Fördereinrichtung zur Förderung von Öl

Die Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung zur Förderung von Öl aus einem Ölsumpf zu einem Schmierölkreislauf einer Brennkraftmaschine oder eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges mit einer Ölpumpe, mit einem mechanischen Direktantrieb und mit einem zuschaltbaren Elektroantrieb zum Antrieb der Ölpumpe .

Eine Fördereinrichtung mit einem zuschaltbaren Elektroantrieb ist beispielsweise aus der DE 10 2011 084 542 AI bekannt. Der Direktantrieb erzeugt in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine ein Fördervolumen bei einem Förderdruck. Bei einem erhöhten Bedarf lässt sich die Leistung der Ölpumpe durch Zuschaltung des Elektroantriebs erhöhen.

Bei heutigen Kraftfahrzeugen besteht jedoch insbesondere bei Doppelkupplungsgetrieben das Problem, dass ein relativ hoher Öldruck zum Betätigen und Halten der Kupplung notwendig ist und ein relativ niedriger Druck bei einem hohen Fördervolumen zum Kühlen der Kupplung erforderlich ist. Zudem besteht der Bedarf an Öl zur Kühlung der Kupplung nicht im Verhältnis zu der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Daher führt eine Ausle ^¬ gung der Ölpumpe auf den maximal benötigten Förderdruck und das maximal benötigte Fördervolumen zu einer starken Überdi- mensionierung .

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Fördereinrichtung der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, dass sie die Erzeugung zweier unterschiedlicher Förderdrücke bei vorgesehenen Fördervolumina ermöglicht und einfach aufgebaut ist .

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ölpumpe eine erste Druckstufe und eine zweite Druckstufe hat und dass die beiden Druckstufen einen gemeinsamen Ansaugan- schluss und getrennte Ausgangsanschlüsse aufweisen.

Durch diese Gestaltung lassen sich die Druckstufen für unterschiedliche Förderdrücke und Fördervolumen auslegen. Durch den mechanischen Direktantrieb lässt sich eine für den Normalbetrieb der Brennkraftmaschine oder der Ölpumpe vorgesehe ^¬ ne Ölförderung sicherstellen. Der zuschaltbare Elektroantrieb ermöglicht die Deckung einer Spitzenlast an Ölbedarf hinsichtlich Förderdruck und Fördervolumen. Die Fördereinrichtung ist zudem im Vergleich zu dem Einsatz zweier getrennter Ölpumpen besonders einfach aufgebaut.

Eine Unterstützung der Förderleistung der ersten Druckstufe durch den zuschaltbaren Elektroantrieb lässt sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach erzeugen, wenn die erste Druckstufe zwei relativ zueinander bewegliche Bauteile hat und der zuschaltbare Elektroantrieb mit dem ei ^¬ nem der relativ zueinander beweglichen Bauteile und der Direktantrieb mit dem anderem der Bauteile verbunden ist.

Eine kontinuierliche Förderung von Öl lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach sicherstellen, wenn die zweite Druckstufe und eines der relativ zueinander beweglichen Bauteile der ersten Druckstufe kontinuierlich mit dem Direktantrieb verbunden sind. Durch diese Gestaltung werden über den Direktantrieb beide Druckstufen kontinuierlich angetrieben. Dies ermöglicht die kontinuierliche Versorgung zweier getrennter Verbraucher mit unterschiedlichen Förderdrücken. Der zuschaltbare Elektroantrieb ermög ^¬ licht die Steigerung der Förderleistung der ersten Druckstufe, wenn einer der Verbraucher einen erhöhten Bedarf an Fördervolumen aufweist .

Die Fördereinrichtung weist gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einen besonders geringen Energie- verbrauch auf, wenn die zweite Druckstufe und eines der rela- tiv zueinander beweglichen Bauteile der ersten Druckstufe kontinuierlich mit dem zuschaltbaren Elektroantrieb verbunden sind. In diesem Fall fördert ausschließlich die erste Druckstufe, angetrieben durch den Direktantrieb, einen von der Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängiges Fördervolumen bei einem von der ersten Druckstufe festgelegten Förderdruck. Diese Förderung kann einem Verbraucher im Kraftfahrzeug für den Dauerbetrieb zugeführt werden. Wird ein erhöhter Druck und/oder ein erhöhter Volumenstrom benötigt, wird der Elektroantrieb zugeschaltet und treibt sowohl die zweite Druckstu ^¬ fe als auch zusätzlich zu dem Direktantrieb die erste Druck ^¬ stufe an. Damit werden der zweite Förderdruck und das erhöhte Fördervolumen durch die Zuschaltung des Elektroantriebs erreicht .

Die Fördereinrichtung gestaltet sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn die erste Druckstufe eine Flügelzellenpumpe mit einem Rotor und mit einem relativ zum Rotor beweglichen Läuferteil ist und wenn der Direktantrieb mit dem Rotor oder dem Läuferteil und der Elektroantrieb mit dem jeweils anderen Bauteil des Läuferteils oder des Rotors verbunden ist . Vor ^¬ zugsweise sind im Rotor verschieblich angeordnete Flügel zwangsgeführt und damit ständig gegen das Läuferteil vorge ^¬ spannt. Vorzugsweise ist die Flügelzellenpumpe zudem doppel- hubig ausgebildet, was einen besonders kleinen Bauraum bei einem vorgesehenen Fördervolumen zur Folge hat.

Für die Erzeugung der vorgesehenen Förderdrücke und Fördervo ^¬ lumen sind die einzelnen Pumpstufen vorzugsweise als unterschiedliche Pumpentypen ausgebildet. Ein schneller Beginn der Förderung des Öls beim Start der Brennkraftmaschine lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach sicherstellen, wenn die zweite Druckstufe eine Flügelzellenpumpe, Innenzahnradpumpe oder Außenzahnradpum- pe ist. Die Fördereinrichtung erfordert gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders wenige zu montierende Bauteile, wenn die erste Druckstufe und die zweite Druckstufe in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Wei ^¬ terhin gestaltet sich die Fördereinrichtung hierdurch besonders kompakt .

Zur weiteren Verringerung der Abmessungen der Fördereinrichtung trägt es gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bei, wenn eine Antriebswelle des Elektroantriebs zumindest teilweise als Hohlwelle ausgebildet ist und konzentrisch zu einer Welle des Direktantriebs angeordnet ist . Ein weiterer Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, dass die Hohlwelle mit einem kleinen Außendurchmesser versehen werden kann, was die Abdichtung der Hohlwelle gegenüber dem Gehäuse deutlich vereinfacht.

Eine ständige Bestromung des zuschaltbaren Elektroantriebs lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung einfach vermeiden, wenn der zuschaltbare Elektroantrieb einen Freilauf oder eine schaltbare Bremse zur Ab- stützung des von dem Direktantrieb erzeugten Moments hat.

Die Förderleistung der ersten Druckstufe der Ölpumpe lässt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in einem besonders weiten Bereich frei regeln, wenn die Steuereinrichtung einen Generatormodus für den zuschaltbaren Elektroantrieb zur Verringerung der Leistung der Ölpumpe hat. Durch diese Gestaltung ist der Elektroantrieb im Ge ^¬ neratormodus zur Übertragung einer Bremslast in die Ölpumpe ausgebildet. Ist die Bremslast gering, wird der Direktantrieb über das erste der relativ zueinander beweglichen Bauteile das zweite, mit dem Elektroantrieb verbundene Bauteil mitdre ^¬ hen, was zu einer Verringerung der Förderleistung der Ölpumpe führt. Ist die Bremslast hoch, wird das zweite, mit dem Elek ^¬ troantrieb verbundene Bauteil weitgehend festgehalten und die Ölförderung ist entsprechend der Leistung des mechanischen Direktantriebs entsprechend hoch. Dank der Erfindung kann das mit dem zuschaltbaren Elektroantrieb verbundene zweite Bau ^¬ teil der ersten Druckstufe entsprechend der Steuerung durch die Steuereinrichtung wahlweise in die eine oder die andere Richtung bewegt werden. Damit lässt sich der zuschaltbare

Elektroantrieb bei hohen Drehzahlen des mechanischen Direkt ^¬ antriebs zur Verringerung der Leistung der ersten Druckstufe heranziehen . Eine besonders vorteilhafte Verwendung der Fördereinrichtung in einem Kraftfahrzeug ergibt sich gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, wenn die eine Druckstufe zur Erzeugung von 2 bis 3 bar und die andere Druckstufe zur Erzeugung von 5 bis 30 bar ausgebildet ist. Durch diese Gestaltung lässt sich die Fördereinrichtung in Getrieben zur Kühlung und Ansteuerung einer Kupplung oder Schaltklauen und in der Brennkraftmaschine zur Förderung von Schmieröl und zur Verstellung einer Nockenwelle einsetzen. Eine Kupplung erfordert beispielhaft zur Betätigung 30 bar bei 3 1/min und zur Kühlung 30 1/min bei 2 - 3 bar. Eine Brennkraftmaschine benö ^¬ tigt beispielhaft zur Verstellung einer Nockenwelle 5 bar bei relativ geringem Fördervolumen und zur Aufrechterhaltung eines Schmierölkreislaufs etwa 2 bar bei erhöhten Fördervolu ^¬ men .

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

Fig.l schematisch eine Brennkraftmaschine eines Kraft ^¬ fahrzeuges mit einer Fördereinrichtung für Öl,

Fig.2 schematisch eine Ölpumpe Fördereinrichtung aus Fi- gur 1, Fig.3 schematisch eine Verschaltung der Fördereinrichtung mit der Brennkraftmaschine und einem zuschaltbaren

Elektroantrieb,

Fig.4 schematisch eine weitere Ausführungsform der Ver

Schaltung der Fördereinrichtung.

Figur 1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeuges mit einer Fördereinrichtung 2 zur Förderung von Öl von einem Ölsumpf 3 zu zwei Verbrauchern 4, 5. Bei den Verbrauchern 4, 5 kann es sich um einen Schmierölkreislauf mit einer Nockenwellenverstellung der Brennkraftmaschine 1 oder um ein hydraulisch schaltbares und mittels des Öls kühl ^¬ bares Getriebe oder eine schaltbare und kühlbare Kupplung handeln. Bei solchen Verbrauchern 4, 5 wird ein hoher Öldruck bei einem geringen Fördervolumen zum Schalten oder Betätigen und ein geringer Öldruck bei hohen Fördervolumen für eine Schmierung oder Kühlung benötigt. Die Fördereinrichtung 2 hat eine Ölpumpe 6 mit einem Direktantrieb 7 über die Brennkraft ^¬ maschine 1 und einen zuschaltbaren Elektroantrieb 8. Ein Elektromotor 9 des zuschaltbaren Elektroantriebs 8 ist mit einer elektronischen Steuereinrichtung 10 verbunden, welche den Elektroantrieb 8 in Abhängigkeit von Eingangssignalen wie einer Motordrehzahl, dem angeforderten Motormoment, der Öl- temperatur und einem Solldruck über Steuerleitungen 11 ansteuert und mit elektrischem Strom eines Bordnetzes 12 des Kraftfahrzeuges versorgt. Für die Versorgung mit den Ein ^¬ gangssignalen ist die Steuereinrichtung 9 mit Signalleitungen 13 verbunden.

Figur 2 zeigt schematisch die Olpumpe 6 der Fördereinrichtung 2 aus Figur 1. Die Ölpumpe 6 hat ein gemeinsames Gehäuse 14 für zwei Druckstufen 15, 16. Die Druckstufen 15, 16 sind mit einem gemeinsamen Ansauganschluss 17 verbunden und haben jeweils einen Ausgangsanschluss 18, 19. Der Ansauganschluss 17 ist mit dem Ölsumpf 3 verbunden. Die Ausgangsanschlüsse 18, 19 führen jeweils zu den in Figur 1 dargestellten Verbrau- ehern 4, 5. Eine erste Druckstufe 15 hat einen Rotor 20 und einem den Rotor 20 umschließendes Läuferteil 21 einer Flügel ^¬ zellenpumpe. Damit hat die Ölpumpe 6 zwei relativ zueinander bewegliche Bauteile zur Förderung des Öls, von denen eines mit dem Direktantrieb 7 und das andere mit dem zuschaltbaren Elektroantrieb 8 verbunden ist. Die zweite Druckstufe 16 ist als Verdrängerpumpe ausgebildet und ausschließlich mit dem Direktantrieb 7 verbunden. Damit fördert die zweite Druckstu ^¬ fe 16 Öl in Abhängigkeit von der Drehzahl des Direktantriebs 7 und damit der Brennkraftmaschine 1. Die erste Druckstufe 15 fördert auch Öl in Abhängigkeit von der Drehzahl des Direkt ^¬ antriebs 7. Bei steigendem Bedarf wird der Elektroantrieb 8 zugeschaltet und ermöglicht eine Steigerung der Förderung an Öl. Der Förderdruck und das Fördervolumen der ersten Druck- stufe 15 lässt sich damit durch die Zuschaltung des Elektro ^¬ antriebs 8 steigern.

Der Elektromotor 9 des zuschaltbaren Elektroantriebs 8 treibt eine Hohlwelle 22 an. Die Hohlwelle 22 umschließt eine Welle 23 des Direktantriebs 7. Lagerstellen 24 - 26 lagern die

Hohlwelle 22 und die Welle 23 an den Enden des Gehäuses 14 und untereinander. Weiterhin sind Dichtringe 28, 29 vorgese ^¬ hen, die die Welle 23 und die Hohlwelle 22 gegenüber dem Ge ^¬ häuse 14 abdichten. Damit gelangt über den zentralen Ansaug- anschluss 17 das Öl zu den beiden Druckstufen 15, 16 und an ^¬ schließend zu den beiden Ausgangsanschlüssen 18, 19. Zur Verdeutlichung sind die Strömungen des Öls mit Pfeilen gekennzeichnet . Der Elektroantrieb 8 hat einen Freilauf 27 zur AbStützung des von dem Direktantrieb 7 über die erste Druckstufe 15 übertra ^¬ genen Drehmoments im stromlosen Zustand des Elektromotors 9. Anstelle des Freilaufs 27 kann auch eine schaltbare Bremse zur Abstützung des von dem Direktantrieb übertragenen Drehmo- ments eingesetzt sein. Der Freilauf 27 oder die schaltbare Bremse kann in einer an ^¬ deren Ausführungsform auch entfallen, wenn der Elektromotor 9 durch eine entsprechende Bestromung zur AbStützung des Drehmoments des Direktantriebs 7 geschaltet ist. Weiterhin kann die Figur 1 dargestellte Steuereinrichtung 10 einen Generatormodus für den zuschaltbaren Elektroantrieb 8 zur Verringe ^¬ rung der von dem Direktantrieb 7 erzeugten Leistung der Öl- pumpe 6 aufweisen. Damit lässt sich das von dem Direktantrieb 7 eingeleitete Motormoment ganz oder nur teilweise abstützen.

Figur 3 zeigt schematisch die Verschaltung der beiden Druckstufen 15, 16 und der Anschlüsse der Ölpumpe 6 aus Figur 2. Mit den Zeichen "+" in der ersten Druckstufe 15 ist verdeut ^¬ licht, dass sich die Antriebsleistungen des Direktantriebs 7 und des zuschaltbaren Elektroantriebs 8 addieren. Die zweite Druckstufe 16 ist konstant mit dem Direktantrieb 7 verbunden und fördert daher während des Betriebes der Brennkraftmaschi ^¬ ne 1 kontinuierlich Öl. Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Verschaltung der Druckstufen 15, 16, welche sich von der aus Figur 3 dadurch unterscheidet, dass die zweite Druckstufe 16 aus ^¬ schließlich von dem Elektroantrieb 8 antreibbar ist. Bei stillstehenden Elektroantrieb 8 unterbleibt damit die Förde- rung von Öl über die zweite Druckstufe 16. Die erste Druck ^¬ stufe 15 ist wie bei der Verschaltung nach Figur 3 sowohl von dem Direktantrieb 7 als auch von dem Elektroantrieb 8 an ^¬ treibbar .