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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug. Insbesondere beinhaltet das Schmiersystem einen Verbrennungsmotor als eine erste Leistungsquelle und einen Elektromotor als eine zweite Leistungsquelle.
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Stand der Technik
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Kraftfahrzeuge sind typischerweise mit einer oder mehreren Pumpen ausgestattet, um das Fluid an verschiedene Stellen im gesamten Fahrzeug zu transportieren. Viele heute in Produktion befindliche Fahrzeuge sind mit mindestens einer Pumpe ausgestattet, die von einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs angetrieben wird. Beispiele für derartige Pumpen beinhalten Kraftstoffpumpen, Wasserpumpen, Ölpumpen für Verbrennungsmotoren, Getriebeölpumpen, Lader, Turbolader, Servolenkungspumpen, Kompressoren für Klimaanlagen sowie Fluidpumpen, die Betätigungssysteme für Vorrichtungen wie etwa Automatikgetriebe, Verteilergetriebe, Kupplungen und eine Vielzahl anderer Anforderungen an Fahrzeugpumpen mit Leistung versorgen. Obwohl viele dieser Pumpen in der Vergangenheit zufriedenstellend betrieben wurden, bestehen einige Bedenken.
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Viele Pumpen sind beispielsweise als Konstantpumpen ausgeführt, um die Montagekosten zu minimieren. Die Konstantpumpe ist typischerweise so dimensioniert, dass sie eine maximale Durchflussrate oder einen maximalen Druck auf Grundlage eines Spitzenbedarfs des Systems bereitstellt. Während eines großen Teils des Fahrzeugbetriebs ist jedoch keine Spitzenleistung der Pumpe erforderlich. Dadurch kann die Pumpe so angetrieben werden, dass sie eine relativ hohe Leistung bereitstellt, wie etwa bei hoher Motordrehzahl, wenn eine relativ geringe Leistung benötigt wird. Die Energie, die mit dem Bereitstellen der höheren Pumpenleistung anstelle der niedrigeren Leistung verbunden ist, kann als Energieverschwendung betrachtet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Technisches Problem
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Pumpen, die allein von einem Elektromotor angetrieben werden, können ebenfalls innerhalb von Kraftfahrzeuganwendungen verwendet werden. Eine Pumpe, die allein von einem Elektromotor angetrieben wird, bietet jedoch typischerweise nicht die gleiche Betriebseffizienz wie eine mechanisch von dem Verbrennungsmotor angetriebene Pumpe. Auf dem Fachgebiet kann dementsprechend ein Bedarf für eine Pumpe bestehen, die zwei unabhängige Leistungsquellen aufweist, um die Effizienz des Fahrzeugs zu verbessern, eine vereinfachte Verpackung der Pumpen zu schaffen und eine von der Drehzahl des Verbrennungsmotors unabhängige variable Leistung bereitzustellen. Es kann besonders wünschenswert sein, eine Doppeleingangspumpe bereitzustellen, die keinen Planetenradsatz beinhaltet, da diese Leistungsübertragungsvorrichtungen relativ kostspielig in der Herstellung sind und relativ großen Bauraum benötigen.
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Lösung des Problems
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Ein Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor umfasst ein Gehäuse, einen Elektromotor, einen drehbaren ersten Eingang, der dazu angepasst ist, durch den Verbrennungsmotor angetrieben zu werden, einen drehbaren zweiten Eingang, der durch den Elektromotor angetrieben wird, und eine Pumpe. Die Pumpe beinhaltet eine Trommel, die wahlweise durch einen von dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang um eine Trommeldrehachse gedreht wird, und einen Pumpenrotor, der wahlweise durch den anderen von dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang gedreht wird. Die Trommel beinhaltet einen Nockenring mit einem Hohlraum, der den Pumpenrotor aufnimmt. Die Trommel beinhaltet eine erste Fluideinlassöffnung und eine zweite Fluideinlassöffnung auf gegenüberliegenden Seiten der Trommel, sodass durch die erste und die zweite Fluidöffnung in den Hohlraum eintretendes Fluid axial in einer Richtung parallel zu der Trommeldrehachse strömt. Die Trommel beinhaltet eine sich radial erstreckende Auslassöffnung, sodass gepumptes Fluid radial aus dem Hohlraum strömt. Das Gehäuse enthält den Elektromotor und die Pumpe.
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Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor ein Gehäuse, einen Elektromotor, einen drehbaren ersten Eingang, der durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird, einen drehbaren zweiten Eingang, der durch den Elektromotor angetrieben wird, und eine Flügelzellenpumpe. Die Flügelzellenpumpe beinhaltet einen drehbaren Nockenring mit einem zylindrischen Hohlraum, einen drehbaren Pumpenrotor und in Umfangsrichtung beabstandete Flügel. Die Flügel und der Pumpenrotor sind zur Drehung aneinander befestigt und mit dem zylindrischen Hohlraum angeordnet. Der Nockenring ist mit einem von dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor antriebsmäßig gekoppelt. Der Pumpenrotor ist mit dem anderen von dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor antriebsmäßig gekoppelt. Der Nockenring ist innerhalb des Gehäuses zur Drehung gelagert.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind leicht zu erkennen, da selbige durch Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung verständlicher wird, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird, wobei Folgendes gilt:
- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Pumpe, die gemäß der Lehre der vorliegenden Offenbarung aufgebaut ist;
- 2 ist eine andere perspektivische Ansicht der in 1 abgebildeten Pumpe;
- 3 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Pumpe;
- 4 ist eine teilweise perspektivische Ansicht der Pumpe;
- 5 ist einen Querschnittsansicht der Pumpe; und
- 6 ist eine Querschnittsansicht der Pumpe durch die Pumpenkammern.
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Ausgestaltung der Erfindung
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Beispielhafte Ausführungsformen werden bereitgestellt, sodass diese Offenbarung umfassend ist und den Umfang vollständig an einen Fachmann übermittelt. Es werden zahlreiche konkrete Details angegeben, wie z. B. Beispiele für konkrete Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein umfassendes Verständnis von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Es versteht sich für den Fachmann, dass konkrete Details nicht verwendet werden müssen, dass Ausführungsbeispiele in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können und dass keines davon so ausgelegt werden sollte, dass es den Umfang der Offenbarung einschränkt. In einigen Ausführungsbeispielen werden hinreichend bekannte Verfahren, hinreichend bekannte Vorrichtungsstrukturen und hinreichend bekannte Technologien nicht im Detail beschrieben.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck, bestimmte Ausführungsbeispiele zu beschreiben, und soll nicht einschränkend sein. Wie hierin verwendet, kann für die Einzahlformen „ein“, „eine“ sowie „der“, „die“, „das“ erachtet werden, dass diese auch die Mehrzahlformen beinhalten, es sei denn, der Kontext gibt eindeutig etwas anderes vor. Die Ausdrücke „umfasst“, „umfassend“, „beinhaltend“ und „aufweisend“ sind einschließend und geben somit das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines bzw. einer oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aus. Die hierin beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Vorgänge sind nicht so auszulegen, dass sie unbedingt in der jeweils erörterten oder veranschaulichten Reihenfolge durchgeführt werden müssen, es sei denn, sie sind konkret als eine Reihenfolge der Durchführung gekennzeichnet. Es versteht sich auch, dass zusätzliche oder alternative Schritte eingesetzt werden können.
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Wenn ein Element oder eine Schicht als „auf“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ in Bezug auf ein anderes Element oder eine andere Schicht bezeichnet wird, kann der Zustand „auf“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“ oder „gekoppelt mit“ in Bezug auf das andere Element oder die andere Schicht direkt sein oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu, wenn ein Element als „direkt auf“, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“ oder „direkt gekoppelt mit“ in Bezug auf ein anderes Element oder eine andere Schicht bezeichnet wird, können keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten auf eine ähnliche Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen“ versus „direkt zwischen“, „angrenzend“ versus „direkt angrenzend“ usw.). Der wie hierin verwendete Begriff „und/oder“ beinhaltet beliebige und sämtliche Kombinationen eines oder mehrerer der zugehörigen angeführten Punkte.
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Obwohl die Ausdrücke erster, zweiter, dritter usw. hierin verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Sektionen zu beschreiben, sollen diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Sektionen nicht durch diese Ausdrücke eingeschränkt werden. Diese Ausdrücke können nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, eine Region, eine Schicht oder eine Sektion von einer anderen Region, Schicht oder Sektion zu unterscheiden. Ausdrücke wie etwa „erster“, „zweiter“ und andere numerische Ausdrücke, wenn sie hierin verwendet werden, implizieren keine Folge oder Reihenfolge, es sei denn, dies wird durch den Kontext eindeutig angegeben. Somit könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, eine erste Region, eine erste Schicht oder eine erste Sektion, die im Folgenden erörtert werden, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, eine zweite Region, eine zweite Schicht oder eine zweite Sektion bezeichnet werden, ohne von der Lehre der Ausführungsbeispiele abzuweichen.
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Ausdrücke mit räumlichem Bezug, wie etwa „innen“, „außen“, „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen können hierin zur leichteren Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu (einem) anderen Element(en) oder Merkmal(en) zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Ausdrücke mit räumlichem Bezug können dazu bestimmt sein, unterschiedliche Ausrichtungen der verwendeten oder betriebenen Vorrichtung zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung zu umfassen. Beispielsweise wären, wenn die Vorrichtung in den Figuren umgedreht wird, Elemente, die als „unter“ oder „unterhalb“ anderer/n Elemente(n) oder Merkmale(n) beschrieben sind, dann „oberhalb“ der anderen Elemente oder Merkmale ausgerichtet. Dementsprechend kann der beispielhafte Ausdruck „unter“ sowohl eine Ausrichtung „über“ als auch „unter“ umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen), und die hierin verwendeten Beschreibungen mit räumlichem Bezug können entsprechend interpretiert werden.
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Wie in den Figuren abgebildet, beinhaltet eine Pumpe 10 ein mehrteiliges Gehäuse 12 mit einer von außen zugänglichen Eingangswelle 14, die sich von einem Ende erstreckt, und einem Elektromotor 16 an einem gegenüberliegenden Ende. Die Pumpe 10 ist als eine Flügelzellenpumpe mit zwei Eingängen ausgestaltet, die wahlweise von einer nicht gezeigten externen Leistungsquelle, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, angetrieben werden kann. Es wird in Betracht gezogen, dass die Kurbelwelle oder ein anderes angetriebenes Glied des Verbrennungsmotors über Zahnräder, Riemen oder eine Getriebeanordnung, die in den Figuren nicht abgebildet sind, mit der Eingangswelle 14 antriebsmäßig gekoppelt ist. Die Pumpe 10 kann auch durch den Elektromotor 16 wahlweise angetrieben werden. Wie noch näher beschrieben wird, können jede der Leistungsquellen allein oder beide Leistungsquellen gleichzeitig mit Strom versorgt werden, um die Pumpe 10 zu betreiben.
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Das Gehäuse 12 beinhaltet einen Einlass 18 und einen Auslass 19. Das Gehäuse 12 beinhaltet ferner eine erste Stirnplatte 20, eine zweite Stirnplatte 24 und eine Zwischenplatte 26. Gewindebefestigungen 32 verbinden die erste Stirnplatte 20, die zweite Stirnplatte 24 und die Zwischenplatte 26 miteinander. Der Elektromotor 16 beinhaltet ein Motorgehäuse 36, das über Befestigungselemente 38 an der zweiten Stirnplatte 24 befestigt ist.
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Der Elektromotor 16 beinhaltet einen Stator 40, der fest an dem Gehäuse 36 montiert ist und dessen Drehung in Bezug auf das Gehäuse 36 beschränkt ist. Der Elektromotor 16 beinhaltet auch einen relativ zu dem Stator 40 und dem Gehäuse 12 drehbar montierten Motorrotor 44. Der Motorrotor 44 beinhaltet eine Vielzahl von Magneten und wird bei elektrischer Bestromung des Stators 40 um eine Mittelachse 46 gedreht.
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Die Pumpe 10 beinhaltet eine erste Unterbaugruppe 50, die innerhalb des Gehäuses 12 drehbar gelagert ist und durch die Welle 14 angetrieben wird. Die erste Unterbaugruppe 50 ist um die Mittelachse 46 drehbar. Eine zweite Unterbaugruppe 54 ist ebenfalls um die Mittelachse 46 drehbar und innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet. Die zweite Unterbaugruppe 54 wird durch den Elektromotor 16 wahlweise gedreht. Die relative Drehung zwischen der ersten Unterbaugruppe 50 und einer zweiten Unterbaugruppe 54 bewirkt eine Pumpwirkung von Fluid durch die Pumpe 10.
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Die Pumpe 10 beinhaltet einen ersten Einlasskanal 60 und einen zweiten Einlasskanal 64, die parallel zueinander und auf gegenüberliegenden Seiten der ersten Unterbaugruppe 50 angeordnet sind. Die erste Stirnplatte 20 beinhaltet den ersten Einlasskanal 60, während die zweite Stirnplatte 24 den zweiten Einlasskanal 64 beinhaltet. Ein Durchlass 66 erstreckt sich durch die Zwischenplatte 26, um den ersten Einlasskanal 60 mit dem zweiten Einlasskanal 64 in Fluidverbindung zu bringen. Der Gehäuseeinlass 18 steht somit sowohl mit dem ersten Einlasskanal 60 als auch mit einem zweiten Einlasskanal 64 in Fluidverbindung. Der Pumpenauslass 19 ist an der ersten Stirnplatte 20 bereitgestellt.
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Die erste Unterbaugruppe 50 umfasst eine Trommel 72, die einen äußeren Ring 76, einen Nockenring 78, eine erste Endkappe 82 und eine zweite Endkappe 84 beinhaltet, die jeweils zur Drehung aneinander befestigt sind. Die Trommel 72 dreht sich um die Mittelachse 46. Der äußere Ring 76 beinhaltet eine zylindrische äußere Oberfläche 88 und eine versetzte zylindrische innere Oberfläche 90. Insbesondere verlaufen eine Mittellinie 91 der äußeren zylindrischen Oberfläche 88 und eine Mittellinie 87 der inneren zylindrischen Oberfläche 90 parallel und versetzt zueinander, um eine vorbestimmte Exzentrizität zu definieren. Die Mittellinie 87 ist um die Mittelachse 46 drehbar, während die Mittellinie 91 der äußeren zylindrischen Oberfläche 88 koaxial zur Mittelachse 46 ausgerichtet bleibt. Zwischen der äußeren zylindrischen Oberfläche 88 und der inneren zylindrischen Oberfläche 90 erstreckt sich ein Schlitz 94 radial über eine vorgegebene, in Umfangsrichtung verlaufende Bogenlänge. Der äußere Ring 76 beinhaltet eine erste Stirnfläche 96 und eine gegenüberliegende und parallele zweite Stirnfläche 98.
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Der Nockenring 78 beinhaltet eine zylindrische äußere Oberfläche 102 sowie eine zylindrische innere Oberfläche 106. Die zylindrische äußere Oberfläche 102 ist koaxial mit der zylindrischen inneren Oberfläche 106 ausgerichtet. Ein Schlitz 108 erstreckt sich durch den Nockenring 78 von der zylindrischen äußeren Oberfläche 102 zu der zylindrischen inneren Oberfläche 106. Der Schlitz 108 erstreckt sich in Umfangsrichtung um einen vorbestimmten Betrag. Die Bogenlänge von Schlitz 108 ist im Wesentlichen gleich der Bogenlänge von Schlitz 94, um einen Auslassdurchlass dort hindurch zu schaffen. Der Nockenring 78 beinhaltet eine erste Stirnfläche 110, die von einer zweiten Stirnfläche 114 beabstandet ist und sich parallel zu dieser erstreckt. Die zylindrische äußere Oberfläche 102 ist so bemessen, dass sie mit der zylindrischen inneren Oberfläche 90 des äußeren Rings 76 im Presssitz in Eingriff steht. Somit drehen sich der Nockenring 78 und der äußere Ring 76 mit der gleichen Geschwindigkeit.
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Die erste Endkappe 82 beinhaltet einen Zapfenabschnitt 120, der sich von einem Flanschabschnitt 124 erstreckt. Der Flanschabschnitt 124 beinhaltet eine innere Fläche 126 sowie eine gegenüberliegende und parallele äußere Fläche 130. Der Zapfenabschnitt 120 beinhaltet eine äußere zylindrische Oberfläche 134 und eine innere zylindrische Bohrung 138. Eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen 142 ist an einem distalen Ende des Zapfenabschnitts 120 ausgebildet. Ein Schlitz 146 erstreckt sich durch den Flanschabschnitt 124 von der inneren Fläche 126 zu der äußeren Fläche 130. Der Schlitz 146 erstreckt sich in Umfangsrichtung um eine vorbestimmte Bogenlänge und weist eine besondere Tropfenform des Pumpenflanschs auf. Die zweite Endkappe 84 ist ähnlich aufgebaut, beinhaltend einen Zapfenabschnitt 150, der einstückig mit einem Flanschabschnitt 154 ausgebildet ist. Der Flanschabschnitt 154 beinhaltet eine innere Fläche 158 und eine gegenüberliegende parallele äußere Fläche 162. Der Zapfenabschnitt 150 beinhaltet eine äußere zylindrische Oberfläche 166. Eine zylindrische Bohrung 170 erstreckt sich durch den Zapfenabschnitt 150 und den Flanschabschnitt 154. Ein sich in Umfangsrichtung erstreckender Schlitz 174 erstreckt sich durch den Flanschabschnitt 154 von der inneren Fläche 158 zu der äußeren Fläche 162. Der Schlitz 174 weist auch eine Tropfenform auf, um als ein Pumpenflansch zu fungieren.
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Die zweite Stirnplatte 24 beinhaltet eine mehrstufige Bohrung 176, die eine erste zylindrische Oberfläche 180, eine zweite zylindrische Oberfläche 182 mit einem kleineren Durchmesser als die erste zylindrische Oberfläche 180, eine dritte zylindrische Oberfläche 186 und eine vierte zylindrische Oberfläche 188 beinhaltet. Ein Ringsteg 192 ist zwischen der zweiten zylindrischen Oberfläche 182 und der dritten zylindrischen Oberfläche 186 angeordnet.
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Die erste zylindrische Oberfläche 180 ist so bemessen, dass sie den Zapfenabschnitt 150 zur Drehung in Bezug auf die zweite Stirnplatte 24 lagert. Die drehbare Trommel 72 ist auch durch eine Stirnfläche 190 der zweiten Stirnplatte 24 sowie eine gegenüberliegende Stirnfläche 194 der ersten Stirnplatte 20 geführt.
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Wenn die Pumpe 10 als eine Automatikgetriebe-Fluidpumpvorrichtung mit relativ hohem Druck ausgebildet sein soll, kann es wünschenswert sein, einen sehr geringen Abstand zwischen der Stirnfläche 190 der zweiten Stirnplatte 24 und der zweiten Stirnfläche 98 des äußeren Rings 76 genau einzuhalten. Ebenso muss der Laufsitz zwischen der Stirnfläche 194 der ersten Stirnplatte 20 und der ersten Stirnfläche 96 des äußeren Rings 76 genau gesteuert werden, um eine einwandfreie Pumpenfunktion zu gewährleisten. Bei mindestens einer Ausführungsform der Pumpe 10 kann es wünschenswert sein, Fluid bei Drücken bis zu 30 bar zu pumpen. Minimale Abstände zwischen dem feststehenden Pumpengehäuse 12 und der sich drehenden Trommel 72 ermöglichen einen effizienten Betrieb der Pumpe 10 bei diesen relativ hohen Drücken. Zur weiteren Sicherstellung des gewünschten Pumpenbetriebs ist die Zwischenplatte 26 aus dem gleichen Material wie der äußere Ring 76 hergestellt. Bei der vorliegend erörterten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der äußere Ring 76 und die Zwischenplatte 26 aus Stahl, gegebenenfalls einem Metallstahlpulver, hergestellt sind. Die erste Stirnplatte 20 und die zweite Stirnplatte 24 sind aus Aluminiumdruckguss hergestellt. Da die Zwischenplatte 26 und der äußere Ring 76 aus dem gleichen Material hergestellt sind, zeigen diese Komponenten den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Maßänderungen aufgrund von Änderungen der Betriebstemperatur sind gleich. Somit bleiben die vorstehend genannten minimalen Laufabstände unabhängig von der Betriebstemperatur der Pumpe 10 erhalten. Es kann ein Doppelscheibenschleifvorgang durchgeführt werden, um eine Breite des äußeren Rings 76 sowie die Parallelität der ersten Stirnfläche 96 in Bezug auf die zweite Stirnfläche 98 genau zu definieren. Maßtoleranzen innerhalb von plus oder minus drei Mikron können durch einen Doppelscheibenschleifvorgang erreicht werden.
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Die drehbare Trommel 72 ist mit der Eingangswelle 14 antriebsmäßig verbunden. Insbesondere beinhaltet die Eingangswelle 14 einen vergrößerten Endabschnitt 196, der eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandeten Zähnen 198 beinhaltet. Die Zähne 198 der Eingangswelle 14 stehen mit den Zähnen 142 der ersten Endkappe 82 antriebsmäßig in Eingriff. Die Eingangswelle 14 ist innerhalb der ersten Stirnplatte 20 durch eine Buchse 199 zur Drehung gelagert. Eine Lippendichtung 201 ist innerhalb einer Gegenbohrung 203 der ersten Stirnplatte 20 angeordnet, um ein Eintreten von Luft in die Pumpe 10 zu beschränken.
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Die zweite Unterbaugruppe 54 ist nicht nur in Bezug auf das Gehäuse 12, sondern auch in Bezug auf die erste Unterbaugruppe 50 drehbar. Die zweite Unterbaugruppe 54 beinhaltet eine Motorwelle 200, die zur Drehung an dem Motorrotor 44 befestigt ist. Die Motorwelle 200 ist durch eine innerhalb der Bohrung 176 angeordnete Nadellageranordnung 204 zur Drehung gelagert und steht mit der vierten zylindrischen Oberfläche 188 in Eingriff. Die Motorwelle 200 beinhaltet einen vergrößerten Kopfabschnitt 206 mit einer Außenverzahnung.
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Die zweite Unterbaugruppe 54 beinhaltet ferner eine Pumpenwelle 208, die über eine Zahnverbindung an einem Pumpenrotor 214 zur Drehung befestigt ist. Eine Außenverzahnung 210 greift in eine Innenverzahnung, die in dem Pumpenrotor 214 ausgebildet ist, ein. Halteringe 215 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Außenverzahnung 210 angeordnet, um eine gewünschte relative axiale Position zwischen der Pumpenwelle 208 und dem Pumpenrotor 214 beizubehalten.
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Eine Kupplung 216 beinhaltet eine Innenverzahnung, die mit der Außenverzahnung an dem Kopfabschnitt 206 antriebsmäßig in Eingriff steht, und eine Außenverzahnung an einem Endabschnitt 217 der Pumpenwelle 208, um die Pumpenwelle 208 mit der Motorwelle 200 antriebsmäßig zu verbinden. Buchsen 219 tragen die Pumpenwelle 208 drehbar innerhalb der Trommel 72.
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Eine Vielzahl von radial verlaufenden Flügeln 218 ist verschiebbar mit dem Pumpenrotor 214 gekoppelt, sodass sich die Flügel 218 mit dem Pumpenrotor 214 drehen. Die Flügel 218 können in Bezug auf den Pumpenrotor 214 radial verschoben werden, um den Versatz zwischen der Mittellinie des Nockenrings 78 und der Trommeldrehachse 46 zu berücksichtigen. Der Pumpenrotor 214 dreht sich um die Mittelachse 46. Flügelringe 221 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Pumpenrotors 214 und neben diesem angeordnet, um den Eingriff zwischen den distalen Enden der Flügel 218 mit der zylindrischen inneren Oberfläche 106 des Nockenrings 78 beizubehalten. Die Flügelringe 221 verhindern, dass sich die Flügel 218 nach innen verschieben, sodass die distalen Enden der Flügel 218 in Kontakt mit dem Nockenring 78 bleiben. An der Pumpenauslassseite wirkt hoher Druck auf die distalen Enden der Flügel 218, was sie nach innen drängt. Ein zentraler Raum nahe der Mittellinie des Pumpenrotors 214 steht unter niedrigem Druck. Ohne die Flügelringe 221 würde also nichts die Flügel 218 daran hindern, sich nach innen zu verschieben.
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Einem Fachmann sollte es ersichtlich sein, dass die Entscheidung, drei separate Komponenten wie etwa Eingangswelle 14, Pumpenwelle 208 und Motorwelle 200 einzusetzen, durch den sehr engen Laufsitz, der zwischen Trommel 72 und Gehäuse 12 gewünscht ist, bestimmt wird. Die Toleranzen an den Komponenten der Trommel und den zugehörigen Gehäuseoberflächen sind so gering, dass die Toleranzen der Wellen 14, 200, 208 vergrößert werden müssen, um eine Montage und einen ordnungsgemäßen Pumpenbetrieb zu ermöglichen. Beispielsweise erlaubt die Zahnverbindung zwischen der Motorwelle 200 und der Pumpenwelle 208 über die Kupplung 216 eine relative Fehlausrichtung zwischen einer Drehachse der Motorwelle 200 und einer Drehachse der Pumpenwelle 208. In ähnlicher Weise kann eine Drehachse der Eingangswelle 14 in Bezug auf die Drehachse der Pumpenwelle 208 auf Grundlage der Zahnschnittstelle etwas fehlausgerichtet sein.
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Es wird in Betracht gezogen, dass eine alternative Ausführungsform ausgebildet sein kann, die eine einzige Motor- und Flügelwelle umfasst, sodass die Elemente 200 und 208 einstückig miteinander als eine Einheit ausgebildet wären. Auf ähnliche Weise kann die Eingangswelle 14 in einer vereinfachten formtoleranteren Bauweise mit der ersten Endkappe 82 einstückig ausgebildet sein. Eine derartige Bauweise kann für Anwendungen, die geringere Druckleistungen in dem Bereich von drei bis vier bar erfordern, nützlich sein.
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Im Betrieb bewirkt die relative Drehung zwischen den Flügeln 218 und dem Nockenring 78, dass ein Fluid in den Gehäuseeinlass 18, den ersten Einlasskanal 60 und den zweiten Einlasskanal 64 gezogen wird. Auf gegenüberliegenden Seiten der Trommel 72 ist Niederdruckfluid angeordnet, das gleichzeitig mit der äußeren Fläche 130 und dem Schlitz 146 sowie der äußeren Fläche 162 und dem Schlitz 174 in Verbindung steht. Durch die Schlitze 146, 174 tritt das Niederdruckfluid in axialer Richtung in die Pumpenhohlräume 220 ein. Hochdruckfluid verlässt die Pumpenhohlräume 220 in einer radialen Richtung. Insbesondere steht der Schlitz 108 des Nockenringes 78 mit den Pumpenhohlräumen 220 in Fluidverbindung, wenn der Druck hoch ist. Der Schlitz 94 des äußeren Rings 76 ist mit dem Schlitz 108 des Nockenringes 78 ausgerichtet und steht mit diesem in Fluidverbindung. Ein Hochdruckhohlraum 222 ist durch eine innere zylindrische Oberfläche 226, eine Zwischenplatte 26, eine Stirnfläche 190, eine Stirnfläche 194 und eine äußere zylindrische Oberfläche 88 des äußeren Rings 76 definiert. Der Schlitz 108 und der Schlitz 94 stehen in Fluidverbindung mit dem Hochdruckhohlraum 222. Der Auslass 19 steht mit dem Hochdruckhohlraum 222 in Fluidverbindung. Unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen Geometrie sind die auf die Trommel 72 wirkenden Kräfte axial und radial ausgeglichen. Speziallager oder axiale Lastreaktionsanordnungen sind für die vorliegende Bauweise nicht erforderlich.
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Um die Pumpfähigkeit bei der Bereitstellung der zuvor beschriebenen relativ hohen Leistung von 30 bar sicherzustellen, wird eine Breite des Nockenringes 78 unter Verwendung von Doppelscheibenschleifvorgängen bearbeitet. Der Abstand zwischen der ersten Stirnfläche 110 und der zweiten Stirnfläche 114 ist definitionsgemäß geringfügig größer als die Breite der Flügel 218 und des Rotors 214, um etwaige Leckwege zwischen dem Hochdruckhohlraum 222 und den übrigen Niederdruckzonen innerhalb der Pumpe 10 zu minimieren. Insbesondere wird in Betracht gezogen, dass die Abstände zwischen den Flügeln 218 und dem Rotor 214 und der ersten und der zweiten Endkappe 82, 84 eine Möglichkeit bieten, dass Hochdruckfluid an den Flügeln vorbeiströmt, wodurch die maximale Druckkapazität der Pumpe verringert wird. Auf ähnliche Weise ergeben die Abstände zwischen dem äußeren Ring 76 und der ersten und der zweiten Stirnplatte 20, 24 zusätzliche mögliche Leckwege. Wenn die jeweilige Ausführungsform der herzustellenden Pumpe, wie bereits erwähnt, nur relativ wenig Druckfluid abgeben muss, können die mit diesen Komponenten verbundenen Toleranzen und die Abstände zwischen den sich relativ bewegenden Bauteilen gelockert werden, um Kosten und Komplexität zu reduzieren.
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Die Pumpe 10 beinhaltet einen Niederdruck-Fluidweg 224, der einen Motorhohlraum 225 mit dem zweiten Einlasskanal 64 verbindet. Ein weiterer Niederdruck-Fluidweg 227 beinhaltet einen Spalt zwischen der dritten zylindrischen Oberfläche 186 und der Motorwelle 200 sowie einen Weg durch Lager 204 oder eine Einwegkupplung 230. Diese Fluiddurchlässe gewährleisten ein Vorhandensein von Niederdruckfluid an Buchsen oder Lagern 219.
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In einem ersten Betriebsmodus kann das Eingangsdrehmoment der Eingangswelle 14 über einen Verbrennungsmotor bereitgestellt werden. In dem ersten Betriebsmodus ist die Pumpenwelle 208 in der Drehung beschränkt. Dementsprechend sind der Pumpenrotor 214 und die Flügel 218 in Bezug auf das Gehäuse 12 in der Drehung beschränkt. Die Drehung der Eingangswelle 14 treibt die Trommel 72 derart an, dass sich der Nockenring 78 und der äußere Ring 76 in Bezug auf den Pumpenrotor 214 drehen. Eine Größe der Pumpenleistung ist proportional zur Drehzahl der Eingangswelle 14.
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In einem zweiten Betriebsmodus wird über den Elektromotor 16 ein Eingangsdrehmoment an die Motorwelle 200 bereitgestellt. Die Eingangswelle 14 ist in dem zweiten Betriebsmodus in der Drehung beschränkt. Die Motorwelle 200 treibt die Pumpenwelle 208 an, die ihrerseits den Pumpenrotor 214 und die Flügel 218 dreht. Da die Eingangswelle 14 in der Drehung beschränkt ist, ist auch die Trommel 72 in der Drehung beschränkt. Dementsprechend erfolgt eine relative Drehung zwischen dem Nockenring 78 und den Flügeln 218. Die Größe der Pumpenleistung ist proportional zur Drehzahl der Motorwelle 200.
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In einem dritten Betriebsmodus wird der Eingangswelle 14 ein Eingangsdrehmoment bereitgestellt, um die Eingangswelle 14 in einer ersten Richtung zu drehen. Die Motorwelle 200 wird durch den Elektromotor 16 in einer gegenläufigen Drehung angetrieben. Die Größe der Pumpenleistung basiert auf der relativen Drehzahl zwischen Nockenring 78 und Pumpenrotor 214. Um eine gegenläufige oder zumindest relative Drehung zwischen der Trommel 72 und dem Flügelzellenpumpenrotor 214 zu gewährleisten, kann es vorteilhaft sein, eine Einwegkupplung 230 vorzusehen, um die Drehrichtung der Motorwelle 200 in Bezug auf das Gehäuse 12 zu beschränken. In den Figuren kann das Lager 204 als Einwegkupplung 230 ausgestaltet sein.
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Aufgrund der verschiedenen verfügbaren Betriebsmodi werden zusätzliche Überlegungen berücksichtigt, um eine robuste, kostengünstige Pumpe bereitzustellen. Zusätzlich kann die Trommel 72 eine spezielle Ausgestaltung beinhalten, um einen Schwerpunkt der Trommel 72 auf ihre Drehachse genau auszurichten. Eine äußere Aussparung oder Nut 240 entfernt Masse von einem Abschnitt des äußeren Rings 76, um die Drehunwucht der sich drehenden ersten Unterbaugruppe 50 zu minimieren.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fluidpumpsystem für ein Fahrzeug. Insbesondere beinhaltet das Schmiersystem einen Verbrennungsmotor als eine erste Leistungsquelle und einen Elektromotor als eine zweite Leistungsquelle.
