Ölpumpe für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Ölpumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine elektrisch angetriebene Ölpumpe.

Für derartige Ölpumpen werden häufig sogenannte Gerotor-Pumpen eingesetzt, deren Aufbau grundsätzlich bekannt ist und die einen Rotorsatz mit einem auf einer Welle angeordneten, außenverzahnten Innenrotor sowie einen innenverzahnten Außenrotor aufweisen. Die Welle wird dabei häufig mittels eines Gleitlagers gelagert. Für einen zuverlässigen Betrieb ist eine ausreichende Schmierung des Lagers erforderlich.

Aus der JP 2014 173 587 A ist eine Gerotor-Pumpe zu entnehmen, welche ein Pumpengehäuse mit einem stirnseitigen Gehäusedeckel aufweist, in dem ein Saugkanal sowie ein Druckkanal für das Öl ausgebildet sind. Im Pumpengehäuse ist ein Rotorsatz mit Innenrotor und Außenrotor angeordnet. Ein Elektromotor zum Antrieb der Welle ist gegenüberliegend zum Gehäusedeckel angeordnet. Die Welle ist an einem Gleitlager im Pumpengehäuse gelagert und zwar an der zum Gehäusedeckel gegenüberliegenden Seite des Rotorsatzes. Zur Schmierung des Gleitlagers ist im Anschluss an den Rotorsatz im Pumpengehäuse ein Schmiermittelkanal ausgebildet, welcher sich in Richtung zur Welle und zum Lager erstreckt. Im Anschluss an das Lager ist ein Wellendichtring zum Elektromotor hin angeordnet.

Für eine stabile Lagerung der Welle ist eine zweiseitige Lagerung von Vorteil. Dies erfordert jedoch zusätzliche Maßnahmen zur Schmierung der beiden Lager. Dies führt in der Regel zu aufwändigen Schmiermittelsystemen, welche den Wirkungsgrad der Pumpe negativ beeinflussen können. Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Ölpumpe, insbesondere eine elektromotorisch angetriebene Ölpumpe für ein Kraftfahrzeug mit einer zweiseitig gelagerten Welle anzugeben, bei der die beiden Lager zuverlässig und mit geringem Aufwand im Betrieb geschmiert werden, wobei der Wirkungsgrad der Ölpumpe möglichst wenig beeinflusst wird.

Die Aufgabe wird gemäß Erfindung gelöst durch eine Ölpumpe für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine elektrisch angetriebene Ölpumpe, speziell eine Zahnradpumpe und insbesondere eine Gerotor-Pumpe. Die Pumpe weist ein Pumpengehäuse auf, welches zu einer Stirnseite hin von einem Gehäusedeckel verschlossen ist. In dem Pumpengehäuse ist eine Pumpeinheit zum Fördern des Öls von Saugseite zu einer Druckseite angeordnet. Die Pumpeinheit weist eine Welle auf, die sich in einer Längsrichtung erstreckt und auf der ein Pumpenrad, speziell ein Zahnrad befestigt ist. Die Welle ist beidseitig des Pumpenrads an einem ersten Lager sowie an einem zweiten Lager gelagert. Auf der Druckseite ist eine Druckkammer ausgebildet, wobei zur Schmierung der beiden Lager von der Druckkammer ein Schmiermittelkanal zur Welle im Bereich des ersten Lagers geführt ist, sodass im Betrieb das erste Lager über den Schmiermittelkanal mit Öl zur Schmierung des ersten Lagers versorgt wird. Weiterhin ist zwischen der Welle und dem darauf befestigten Pumpenrad zumindest ein Längskanal entlang des Pumpenrads in Richtung zum zweiten Lager geführt, sodass über den Längskanal im Betrieb das Öl auch zu dem zweiten Lager geführt wird, um dieses mit dem Öl zu schmieren.

Ein besonderer Vorteil dieses Schmiermittelsystems zur Schmierung der beiden Lager ist darin zu sehen, dass keine zwei getrennten Schmiermittel-Versorgungssysteme zur Schmierung der beiden Lager erforderlich sind. Vielmehr wird durch die Ausgestaltung des Längskanal eine einfache und wenig aufwändige Schmiermittelversorgung auch des zweiten Lagers zuverlässig erreicht.

Diese Ausgestaltung hat durch die zweiseitige Lagerung zum einen den Vorteil, dass Lagerkräfte auf die beiden Lager verteilt werden. Hierdurch kann im Vergleich zu einer lediglich einseitigen Lagerung eine dünnere Welle verwendet werden und/oder die axiale Länge der Lager kann im Vergleich zu einer einseitigen Lagerung verkürzt werden. Insgesamt kann hierdurch eine kompaktere Bauweise erreicht werden, speziell kann das Pumpengehäuse und die Welle durch eine gezielte Aufteilung der Gesamtlänge auf das Pumpengehäuse und auf den Gehäusedeckel, in denen die beiden Lager vorzugsweise ausgebildet sind, kürzer gestaltet werden. Insgesamt wird dadurch Material und axialer Bauraum eingespart.

Da bei der hier vorgeschlagenen Lösung das Schmiermittel für die Lager nicht über zwei getrennte Schmiermittelsysteme zugeführt wird, ist das zur Schmierung der Lager erforderliche Öl, welches quasi ein Leckageöl bildet, im Vergleich zu zwei getrennten Schmiermittelsystemen reduziert. Dies bedeutet, dass das benötigte Leckage-Öl zur Schmierung der beiden Lager gering ist und damit der Wirkungsgrad der Pumpe nur gering beeinflusst ist.

Sofern vorliegend von einer Ölpumpe gesprochen wird, so wird allgemein eine Schmiermittelpumpe zur Förderung eines Schmiermittels verstanden.

In bevorzugter Ausgestaltung sind um die Welle herum mehrere Längskanäle ausgebildet. Diese sind dabei insbesondere um den Umfang gleichverteilt angeordnet. Beispielsweise sind zwei bis sechs und insbesondere beispielsweise vier Längskanäle ausgebildet. Diese erstrecken sich typischerweise parallel zur Längsrichtung. Durch die mehreren Längskanäle wird eine zuverlässige Versorgung auch des zweiten Lagers sichergestellt. Gleichzeitig können die freien Strömungsquerschnitte der einzelnen Längskanäle im Vergleich zu nur einem Längskanal reduziert werden, was insgesamt der Stabilität zugutekommt.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der zumindest eine Längskanal und sind vorzugsweise sämtliche Längskanäle jeweils als eine Nut am Pumpenrad ausgebildet. Die jeweilige Nut ist dabei am Innenumfang des Pumpenrads eingebracht und zur Welle hin offen. Das Pumpenrad ist allgemein bevorzugt als ein Zahnrad und speziell als ein außenverzahnter Innenrotor ausgebildet. Bevorzugt ist die Nut dabei an einer Umfangsposition angebracht, an der ein jeweiliger (Außen-) Zahn des Zahnrads ausgebildet ist. Insbesondere entspricht die Anzahl der Längskanäle den Zähnen und alle Längskanäle sind jeweils in einem durch einen jeweiligen Zahn verstärkten Umfangsbereich angeordnet. Hierdurch wird die Stabilität des Pumpenrades nicht oder nur unwesentlich beeinflusst.

Bei derartigen Ölpumpen wird das zu pumpende Öl der im Pumpengehäuse angeordneten Pumpeinheit regelmäßig über den Gehäusedeckel zugeführt und auch wieder abgeleitet. Am Gehäusedeckel sind daher typischerweise sowohl ein Sauganschluss, z.B. ein Saugstutzen, als auch ein Druckanschluss, z.B. ein Druckstutzen ausgebildet. Der Gehäusedeckel weist an seiner Innenseite die Druckkammer auf, in die also im Betrieb das gepumpte Öl von der Pumpeinheit druckseitig einströmt. Diese Druckkammer ist dabei typischerweise als eine Vertiefung im Gehäusedeckel ausgebildet, welche insbesondere nach Art eines Ringsegments und beispielsweise nierenförmig ausgebildet ist. Der Schmiermittelkanal ist nunmehr ausgehend von dieser im Gehäusedeckel ausgebildeten Druckkammer in radialer Richtung zur Welle geführt.

Dabei ist der Schmiermittelkanal insbesondere als Nut im Gehäusedeckel ausgebildet. Diese Nut ist wiederum in Richtung zum Pumpenrad, also allgemein in Richtung zu der Pumpeinheit offen ausgebildet.

Der Gehäusedeckel selbst weist vorzugsweise die erste Lagerstelle und damit das erste Lager auf. Hierzu ist ein Lagerauge im Gehäusedeckel zur Aufnahme und Lagerung der Welle ausgebildet.

In zweckdienlicher Weiterbildung ist im Bereich des zweiten Lagers eine Kammer zum Sammeln des über den zumindest einen Längskanal zugeführten Öls ausgebildet. Diese Kammer ist zur Welle hin offen, sodass also eine Schmierung und Versorgung des zweiten Lagers über diese Kammer erfolgt.

Diese Kammer ist dabei vorzugsweise als eine Vertiefung am Pumpengehäuse ausgebildet. Allgemein bildet das Pumpengehäuse eine zweite Lagerstelle und damit das zweite Lager für die Welle aus. Hierzu weist das Pumpengehäuse angrenzend an die Pumpeinheit und damit angrenzend an das Pumpenrad eine Stirnwand auf, welche zur Lagerung der Welle ausgebildet ist und hierzu vorzugsweise wiederum ein Lagerauge aufweist. Die Kammer ist nunmehr quasi als eine Art Einstich am Rand dieses Lagerauges ausgebildet und mündet in das Lagerauge. In bevorzugter Ausgestaltung ist lediglich eine einzige derartige Kammer ausgebildet. Die Kammer erstreckt sich dabei lediglich über einen beschränkten Winkelbereich. Dieser beträgt beispielsweise weniger als 90°, vorzugsweise weniger als 20° und erstreckt sich beispielsweise lediglich über einen Winkelbereich von wenigen Grad (kleiner 10°).

Die beiden Lager sind in bevorzugter Ausgestaltung allgemein als Gleitlager ausgebildet. Die Welle ist dabei in den bereits erwähnten Lageraugen gelagert, wobei das eine Lagerauge innerhalb des Gehäusedeckels in das andere Lagerauge im Pumpengehäuse, speziell in der zuvor beschriebenen Stirnwand ausgebildet sind. Für eine möglichst gute Lagerung können die Lageraugen bei Bedarf geeignet präpariert sein, beispielsweise mit einer Beschichtung versehen oder durch eine separate Lagerbüchse gebildet sein.

Bei der Ölpumpe handelt sich insbesondere um eine elektromotorisch angetriebene Pumpe, welche einen Elektromotor zum Antreiben der Welle aufweist. Das zweite Lager ist in Richtung zum Elektromotor orientiert.

In bevorzugter Ausgestaltung ist es derart ausgebildet, dass im Betrieb ein Leckstrom des zur Schmierung des Lagers verwendeten Öls den Elektromotor erreicht und diesen im Betrieb kühlt. Das Leckageöl zur Schmierung des Lagers wird daher ergänzend auch zur Kühlung des Elektromotors eingesetzt. Um dies zu ermöglichen ist im Bereich des zweiten Lagers daher bewusst auf (zusätzliche) Dichtmaßnahmen, beispielsweise auf einen Wellendichtring, zur Abdichtung der Welle zum Elektromotor hin verzichtet.

Bei dem Pumpenrad handelt sich in bevorzugter Ausgestaltung allgemein um ein Zahnrad und bei der Ölpumpe daher um eine Zahnradpumpe. In bevorzugter Ausgestaltung handelt sich bei der Ölpumpe um eine Gerotor- Pumpe, bei der die Pumpeinheit zumindest einen Zahnradsatz / Pumpenradsatz mit einem außen verzahnten Innenrotor als das Pumpenrad und einem innen verzahnten Außenrotor aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen:

FIG 1 eine Schnittdarstellung durch eine Ölpumpe, die als elektromotorisch angetriebene Gerotor-Pumpe ausgebildet ist,

FIG 2 eine perspektivische Darstellung auf eine Innenseite eines Gehäusedeckels,

FIG 3 eine perspektivische Darstellung eines Pumpengehäuses sowie FIG 4 eine perspektivische Ansicht auf einen Innenrotor.

Die in der FIG 1 dargestellte Ölpumpe 2 ist als eine elektrische Gerotor-Pumpe ausgebildet. Sie weist ein Pumpengehäuse 4 auf, welches zu einer Stirnseite hin von einem Gehäusedeckel 6 verschlossen ist. Das Pumpengehäuse 4 weist eine im Inneren angeordnete Stirnwand 8 als Zwischenwand auf, wobei zwischen dieser und dem Gehäusedeckel 6 eine Pumpeinheit zum Fördern von Öl angeordnet ist. Bei einer Gerotor-Pumpe - wie dies vorliegend der Fall ist - ist hierzu als Pumpeinheit ein Pumpenrad-Satz bestehend aus einem außen verzahnten Innenrotor 10 und einem innen verzahnten Außenrotor 12 gebildet. Der Innenrotor 10 ist mit einer Welle 14 drehfest verbunden und wird über diese angetrieben. Der Innenrotor 10 bildet insofern ein Pumpenrad. Die Welle 14 erstreckt sich ausgehend von dem Gehäusedeckel 6 in einer Längsrichtung 15.

Die Welle 14 wird im Betrieb von einem Elektromotor 16 angetrieben, der in Längsrichtung 15 betrachtet in einem Gehäuseteil des Pumpengehäuses 4 nachfolgend zu der Stirnwand 8 angeordnet ist. Die Welle 14 ist in einem ersten Lager 18, nämlich in einem Lagerauge 22 des Gehäusedeckels 6 und in einem zweiten Lager 20, nämlich in einem Lagerauge 22 der Stirnwand 8 gelagert. Die beiden Lager 18,20 sind jeweils als Gleitlager ausgebildet. Die Welle 14 erstreckt sich durch diese Stirnwand 8 hindurch und bildet die Abtriebswelle des Elektromotors 14 aus.

Der Gehäusedeckel 6 und die Stirnwand 8 schließen zwischen sich einen Pumpraum ein, innerhalb dessen Öl mithilfe der Pumpeinheit gepumpt wird. An einer Saugseite wird über einen Saugstutzen 24, welcher am Gehäusedeckel 6 ausgebildet ist, das Öl angesaugt und an einer Druckseite wird das Öl über einen typischerweise radial und hier nicht zu erkennenden Druckkanal oder Druckstutzen ausgestoßen. Dieser ist vorzugsweise ebenfalls am Gehäusedeckel 6 ausgebildet.

Der Gehäusedeckels 6 weist an der Innenseite seiner stirnseitigen Begrenzungswand eine Einlasskammer 26 sowie eine Druckkammer 28 auf. Diese erstrecken sich jeweils in Umfangsrichtung nach Art eines Ringsegments (vergleiche hierzu insbesondere auch die FIG 2).

Ausgehend von der Druckkammer 28 erstreckt sich ein Schmiermittelkanal 30 und verbindet die Druckkammer 28 strömungstechnisch mit dem Lagerauge 22. Der Schmiermittelkanal 30 erstreckt sich daher in Richtung und bis zur Welle 14. Er ist insbesondere als eine in radialer Richtung verlaufende Nut innerhalb des Gehäusedeckels 6 ausgebildet.

Über diesen Schmiermittelkanal 30 gelangt daher im Betrieb ein Teil des unter Druck stehenden Öls quasi als Schmiermittelstrom S von der Druckkammer 28 zur Welle und damit zum ersten Lager 18, um dieses zu schmieren. Dieser Schmiermittelstrom S tritt entgegen der Längsrichtung L durch das Lager 18 hindurch, um dieses zu schmieren und wird dann wieder in Richtung zur Druckkammer 28 zurückgeführt.

Der Hauptstrom M des geförderten Öls wird über den Druckkanal des Gehäusedeckels 6 ausgestoßen. Zur Versorgung auch des zweiten Lagers 20 mit dem Öl als Schmiermittel sind weiterhin im Ausführungsbeispiel mehrere Längskanäle 32 ausgebildet, die sich entlang der Welle 14 erstrecken, und zwar über die gesamte Länge des Innenrotors 10, sodass das Öl an die gegenüberliegende Lagerstelle und damit zum zweiten Lager 20 gelangen kann, um dieses zu schmieren. Dieser Öl-Strom tritt durch das zweite Lager 20 hindurch und gelangt zum Elektromotor 16 und kühlt diesen. Dieser Strom bildet daher einen Leckstrom L aus. Diese wird nachfolgend gesammelt und in geeigneter Weise wieder dem Pumpkreislauf zugeführt.

Die verschiedenen Ströme, nämlich der Hauptstrom M, der Schmiermittelstrom S sowie der Leckstrom L sind in der FIG 1 durch Pfeile mit unterschiedlichen Linienstärken angedeutet.

Hervorzuheben ist, dass über den Schmiermittelkanal 30 das Schmiermittel für beide Lager 18, 20 gemeinsam geführt wird.

Die Längskanäle 32 sind als Längsnuten am Innenrotor 10 ausgebildet, und sind zur Welle 14 hin offen, wie dies insbesondere aus der FIG 4 zu entnehmen ist. Im Ausführungsbeispiel sind 4 Längsnuten ausgebildet. Bevorzugt ist eine jeweilige Längsnut jeweils an der Umfangsposition eines (Außen-) Zahn 36 des Innenrotors 10 ausgebildet. Dadurch ist die Stabilität möglichst wenig beeinflusst.

An der Stirnwand 8 ist unmittelbar im Bereich der Welle weiterhin eine Kammer 34 nach Art einer Sammelkammer ausgebildet, in der sich das über die Längskanäle 32 zugeführte Öl ansammeln kann und dann entlang der Welle 14 zur Schmierung des zweiten Lagers 20 herangezogen wird und durch dieses in Richtung zum Elektromotor 16 hindurchtritt.

Wie insbesondere aus der Ansicht der FIG 3 zu erkennen ist, ist diese Kammer 34 nach Art einer an das Lagerauge 22 angrenzende Ausnehmung ausgebildet. Weiterhin ist anhand der FIG 3 und auch der FIG 1 zu erkennen, dass in der Stirnwand 8 weitere ringsegmentartige Ausnehmungen ausgebildet sind, die quasi Erweiterungen des Pumpraums saugseitig und druckseitig darstellen.

Im Betrieb der Ölpumpe 2 wird die Welle 14 mithilfe des Elektromotors 16 angetrieben und rotiert um eine mittige Wellenachse. Dabei wird der Innenrotor 10 mit angetrieben und über den Zahnradsatz (Pumpeinheit) wird das Öl saugseitig angesaugt und als der Hauptstrom H über die Druckseite ausgestoßen.

Ein Teil des Öls wird als Schmiermittelstrom S über den Schmiermittelkanal 30 zum ersten Lager 18 geführt, tritt entgegen der Längsrichtung 15 durch dieses hindurch und wird wieder dem Hauptstrom M zugeführt. Gleichzeitig wird ein Teil des Öls als Leckstrom L ebenfalls zunächst über den Schmiermittelkanal 30 in Richtung zur Welle 14 gefördert und gelangt von dort schließlich über die Längskanäle 32 und insbesondere auch über die Kammer 34 zum zweiten Lager 20, schmiert dieses und tritt durch dieses zum Elektromotor 16 hindurch. Der Leckstrom L wird dann in nicht näher dargestellter Weise dem im Kreislauf geführten Öl wieder zugeführt.

Die hier dargestellte Ölpumpe 2 ist im eingebauten Zustand vorzugsweise innerhalb eines Kraftfahrzeugs angeordnet und dient zur Versorgung von ein oder mehreren Komponenten des Kraftfahrzeugs mit Öl, insbesondere zur Schmierung und damit zur Reibungsminderung von bewegten Teilen des Kraftfahrzeugs. Alternativ oder ergänzend dient das Öl auch zur Kühlung. Bei den Komponenten handelt sich beispielsweise um ein Schaltgetriebe. Üblicherweise wird das Öl im Kreislauf geführt und aus einem Ölvorrat, speziell einen Trockensumpf in einen Öltank und/oder aus diesem Öltank zu den Komponenten gepumpt und wieder gesammelt.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungs- beispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

2 Ölpumpe

4 Pumpengehäuse

6 Gehäusedeckel

8 Stirnwand

10 Innenrotor

12 Außenrotor

14 Welle

15 Längsrichtung

16 Elektromotor

18 erstes Lager

20 zweites Lager

22 Lagerauge

24 Saugstutzen

26 Einlasskammer

28 Druckkammer

30 Schmiermittelkanal

32 Längskanal

34 Kammer

36 Zahn

M Hauptstrom

5 Schmiermittelstrom

L Leckstrom