlaufen, wird somit ein Phasenversatz zwischen den Zahnrädern 17, 18, 19, 20, 21, 22 der benachbarten Zahnradpaare 12, 14, 16 erreicht. Dies ist in 6 veranschaulicht.
In 7 ist eine Antriebsmaschine 54 mit einer Zahnradpumpe 10 schematisch veranschaulicht.
Anhand von 7 wird die Funktionsweise einer Trockensumpfschmierung veranschaulicht.
Die Antriebsmaschine 54 hat einen Ölbehälter 56.
Die Zahnradpumpe 10, insbesondere das Zahnradpaar 12, das die Druckstufe bildet, saugt Öl aus dem Ölbehälter 56 an und fördert dieses zu mindestens einer Schmierstelle 58 der Antriebsmaschine 54.
Von der Schmierstelle 58 tropft das Öl in eine Ölwanne 60.
Mittels der Zahnradpaare 14, 16, welche die Saugstufen der Zahnradpumpe 10 bilden, wird das Öl aus der Ölwanne zurück in den Ölbehälter 56 gefördert.

Claims

Zahnradpumpe (10) mit einer Antriebswelle (24) und mindestens zwei Zahnradpaaren (12, 14, 16), die jeweils ein Antriebszahnrad (17, 18, 19) und ein angetriebenes Zahnrad (20, 21, 22) umfassen, wobei die beiden Zahnräder eines Zahnradpaars (12, 14, 16) miteinander in kämmendem Eingriff sind und wobei die Antriebszahnräder (17, 18, 19) auf der Antriebswelle (26) angeordnet sind und mit der Antriebswelle (24) in drehmomentübertragendem Eingriff sind, und mit einer frei drehbar gelagerten Welle (26), auf der die angetriebenen Zahnräder (20, 21, 22) der Zahnradpaare (12, 14, 16) in drehmomentübertragendem Eingriff angeordnet sind, wobei die angetriebenen Zahnräder (20, 21, 22) mittels einer Spielpassung auf der frei drehbar gelagerten Welle (26) gelagert sind.
Zahnradpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebszahnräder (17, 18, 19) auf der Antriebswelle (24) ebenfalls mittels einer Spielpassung gelagert sind, wobei die angetriebenen Zahnräder (20, 21, 22) auf der frei drehbar gelagerten Welle (26) ein größeres Verdrehspiel haben als die Antriebszahnräder (17, 18, 19) auf der Antriebswelle (24).
Zahnradpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (24) und/oder die frei drehbar gelagerte Welle (26) mindestens eine Abflachung (52) hat, die sich in Längsrichtung der jeweiligen Welle (24, 26) erstreckt.
Zahnradpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Antriebswelle eine Stufe gebildet ist, wobei ein Antriebszahnrad in axialer Richtung an der Stufe anliegt.
Zahnradpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Antriebswelle (24) eine Kerbe (44) gebildet ist, wobei in der Kerbe (44) ein Sicherungsring (46) angeordnet ist, der ein Antriebszahnrad (17) auf der Antriebswelle (24) axial festlegt.
Zahnradpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite eines Antriebszahnrads (17) als Anschlag zur axialen Positionierung der Antriebswelle (24) dient.
Zahnradpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe (10) mittels eines Elektromotors (28) elektrisch angetrieben ist.
Zahnradpumpe (10) nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (28) in einem Gehäuse (30) untergebracht ist und die Stirnseite eines Antriebszahnrads (17) an einem Flansch (36) des Gehäuses (30) anliegt.
Zahnradpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Antriebszahnräder (17, 18, 19) und/oder alle angetriebenen Zahnräder (20, 21, 22) das gleiche Profil haben, wobei das Profil nicht achsensymmetrisch ist.
Zahnradpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpaare (12, 14, 16) in einem Gehäuse (38) untergebracht sind, wobei das Gehäuse (38) mindestens eine Zwischenwandung (48) hat, die zwei Zahnradpaare (12, 14) in axialer Richtung voneinander trennt und die als axialer Anschlag für zumindest eines der beiden Zahnradpaare (12, 14) dient.
Antriebsmaschine (54) für ein Kraftfahrzeug mit einer Zahnradpumpe (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und mit einem Ölbehälter (56), wobei die Zahnradpumpe (10) ausgebildet ist, Öl aus dem Ölbehälter (56) zu Schmierstellen (58) in der Antriebsmaschine (54) zu fördern und das von den Schmierstellen abtropfende Schmieröl in den Ölbehälter (56) zurückzufördern.