DE60218006T2

DE60218006T2 - Eingetauchte, elektrische Fluidpumpe

Info

Publication number: DE60218006T2
Application number: DE60218006T
Authority: DE
Inventors: Hal Bloomfield Pringle; Robert D. Farmington Hills Keefover; Michael J. Warren Halsig
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-10-12
Also published as: EP1302704B1; EP1302704A3; DE60218006D1; EP1302704A2; US20030070879A1; US7174998B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidpumpe. Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine eintauchbare elektrisch angetriebene Fluidpumpe für ein Getriebe, Verteilergetriebe oder einen Motor eines Fahrzeuges.
Bei den heutigen Fahrzeug-, Motor- und Getriebekonstruktionen finden viele Fluidpumpen Verwendung, um Fluide zu Motoren, Getriebesystemen und Verteilergetrieben zu pumpen. In der Vergangenheit handelte es sich bei diesen Pumpen typischerweise um mechanisch arbeitende Pumpen, die an vielen Stellen am Motor angeordnet waren, wie beispielsweise die Motorölpumpe. Es wurde davon ausgegangen, dass diese Pumpen für die Funktionsweise des Fahrzeuges kritisch sind und dass eine mechanische Betätigung dieser Pumpen zuverlässiger ist als dies elektrische Pumpen sind. Wenn daher beispielsweise Getriebe oder Motoren konstruiert werden, ist es erforderlich, mechanische Antriebe zu konstruieren, die mit dem Motorbetriebssystem verbunden sind, und Befestigungen sowie Kanäle vorzusehen, um das Öl von der Ölwanne heraus in das Motorschmiersystem einzuführen. Für das Pumpen des Ölstromes vom Speicher zur Pumpe sind Montageflansche erforderlich, um das Öl seiner finalen Bestimmung zuzuführen. Im Pumpengehäuse sind typischerweise Einlass- und Auslasskanäle für die Pumpe enthalten, die wertvollen Raum einnehmen.
In den letzten Jahren sind Fahrzeugkonstruktionen auf vielen Gebieten weiterentwickelt worden. Beispielsweise sind elektrische Komponenten immer zuverlässiger geworden. Dies hat dazu geführt, dass mehr elektrische Komponenten in Fahrzeugen eingesetzt werden. Gewichtsüberlegungen, insbesondere eine Gewichtsreduzierung, haben zunehmende Bedeutung erlangt. Dies hat zu einem Wunsch nach vereinfachten Vorgängen in Bezug auf die Konstruktion und Herstellung und zur Verwendung von leichteren Komponenten, wann immer möglich, geführt. Ferner haben Überlegungen hinsichtlich Größenreduzierung und Raumersparnis zu vielen Konstruktionsänderungen bei den heutigen Fahrzeugen geführt. Ferner ermöglicht eine mechanische Betätigung nicht ohne weiteres Pumpvorgänge, die für die heutige Betriebsumgebung wünschenswert sind. Daher ist es wünschenswert, eine Pumpvorrichtung zu schaffen, die keine mechanische Betätigung erfordert und nur geringe oder überhaupt keine Konstruktionsänderungen oder zusätzlichen Raum benötigt, um auf diese Weise das Pumpen von Öl oder anderen Fluiden in heutigen Fahrzeugen vereinfachen zu können.
In der EP-A-0509724 ist eine kombinierte Hydraulikpumpe mit Elektromotor zum Steuern der Betätigung einer Formklemme und einer Materialeinspritzvorrichtung einer herkömmlichen Spritzgießmaschine beschrieben. Gepumptes Fluid dringt durch das Gehäuse, in dem der Elektromotor aufgenommen ist.
Eine Pumpenkartusche ist bei einer Ausführungsform auf der Außenfläche einer Endplatte des Gehäuses montiert und bei einer anderen Ausführungsform auf der Innenfläche der Endplatte angeordnet.
Erfindungsgemäß wird somit eine Pumpe zum Pumpen eines Fluides in einem Fahrzeug zur Verfügung gestellt, das in einem Getriebe, Verteilergetriebe oder Motorspeicher des Fahrzeuges vorhanden ist, wobei die Pumpe umfasst:
ein Pumpengehäuse mit einem Pumpenelement;
einen Elektromotor, der am Pumpengehäuse befestigt ist;
eine Pumpkammer;
wobei das Pumpenelement mit dem Elektromotor in Verbindung steht;
die Pumpkammer eine Eintrittsöffnung zur Aufnahme von Fluid vom Speicher und eine Austrittsöffnung zum Pumpen des Fluides zum Speicher aufweist,
die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung im Wesentlichen coplanar orientiert sind,
mindestens eine andere Eintritts- oder Austrittsöffnung, die von Kanälen abgeleitet ist, welche in einer im Wesentlichen planaren Fläche benachbart zur Pumpe, welche nicht einstückig mit der Pumpe ausgebildet ist, ausgebildet sind;
wobei die Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung in Fluidverbindung mit dem mindestens einen anderen Eintritts- oder Austrittskanal stehen;
wobei diese Fläche einem Getriebe, Verteilergetriebe oder einer Ölwanne eines Fahrzeuges zugeordnet ist.
Die Pumpe der vorliegenden Erfindung ermöglicht, dass eine elektrisch angetriebene Fluidpumpe in den Fluidspeicher eingetaucht werden kann, um das Fluid zu pumpen. In vielen Fällen kann die Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung an der für die Pumpenkanäle verwendeten vorhandenen Platte montiert sein.
Zum besseren Verständnis der Erfindung dient die nachfolgende detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels derselben in Verbindung mit der Zeichnung. Hiervon zeigen:
1 eine auseinander gezogene Ansicht der Pumpenelemente gemäß der vorliegenden Erfindung; und
2 eine Schnittansicht der Pumpe der 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine generell mit 10 bezeichnete Fluidpumpe zum Pumpen eines Fluides eines mit einem Speicher versehenen Fahrzeuges vorgesehen. Die Pumpe 10 besitzt ein Gehäuse 12, in dem ein Pumpelement 14 angeordnet ist. Eine Pumpenmontagefläche 16 ist vorgesehen, um die Pumpe im Speicher 18 zu montieren. Bei der Pumpenmontagefläche 16 handelt es sich vorzugsweise um eine solche ei nes Getriebegehäuses, Ventilkörpers, Motorblocks o. ä. mit einem Einlass.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpenmontagefläche extern von der Pumpe angeordnet und benutzt vorhandene Ölwannen- oder Getriebebefestigungen. Dies sorgt für die erforderliche Ölmenge für den Einlass, ohne Extraraum im Pumpengehäuse zu benötigen, so dass auf diese Weise weniger Raum innerhalb der Ölwanne oder dem Getriebe benutzt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt ein vorhandener Ventilverteiler in einem Getriebe Schneckenbahnen 15, die Einlass- und Auslasskanäle bilden. Eine Kanalplatte 19 (die bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Ventilverteilerabdeckung ist) ist vorgesehen, um Eintritts- und Auslasslöcher in die Pumpkammer 17 zu bilden. Alternativ dazu können die Platte 19 und das Pumpengehäuse 12 auch einstückig ausgebildet sein.
Der Pumpenaufnahmebereich umfasst mindestens eine Eintrittsöffnung 20 und kann eine zweite Öffnung 22 zur Aufnahme von Fluid vom Speicher extern von der Pumpe und zum Pumpen des Fluides besitzen. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist das Pumpelement 14 vorzugsweise an der Rotorwelle und Ankereinheit 24 eines Elektromotors befestigt, der generell mit 26 bezeichnet ist. Es ist ein Gerotor-Pumpelement dargestellt. Es können jedoch auch ohne Weiteres andere Pumpelemente oder Pumpentypen Verwendung finden, wie Kolbenpumpen, Stirnradpumpen, Flügelpumpen, Pumpen mit sichelförmigen Elementen, Zentrifugalpumpen, Turbinenpumpen und Pumpsysteme vom regenerativen Typ. Bei dem Motor handelt es sich vorzugsweise um einen bürstenfreien Motor, der eine Rotorwelle 28 mit Magneten 30 in einem Träger 31 um die Rotorwelle und um einen Stator 34 gewickelte Spulen 32 aufweist. Die Magneten 30 sind für reduzierte Wicklungen konzipiert, entweder durch Verwendung eines polarisierten Zylindermagneten oder durch Einfüllen zwischen Magnetsegmente zum Erreichen eines vollständigen Kreises.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind der Stator 34 und der Anker 24 selbstzentrierend angeordnet, wobei sich der Anker selbst im Stator 34 in Axialrichtung zentriert. Durch Positionierung des Stators kann der Anker in Richtung auf das Lager 48 vorgespannt werden, falls gewünscht, oder vorgespannt werden, um den Anker an einem Kontakt mit dem Lager 48 zu hindern oder diesen gegen ein zweites Lager 54 zu bewegen oder von diesem wegzubewegen. Typischerweise sind die Lager auf jeder Seite des Ankers angeordnet, wie gezeigt. Sie können jedoch auch auf jeder Seite des Pumpeelementes angeordnet sein, falls gewünscht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Gehäuse 12 einen Motorgehäuseabschnitt 40 und einen Motorkappenabschnitt 42. Der Gehäuseabschnitt umfasst einen Positionierungsrahmen 44 und eine Ringwand 46. Der Stator ist mittels Presspassung im Gehäuse befestigt und stößt gegen den Rahmen 44. Alternativ dazu wird der Stator über Walzenzapfen oder über andere Befestigungseinrichtungen fixiert. Ein Lager 48 ist vorgesehen, das vorher in den Hohlraum 50 im Gehäuse 12 eingepasst worden ist. Das Lager 48 nimmt drehbar die Rotorwelle 28 auf. Die Motorkappe besitzt einen zweiten Buchsenaufnahmeraum 52 zur Befestigung eines zweiten Lagers 54 mittels Presspassung darin. Das Lager 52 nimmt drehbar das andere Ende der Welle 24 auf.
Die Kappe 42 umfasst eine Lippe 55. Die Lippe 55 stößt radial gegen den Stator 34. Der Stator 34 ist mittels Presspassung im Gehäuse befestigt. Eine äußere Felge 56 der Kappe 42 ist im Abschnitt 56 fixiert und wird durch Presspassung, Vernieten, Verschweißen, Verkleben oder Verbördeln gehalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Motor auch ohne die Kappe 42 in einer offenen Position gehalten werden, falls gewünscht, wobei ein oberer Abschnitt des Pumpengehäuses eine Öffnung 36 aufweist, die ein Schmieren und/oder Kühlen des Motors mit dem Fluid im Speicher 18 ermöglicht. Da der Motor bürstenfrei ist, ist eine Abdichtung der Einheit nicht kritisch. Es können Teile vorgesehen sein, damit Öl in den Motor eindringen und diesen schmieren und kühlen kann. Ein Bürstenmotor kann ebenfalls bei der Pumpe der vorliegenden Erfindung Verwendung finden.
Bei einem bürstenfreien Motor findet eine Motorsteuereinheit 58 Verwendung, um die Motorfunktion zu steuern. Die Motorsteuereinheit 58 kann irgendwo auf dem Motorgehäuse oder im Motorgehäuse angeordnet sein, um Vorteile aus der Kühlung des im Speicher enthaltenen Fluides zu ziehen. Alternativ dazu kann die Steuereinheit auch entfernt in der Motorsteuereinheit oder sonst wo im Getriebe angeordnet und elektrisch an den Motor angeschlossen sein.
Bei einer anderen Ausführungsform ist der Einlass zur Kammer durch das Gehäuse geführt, wie mit den gestrichelten Linien bei 38 in 2 gezeigt. Dies hat den Vorteil einer Kühlung des Motors, da das Öl durch die Öffnung 36 durch das Innere der Kammer strömt. Die Öffnung kann offen sein, oder eine Filtereinheit kann über den Motor gepasst sein, um Öl oder Getriebefluid zu filtern.
Bei der vorliegenden Erfindung kann die Pumpe für eine rasche Anpassung an einen vorhandenen Montageflansch für einen Pumpenkanal ausgebildet sein, der typischerweise im Speicher beispielsweise eines Getriebeventilkörpers vorgesehen ist. Der Pumpenmotor ist vorzugsweise bürstenfrei, wodurch Probleme in Bezug auf eine Bürstenverunreinigung im Betrieb vermieden werden und eine mechanische Einrichtung zum Antreiben der Pumpe nicht erforderlich ist. Dies ermöglicht die Verpackung der vorliegenden Pumpeneinheit an Stellen, die man vorher nicht als geeignet für die Anordnung einer elektrischen Pumpe angesehen hat. Die Vorteile der Pumpe bestehen darin, dass sie eine kompakte Größe besitzt, im untergetauchten Zustand betrieben werden kann und verringerte Pumpengeräusche erzeugt. Zusätzlich werden die Fluiddurchlässe und Fluidkanäle, die typischerweise bei derartigen Pumpen vorhanden sind, eliminiert und in den Montageflächen angeordnet, bei denen der zur Verfügung stehende Raum normalerweise kein Problem darstellt. Da ferner die Pumpe in den Speicher eingetaucht ist, stellen Korrosion, externe Lecks von der Pumpe und erforderliche Bedenken in Bezug auf die Abdichtung der Vorrichtung an der Montagestelle bei der vorliegenden Erfindung keine Probleme dar, wodurch sich verringerte Herstellkosten ergeben.
Die Pumpe der vorliegenden Erfindung ermöglicht ferner einen Betrieb nach Bedarf. Da es sich um eine elektrische Pumpe handelt, kann diese unabhängig von der Motordrehzahl und in Anpassung an gewünschte Betriebsbedingungen eingeschaltet, ausgeschaltet oder moduliert werden. Beispielsweise kann die Pumpe vor erforderlichen Gebrauchsanforderungen gestartet werden, so dass Anlaufzeiten und Systemverzögerungen, die beim Anlaufen von typischen mechanischen Pumpen auftreten, vermieden werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Pumpe verwendet werden, wenn der Motor ausgeschaltet ist, um das Getriebe im belasteten Zustand zu halten, d. h. Druck auf die Kupplungen aufzubringen und den Drehmomentwandler zu füllen.
Für den Fachmann wird nunmehr aus der vorhergehenden Beschreibung klar, dass die umfangreichen Lehren der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl von Ausführungsformen verwirklicht werden können. Obwohl die Erfindung daher in Verbindung mit speziellen Ausführungsbeispielen derselben erläutert wurde, ist der Schutzumfang der Erfindung nicht auf diese beschränkt, da andere Modifikationen für den Fachmann beim Studium der Beschreibung und der Zeichnungen und der Patentansprüche ohne Weiteres erkennbar sind.

Claims

Pumpe (10) zum Pumpen von Fluid in einem Fahrzeug, das in einem Getriebe, Verteilergetriebe oder einem Motorspeicher (18) des Fahrzeuges enthalten ist, mit einem Pumpengehäuse (12) mit einem Pumpelement (14); einem Elektromotor (26), der am Pumpengehäuse (12) befestigt ist; einer Pumpkammer (17); wobei das Pumpelement (14) mit dem Elektromotor (26) in Verbindung steht; die Pumpkammer (17) eine Eintrittsöffnung (20) zur Aufnahme von Fluid aus dem Speicher (18) und eine Austrittsöffnung (22) zum Pumpen des Fluids zum Speicher (18) aufweist und die Eintrittsöffnung (20) und die Austrittsöffnung (22) in einer im Wesentlichen coplanaren Beziehung orientiert sind, mindestens einer anderen Eintritts- oder Austrittsöffnung (15), die von Kanälen abgeleitet ist, welche in einer im wesentlichen planaren Fläche (16) benachbart zur Pumpe (10) ausgebildet sind, wobei die Fläche nicht einstückig mit der Pumpe (10) ausgebildet ist; wobei die Eintrittsöffnung (20) und die Austrittsöffnung (22) in Fluidverbindung mit der mindestens einen anderen Eintritts- oder Austrittsöffnung (15) stehen und wobei die Fläche (16) einem Getriebe, Verteilergetriebe oder einer Ölwanne eines Fahrzeuges zugeordnet ist.
Pumpe (10) nach Anspruch 1, bei der eine Wand (46) vorgesehen ist, die den Elektromotor (26) von der Pumpkammer (17) trennt und die eine Einlass- oder Auslassöffnung (38) in Bezug auf die Pumpkammer (17) aufweist.
Pumpe (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Pumpengehäuse (12) einen einstückigen Teil eines Ventilverteilers eines Getriebes bildet.
Pumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Elektromotor (26) bürstenfrei ist.
Pumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das Pumpelement (14) aus einem Gerotor-, Kolben-, Stirnrad-, Flügel-, sichelförmigen, Turbinen- und regenerativen Pumpelement ausgewählt ist.
Pumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Elektromotor (26) des weiteren einen äußeren Ankerstator (34) mit einer Reihe von Spulen (32) darin und einen inneren Anker (24) aufweist, der zur Selbstzentrierung des Ankers (24) im Stator (34) magnetisch vorgespannt ist.
Pumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die auf Bedarfsanforderungen des Motors, Getriebes oder Verteilergetriebes anspricht.
Pumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die vollständig in das Fluid im Speicher (18) eingetaucht ist.
Pumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der eine Motorsteuereinheit (58) am Gehäuse (12) befestigt ist, um den Elektromotor (26) zu steuern.
Pumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das Gehäuse (12) zum Elektromotor (26) offen ist, so dass Fluid den Elektromotor (26) erreichen kann.