DE102022118758A1

DE102022118758A1 - Steuerung des drucks auf einem zapfenlager

Info

Publication number: DE102022118758A1
Application number: DE102022118758.6A
Authority: DE
Inventors: Adrian Ciobota; Martin Augustine Clements
Original assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2021-07-27
Filing date: 2022-07-26
Publication date: 2023-02-02
Also published as: US11905949B2; FR3125849A1; US20230033416A1

Abstract

Eine Nut wird auf eine oder mehrere Kontaktoberflächen eines Zapfenlagers einer Pumpe aufgebracht, um eine auf die Kontaktoberfläche(n) ausgeübte Kraft zu erhöhen. Jede Nut weist ein Ende auf, das dem Auslassdruck der Pumpe ausgesetzt ist, sodass die Nut den Auslassdruck über die Kontaktoberfläche überträgt. Die Nut verkleinert den Bereich der Kontaktoberfläche, über den eine Fluidleckage zu einer Druckdifferenz führt, wodurch die auf die Kontaktoberfläche ausgeübte Nettokraft erhöht wird. Das Aufbringen der Nut an der axialen Endfläche des Zapfenlagers erhöht die auf das Zapfenlager ausgeübte Axialkraft, während das Aufbringen der Nut an einem radial zugewandten Steg die Reibung zwischen dem Zapfenlager und dem Außengehäuse verringert.

Description

STAND DER TECHNIK
Kraftstoffpumpen können verschiedene Stufen aufweisen, einschließlich einer Getriebestufe. Zapfenlager sind entlang eines oder mehrerer Getriebesätze der Getriebestufe bereitgestellt. Die Zapfenlager stützen die Getriebesätze innerhalb eines Außengehäuses radial ab. Die Zapfenlager lagern auch die Getriebe der Getriebesätze innerhalb des Außengehäuses axial und stellen mindestens eine Abdichtung gegen Fluidleckage an den Getrieben bereit. Um diese Abdichtung bereitzustellen, wird eine erste Axialkraft auf bewegliche der Zapfenlager ausgeübt, um die Zapfenlager in Richtung der Getriebe relativ zum Außengehäuse zu drücken.
KURZDARSTELLUNG
Einige Gesichtspunkte der Offenbarung sind auf ein Zapfenlager für eine Getriebestufe einer Pumpe (z. B. eine Kraftstoffpumpe) gerichtet. Das Zapfenlager ist konfiguriert, um sich axial entlang des Zapfens relativ zu einem Außengehäuse zu bewegen. Das Zapfenlager definiert eine Nut, die einen Auslassdruck entlang einer Lagerfläche überträgt, um den Oberflächenbereich der Lagerfläche, über die ein Druckgradient erzeugt wird, zu reduzieren. Insbesondere ist der Oberflächenbereich des Druckgradienten auf einen Bereich zwischen der Nut und einem Bereich in Kommunikation mit dem Einlassdruck beschränkt. Dementsprechend ist ein größerer Abschnitt der Lagerfläche gleichmäßig Auslassdruck ausgesetzt, der höher ist als der Einlassdruck.
In bestimmten Implementierungen ist die Nut an der axialen Endfläche des Zapfenlagers bereitgestellt, die einem Getriebe der Getriebestufe zugewandt ist. Die axiale Endfläche ist konfiguriert, um an dem Getriebe anzuliegen. Durch Begrenzen der Druckdifferenz auf nur einen Bereich der axialen Endfläche wird der Auslassdruck gleichmäßig auf den verbleibenden Bereich der axialen Endfläche ausgeübt, um einer auf das Zapfenlager ausgeübten Vorspannkraft entgegenzuwirken, um das Zapfenlager gegen das Getriebe zu drücken. Da der Auslassdruck eine höhere Kraft als die durch den Druckgradienten aufgebrachte Kraft ausübt, erhöht die Nut die auf die axiale Endfläche aufgebrachte Gegenkraft.
In bestimmten Implementierungen ist die Nut an einem Steg vorgesehen, der um das Zapfenlager radial nach außen zu einem Außengehäuse hin weist. Das Zapfenlager definiert einen Außenkanal, der einen Auslassdruck über einen ersten Umfangsabschnitt des Stegs überträgt. Der Auslassdruck übt eine radiale Last auf das Zapfenlager in Richtung des Außengehäuses aus. Ein zweiter Umfangsabschnitt des Stegs ist dem Einlassdruck ausgesetzt. Die Nut ist an dem zweiten Umfangsabschnitt des Stegs angeordnet, um der radialen Last entgegenzuwirken, indem der Auslassdruck auf zumindest einen Abschnitt des zweiten Umfangsabschnitts ausgeübt werden kann. Die Nut begrenzt den Oberflächenbereich, über den sich eine Druckdifferenz (und damit eine reduzierte Kraft) erstrecken würde. Das Entgegenwirken der auf den ersten Umfangsabschnitt ausgeübten radiale Last kann zu einer geringeren Reibung zwischen dem zweiten Umfangsabschnitt und dem Außengehäuse führen, was die axiale Bewegung des Zapfenlagers erleichtert.
Eine Vielzahl weiterer erfindungsgemäßer Gesichtspunkte wird in der folgenden Beschreibung dargelegt. Die erfindungsgemäßen Gesichtspunkte können sich auf einzelne Merkmale und auf Kombinationen von Merkmalen beziehen. Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung nur beispielhaft und erläuternd sind und die breiten erfindungsgemäßen Konzepte, auf denen die hierin offenbarten Ausführungsformen basieren, nicht einschränken.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung mit aufgenommen sind und einen Teil der Beschreibung bilden, veranschaulichen verschiedene Gesichtspunkte der vorliegenden Offenbarung. Eine kurze Beschreibung der Zeichnungen lautet wie folgt:

1 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Kraftstoffpumpe, einschließlich einer Getriebestufe, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung konfiguriert ist;
2 ist ein Längsschnitt durch die Kraftstoffpumpe von 1;
3 ist ein Querschnitt durch die Getriebestufe der Kraftstoffpumpe von 1;
4 zeigt Komponenten der Getriebestufe nach außen explodiert von einem Außengehäuse der Kraftstoffpumpe von 1;
5 ist ein Längsschnitt der Getriebestufe der Kraftstoffpumpe von 1, einschließlich erster und zweiter Getriebesätze, wobei jeder Getriebesatz ein Getriebe, ein Festlager und ein bewegliches Lager einschließt;
6 veranschaulicht die beweglichen Lager des ersten und zweiten Getriebesatzes von
4 und 5, die so angeordnet sind, dass sich die flachen Seiten berühren;
7 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften beweglichen Lagers, das zur Verwendung in einem der ersten und zweiten Getriebesätze geeignet ist, wobei das bewegliche Lager des anderen Getriebesatzes ein Spiegelbild ist; und
8 ist eine weitere perspektivische Ansicht des beweglichen Lagers von 7, das von dem gegenüberliegenden axialen Ende gezeigt ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird nun im Detail auf die beispielhaften Gesichtspunkte der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo immer möglich, werden in den Zeichnungen durchgehend die gleichen Bezugszeichen verwendet, um auf die gleichen oder auf ähnliche Teile zu verweisen.
1 veranschaulicht eine Kraftstoffpumpe 100 zur Verwendung mit einem Motor. Die Kraftstoffpumpe 100 treibt Fluid (z. B. Kraftstoff) von einem Einlass 102 zu einem Auslass 104 mit einer oder mehreren Stufen an. Zum Beispiel schließt unter Bezugnahme auf 2 und 3 die Pumpe 100 eine Getriebestufe 106 mit einem Außengehäuse 116, das eine Getriebekammer 118 definiert, ein. Der Einlass 102 führt zu einem Einlassbereich der Getriebekammer 118; der Auslass 104 führt zu einem Auslassbereich 112 der Getriebekammer 118. Eine Getriebeanordnung 108 ist innerhalb der Getriebekammer 118 angeordnet und treibt Fluid vom Einlassbereich 110 zu dem Auslassbereich 112 an.
Wie in 4 und 5 gezeigt, erstreckt sich die Getriebekammer 118 entlang einer Längsachse L. Die Getriebeanordnung 108 ist innerhalb der Getriebekammer 118 angeordnet. Die Getriebeanordnung 108 schließt einen ersten Getriebesatz ein, der einen Zapfen 120 einschließt, der sich axial innerhalb der Getriebekammer 118 entlang der Längsachse L erstreckt. Ein Getriebe 114 des ersten Getriebesatzes ist drehbar über dem Zapfen 120 montiert. Das erste und das zweite Lager 122, 124 sind über dem Zapfen 120 an gegenüberliegenden Seiten des Getriebes 114 montiert, um den Zapfen 120 relativ zum Gehäuse 116 radial zu stützen, sodass der Zapfen 120 relativ zu dem Gehäuse 116 um die Längsachse L drehbar ist. Das erste und das zweite Lager 122, 124 sind relativ zueinander und zu dem Außengehäuse 116 drehfest befestigt. Eine Endkappe 126 ist an dem Gehäuse 116 befestigt, um die Getriebekammer 118 zu schließen.
In bestimmten Implementierungen werden die Komponenten aus unterschiedlichen Materialien gebildet. Zum Beispiel können die Getriebe 114a, 114b aus einem anderen Metall als die beweglichen Lager 124a, 124b und/oder das Gehäuse 116 gebildet sein. Dementsprechend haben thermische Variationen unterschiedliche Auswirkungen auf die Komponenten. Zum Ausgleich sind die zweiten Lager 124a, 124b entlang des Zapfens axial beweglich, um eine thermische Ausdehnung und Kontraktion während des Betriebs der Pumpe 100 aufzunehmen. Das erste Lager 122 ist sowohl axial als auch drehfest relativ zu dem Zapfen 120 befestigt.
In bestimmten Implementierungen schließt die Getriebeanordnung 108 zwei Getriebesätze ein, die parallel innerhalb der Getriebekammer 118 angeordnet sind. Jeder der ersten Sätze schließt ein jeweiliges Getriebe 114a, 114b, einen jeweiligen Zapfen 120a, 120b, der sich entlang einer jeweiligen Längsachse erstreckt, ein jeweiliges Festlager 122a, 122b und ein jeweiliges bewegliches Lager 124a, 124b der Getriebeanordnung 108, ein. Die Getriebekammer 118 ist so geformt, dass sie beide Getriebesätze aufnimmt. In dem gezeigten Beispiel hat die Getriebekammer 118 einen erdnussförmigen Querschnitt. Die Getriebesätze sind ausreichend nahe beieinander angeordnet, sodass mindestens die zweiten Lager 124a, 124b einander berühren, wie hierin ausführlicher beschrieben wird. Wie in 3 gezeigt, greifen das erste und das zweite Getriebe 114a, 114b in einem Bereich in Ausrichtung mit dem Einlassbereich 110 und dem Auslassbereich 112 ineinander. Die Zähne der Getriebe 114a, 114b ziehen Fluid aus dem Einlassbereich 110 entlang eines Strömungswegs F, der sich zwischen den Getriebezähnen und dem Hohlraum 118 erstreckt, zu dem Auslassbereich 112.
Während ein Großteil des Fluids durch den Auslassbereich 112 zum Auslass 104 getrieben wird, tritt zumindest ein Teil des Fluids entlang der Getriebekammer 118 aus (z. B. zu den beweglichen Lagern 124a, 124b). Fluid, das aus dem Einlassbereich 110 austritt, weist einen ersten Druck auf. Fluid, das aus dem Auslassbereich 112 austritt, weist einen zweiten Druck auf, der größer als der erste Druck ist. Um die Leckage zu reduzieren, werden die beweglichen Lager 124a, 124b gegen die jeweiligen Getriebe 114a, 114b vorgespannt. Dementsprechend wird jedes Getriebe 114a, 114b zwischen dem Festlager 122a, 122b und dem beweglichen Lager 124a, 124b gedrückt.
Wie in 6-8 gezeigt, definiert jedes bewegliche Lager 124a, 124b eine Durchgangsbohrung 132 zum Aufnehmen des jeweiligen Zapfens 120a, 120b. Die Durchgangsbohrung 132 erstreckt sich zwischen einem ersten axialen Ende 128 und einem zweiten axialen Ende 130 des axial beweglichen Lagers 124a, 124b. Das erste axiale Ende 128 ist der axialen Seite des jeweiligen Getriebes 114a, 114b zugewandt und das zweite axiale Ende 130 ist von dem jeweiligen Getriebe 114a, 114b abgewandt. Jedes bewegliche Lager 124a, 124b definiert flache Oberflächen 134, die quer zur Längsachse L weisen. Die flachen Oberflächen 134 sind konfiguriert, um miteinander in Eingriff zu kommen, wenn die beweglichen Lager 124a, 124b innerhalb der Getriebekammer 118 an den jeweiligen Zapfen 120a, 120b montiert sind. Das Eingreifen der flachen Oberflächen 134 verhindert die Drehung der beweglichen Lager 124a, 124b um die Zapfen 120a, 120b. Der Einlassbereich 110 ist an einer Seite der flachen Oberflächen 134 angeordnet und der Auslassbereich 112 ist an der gegenüberliegenden Seite der flachen Oberflächen 134 angeordnet.
Die beweglichen Lager 124a, 124b schließen jeweils einen Umfangsabschnitt ein, der die Durchgangsbohrung 132 umgibt und sich axial entlang der Längsachse L zwischen den gegenüberliegenden Enden 128, 130 erstreckt. Der äußere Umfangsabschnitt jedes beweglichen Lagers 124a, 124b definiert eine Trommel 136, die axial zwischen ersten und zweiten Stegen 138, 140 angeordnet ist, die konfiguriert sind, um das Gehäuse 116 zu berühren. Die Trommel 136 ist radial nach innen von den ersten und zweiten Stegen 138, 140 zurückgesetzt. Der zweite Steg 140 jedes beweglichen Lagers 124a, 124b definiert eine Schulter 142, die dem zweiten axialen Ende 130 zugewandt ist. Die Schulter 142 kann einen oder mehrere Federanschläge 144 definieren. Eine exzentrische Oberfläche 146 kann auch an dem zweiten axialen Ende 130 jedes beweglichen Lagers 124a, 124b angeordnet sein.
Jedes bewegliche Lager 124a, 124b definiert einen Außenkanal 148, der sich in Umfangsrichtung um einen Abschnitt des äußeren Umfangsabschnitts am ersten axialen Ende 128 erstreckt. Der Außenkanal 148 weist ein erstes Ende 147 in Fluiddruckverbindung mit dem Auslassbereich 112 auf. Der Außenkanal 148 erstreckt sich in Umfangsrichtung um das bewegliche Lager 124a, 124b von dem ersten Ende 147 zu einem gegenüberliegenden zweiten Ende 149, das vor Erreichen der flachen Oberfläche 134 endet. Dementsprechend stellt der Außenkanal 148 den Auslassfluiddruck entlang des Abschnitts des äußeren Umfangsabschnitts am ersten axialen Ende 128 bereit. Die Trommel 136 jedes beweglichen Lagers 124a, 124b steht ebenfalls in Fluiddruckverbindung mit dem Auslassbereich 112. Wie in 8 gezeigt, definiert die Durchgangsbohrung 132 des axial beweglichen Lagers 124a, 124b einen Senkkanal 150, der über einen axialen Kanal 152 entlang der Durchgangsbohrung 132 in Fluiddruckverbindung mit dem Einlassbereich 110 der Getriebekammer 118 steht.
Ein Gleichgewicht von Kräften wird auf jedes bewegliche Lager 124a, 124b ausgeübt, um das bewegliche Lager 124a, 124b gegen das jeweilige Getriebe 114a, 114b zu drücken. Zum Beispiel kann das zweite axiale Ende 130 in Fluiddruckverbindung mit dem Auslassbereich 112 stehen, sodass ein hoher Fluiddruck gegen die exzentrische Oberfläche 146 und/oder gegen die Schulter 142 am zweiten axialen Ende 130 des beweglichen Lagers 124a, 124b drückt. In bestimmten Beispielen können Federn (z. B. Schraubenfedern) am zweiten axialen Ende 130 des beweglichen Lagers 124a, 124b (z. B. an den Federanschlägen 144) montiert sein, um das bewegliche Lager 124a, 124b in Richtung des jeweiligen Getriebes 114a, 114b vorzuspannen. Eine entgegengesetzte Kraft wirkt auf das erste axiale Ende 128 des beweglichen Lagers 124a, 124b. Zum Beispiel kann Fluid aus dem Auslassbereich 112 über die erste axiale Endfläche des beweglichen Lagers 124a, 124b austreten. Außerdem wirkt der Metall-Metall-Kontakt zwischen der axialen Endfläche des beweglichen Lagers 124a, 124b und dem jeweiligen Getriebe 114a, 114b der Vorspannkraft entgegen. Ferner tritt die Reibung zwischen dem beweglichen Lager 124a, 124b und dem Außengehäuse 116 entlang der ersten und der zweiten Stege 128, 140 auf.
8 veranschaulicht eine erste und zweite Nut 156, 160, die bereitgestellt sind, um Druckgradienten entlang Kontaktoberflächen (z. B. die axiale Endfläche 154 am ersten axialen Ende 128 und/oder am ersten Steg 138) des beweglichen Lagers 124a, 124b zu steuern. Die erste Nut 156 reduziert den Oberflächenbereich, über den sich ein Druckgradient an der axialen Endfläche 154 erstreckt. Die zweite Nut 1560 reduziert den Oberflächenbereich, über den sich ein Druckgradient entlang des ersten Stegs 138 erstreckt.
Die erste Nut 156 ist in der axialen Endfläche 154 definiert und erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Längsachse L von einem ersten Ende 155 zu einem zweiten Ende 157. Die erste Nut 156 ist radial nach außen von der Bohrung 132 und radial nach innen vom Außenumfang der axialen Endfläche 154 angeordnet. Die erste Nut 156 unterteilt die axiale Endfläche 154 in einen inneren Bereich 158, der sich radial zwischen dem Senkkanal 150 und der ersten Nut 156 erstreckt, und einen äußeren Bereich 160, der sich radial zwischen der ersten Nut 156 und dem Außenumfang der axialen Endfläche 154 erstreckt. Das erste Ende 155 öffnet sich zum Auslassbereich 112 der Getriebekammer 118. Das zweite Ende 157 endet innerhalb der axialen Endfläche 154. In bestimmten Beispielen erstreckt sich die erste Nut 156 entlang des gleichen Abschnitts wie der Außenkanal 148, sodass das zweite Ende 157 der Nut 156 radial nach innen von dem zweiten Ende 149 des Außenkanals 148 versetzt ist. In bestimmten Implementierungen ist die erste Nut 156 in einer Linie mit den Wurzeln der Zähne des jeweiligen Getriebes 114a, 114b angeordnet, sodass der Fluiddruck unterhalb der Zähne des Getriebes 114a, 114b relativ konstant ist (z. B. bei Auslassfluiddruck).
Auslassfluid strömt entlang der ersten Nut 156 von dem ersten Ende 155 zu dem zweiten Ende 157. Wie bereits erwähnt, ist der Senkkanal 150 innerhalb der Bohrung 132 dem Einlassfluiddruck ausgesetzt, während der Außenkanal 148 dem Auslassfluiddruck ausgesetzt ist. Ohne die erste Nut 156 würde Fluid über die erste axiale Endfläche 154 von dem Senkkanal 150 in Richtung des Außenkanals 148 austreten, wodurch sich ein Druckgradient ergibt, der die erste axiale Endfläche 154 überspannt. Das Hinzufügen der ersten Nut 156 begrenzt die Fluidleckage und damit den Druckgradienten auf den inneren Bereich 158. Die erste Nut 156 reduziert einen Druckgradienten über den äußeren Bereich 160. Der Fluiddruck variiert nicht stark über den äußeren Bereich 160, da der Fluiddruck an der ersten Nut 156 derselbe wie der Fluiddruck am Außenkanal 148 ist. Das Aufrechterhalten des äußeren Bereichs 160 der axialen Endfläche 154 bei Auslassdruck erhöht die Menge an Hydraulikdruck, die auf die axiale Endfläche 154 ausgeübt wird, um der Vorspannkraft entgegenzuwirken, die auf das zweite axiale Ende 130 ausgeübt wird. Das Erhöhen des Drucks am ersten axialen Ende 128 reduziert die Menge an Metall-Metall-Kontakt, ohne die Vorspannkraft zu ändern. Darüber hinaus ermöglicht eine solche Konsistenz, dass die Oberflächengeometrie der axialen Endfläche 154 - mindestens im äußeren Bereich 160 - so gestaltet werden kann, dass sie auf andere Faktoren eingeht.
Die zweite Nut 162 ist in dem ersten Steg 138 des äußeren Umfangsabschnitts des beweglichen Lagers 124a, 124b definiert. Insbesondere ist die zweite Nut 162 an einem Abschnitt des ersten Stegs 138 nahe dem Einlassbereich 110 angeordnet. Die zweite Nut 162 weist einen Umfangsabschnitt auf, der den ersten Steg 138 in einen ersten axialen Bereich 164 neben der Trommel 136 und einen zweiten axialen Bereich 166 neben dem Einlassdruckbereich 110 unterteilt. Die zweite Nut 162 erstreckt sich von einem ersten Ende 161 zu einem zweiten Ende 163. Sowohl das erste als auch das zweite Ende 161, 163 sind zur Trommel 136 hin offen und daher dem Auslassfluiddruck ausgesetzt. In bestimmten Beispielen erstrecken sich Endabschnitte der zweiten Nut 162 axial zwischen dem Umfangsabschnitt und der Trommel 136.
Auslassfluid strömt entlang der zweiten Nut 162 von dem ersten Ende 161 zu dem zweiten Ende 163. Ohne die zweite Nut 162 würde Fluid über den ersten Steg 138 von dem Einlassbereich 110 in Richtung der Trommel 136 austreten, wodurch sich ein Druckgradient ergibt, der den ersten Steg 138 überspannt. Das Hinzufügen der zweiten Nut 162 begrenzt die Fluidleckage und damit den Druckgradienten auf den zweiten axialen Bereich 166. Die zweite Nut 162 reduziert einen Druckgradienten über den ersten axialen Bereich 164. Der Fluiddruck variiert nicht stark über den ersten axialen Bereich 164, da der Fluiddruck an der zweiten Nut 162 derselbe wie der Fluiddruck an der Trommel 136 ist. Außerdem ist das Fluid, das über den zweiten axialen Bereich 166 austritt, durch die Abmessungen (z. B. Querquerschnittsfläche) der zweiten Nut 162 begrenzt. Da das Fluid nicht (zumindest nicht in nennenswertem Umfang) über den ersten axialen Bereich 164 in die zweite Nut 162 austritt, stammt das Fluid, das über den zweiten axialen Bereich 166 austreten wird, aus der zweiten Nut 162. Dementsprechend ist die Menge an Fluid, die über den zweiten axialen Bereich 166 austritt, auf die Menge begrenzt, die durch die zweite Nut 162 strömt.
Der Auslassdruck, der entlang des Außenkanals 148 übertragen wird, übt eine radiale Last auf das bewegliche Lager 142a, 142b in Richtung des Außengehäuses 116 aus. Diese radiale Last drückt einen ersten Umfangsabschnitt des ersten Stegs 138 in Richtung des Außengehäuses 116. Ein zweiter Umfangsabschnitt des ersten Stegs 138, der sich in Umfangsrichtung gegenüber dem ersten Abschnitt befindet, ist dem Einlassdruck ausgesetzt. In bestimmten Beispielen ist die zweite Nut 162 an dem zweiten Umfangsabschnitt des ersten Stegs 138 angeordnet, um der radialen Last entgegenzuwirken, indem der Auslassdruck auf zumindest einen Abschnitt des zweiten Umfangsabschnitts ausgeübt werden kann. Das Entgegenwirken der auf den ersten Umfangsabschnitt ausgeübten radialen Last kann zu einer geringeren Reibung zwischen dem zweiten Umfangsabschnitt und dem Außengehäuse 116 führen, was die axiale Bewegung des Lagers 124a, 124b erleichtert.
Gesichtspunkte der Offenbarung
Gesichtspunkt 1. Verfahren zum Steuern eines Bereichs eines Druckgradienten an einem beweglichen Lager, wobei das Lager eine Bohrung definiert, die sich entlang einer Länge des Lagers zwischen gegenüberliegenden ersten und zweiten axialen Endflächen des Lagers erstreckt, wobei das Lager auch einen umlaufenden Steg definiert, der zwischen der ersten axialen Endfläche und einer radial nach außen gerichteten Trommel angeordnet ist, die dem Auslassdruck ausgesetzt ist, wobei das Verfahren umfasst:

Identifizieren einer Oberfläche des Lagers, wobei sich die Oberfläche von einer ersten Kante zu einem Hochdruckbereich erstreckt, wobei der Hochdruckbereich einem ersten Druck ausgesetzt ist, wobei die erste Kante einem zweiten Druck ausgesetzt ist, der niedriger als der erste Druck am Hochdruckbereich ist, sodass sich ein Druckgradient entlang der Oberfläche zwischen der ersten Kante und dem Hochdruckbereich erstreckt;
Auswählen eines Abschnitts der Oberfläche, um den Druckgradienten darauf zu begrenzen, einschließlich Definieren einer Grenze des Abschnitts an einer Stelle zwischen der ersten Kante und dem Hochdruckbereich, wobei sich der Abschnitt von der ersten Kante zu der Grenze erstreckt; und
Bereitstellen einer Nut in der Oberfläche entlang der Grenze, wobei die Nut mit dem Hochdruckbereich verbunden ist, um den ersten Druck an die Grenze bereitzustellen.

Gesichtspunkt 2. Verfahren nach Gesichtspunkt 1, wobei das Identifizieren der Oberfläche des Lagers das Identifizieren der ersten axialen Endfläche des Lagers einschließt, wobei die erste Kante eine innere Umfangskante des die Bohrung umgebenden Lagers bildet und wobei der Hochdruckbereich an einer äußeren Umfangskante des Lagers angeordnet ist.
Gesichtspunkt 3. Verfahren nach Gesichtspunkt 2, wobei die Grenze radial näher an der ersten Kante als an der äußeren Umfangskante des Lagers angeordnet ist.
Gesichtspunkt 4. Verfahren nach Gesichtspunkt 2, wobei das Bereitstellen der Nut das Bereitstellen der Nut entlang weniger als einem vollen Umfang der axialen Endfläche einschließt.
Gesichtspunkt 5. Verfahren nach Gesichtspunkt 4, wobei die Nut vor Erreichen eines Niederdruckbereichs an der äußeren Umfangskante des Lagers endet.
Gesichtspunkt 6. Verfahren nach Gesichtspunkt 2, wobei das Bereitstellen der Nut das Bereitstellen der Nut entlang eines Großteils eines Umfangs der axialen Endfläche einschließt.
Gesichtspunkt 7. Verfahren nach Gesichtspunkt 1, wobei das Identifizieren der Oberfläche des Lagers das Identifizieren der Umfangsfläche des Lagers einschließt, wobei die erste Kante zwischen der Umfangsfläche und der ersten axialen Endfläche übergeht, und wobei der Hochdruckbereich an der Trommel angeordnet ist.
Gesichtspunkt 8. Verfahren nach Gesichtspunkt 7, wobei die Grenze näher an der ersten Kante als an der Trommel angeordnet ist.
Gesichtspunkt 9. Verfahren nach Gesichtspunkt 7, wobei die Grenze in einem gemeinsamen Abstand von der ersten Kante entlang zumindest eines Abschnitts des Umfangs des Lagers definiert ist.
Gesichtspunkt 10. Verfahren nach Gesichtspunkt 7, wobei sich die Nut entlang weniger als einem vollen Umfang des Lagers erstreckt.
Gesichtspunkt 11. Verfahren nach Gesichtspunkt 10, wobei sich die Nut entlang weniger als der Hälfte des vollen Umfangs des Lagers erstreckt.
Gesichtspunkt 12. Getriebestufe einer Pumpe, umfassend:

ein Gehäuse, das eine Getriebekammer definiert, wobei das Gehäuse einen Einlass und einen Auslass in Fluidverbindung mit der Getriebekammer definiert, eine Getriebeanordnung, die innerhalb der Getriebekammer angeordnet ist, die konfiguriert ist, um Fluid von dem Einlass zu dem Auslass anzutreiben, wobei die Getriebeanordnung mindestens ein Getriebe einschließt, das um eine Drehachse drehbar ist;
einen Zapfen, der mit dem Getriebe gekoppelt ist, wobei sich der Zapfen entlang der ersten Achse erstreckt und konfiguriert ist, um die Drehung des Getriebes um die Drehachse anzutreiben;
ein Festlager an einer ersten axialen Seite des Getriebes zum radialen Abstützen des Zapfens relativ zum Gehäuse, sodass der Zapfen um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist; und
ein axial bewegliches Lager an einer gegenüberliegenden zweiten axialen Seite des Getriebes zum radialen Abstützen des Zapfens relativ zum Gehäuse, sodass der Zapfen um die Drehachse relativ zum Gehäuse drehbar ist, wobei das axial bewegliche Lager eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme des Zapfens definiert, wobei sich die Durchgangsbohrung zwischen einem ersten axialen Ende und einem zweiten axialen Ende des axial beweglichen Lagers erstreckt, wobei das erste axiale Ende der zweiten axialen Seite des Getriebes zugewandt ist und das zweite axiale Ende vom Getriebe abgewandt ist, wobei das axial bewegliche Lager entlang der Drehachse innerhalb des Zapfens zum Getriebe hin und vom Getriebe weg axial beweglich ist, wobei das axial bewegliche Lager relativ zum Gehäuse drehfest ist, wobei die Durchgangsbohrung in Fluiddruckverbindung mit dem Einlassdruck steht, der dem Einlass des Gehäuses entspricht, und wobei der Auslassdruck, der dem Auslass des Gehäuses entspricht, auf das zweite axiale Ende des axial beweglichen Lagers einwirkt, um zu bewirken, dass das erste axiale Ende des axial beweglichen Lagers axial gegen die zweite axiale Seite des Getriebes drückt;

a. das erste axiale Ende des beweglichen Lagers eine axiale Endfläche definiert, die konfiguriert ist, um die zweite axiale Seite des Getriebes zu berühren, wobei sich die axiale Endfläche von der Durchgangsbohrung radial nach außen in Richtung eines Außenumfangs der axialen Endfläche erstreckt, wobei die axiale Endfläche eine erste Umfangsnut definiert, wobei die erste Umfangsnut die axiale Endfläche in einen inneren Bereich, der sich radial zwischen der ersten Umfangsnut und der Durchgangsbohrung erstreckt, und einen äußeren Bereich, der sich radial zwischen der ersten Umfangsnut und dem Außenumfang erstreckt, unterteilt, wobei der äußere Bereich dem Auslassdruck ausgesetzt ist, wobei die erste Umfangsnut in Fluidverbindung mit dem Auslassdruck steht, sodass ein Druckgradient radial über den äußeren Bereich minimiert wird, wobei der innere Bereich eine Druckdifferenz zwischen dem Auslassdruck an der ersten Umfangsnut und dem Einlassdruck an der Durchgangsbohrung aufweist; und/oder
b. das axial bewegliche Lager einen äußeren Umfangsabschnitt einschließt, der eine äußere Umfangsgrenze definiert, die sich axial zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Ende des axial beweglichen Lagers erstreckt, wobei der äußere Umfangsabschnitt einen äußeren Steg zum Stützen des Zapfens in radialer Richtung relativ zu dem Gehäuse einschließt, wobei der äußere Steg eine erste Abmessung, die sich in Umfangsrichtung um die Drehachse erstreckt, und eine zweite Abmessung aufweist, die sich axial entlang der Drehachse erstreckt, wobei der äußere Umfangsabschnitt einen Trommelabschnitt definiert, der axial zwischen dem äußeren Steg und dem zweiten axialen Ende des axial beweglichen Lagers angeordnet ist, wobei die Trommel dem Auslassdruck ausgesetzt ist, wobei die zweite Abmessung des äußeren Stegs sich zwischen dem Trommelabschnitt und einem Einlassdruckbereich neben dem ersten axialen Ende des axial beweglichen Lagers erstreckt, wobei der äußere Steg eine zweite Umfangsnut definiert, die sich in Umfangsrichtung entlang des äußeren Stegs erstreckt, um den äußeren Steg in einen ersten axialen Bereich neben dem Trommelbereich und einen zweiten axialen Bereich neben dem Einlassdruckbereich zu unterteilen, wobei die zweite Umfangsnut in Fluidverbindung mit dem Auslassdruck aus dem Trommelbereich steht, um einen Druckgradienten über den ersten axialen Bereich zu minimieren, wobei der zweite axiale Bereich eine Druckdifferenz zwischen dem Auslassdruck an der zweiten Umfangsnut und dem Einlassdruck am Einlassdruckbereich aufweist.

Gesichtspunkt 13. Getriebestufe nach Gesichtspunkt 12, wobei sich die erste Nut über weniger als einen vollen Umfang der ersten axialen Endfläche erstreckt.
Gesichtspunkt 14. Getriebestufe nach Gesichtspunkt 12, wobei die erste Nut näher an der Durchgangsbohrung angeordnet ist als an einer äußeren Umfangskante der ersten axialen Endfläche.
Gesichtspunkt 15. Getriebestufe nach Gesichtspunkt 14, wobei die erste Nut an einer radialen Position an der ersten axialen Endfläche angeordnet ist, die den Wurzeln der Zähne des Getriebes entspricht.
Gesichtspunkt 16. Getriebestufe nach Gesichtspunkt 12, wobei sich die zweite Nut über weniger als einen vollen Umfang des äußeren Umfangsabschnitts erstreckt.
Gesichtspunkt 17. Getriebestufe nach Gesichtspunkt 12, wobei die zweite Nut näher an der ersten axialen Endfläche als an der Trommel angeordnet ist.
Gesichtspunkt 18. Die Getriebestufe nach einem der Gesichtspunkte 12-17, ferner umfassend:

einen zweiten Zapfen, der sich parallel zu dem Zapfen entlang der Getriebekammer des Gehäuses erstreckt, wobei der zweite Zapfen einen anderen Abschnitt der Getriebeanordnung antreibt;
ein zweites Festlager, das über dem zweiten Zapfen an der ersten Seite der Getriebeanordnung montiert ist; und
ein zweites bewegliches Lager, das über dem zweiten Zapfen an der zweiten Seite der Getriebeanordnung montiert ist.

Gesichtspunkt 19. Getriebestufe nach Gesichtspunkt 18, wobei das zweite bewegliche Lager ein Spiegelbild des beweglichen Lagers ist.
Gesichtspunkt 20. Zapfenlager, umfassend:

einen Körper, der eine Durchgangsbohrung definiert, die sich entlang einer Längsachse zwischen einem ersten axialen Ende und einem zweiten axialen Ende des Körpers erstreckt, wobei die Durchgangsbohrung einen Abschnitt am ersten axialen Ende aufweist, der konfiguriert ist, um einem Pumpeneinlassdruck ausgesetzt zu werden;
eine axiale Endfläche, die an dem ersten axialen Ende angeordnet ist, wobei sich die axiale Endfläche von der Durchgangsbohrung radial nach außen in Richtung eines Außenumfangs der axialen Endfläche erstreckt, wobei die axiale Endfläche eine erste Umfangsnut definiert, wobei die erste Umfangsnut die axiale Endfläche in einen inneren Bereich, der sich radial zwischen der ersten Umfangsnut und der Durchgangsbohrung erstreckt, und einen äußeren Bereich, der sich radial zwischen der ersten Umfangsnut und dem Außenumfang erstreckt, unterteilt, wobei der äußere Bereich konfiguriert ist, um einem Pumpenauslassdruck ausgesetzt zu werden, wobei die erste Umfangsnut in Fluidverbindung mit dem Pumpenauslassdruck steht, sodass ein radialer Druckgradient über den äußeren Bereich verringert wird, wobei der innere Bereich einen Druckgradienten zwischen dem Pumpenauslassdruck an der ersten Umfangsnut und dem Pumpeneinlassdruck an der Durchgangsbohrung aufweist; und
einen äußeren Umfangsabschnitt, der sich axial zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Ende erstreckt, wobei der äußere Umfangsabschnitt eine äußere Umfangsgrenze definiert, die sich axial zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Ende erstreckt, wobei der äußere Umfangsabschnitt einen äußeren Steg einschließt, der eine erste Abmessung, die sich in Umfangsrichtung um die Längsachse erstreckt, und eine zweite Abmessung aufweist, die sich axial entlang der Längsachse erstreckt, wobei der äußere Umfangsabschnitt einen Trommelabschnitt definiert, der axial zwischen dem äußeren Steg und dem zweiten axialen Ende angeordnet ist, wobei die Trommel konfiguriert ist, um dem Pumpenauslassdruck ausgesetzt zu werden, wobei sich die zweite Abmessung des äußeren Stegs zwischen der Trommel und dem ersten axialen Ende des axial beweglichen Lagers erstreckt, wobei der äußere Steg eine zweite Umfangsnut definiert, die sich in Umfangsrichtung entlang des äußeren Stegs erstreckt, um den äußeren Steg in einen ersten axialen Bereich neben der Trommel und einen zweiten axialen Bereich neben dem ersten axialen Ende zu unterteilen, wobei die zweite Umfangsnut in Fluidverbindung mit der Trommel steht, um einen Druckgradienten über den ersten axialen Bereich zu reduzieren.

Nach der Beschreibung der bevorzugten Gesichtspunkte und Implementierungen der vorliegenden Offenbarung sind Modifikationen und Äquivalente der offenbarten Konzepte für einen Fachmann ohne weiteres möglich. Es ist jedoch beabsichtigt, dass solche Modifikationen und Äquivalente innerhalb des Schutzumfangs der hierbei beigefügten Ansprüche eingeschlossen sind.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Bereichs eines Druckgradienten an einem beweglichen Lager, wobei das Lager eine Bohrung definiert, die sich entlang einer Länge des Lagers zwischen gegenüberliegenden ersten und zweiten axialen Endflächen des Lagers erstreckt, wobei das Lager auch einen umlaufenden Steg definiert, der zwischen der ersten axialen Endfläche und einer radial nach außen gerichteten Trommel angeordnet ist, die dem Auslassdruck ausgesetzt ist, wobei das Verfahren umfasst: Identifizieren einer Oberfläche des Lagers, wobei sich die Oberfläche von einer ersten Kante zu einem Hochdruckbereich erstreckt, wobei der Hochdruckbereich einem ersten Druck ausgesetzt ist, wobei die erste Kante einem zweiten Druck ausgesetzt ist, der niedriger als der erste Druck am Hochdruckbereich ist, sodass sich ein Druckgradient entlang der Oberfläche zwischen der ersten Kante und dem Hochdruckbereich erstreckt; Auswählen eines Abschnitts der Oberfläche, um den Druckgradienten darauf zu begrenzen, einschließlich Definieren einer Grenze des Abschnitts an einer Stelle zwischen der ersten Kante und dem Hochdruckbereich, wobei sich der Abschnitt von der ersten Kante zu der Grenze erstreckt; und Bereitstellen einer Nut in der Oberfläche entlang der Grenze, wobei die Nut mit dem Hochdruckbereich verbunden ist, um den ersten Druck an die Grenze bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Identifizieren der Oberfläche des Lagers das Identifizieren der ersten axialen Endfläche des Lagers einschließt, wobei die erste Kante eine innere Umfangskante des die Bohrung umgebenden Lagers bildet und wobei der Hochdruckbereich an einer äußeren Umfangskante des Lagers angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Identifizieren der Oberfläche des Lagers das Identifizieren der Umfangsfläche des Lagers einschließt, wobei die erste Kante zwischen der Umfangsfläche und der ersten axialen Endfläche übergeht, und wobei der Hochdruckbereich an der Trommel angeordnet ist.
Getriebestufe einer Pumpe, die konfiguriert ist, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3 zu implementieren, wobei die Getriebestufenpumpe umfasst: ein Gehäuse, das eine Getriebekammer definiert, wobei das Gehäuse einen Einlass und einen Auslass in Fluidverbindung mit der Getriebekammer definiert, eine Getriebeanordnung, die innerhalb der Getriebekammer angeordnet ist, die konfiguriert ist, um Fluid von dem Einlass zu dem Auslass anzutreiben, wobei die Getriebeanordnung mindestens ein Getriebe einschließt, das um eine Drehachse drehbar ist; einen Zapfen, der mit dem Getriebe gekoppelt ist, wobei sich der Zapfen entlang der ersten Achse erstreckt und konfiguriert ist, um die Drehung des Getriebes um die Drehachse anzutreiben; ein Festlager an einer ersten axialen Seite des Getriebes zum radialen Abstützen des Zapfens relativ zum Gehäuse, sodass der Zapfen um die Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist; und ein axial bewegliches Lager an einer gegenüberliegenden zweiten axialen Seite des Getriebes zum radialen Abstützen des Zapfens relativ zum Gehäuse, sodass der Zapfen um die Drehachse relativ zum Gehäuse drehbar ist, wobei das axial bewegliche Lager eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme des Zapfens definiert, wobei sich die Durchgangsbohrung zwischen einem ersten axialen Ende und einem zweiten axialen Ende des axial beweglichen Lagers erstreckt, wobei das erste axiale Ende der zweiten axialen Seite des Getriebes zugewandt ist und das zweite axiale Ende vom Getriebe abgewandt ist, wobei das axial bewegliche Lager entlang der Drehachse innerhalb des Zapfens zum Getriebe hin und vom Getriebe weg axial beweglich ist, wobei das axial bewegliche Lager relativ zum Gehäuse drehfest ist, wobei die Durchgangsbohrung in Fluiddruckverbindung mit dem Einlassdruck steht, der dem Einlass des Gehäuses entspricht, und wobei der Auslassdruck, der dem Auslass des Gehäuses entspricht, auf das zweite axiale Ende des axial beweglichen Lagers einwirkt, um zu bewirken, dass das erste axiale Ende des axial beweglichen Lagers axial gegen die zweite axiale Seite des Getriebes drückt; wobei: a. das erste axiale Ende des beweglichen Lagers eine axiale Endfläche definiert, die konfiguriert ist, um die zweite axiale Seite des Getriebes zu berühren, wobei sich die axiale Endfläche von der Durchgangsbohrung radial nach außen in Richtung eines Außenumfangs der axialen Endfläche erstreckt, wobei die axiale Endfläche eine erste Umfangsnut definiert, wobei die erste Umfangsnut die axiale Endfläche in einen inneren Bereich, der sich radial zwischen der ersten Umfangsnut und der Durchgangsbohrung erstreckt, und einen äußeren Bereich, der sich radial zwischen der ersten Umfangsnut und dem Außenumfang erstreckt, unterteilt, wobei der äußere Bereich dem Auslassdruck ausgesetzt ist, wobei die erste Umfangsnut in Fluidverbindung mit dem Auslassdruck steht, sodass ein Druckgradient radial über den äußeren Bereich minimiert wird, wobei der innere Bereich eine Druckdifferenz zwischen dem Auslassdruck an der ersten Umfangsnut und dem Einlassdruck an der Durchgangsbohrung aufweist; und/oder b. das axial bewegliche Lager einen äußeren Umfangsabschnitt einschließt, der eine äußere Umfangsgrenze definiert, die sich axial zwischen dem ersten und dem zweiten axialen Ende des axial beweglichen Lagers erstreckt, wobei der äußere Umfangsabschnitt einen äußeren Steg zum Stützen des Zapfens in radialer Richtung relativ zu dem Gehäuse einschließt, wobei der äußere Steg eine erste Abmessung, die sich in Umfangsrichtung um die Drehachse erstreckt, und eine zweite Abmessung aufweist, die sich axial entlang der Drehachse erstreckt, wobei der äußere Umfangsabschnitt einen Trommelabschnitt definiert, der axial zwischen dem äußeren Steg und dem zweiten axialen Ende des axial beweglichen Lagers angeordnet ist, wobei die Trommel dem Auslassdruck ausgesetzt ist, wobei die zweite Abmessung des äußeren Stegs sich zwischen dem Trommelabschnitt und einem Einlassdruckbereich neben dem ersten axialen Ende des axial beweglichen Lagers erstreckt, wobei der äußere Steg eine zweite Umfangsnut definiert, die sich in Umfangsrichtung entlang des äußeren Stegs erstreckt, um den äußeren Steg in einen ersten axialen Bereich neben dem Trommelbereich und einen zweiten axialen Bereich neben dem Einlassdruckbereich zu unterteilen, wobei die zweite Umfangsnut in Fluidverbindung mit dem Auslassdruck aus dem Trommelbereich steht, um einen Druckgradienten über den ersten axialen Bereich zu minimieren, wobei der zweite axiale Bereich eine Druckdifferenz zwischen dem Auslassdruck an der zweiten Umfangsnut und dem Einlassdruck am Einlassdruckbereich aufweist.
Getriebestufe nach Anspruch 4, wobei sich die erste Nut über weniger als einen vollen Umfang der ersten axialen Endfläche erstreckt.
Getriebestufe nach Anspruch 4, wobei die erste Nut näher an der Durchgangsbohrung als an einer äußeren Umfangskante der ersten axialen Endfläche angeordnet ist, wobei die erste Nut an einer radialen Position an der ersten axialen Endfläche angeordnet ist, die den Wurzeln der Zähne des Getriebes entspricht.
Getriebestufe nach Anspruch 4, wobei sich die zweite Nut über weniger als einen vollen Umfang des Außenumfangsabschnitts erstreckt.
Getriebestufe nach Anspruch 4, wobei die zweite Nut näher an der ersten axialen Endfläche als an der Trommel angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4-8, ferner umfassend: einen zweiten Zapfen, der sich parallel zu dem Zapfen entlang der Getriebekammer des Gehäuses erstreckt, wobei der zweite Zapfen einen anderen Abschnitt der Getriebeanordnung antreibt; ein zweites Festlager, das über dem zweiten Zapfen an der ersten Seite der Getriebeanordnung montiert ist; und ein zweites bewegliches Lager, das über dem zweiten Zapfen an der zweiten Seite der Getriebeanordnung montiert ist.
Getriebestufe nach Anspruch 9, wobei das zweite bewegliche Lager ein Spiegelbild des beweglichen Lagers ist.