[0001] Die Erfindung betrifft eine Kfz-Schmiermittelpumpe zur Versorgung eines Fahrzeugaggregats,
insbesondere eines Traktionsmotors mit Schmiermittel.
[0002] Eine Kfz-Schmiermittelpumpe ist typischerweise als sogenannte Zahnringpumpe ausgebildet,
die gemeinhin auch als Gerotorpumpe bezeichnet wird. Eine derartige Kfz-Schmiermittelpumpe
ist beispielsweise in der
WO 2006/134337 A1 offenbart. Die offenbarte Kfz-Schmiermittelpumpe ist als Zahnringpumpe ausgebildet
und ist mechanisch über eine an dem äußeren Umfang des Pumpenrotors angeordnete Antriebs-Außenverzahnung
mittels eines externen Antriebsstirnrads angetrieben. Die Zahnringpumpe umfasst ein
Pumpengehäuse, das den Pumpenrotor nahezu vollständig umschließt, wobei zumindest
eine Öffnung in dem Pumpengehäuse vorgesehen ist, durch die die Antriebs-Außenverzahnung
aus dem Pumpengehäuse heraus nach außen ragt. Der Pumpenrotor umfasst eine außenverzahnte
Rotornabe und einen die Rotornabe umschließenden innenverzahnten Rotorring, die gemeinsam
mit dem Pumpengehäuse eine Pumpkammer bilden. Der zweiteilige Rotorring ist aus einem
inneren Rotorringkörper und einem separaten äußeren Antriebszahnkranz gebildet, die
kraftschlüssig, beispielsweise über eine Pressverbindung, ineinander gefügt sind.
[0003] Somit kann der Antriebszahnkranz beispielsweise aus einem hochfesten Material hergestellt
werden, während der Rotorringkörper aus einem weniger festen Material hergestellt
ist. Bei einer rein auf Kraftschluss basierenden Verbindung besteht aufgrund des relativ
hohen zu übertragenden Drehmoments jedoch die Gefahr des Auftretens von Schlupf zwischen
Antriebszahnkranz und Rotorringkörper, der im schlimmsten Fall zu einer Unterbrechung
der Schmiermittelversorgung und somit zu erheblichen Schäden an dem Traktionsmotor
führen kann.
[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine zuverlässige und dennoch kostengünstige
Kfz-Schmiermittelpumpe zu schaffen.
[0005] Diese Aufgabe wird mit einer erfindungsgemäßen Kfz-Schmiermittelpumpe mit den Merkmalen
des Hauptanspruchs 1 gelöst.
[0006] Die erfindungsgemäße Kfz-Schmiermittelpumpe umfasst ein feststehendes Pumpengehäuse
sowie einen rotierbaren Pumpenrotor mit einem äußeren eine Pumpen-Innenverzahnung
aufweisenden Rotorring und einer inneren eine Pumpen-Außenverzahnung aufweisenden
Rotornabe, die gemeinsam mit dem Pumpengehäuse eine Pumpkammer bilden. Die Rotornabe
ist in Bezug auf den Rotorring exzentrisch angeordnet, wobei die Pumpen-Innenverzahnung
des Rotorrings in kämmender Weise in die Pumpen-Außenverzahnung der Rotornabe greift,
wobei die Pumpen-Außenverzahnung mindestens einen Zahn weniger aufweist als die Pumpen-Innenverzahnung.
Dadurch sind in den Zahnzwischenräumen zwischen Rotorring und Rotornabe einzelne fluidisch
voneinander getrennte Pumpkammerabschnitte gebildet, deren Volumen sich über eine
volle Umdrehung des Pumpenrotors vergrößert bzw. verkleinert, wodurch die Pumpwirkung
erzielt wird.
[0007] Der Rotorring ist durch einen inneren Rotorringkörper und einen separaten äußeren
Antriebszahnkranz gebildet, wobei Rotorringkörper und Antriebszahnkranz kraftschlüssig,
beispielsweise über eine Pressverbindung, miteinander gefügt sind. Der Antriebszahnkranz
weist zudem eine Antriebs-Außenverzahnung auf, in die beispielsweise ein externes
Antriebsstirnrad eingreift, wodurch der Pumpenrotor mittels der Antriebs-Außenverzahnung
mechanisch angetrieben ist. Der Antriebszahnkranz ist vorzugsweise aus einem verschleißfesten
Material, beispielsweise einem hochfesten und gehärteten Stahl hergestellt, wohingegen
der Rotorringkörper aus einem weniger festen Material hergestellt ist, dass jedoch
beispielsweise über relativ gute Notlaufeigenschaften verfügt. Hierfür eignen sich
insbesondere Sinterwerkstoffe. Somit weist der Rotorring im Bereich der Pumpkammer
relativ gute Selbstschmierungseigenschaften auf, weist im Bereich der Antriebs-Außenverzahnung
hingegen eine relativ hohe Verschleißfestigkeit auf.
[0008] Zusätzlich zu der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Rotorringkörper und Antriebszahnkranz,
die typischerweise durch eine relativ starke Pressverbindung gebildet ist, sind der
Rotorringkörper und der Antriebszahnkranz mittels einer formschlüssigen Verbindung
verbunden. Geeignete formschlüssige Verbindung können beispielsweise korrespondierende
polygonförmige oder andere von einer Kreisform abweichende Konturen an Rotorringkörper
und Antriebszahnkranz sein, aber auch zusätzliche separat eingebrachte Verbindungselemente
sein, die einen Formschluss herstellen. Die formschlüssige Verbindung bildet zusätzlich
zu der kraftschlüssigen Verbindung eine relativ kostengünstige Verdrehungssicherung,
die einen bei einer reinen Pressverbindung möglichen Schlupf des Antriebszahnkranzes
auf dem Rotorringkörper insbesondere beim Kaltstart der Pumpe, wenn das Schmiermittel
eine relativ hohe Viskosität aufweist, zuverlässig verhindert. Zudem kann durch die
formschlüssige Verbindung das Übermaß der Pressverbindung reduziert werden, was Zeit-
und Kostenvorteile hinsichtlich des Fügeprozesses während der Montage bietet.
[0009] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die formschlüssige
Verbindung durch separates Verbindungselement geschaffen. Der Einsatz eines separaten
Verbindungselements ermöglicht einfache kreisrunde Konturen an den kraftschlüssig
zu fügenden Flächen von Rotorringkörper und Antriebszahnkranz und resultiert daher
in relativ günstigen Fertigungskosten der zu fügenden Bauteile. Zudem kann das Übermaß
der Pressverbindung gegenüber einer reinen kraftschlüssigen Verbindung reduziert werden,
da ein Teil des Drehmoments von der formschlüssigen Verbindung aufgenommen wird.
[0010] In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen der
Rotorringkörper und der Antriebszahnkranz jeweils eine Aufnahme auf, in der das Verbindungselement
formschlüssig sitzt. Das Verbindungselement sitzt somit mit einem ersten Teilabschnitt
in der Aufnahme des Rotorringkörpers und mit einem zweiten Teilabschnitt in der Aufnahme
des Antriebszahnkranzes, wodurch der Formschluss zwischen den besagten Bauteilen zuverlässig
hergestellt und eine Relativbewegung der beiden Bauteile zueinander blockiert wird.
[0011] In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungselement
als Zylinderstift ausgebildet. Der Rotorringkörper und der Antriebszahnkranz weisen
entsprechend korrespondierend ausgebildete Aufnahmen auf, die gemeinsam eine Bohrung
formen und in die der Zylinderstift hineinragt, sodass jeweils ein Teilabschnitt des
Zylinderstifts in jeweils einer Aufnahme der besagten Bauteile formschlüssig sitzt.
Vorteilhaft an dem Einsatz eines Zylinderstift ist, dass lediglich eine einzige relativ
einfach zu fertigende Bohrung, die in der Regel im zusammengebauten Zustand gefertigt
wird, erforderlich ist. Hieraus ergibt sich ein Kostenvorteil sowohl hinsichtlich
der Fertigungskosten als auch hinsichtlich der Montagekosten.
[0012] In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sitzt der Zylinderstift,
ausgehend von der Trennfläche zwischen Rotorringkörper und Antriebszahnkranz, jeweils
im Wesentlichen hälftig in dem Rotorringkörper und in dem Antriebszahnkranz. Dabei
kann sich der Zylinderstift entweder in axialer Richtung oder radialer Richtung erstrecken.
[0013] Vorzugsweise erstreckt sich der Zylinderstift in axialer Richtung, d.h. die Zylinderstiftachse
ist parallel zur Pumpendrehachse ausgerichtet, wobei der Zylinderstift in Bezug auf
die Pumpendrehachse exzentrisch angeordnet ist und mit seiner Zylinderstiftachse vorzugsweise
auf der Trennfläche zwischen Rotorringkörper und Antriebszahnkranz liegt. Folglich
sitzt ein erster halbzylindrischer Teilabschnitt des Zylinderstifts in einer korrespondierend
ausgebildeten Aufnahme in dem Rotorringkörper, wohingegen ein zweiter halbzylindrischer
Teilabschnitt des Zylinderstifts in einer korrespondierend ausgebildeten Aufnahme
in dem Antriebszahnkranz sitzt. Der daraus resultierende Formschluss bietet eine zuverlässige
Verdrehsicherung bei relativ geringem Platzbedarf, beispielsweise im Vergleich zu
einem radial orientierten Zylinderstift, sodass der Rotorringkörper und der Antriebszahnkranz
durch Einbringen der Aufnahmen in ihrer Materialstärke und somit in ihrer Stabilität
gegenüber einem Rotorring mit einer rein kraftschlüssigen Verbindung nur marginal
geschwächt werden. Ferner fällt die während der Drehmomentübertragung belastete Querschnittsfläche
im Verhältnis zum Durchmesser des Zylinderstifts und auch im Vergleich zu einem radial
orientierten Zylinderstift relativ groß aus, woraus sich wiederum Platzvorteile ergeben.
[0014] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Zylinderstift
durch mindestens 50% der axialen Dicke des Antriebszahnkranzes, woraus sich eine relativ
große Tragfähigkeit aufgrund des relativ großen tragenden Querschnitts und somit eine
relativ hohe Sicherheit der Formschlussverbindung ergibt.
[0015] In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Verbindungselement
in dem Bereich des Rotorringkörpers angeordnet, der radial die höchste Wandstärke
aufweist. Das Verbindungselement ist daher in Bezug auf die Pumpen-Innenverzahnung
im Bereich der Zähne und besonders bevorzugt auf der Symmetrielinie eines Zahnes,
d.h. in Bezug auf die Umfangsrichtung des Rotorringkörpers mittig des Zahnes positioniert,
sodass trotz der Materialschwächung durch Einbringung der Aufnahme für das Verbindungselement
ausreichende Wandstärken vorhanden sind.
[0016] In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens drei
Verbindungselemente vorgesehen, die über den Umfang des Pumpenrotors verteilt sind.
Vorzugsweise sind die Verbindungselemente gleichmäßig über den Umfang verteilt, in
Abhängigkeit der Zähnezahl kann jedoch eine ungleichmäßige Verteilung sinnvoll sein,
um ausreichende Wandstärken zu gewährleisten.
[0017] Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kfz-Schmiermittelpumpe
anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Frontalansicht der erfindungsgemäßen Kfz-Schmiermittelpumpe,
Figur 2 eine Frontalansicht des Rotorrings der Kfz-Schmiermittelpumpe der Figur 1,
und
Figur 3 eine entlang der in Figur 2 dargestellten Schnittlinie verlaufende Schnittansicht
des Rotorrings der Kfz-Schmiermittelpumpe der Figur 1.
[0018] Figur 1 zeigt eine als Zahnringpumpe ausgebildete Kfz-Schmiermittelpumpe 10 zur Schmiermittelversorgung
eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs. Die
Kfz-Schmiermittelpumpe 10 umfasst ein feststehendes Pumpengehäuse 12 sowie einen rotierbaren
Pumpenrotor 20 der innerhalb des Pumpengehäuses 12 angeordnet ist. Der Pumpenrotor
20 umfasst einen äußeren eine Pumpen-Innenverzahnung 23 aufweisenden Rotorring 22
sowie eine innere eine Pumpen-Außenverzahnung 29 aufweisende Rotornabe 28, die exzentrisch
zu dem Rotorring 22 angeordnet ist. Die Pumpen-Innenverzahnung 23 des Rotorrings 22
greift dabei in die Pumpen-Außenverzahnung 29 der Rotornabe 28, wodurch die Rotornabe
28 und der Rotorring 22 gemeinsam mit dem Pumpengehäuse 12 eine Pumpkammer 14 und
innerhalb der Pumpkammer 14 einzelne fluidisch voneinander getrennte Pumpkammerabschnitte
15 bilden, deren Volumen sich während einer Umdrehung des Pumpenrotors 20 vergrößert
bzw. verkleinert. Das Pumpengehäuse 12 weist zudem eine Einlassöffnung 121 und eine
Auslassöffnung 122 auf, durch die das Schmiermittel im Bereich der Einlassöffnung
121 in die einzelnen Pumpkammerabschnitte 15 gesaugt bzw. im Bereich der Auslassöffnung
122 aus den einzelnen Pumpkammerabschnitten 15 ausgestoßen wird.
[0019] Figur 2 und Figur 3 zeigen den Rotorring 22. Der zweiteilige Rotorring 22 ist durch
einen die Pumpen-Innenverzahnung 23 aufweisenden Rotorringkörper 24 mit einer zylindrischen
Mantelfläche 242 sowie einen eine Antriebs-Außenverzahnung 27 aufweisenden ringförmigen
Antriebszahnkranz 26 mit einer zylindrischen radialen Innenfläche 262 gebildet. Über
die Antriebs-Außenverzahnung 27 wird der Antriebszahnkranz 26 von einem externen in
die Antriebs-Außenverzahnung 27 eingreifenden Antriebsstirnrad mechanisch angetrieben,
wobei infolge der pumpenseitigen Verzahnung des Rotorrings 22 und der Rotornabe 28
die Drehbewegung auf die Rotornabe 28 übertragen wird, sodass sich Rotorring 22 und
Rotornabe 28 gleich schnell drehen. Der Durchmesser der zylindrischen Mantelfläche
242 des Rotorringkörpers 24 entspricht dabei im Wesentlichen dem Durchmesser der zylindrischen
Innenfläche 262 des Antriebszahnkranzes 26.
[0020] Der Rotorringkörper 24 und der Antriebszahnkranz 26 sind mittels einer kraftschlüssigen
Pressverbindung ineinander gefügt, wobei die zylindrische Mantelfläche 242 des Rotorringkörpers
24 und die zylindrische Innenfläche 262 des Antriebszahnkranz 26 in friktionalem Kontakt
stehen, wie in Figur 3 gezeigt ist. Dabei sind der Rotorringkörper 24 und der axial
kürzere Antriebszahnkranz 26 auf einer der beiden axialen Stirnseiten 36 bündig zueinander
angeordnet.
[0021] Der Rotorringkörper 24 und der Antriebszahnkranz 26 sind ferner über eine formschlüssige
Verbindung 30 verbunden. Dazu sind drei als Zylinderstifte 34 ausgebildete Verbindungselemente
32 über den Umfang des Rotorrings 22 verteilt angeordnet. Der Rotorringkörper 24 weist
drei entsprechende im Wesentlichen halbzylindrische Aufnahmen 241 auf und der Antriebszahnkranz
26 weist drei entsprechende im Wesentlichen halbzylindrische Aufnahmen 261 auf, wobei
jeweils eine Aufnahme 241 des Rotorringkörpers 24 und jeweils eine an die Aufnahme
241 des Rotorringkörpers 24 angrenzende Aufnahme 261 des Antriebszahnkranzes 26 gemeinsam
eine sich axial erstreckende Bohrung 21 formen, in der jeweils eine sich axial erstreckender
Zylinderstift 34 formschlüssig sitzt. Dementsprechend sitzt jeder Zylinderstift 34
ausgehend von der Trennfläche 25 zwischen dem Rotorringkörper 24 und dem Antriebszahnkranz
26 jeweils im Wesentlichen hälftig in dem Rotorringkörper 24 und in dem Antriebszahnkranz
26.
[0022] Ferner sind alle Zylinderstifte 34 jeweils in dem Bereich des Rotorringkörpers 24
angeordnet, der radial die höchste Wandstärke f aufweist, d.h., dass die drei Zylinderstifte
34 jeweils im Bereich der Zähne 231 der Pumpen-Innenverzahnung 23 angeordnet sind,
wobei die einzelnen Zylinderstifte 34 in Bezug auf die Umfangsrichtung jeweils im
Wesentlichen mittig der Zähne 231 angeordnet sind. Aufgrund der Zähnezahl der Pumpen-Innenverzahnung
23 ergibt sich dadurch eine ungleichmäßige Verteilung der Zylinderstifte 34 über den
Umfang des Rotorrings 22. Die von den Aufnahmen 241,261 geformte Bohrung 21 erstreckt
sich, ausgehend von der axialen Stirnseite, auf der der Rotorring 24 und der Antriebszahnkranz
26 bündig zueinander angeordnet sind, bis zu einer Tiefe von etwa 70 % der axialen
Dicke d des Antriebszahnkranzes 26, wobei der Zylinderstift 34 sich axial über etwa
60 % der Dicke d des Antriebszahnkranzes 36 erstreckt, sodass ein ausreichend großer
tragender Querschnitt für die Drehmomentübertragung vorhanden ist.
[0023] Die formschlüssige Verbindung 30 dient als zusätzliche Verdrehsicherung sowie als
Mittel zur Drehmomentübertragung und reduziert dadurch die Belastung der Pressverbindung,
wodurch deren Übermaß gegenüber eine reinen Pressverbindung reduziert werden kann.
Ferner zeichnet sich die offenbarte formschlüssige Verbindung 30 durch einen relativ
geringen Platzbedarf sowie eine kostengünstige Herstellbarkeit aus und eignet sich
daher insbesondere für Anwendung im Automobilbereich.
1. Kfz-Schmiermittelpumpe (10) mit,
einem feststehenden Pumpengehäuse (12),
einem rotierbaren Pumpenrotor (20) mit einem äußeren eine Pumpen-Innenverzahnung (23)
aufweisenden Rotorring (22) und einer inneren, exzentrisch zu dem Rotorring (22) angeordneten
eine Pumpen-Außenverzahnung (29) aufweisenden Rotornabe (28), deren Pumpen-Außenverzahnung
(29) in kämmender Weise in die Pumpen-Innenverzahnung (23) des Rotorrings (22) greift,
wodurch der Rotorring (22) und die Rotornabe (28) gemeinsam mit dem Pumpengehäuse
(12) eine Pumpkammer (14) bilden, wobei
der Rotorring (22) durch einen inneren Rotorringkörper (24) und einen separaten äußeren
Antriebszahnkranz (26) gebildet ist, wobei der Antriebszahnkranz (26) mit dem Rotorringkörper
(24) kraftschlüssig gefügt ist, und eine Antriebs-Außenverzahnung (27) aufweist, mittels
der der Pumpenrotor (20) mechanisch angetrieben ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotorringkörper (24) und der Antriebszahnkranz (26) mittels einer formschlüssigen
Verbindung (30) verbunden sind.
2. Kfz-Schmiermittelpumpe (10) gemäß Anspruch 1, wobei die formschlüssige Verbindung
(30) durch ein separates Verbindungselement (32) geschaffen ist.
3. Kfz-Schmiermittelpumpe (10) gemäß Anspruch 2, wobei der Rotorringkörper (24) und der
Antriebszahnkranz (26) jeweils eine Aufnahme (241, 261) aufweisen, in der das Verbindungselement
(32) formschlüssig sitzt.
4. Kfz-Schmiermittelpumpe (10) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei das Verbindungselement
(32) als Zylinderstift (34) ausgebildet ist.
5. Kfz-Schmiermittelpumpe (10) gemäß Anspruch 4, wobei der Zylinderstift (34) ausgehend
von der Trennfläche (25) zwischen Rotorringkörper (24) und Antriebszahnkranz (26)
jeweils im Wesentlichen hälftig in dem Rotorringkörper (24) und in dem Antriebszahnkranz
(26) sitzt.
6. Kfz-Schmiermittelpumpe (10) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der Zylinderstift (34)
sich in axialer Richtung erstreckt.
7. Kfz-Schmiermittelpumpe (10) gemäß Anspruch 6, wobei der Zylinderstift (34) sich durch
mindestens 50% der axialen Dicke (d) des Antriebszahnkranzes (26) erstreckt.
8. Kfz-Schmiermittelpumpe (10) gemäß einem der Ansprüche 2-7, wobei das Verbindungselement
(32) in dem Bereich des Rotorringkörpers (24) angeordnet ist, der radial die höchste
Wandstärke (f) aufweist.
9. Kfz-Schmiermittelpumpe (10) gemäß einem der Ansprüche 2-8, wobei mindestens drei Verbindungselemente
(32) vorgesehen sind, die über den Umfang des Pumpenrotors (20) verteilt sind.