DE102005032644B4

DE102005032644B4 - Zahnradpumpe, insbesondere Zahnradölpumpe für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE102005032644B4
Application number: DE102005032644.7A
Authority: DE
Inventors: Werner Pfau; Mario Orsini; Reinhold Gabler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2025-07-14
Also published as: DE102005032644A1

Abstract

Zahnradpumpe (1) zur Versorgung einer Drehmomenenterzeugungseinrichtung oder einer Drehmomentübertragungseinrichtung eines Fahrzeugs mit einem Betriebsfluid, mit• einem Pumpengehäuse (7,8),• einem in dem Pumpengehäuse (7, 8) angeordneten äußeren Zahnring (16), der eine mit einer Innenverzahnung (17) versehene radiale Innenseite aufweist,• einem mit einer Außenverzahnung (20) versehenen inneren Zahnring (19), der in den äußeren Zahnring (16) eingesetzt ist und dessen Außenverzahnung (20) eine geringere Zähnezahl aufweist als die Innenverzahnung (17), so dass stets ein Teil der Zähne der Außenverzahnung (20) in Eingriff mit einem Teil der Zähne der Innenverzahnung (17) ist, und• einem in dem Pumpengehäuse (7, 8) angeordneten Elektromotor, welcher einen der beiden Zahnringe (16, 19) antreibt,dadurch gekennzeichnet, dass• das Pumpengehäuse (7, 8) ein erstes und ein zweites Pumpengehäuseelement (7, 8) aufweist, die drehbar relativ zueinander angeordnet sind,• das zweite Pumpengehäuseelement (8) drehbar in Bezug auf das erste Pumpengehäuseelement (7) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnradpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine derartige Zahnradpumpe ist aus der US 5 145 329 A bekannt. Zum relevanten Stand der Technik zählen ferner die DE 103 50 632 A1 , DE 41 23 190 A1 , US 3 157 350 A sowie die EP 1 566 545 A2 .
Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen sind mit einer Schmierölpumpe ausgestattet, welche permanent Öl aus dem Ölsumpf zu Lagerstellen des Motors pumpt. Als Schmierölpumpen werden üblicherweise Zahnradpumpen verwendet, da sie kostengünstig sind und eine hohe Lebensdauer aufweisen. Zahnradpumpen werden üblicherweise auch bei Getrieben eingesetzt, welche eine separate Getriebeölpumpe benötigen. Bei herkömmlichen Fahrzeugen werden die Zahnradpumpen üblicherweise mechanisch angetrieben, z. B. durch die Kurbelwelle des Motors bzw. durch eine Getriebewelle. Die Pumpendrehzahl ist also mechanisch an die jeweilige Drehzahl des Fahrzeugaggregats, d. h. des Motors oder des Getriebes gekoppelt. Herkömmliche Zahnradpumpen müssen folglich so ausgelegt sein, dass auch bei geringen Drehzahlen des „antreibenden Aggregats“ ein hinreichender Schmierölvolumenstrom sichergestellt ist. Dies hat zur Folge, dass in vielen Betriebszuständen, insbesonndere in höheren Geschwindigkeitsbereichen, die Zahnzuständen, insbesondere in höheren Geschwindigkeitsbereichen, die Zahnradpumpe mehr Öl fördert, als tatsächlich benötigt wird. Im „Hochgeschwindigkeitsbereich“ ist die Förderleistung rein mechanisch angetriebener Zahnradpumpen also überdimensioniert, was sich ungünstig auf den Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs auswirkt.
Um die Verlustleistung zu reduzieren, wurde bereits vorgeschlagen, den Ansaugdruck der Zahnradpumpe bedarfsgerecht zu regeln. Derartige Zahnradpumpen sind beispielsweise in der DE 44 37 076 A1 , DE 29 703 369 U1 oder der DE 195 23 533 A1 beschrieben.
Die Verlustleistung einer Zahnradpumpe lässt sich auch dadurch begrenzen, dass der Pumpenüberdruck, d. h. der Druck am Ausgang der Pumpe durch ein Regelventil bedarfsgerecht begrenzt wird, was z. B. in der DE 100 43 842 A1 , DE 101 41 786 A1 oder der bereits oben erwähnten DE 195 23 533 A1 beschrieben ist.
Die oben beschriebenen Maßnahmen leisten zwar einen Beitrag zur Verringerung der Verlustleistung einer Zahnradpumpe, setzen aber nicht an der eigentlichen Ursache der Entstehung der Verlustleistung an.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine als Motorölpumpe bzw. als Getriebeölpumpe für Fahrzeuge geeignete Pumpe zu schaffen, die in sämtlichen Betriebszuständen des Fahrzeugs eine möglichst geringe Verlustleistung aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist die Idee, den Antrieb der Zahnradpumpe mechanisch von der Drehzahl des von der Pumpe zu versorgenden Aggregats zu entkoppeln. Die Drehzahl der Zahnradpumpe kann also unabhängig von der momentanen Drehzahl des zu versorgenden Aggregats, z. B. eines Verbrennungsmotors oder eines Getriebes, gesteuert bzw. geregelt werden.
Eine solche Zahnradpumpe weist ein Pumpengehäuse sowie einen darin angeordneten äußeren Zahnring und einen inneren Zahnring auf. Der äußere Zahnring weist eine mit einer Innenverzahnung versehene radiale Innenseite auf. Der innere Zahnring ist mit einer Außenverzahnung versehen und ist in den äußeren Zahnring eingesetzt. Die Außenverzahnung des inneren Zahnrings weist eine geringere Zähnezahl auf, als die Innenverzahnung des äußeren Zahnrings. Somit ist stets nur ein Teil der Zähne der Außenverzahnung in Eingriff mit einem Teil der Zähne der Innenverzahnung. Für den Antrieb der Zahnradpumpe ist ein Elektromotor vorgesehen.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass der Elektromotor in dem Pumpengehäuse angeordnet ist und einen der beiden Zahnringe antreibt. Der Elektromotor ist somit integraler Bestandteil der Zahnradpumpe.
Der Elektromotor weist eine als Teil eines Stators fungierende Spurenanordnung auf, die fest in dem Pumpengehäuse angeordnet ist. Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Elektromotor mehrere in einer Umfangsrichtung des Pumpengehäuses voneinander beabstandet angeordnete Permanentmagneten auf, die mit einem der beiden Zahnringe verbunden sind. „Verbunden“ bedeutet in diesem Zusammenhang nicht notwendigerweise, dass die Permanentmagneten unmittelbar an einem der beiden Zahnringe angeordnet sind. Die Permanentmagneten können auch mittelbar über ein oder mehrere „Zwischenbauteile“ mit einem der beiden Zahnringe verbunden sein. Die Permanentmagneten sind Teil eines Rotors des Elektromotors.
Gemäß der Erfindung ist das Pumpengehäuse aus mehreren Pumpengehäuseelementen aufgebaut. Es kann ein erstes Pumpengehäuseelement vorgesehen sein, das eine kreiszylindrische Ausnehmung aufweist, in der der äußere Zahnring angeordnet ist. Die „kreiszylindrische Ausnehmung“ kann beispielsweise durch einen in Umfangsrichtung des Pumpengehäuses umlaufenden Absatz gebildet sein, welcher zumindest abschnittsweise am Außenumfang des äußeren Zahnrings anliegt und als „Lagerung“ für den äußeren Zahnring fungiert.
In dem ersten Pumpengehäuseelement kann ferner in einem Bereich radial außerhalb der kreiszylindrischen Ausnehmung eine ringförmige Ausnehmung vorgesehen sein, in der die Spulenanordnung, welche einen Teil des Starters des Elektromotors bildet, angeordnet ist.
Gemäß der Erfindung weist das Pumpengehäuse ein zweites Pumpengehäuseelement auf, das drehbar in Bezug auf das erste Pumpengehäuseelement angeordnet ist. Der innere Zahnring kann über das zweite Pumpengehäuseelement mit den Permanentmagneten verbunden sein. In diesem Fall sind der innere Zahnring, das zweite Pumpengehäuseelement und die Permanentmagneten Teile des Rotors des Elektromotors.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das zweite Pumpengehäuseelement einen in Umfangsrichtung umlaufenden ersten kreiszylindrischen Absatz auf, auf dem der innere Zahnring sitzt. Der innere Zahnring kann fest mit dem ersten kreiszylindrischen Absatz des zweiten Pumpengehäuseelements verbunden sein. Der innere Zahnring kann beispielsweise mit dem zweiten Pumpengehäuseelement verklebt, verschraubt oder in sonstiger Weise daran befestigt sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das zweite Pumpengehäuseelement einen in Umfangsrichtung umlaufenden zweiten kreiszylindrischen Absatz auf. Die Permanentmagnete können auf der radialen Außenseite des zweiten kreiszylindrischen Absatzes angeordnet sein. Die Permanentmagnete müssen nicht unmittelbar auf der Außenseite des zweiten kreiszylindrischen Absatzes angeordnet sein, sie können auch über ein oder mehrere Zwischenbauteile mit dem kreiszylindrischen Absatz verbunden sein.
Die Zahnradpumpe weist einen Sauganschluss auf, der mit einem in der Zahnradpumpe vorgesehenen Saugraum in Fluidverbindung steht. Der Saugraum kann beispielsweise in dem ersten Pumpengehäuseelement vorgesehen sein. Der Sauganschluss kann ebenfalls in dem ersten Pumpengehäuseelement vorgesehen sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist in dem ersten Pumpengehäuseelement ferner ein Druckraum vorgesehen, der durch einen Steg der ersten Pumpengehäuseelements von dem Saugraum getrennt ist. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist in dem ersten kreiszylindrischen Absatz des ersten Pumpengehäuseelements mindestens eine radiale Durchgangsöffnung vorgesehen, die mit dem Druckraum in Fluidverbindung steht.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Pumpengehäuseelement mit seinem ersten kreiszylindrischen Absatz auf einer Welle sitzt und relativ zu der Welle drehbar ist. Vorzugsweise ist in der Welle eine Radialbohrung vorgesehen, über die eine Zentralbohrung der Welle in Fluidverbindung mit dem Druckraum der Zahnradpumpe steht. Von dem Druckraum kann somit Fluid über die mindestens eine Radialbohrung und die Zentralbohrung der Welle zu Schmierstellen, wie z. B. Lagersitzen o. ä. gefördert werden.
Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Achsialschnitt durch eine auf einer Welle angeordnete Zahnradpumpe gemäß der Erfindung;
2 einen Querschnitt entlang der in 1 gezeigten Schnittlinie F-F;
3 eine perspektivische Darstellung der beiden Pumpengehäuseelemente;
4 eine Innenansicht des ersten Pumpengehäuseelements;
5 einen Axialschnitt ähnlich dem der 1;
6 einen Querschnitt durch die Zahnradpumpe entlang der in 5 dargestellten Schnittlinie D-D; und
7 eine perspektivische Darstellung der beiden Pumpengehäuseelemente, wobei detailliert das Innere des ersten Pumpengehäuseelements zu sehen ist.

1 zeigt eine Zahnradpumpe 1, die drehbar auf einer Welle 2 angeordnet ist. Die Welle 2 ist also unabhängig von der Zahnradpumpe 1 drehbar. Die Welle 2 weist eine radiale Schmierölbohrung 3 auf, welche zur Versorgung einer hier nicht näher dargestellten Schmierstelle mit Schmieröl vorgesehen ist. Die Schmierölbohrung 3 mündet in eine Längs- bzw. Zentralbohrung 4, die über eine Radialbohrung 5 mit Öl versorgt wird.
Die Zahnradpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse mit einem ersten Pumpengehäuseelement 7 und einem zweiten Pumpengehäuseelement 8 auf. Das erste Pumpengehäuseelement 7 ist fest in Bezug auf ein hier nicht näher dargestelltes Gehäuse einer mit Öl zu versorgenden Komponente angeordnet, d. h. fest z.B. in Bezug auf ein Verbrennungsmotor- oder Getriebegehäuse. Das zweite Pumpengehäuseelement 8 hingegen ist drehbar in Bezug auf das erste Pumpengehäuseelement 7 angeordnet. Die Welle 2 wiederum ist drehbar in Bezug auf die beiden Pumpengehäuseelemente 7 und 8.
Das erste Pumpengehäuseelement 7 weist einen Sauganschluss 9 auf, über den Öl in einen Saugraum 10 (vgl. 4) gesaugt wird. Der Saugraum 10 ist durch einen Steg 11 (vgl. 4) von einem Druckraum 12 des ersten Pumpengehäuseelements 7 getrennt. Der Druckraum 12 steht über eine an der Innenseite des ersten Pumpengehäuseelements 7 vorgesehene, sich über einen Umfangsabschnitt erstreckende Ausnehmung 13 in Fluidverbindung mit der Radialbohrung 5.
Das erste Pumpengehäuseelement 7 weist eine „Rückwand“ 14 und einen exzentrischen Absatz 15 (vgl. 4) auf, von dem in 1 lediglich die beiden Querschnittsflächen 15a, 15b zu erkennen sind. Die radiale Innenseite des Absatzes 15 ist kreiszylindrisch und bildet zusammen mit der Innenseite der Rückwand 14 eine Ausnehmung, in welche ein äußerer Zahnring 16 eingesetzt ist, was am besten aus 6 ersichtlich ist. Der äußere Zahnring 16 weist eine Innenverzahnung 17 (vgl. 6) auf. Wie bereits erwähnt ist der Absatz 15 exzentrisch. Somit ist auch der äußere Zahnring 16 exzentrisch in Bezug auf eine Mittellängsachse 18 der Welle 2 angeordnet.
Mit dem äußeren Zahnring 16 wirkt ein innerer Zahnring 19 zusammen, der eine Außenverzahnung 20 aufweist. Der innere Zahnring 19 weist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel eine um Eins kleinere Zähnezahl auf, als die Innenverzahnung 17 des äußeren Zahnrings 16. Der innere Zahnring 19 ist kozentrisch in Bezug auf die Welle 2. Wie am besten aus 6 ersichtlich ist, wird durch Drehen des inneren Zahnrings 19 der äußere Zahnring 16 mitgedreht, wobei durch die Drehung Fluid aus dem Saugraum 10 über den Steg 11 in den Druckraum 12 gepumpt wird (vgl. 2, 4, 6).
Der Absatz 15, eine Außenwand 21 und die Rückwand 14 des ersten Pumpengehäuseelements 7 bilden eine ringförmige Ausnehmung 22, in der eine Spulenanordnung 23 untergebracht ist, welche einen Teil eines Stator eines in die Zahnradpumpe 1 integrierten Elektromotors bildet. Die Spulenanordnung 23 ist fest in Bezug auf das erste Pumpengehäuseelement 7 angeordnet.
Wie bereits erwähnt, ist das zweite Pumpengehäuseelement 8 drehbar in Bezug auf das erste Pumpengehäuseelement 7 und auch drehbar in Bezug auf die Welle 2 angeordnet. Eine Vorderwand 24 des zweiten Pumpengehäuseelements 8 ist mittels eines Sicherungsrings 25 in Achsialrichtung in Bezug auf das erste Pumpengehäuseelement 7 festgelegt, wobei der Sicherungsring 25 eine Relativdrehung des zweiten Pumpengehäuseelements 8 in Bezug auf das erste Pumpengehäuseelement 7 ermöglicht. Das zweite Pumpengehäuseelement 8 weist einen inneren umlaufenden ringförmigen Absatz 26 auf, auf dem der innere Zahnring 19 sitzt. Der innere Zahnring 19 ist also fest mit dem Absatz 26 und somit fest mit dem zweiten Pumpengehäuseelement 8 verbunden.
Radial außerhalb des Absatzes 15 des ersten Pumpengehäuseelement 7 weist das zweite Pumpengehäuseelement 8 einen umlaufenden kreiszylindrischen Absatz 27 auf, was am besten aus 3 ersichtlich ist. Der Absatz 27 des zweiten Pumpengehäuseelements 8 ist komplementär in Bezug auf den Absatz 15 des ersten Pumpengehäuseelements 7, d. h. das zweite Pumpengehäuseelement 8 ist mittels des Absatzes 27 von außen her auf dem Absatz 15 drehbar gelagert. Auf dem Absatz 27 sitzt ein Ring 28, der z. B. aus magnetisch nicht leitendem Material besteht. Auf dem Ring 28 wiederum sind in Umfangsrichtung verteilt eine Vielzahl von Permanentmagneten 29 angeordnet, was ebenfalls am besten aus 3 ersichtlich ist. Zwischen den Permanentmagneten 29 und der Spulenanordnung 23 verbleibt ein kleiner Luftspalt. Die Permanentmagneten 29 bilden zusammen mit dem zweiten Pumpengehäuseelement 8 und dem auf dessen Absatz 26 angeordneten inneren Zahnring 19 einen Rotor des Elektromotors.
Durch eine elektronische Ansteuerung der Spulenanordnung 23 kann mittels des von der Spulenanordnung 23 erzeugten magnetischen Wechselfelds ein Drehmoment auf das weite Pumpengehäuseelement 8 und somit auf den inneren Zahnring 19, welcher den äußeren Zahnring 16 antreibt, ausgeübt werden. Unabhängig von der Drehzahl der Welle 2 (vgl. 1), auf der die Zahnradpumpe 1 angeordnet ist, kann die Förderleistung der Zahnradpumpe 1 bedarfsgerecht elektronisch durch entsprechende Ansteuerung der Spulenanordnung 23 geregelt werden.
Die 2 und 5 verdeutlichen nochmals, wie das von den beiden Zahnringen 16, 19 geförderte Fluid in die Zentralbohrung 4 gelangt.
7 zeigt eine perspektivische Darstellung der beiden Pumpengehäuseelemente 7, 8, wobei sehr gut zu erkennen ist, dass der Absatz 15 des Pumpengehäuseelements 7 exzentrisch ausgebildet ist.

Claims

Zahnradpumpe (1) zur Versorgung einer Drehmomenenterzeugungseinrichtung oder einer Drehmomentübertragungseinrichtung eines Fahrzeugs mit einem Betriebsfluid, mit • einem Pumpengehäuse (7,8), • einem in dem Pumpengehäuse (7, 8) angeordneten äußeren Zahnring (16), der eine mit einer Innenverzahnung (17) versehene radiale Innenseite aufweist, • einem mit einer Außenverzahnung (20) versehenen inneren Zahnring (19), der in den äußeren Zahnring (16) eingesetzt ist und dessen Außenverzahnung (20) eine geringere Zähnezahl aufweist als die Innenverzahnung (17), so dass stets ein Teil der Zähne der Außenverzahnung (20) in Eingriff mit einem Teil der Zähne der Innenverzahnung (17) ist, und • einem in dem Pumpengehäuse (7, 8) angeordneten Elektromotor, welcher einen der beiden Zahnringe (16, 19) antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass • das Pumpengehäuse (7, 8) ein erstes und ein zweites Pumpengehäuseelement (7, 8) aufweist, die drehbar relativ zueinander angeordnet sind, • das zweite Pumpengehäuseelement (8) drehbar in Bezug auf das erste Pumpengehäuseelement (7) angeordnet ist.
Zahnradpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor eine als Stator fungierende Spulenanordnung (23) aufweist, die fest in dem Gehäuse (7, 8) angeordnet ist.
Zahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in Umfangsrichtung des Pumpengehäuses (7, 8) voneinander beabstandete Permanentmagneten (29) vorgesehen sind, die mit einem der beiden Zahnringe (16, 19) verbunden sind, wobei die Permanentmagneten (29) Teil eines Rotors des Elektromotors sind.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Pumpengehäuseelement (7) eine kreiszylindrische Ausnehmung vorgesehen ist, in welcher der äußere Zahnring (16) angeordnet ist.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pumpengehäuseelement (7) eine radial außerhalb der kreiszylindrischen Ausnehmung befindliche ringförmige Ausnehmung (22) aufweist, in der die Spulenanordnung (23) angeordnet ist.
Zahnradpumpe (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (29) und der innere Zahnring (19) Teil des Rotors sind.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Zahnririg (19), das zweite Pumpengehäuseelement (8) und die Permanentmagneten (29) Teile des Rotors sind.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Pumpengehäuseelement (8) einen in Umfangsrichtung umlaufenden ersten kreiszylindrischen Absatz (26) aufweist, auf dem der innere Zahnring (19) sitzt.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Pumpengehäuseelement (8) einen in Umfangsrichtung umlaufenden zweiten kreiszylindrischen Absatz (27) aufweist, wobei die Permanentmagnete (29) auf der radialen Außenseite des zweiten kreiszylindrischen Absatzes (27) angeordnet sind.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Pumpengehäuseelement (7) einen Sauganschluss (9) aufweist, der mit einem in dem ersten Pumpengehäuseelement (7) vorgesehenen Saugraum (10) in Fluidverbindung steht.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Pumpengehäuseelement (7) ein Druckraum (12) vorgesehen ist, der durch einen Steg (11) des ersten Pumpengehäuseelements (7) von dem Saugraum (10) getrennt ist.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten kreiszylindrischen Absatz (26) des ersten Pumpengehäuseelements (7) mindestens eine radiale Durchgangsöffnung vorgesehen ist, die mit dem Druckraum (12) in Fluidverbindung steht.
Zahnradpumpe (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Pumpengehäuseelement (8) mit seinem ersten kreiszylindrischen Absatz (26) auf einer Welle (2) sitzt und relativ zu der Welle (2) drehbar ist.