DE102005016040A1

DE102005016040A1 - Pumpenanordnung für ein Getriebe

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Publication number: DE102005016040A1
Application number: DE102005016040A
Authority: DE
Original assignee: BorgWarner Inc; Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2005-11-10
Also published as: KR20060045546A; US7694780B2; US20050232788A1

Abstract

Die Pumpenanordnung (10, 100) ist in einem Getriebegehäuse (28) angeordnet, dessen Innenfläche (105) eine Sammelwand (50) enthält. Eine Welle (30) verläuft durch das Getriebegehäuse (28) und hat eine Längsbohrung (44), welche eine Schmiermittel-Abgabeanordnung zum Verteilen von Schmiermittel im Getriebegehäuse (28) bildet. Ein Pumpengehäuse (12, 102) umgibt die Welle (30) und hat eine Auslasskammer (20), die mit der Längsbohrung (44) in der Welle (30) verbunden ist. Das Pumpengehäuse (12, 102) hat ferner eine Einlassöffnung (18) zur Aufnahme von Schmiermittel aus der Sammelwand (50). Innerhalb des Pumpengehäuses (12, 102) befindet sich ein Laufrad (16, 106), welches eine Förderfläche (24) und schraubenförmig verlaufende Pumpflächen (22, 104) aufweist, die den Druck des Schmiermittels erhöht und das Schmiermittel in die Schmiermittel-Abgabeanordnung (44) einführt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung für ein Getriebe zum Sammeln und zur Druckerhöhung eines Schmiermittelfluids zwecks Abgabe an spezielle Stellen innerhalb des Getriebegehäuses.

Getriebe wie z. B. Verteilergetriebe erfordern häufig ein System zur Abgabe von Schmiermittel an verschiedene Komponenten innerhalb des Getriebegehäuses. Beispielsweise erfordern in einem Verteilergetriebe die Lager der verschiedenen Wellen eine ständige Zufuhr an Schmiermittel zwecks Kühlung. Auch andere Komponenten wie z. B. Ketten, Zahnradsätze und andere drehmomentenübertragende Elemente erfordern eine ständige Schmiermittelquelle. Typischerweise verwendet ein derartiges System eine Schmiermittelpumpe zum Fördern des Schmiermittels durch eine Abgabeanordnung zu verschiedenen Stellen innerhalb des Getriebegehäuses. Bei Fahrzeug-Verteilergetrieben hat die Eingangswelle häufig eine längs verlaufende Bohrung mit verschiedenen radialen Auslässen zum Abgeben von Schmiermittel aus der Längsbohrung an eine spezielle Stelle innerhalb des Getriebegehäuses. Eine Pumpe wird dazu verwendet, das Schmiermittel durch die Längsbohrung der Welle zu fördern. Die Pumpe ist typischerweise eine Gerotorpumpe, die zu den Verdrängerpumpen gehört. Ein Nachteil der Verwendung einer derartigen Gerotorpumpe besteht darin, dass ein relativ hoher Leistungsverlust bei diesem Pumpentyp auftreten kann. Bei bestimmten Anwendungen ist dieser hohe Leistungsverlust nicht akzeptabel.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Pumpenanordnung für ein Getriebe zu schaffen, deren Pumpe Schmiermittel mit einem möglichst geringen Leistungsverlust fördert.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Welle in dem Getriebegehäuse drehbar gelagert. Die Welle hat eine Längsbohrung, welche eine Schmiermittel-Abgabeanordnung bildet, um Schmiermittel innerhalb des gesamten Getriebegehäuses zu verteilen. Die Innenfläche des Getriebegehäuses hat eine Sammelwand bzw. eine Schmiermittelrille. Ein Pumpengehäuse umgibt die Welle und hat eine Auslasskammer, die mit der Längsbohrung verbunden ist. Außerdem hat das Pumpengehäuse eine Einlassöffnung für die Aufnahme von Schmiermittel aus der Sammelwand. Innerhalb des Pumpengehäuses befindet sich ein Laufrad, das die Welle umgibt und mit ihr drehfest verbunden ist. Die Außenseite des Laufrades hat eine Förderfläche (impeller surface), die sich benachbart zu einer schraubenförmig verlaufenden Pumpfläche befindet. Die Förderfläche ist so angeordnet oder ausgebildet, dass sie Schmiermittel von der Einlassöffnung empfängt und das Schmiermittel zu der schraubenförmig verlaufenden Pumpfläche bewegt. Während sich das Laufrad mit der Welle dreht, bewegt sich das Schmiermittel entlang der schraubenförmigen Nuten oder Gewindegänge an der Außenfläche des Laufrades. Bei der Bewegung des Schmiermittels entlang der Außenfläche erhöht sich sein Druck, und wenn das Schmiermittel die Auslasskammer erreicht, hat sich sein Druck in der erwünschten Weise erhöht. Bei einer anderen Ausführungsform ist die schraubenförmig verlaufende Pumpfläche an einer Innenfläche des Pumpengehäuses angeordnet, statt an der Fläche des Laufrades vorgesehen zu sein.

Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beispielsbeschreibung hervor. Anhand der Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Explosionsdarstellung einer Schmiermittelpumpe in Schnittdarstellung;
2 einen Längsschnitt durch die Pumpe in 1 im zusammengebauten Zustand;
3 eine Endansicht des Pumpengehäuses der Pumpe in 2;
4 eine Endansicht des Laufrades der Pumpe in 2;
5 eine Endansicht des Sammlers der Pumpe in 2;
6 einen Längsschnitt durch eine Pumpenanordnung mit der Pumpe, die mit einer Welle innerhalb des Gehäuses eines Verteilergetriebes verbunden ist;
7 eine Schnittansicht in Blickrichtung der Pfeile 7-7 in 6;
8 eine der 2 entsprechende Ansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels der Pumpe.
Die 1 und 2 sind Seitenansichten einer Pumpenanordnung 10, bevor sie in ein Getriebe eingesetzt ist. Wie dargestellt, hat die Pumpenanordnung 10 drei Hauptkomponenten, und zwar ein Pumpengehäuse 12, einen Sammler 14 und ein Laufrad 16. Die 3 bis 5 sind Endansichten des Pumpengehäuses 12 (3) des Laufrades 16 (4) und des Sammlers 14 (5).
Der Sammler 14 hat eine Öffnung 15, die dazu benützt wird, den Sammler 14 in einem eine Welle 30 umgebenden Zustand festzulegen (s. 6 und 7). Die Öffnung 15 hat einen kleineren Durchmesser als der Rest des Sammlers 14, so dass der Sammler 14 die Welle 30 eng umschließen kann. Der Sammler 14 hat einen Trichter 26, der zum Sammeln von Schmiermitteln dient. Der Trichter 26 hat einen oberen Abschnitt mit großem Durchmesser und schräg verlaufenden Wänden, die sich nach unten erstrecken, damit der Trichter 26 Schmiermittel besser auffangen und an einem durchmesserkleineren Halsabschnitt des Trichters 26 sammeln kann. Eine Einlassöffnung 18 ist an der Unterseite des Halsabschnittes des Trichters 26 unter einem senkrechten Winkel angeordnet. Die Einlassöffnung 18 ermöglicht, Schmiermittel durch die Wand des Sammlers 14 hindurch zwecks Zuführung zu dem Laufrad 16 abzugeben, welches sich innerhalb des Pumpengehäuses 12 befindet.
Das Pumpengehäuse 12 hat eine Öffnung 13, die dazu dient, das Pumpengehäuse 12 in einem die Welle 30 umgebenden Zustand zu lagern. Das Pumpengehäuse 12 hat einen hülsenförmigen Ansatz 40, dessen Durchmesser kleiner als derjenige des restlichen Pumpengehäuses 12 ist. Der hülsenförmige Ansatz 40 ermöglicht, dass das Pumpengehäuse 12 das Laufrad 16 einschließt. Das Pumpengehäuse 12 hat vier Auslasskammern 20, die durch vier Rippen 21 getrennt sind. An den Auslasskammern 20 wird unter Druck stehendes Schmiermittel gesammelt, ehe es das Pumpengehäuse 12 verlässt. Wenngleich bei diesem Ausführungsbeispiel vier Auslasskammern 20 und vier Rippen 21 vorgesehen sind, kann je nach Anwendungsfall eine größere oder kleinere Anzahl von Auslasskammern 20 bzw. Rippen 21 vorgesehen werden. Beispielsweise kann ein kleineres Pumpengehäuse 12 eine kleinere Anzahl von Auslasskammern 20 und Rippen 21 als ein größeres Pumpengehäuse erfordern.
Das Laufrad 16 hat eine Öffnung 17, die dazu verwendet wird, das Laufrad 16 in einem die Welle 30 umgebenden Zustand zu lagern, so dass das Laufrad 16 mit der Welle 30 rotiert. Das Laufrad 16 hat ebenfalls einen hülsenförmigen Abschnitt 42, dessen Durchmesser kleiner als derjenige des restlichen Laufrades 16 ist, damit das Laufrad 16 einen größeren Lagerbereich auf der Welle 30 hat und in die Öffnung 15 des Sammlers 14 eingeschoben werden kann. Dies erhöht die Stabilität, wenn sich das Laufrad 16 mit der Welle 30 dreht. Das Laufrad 16 ist innerhalb des Gehäuses 12 drehbar gelagert und zwischen der Einlassöffnung 18 und den Auslasskammern 20 angeordnet. Das Laufrad 16 hat eine Förderfläche (impeller surface) 24, die Schmiermittel aus der Einlassöffnung 18 empfängt. Wenn Schmiermittel die Förderfläche 24 berührt, wird das Schmiermittel aufgrund der durch die Drehung des Laufrades 16 hervorgerufenen Zentrifugalkraft zum Außenumfang der Förderfläche 24 bewegt. Wenn Schmiermittel den äußeren Umfang der Förderfläche 24 erreicht, wird es an eine radial äußere Oberfläche des Laufrades 16 abgegeben. Die radial äußere Oberfläche umfasst mindestens eine und vorzugsweise mehrere schraubenförmig verlaufende Pumpflächen oder schraubenförmige Nuten 22, die eine sehr grobe Reihe von konischen Gewindegängen bilden. Die Gewindegänge können entweder als Ausnehmungen oder Vorsprünge der Oberfläche sein. Aufgrund der Drehung des Laufrades 16 bewegt sich das Schmiermittel entlang der schraubenförmig verlaufenden Pumpflächen 22. Das Schmiermittel bewegt sich in Längsrichtung längs der Achse des Laufrades 16 in Richtung auf die Auslasskammern 20 des Pumpengehäuses 12. Hierbei bilden die vier Rippen 21 am Pumpengehäuse 12 einen Spalt zwischen der Wand des Pumpengehäuses 12 und dem Laufrad 16. Aufgrund der Drehung des Laufrades 16 wird das Fluid längs der an der Oberfläche vorgesehenen Pumpflächen 22 bewegt, wodurch der Druck des Schmiermittels erhöht wird.
Die Förderfläche 24 des Laufrades 16 beschleunigt zu Beginn die Bewegung des Schmiermittels aus der Einlassöffnung 18 zu den schraubenförmig verlaufenden Pumpflächen (Nuten) 22 des Laufrades 16. Dies ist insofern von Nutzen, als der Druck des Schmiermittels an der Einlassöffnung 18 nicht erhöht wird und daher die Förderfläche 24 als Zentrifugalpumpe wirkt, um das Schmiermittel rasch zu der Pumpfläche 22 hin zu beschleunigen. Die Verwendung einer Förderfläche 24 ist jedoch nicht unbedingt notwendig für die Funktionsweise der Pumpenanordnung 10. Eine Bewegung des Schmiermittels ist auch möglich bei Verwendung eines Laufrades 16, bei dem die Oberfläche lediglich mit einer oder mehreren schraubenförmigen Gewindegängen (insert threads) 22 versehen ist und das keine Förderfläche hat. Auch liegt es im Rahmen der vorliegenden Erfindung, ein Laufrad 16 zu verwenden, das lediglich eine Förderfläche 24 ohne eine oder mehrere schraubenförmige Gewindegänge hat.
Wenngleich bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung der Sammler 14 und das Pumpengehäuse 12 als zwei getrennte, verbindbare Bauteile dargestellt sind, ist es auch möglich, die beiden Bauteile mehr ineinander zu integrieren. Beispielsweise kann die Wand des Pumpengehäuses 12 mit dem Sammler 14 so integriert werden, dass das Laufrad 16 innerhalb der Grenzen des Sammlers 14 statt der Grenzen des Pumpengehäuses 12, wie oben beschrieben, drehbar angeordnet ist. Das Pumpengehäuse 12 kann so abgewandelt werden, dass es als Stopfen dient, der es ermöglicht, dass das Laufrad 16 in den Sammler 14 eingesetzt wird. 6 ist eine Schnittansicht der Pumpenanordnung 10 im Betrieb innerhalb eines Getriebegehäuses 18. Das Getriebegehäuse 28, wie es hier verwendet wird, ist nicht beschränkt auf Gehäuse, welche nur bewegbare Getriebeteile enthalten; stattdessen umfasst der Begriff „Getriebe", wie er hier verwendet wird, sämtliche mechanische Anordnungen, die zur Leistungsübertragung in einem Kraftfahrzeug-Getriebestrang verwen det werden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Getriebe 28 ein Verteilergetriebe, dessen Gehäuse die Pumpenanordnung 10 enthält. Die Pumpenanordnung 10 enthält. Die Pumpenanordnung 10 kann auch in Verbindung mit anderen Systemen wie z. B. Differentialen, Wechselgetrieben, Generatoren oder praktisch mit jedem beliebigen System verwendet werden, bei dem Schmiermittel durch das gesamte System gepumpt werden muss.
Die Pumpenanordnung 10 ist auf der Welle 30 angeordnet, die in diesem Fall die hintere Abtriebswelle eines Fahrzeug-Antriebsstranges ist. Die Pumpenanordnung 10 kann jedoch praktisch bei jeder Art von Welle vorgesehen werden, bei der eine Schmierung erforderlich ist, wie z. B. einer Eingangs- oder Ausgangswelle eines Verteilergetriebes. Die Pumpenanordnung kann auch auf Wellen für Leistungsgeneratoren, Fahrzeug-Differentialen, Motorrad-Antriebswellen und Fahrzeug-Wechselgetrieben verwendet werden.
Die Welle 30 verläuft durch die Öffnungen 13, 15, 17 der verschiedenen Komponenten der Pumpenanordnung 10. Das Laufrad 16 ist mit der Welle 30 drehfest verbunden, während das Pumpengehäuse 12 und der Sammler 14 miteinander verbunden sind und am Getriebegehäuse 28 unter Verwendung eines Befestigungsflansches 38 befestigt sind. Der Befestigungsflansch 38 ist ein Teil des Kollektors 14, welcher von der Oberseite des Trichters 26 vorsteht, damit der Sammler 14 an dem Getriebegehäuse 28 befestigt werden kann.
Eine Längsbohrung 44 verläuft durch die Welle 30. Die Längsbohrung 44 dient dazu, Schmiermittel zu verschiedenen Stellen im gesamten Getriebegehäuse 28 zu fördern. Von der Längsbohrung 44 geht eine radiale Bohrung 34 ab, die von der Längsbohrung 44 zu der Oberfläche der Welle 30 verläuft. Die radiale Bohrung 34 dient dazu, Schmiermittel aus gewählten Abschnitten innerhalb des Getriebegehäuses 28 zuzuführen. Wenngleich 1 nur eine einzige radiale Bohrung 34 zeigt, können jedoch mehr als eine radiale Bohrung 34 über der Länge der Welle 30 verteilt angeordnet werden.
Im Betrieb arbeitet die Pumpenanordnung 10 wie folgt. Das Getriebegehäuse 28 enthält bewegliche Bauteile, die Schmiermittel an ihren Oberflächen haben. Wie in 6 gezeigt, ist die Welle 30 an ihrer Oberfläche mit Schmiermittel versehen, das die Reibung während der Drehung der Welle 30 verringert. Ein Kettenrad 46 und eine Kette 48 drehen sich um die Welle 30. Sowohl das Kettenrad 46 wie auch die Kette 48 sind mit Schmiermittel bedeckt, da bei der Drehung der Kette 48 das lockere Trum der Kette 48 durch einen Schmiermittelsumpf (nicht gezeigt) am Boden des Getriebegehäuses 28 läuft. Aufgrund der hohen Drehzahl der Welle 30 des Kettenrades 48 und der Kette 48 wird Schmiermittel von diesen Bauteilen weg und gegen die Innenfläche des Getriebegehäuses 28 geschleudert. Aufgrund von Schwerkraft fließt dann das Schmiermittel an der Innenfläche des Getriebegehäuses 28 nach unten. Hierbei wird das Schmiermittel in einer Schmiermittelwelle 36 (7) gesammelt, welche an der Innenfläche des Getriebegehäuses 28 gebildet ist. Die Schmiermittelwelle 36 lenkt das Schmiermittel zu einer Sammelwand 50, die in den Trichter 26 des Sammlers 14 mündet. Das Schmiermittel wird dann an der Basis des Trichters 26 gesammelt und von dort durch die Einlassöffnung 18 in die Pumpenanordnung geführt.
Die Welle 30 und das Laufrad 16 saugen unter Verwendung der Förderfläche 24 das Schmiermittel durch die Einlassöffnung 18. Die Förderfläche 24 hat Pumpflächen 25 in Form von Nuten, die das Schmiermittel unter Schwerkraftwirkung fördern. Wenn das Schmiermittel den Außendurchmesser der Förderfläche 24 erreicht, bewegt sich das Schmiermittel in Längsrichtung auf der äußeren Fläche 22 des Laufrades 16. Der Druck des Schmiermittels erhöht sich, während es sich von der Einlassöffnung 18 zum Ende der Fläche 22 des Laufrades 16 bewegt.
Das unter Druck gesetzte Schmiermittel bewegt sich von dem als Schraubenpumpe wirkenden Laufrad 16 weg und wird in den Auslasskammern 20 gesammelt. Die Auslasskammern 20 bieten die Möglichkeit, das unter Druck stehende Schmiermittel dort zu sammeln, wo es dann in die Längsbohrung 44 der Welle 30 unter Verwendung einer Bohrung 52 eintritt. An diesem Punkt wird das Schmiermittel in der gleichen Weise wie oben beschrieben abgegeben und rezirkuliert.
Bei der Drehung der Welle 30 kann in der Bohrung 52 ein gewisser Gegendruck aufgrund der Zentrifugalwirkung erzeugt werden. Die Auslasskammern 20 ermöglichen einen Druckaufbau, um einen in der Bohrung 52 gebildeten Gegendruck zu überwinden.
7 ist eine Querschnittsansicht in Blickrichtung der Pfeile 7-7 in 6. Wie dargestellt, ist die Pumpenanordnung 10 auf der Welle 30 angeordnet, welche sämtlich innerhalb des Getriebegehäuses 28 angeordnet sind. Das Getriebegehäuse 28 hat eine Schmiermittel 36, die praktisch parallel zur Welle 30 verläuft. Wie oben im Einzelnen beschrieben wurde, hat die Schmiermittelwelle 36 die Funktion, Schmiermittel zu sammeln, welches von den verschiedenen Bauteilen innerhalb des Getriebegehäuses 28 weggeschleudert wird.
8 ist eine Querschnittsansicht einer Pumpenanordnung 100 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel hat ein Pumpengehäuse 102 mit mindestens einer schraubenförmig verlaufenden Pumpfläche 104, die an einer Innenfläche 105 des Pumpengehäuses 102 angeordnet ist. Ein Laufrad 106 hat eine glatte Oberfläche, die benachbart zu der Innenfläche 105 des Pumpengehäuses 102 angeordnet ist. Während sich das Laufrad 106 zusammen mit der Welle 30 dreht, wird Fluid durch das Pumpengehäuse 102 entlang der Pumpfläche 104 gefördert, wobei der Druck des Fluids erhöht wird.

Claims

Pumpenanordnung (10, 100) für ein Getriebe, welche aufweist: ein Getriebegehäuse (28); eine Welle (30), die in dem Getriebegehäuse (28) drehbar gelagert ist; eine Pumpe (10, 100) mit einem stationären Pumpengehäuse (12, 102) und einem Laufrad (16, 106), von denen das Pumpengehäuse (12, 102) mit einer Innenfläche die Welle (30) und das Laufrad (16, 106) umgibt und eine Einlassöffnung (18) sowie eine Auslasskammer (20) hat; eine Strömungsmittel-Abgabeanordnung (44), die in der Welle (30) vorgesehen und mit der Auslasskammer (20) verbunden ist; wobei das Pumpengehäuse (12, 120) oder das Laufrad (16, 106) eine schraubenförmig verlaufende Pumpfläche (22, 104) hat, so dass bei der Drehung der Welle (30) und des Laufrades (16, 106) Strömungsmittel längs der schraubenförmig verlaufenden Pumpfläche (22, 104) zu der Einlassöffnung (18) der Strömungsmittel-Abgabeanordnung (44) in der Welle (30) bewegt wird.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schraubenförmig verlaufende Pumpfläche (104) an einer Innenfläche (105) des Pumpengehäuses (102) gebildet ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schraubenförmig verlaufende Pumpfläche (22) aus mindestens einer Nut in dem Laufrad (16) gebildet ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Nuten (22) in dem Laufrad (16) gebildet sind.
Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmittel-Abgabeanordnung (44) so ausgebildet ist, dass sie Strömungsmittel im gesamten Getriebegehäuse (28) verteilt.
Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsmittel-Abgabeanordnung (44) aus einer Längsbohrung (44) der Welle (30) und einer oder mehreren von der Längsbohrung (44) abgehenden Bohrungen (34) besteht.
Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (28) Teil eines Fahrzeug-Verteilergetriebes, Leistungsgenerators, Fahrzeug-Differentialgetriebes, Motorrad-Antriebswelle oder Fahrzeug-Wechselgetriebes ist.
Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (28) eine Schmiermittelrille (36) zum Sammeln von Fluid und Zuführen des Fluids zum Pumpengehäuse (12) hat.
Pumpenanordnung (10) für ein Getriebe, welche aufweist: ein Getriebegehäuse (28); eine Welle (30), die in dem Getriebegehäuse (28) drehbar gelagert ist; ein Pumpengehäuse (12, 102), das die Welle (30) umgibt und eine Einlassöffnung (18) sowie eine Auslasskammer (20) hat; eine Schmiermittel-Abgabeanordnung (44), die in der Welle (30) vorgesehen und mit der Auslasskammer (20) verbunden ist; ein Laufrad (16, 106), das mindestens eine schraubenförmig verlaufende Pumpfläche (22, 104) hat und innerhalb des Pumpengehäuses (12, 102) angeordnet ist, wobei das Laufrad (16, 106) die Welle (30) umgibt und mit dieser drehfest verbunden ist, um Fluid von der Einlassöffnung (18) zu der Schmiermittel-Abgabeanordnung (44) in der Welle (30) zu pumpen; und eine Förderfläche (24), die an der schraubenförmig verlaufenden Pumpfläche (22) anliegt.