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EP1318305A2 - Flügelzellenpumpe - Google Patents

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Publication number
EP1318305A2
EP1318305A2 EP02026053A EP02026053A EP1318305A2 EP 1318305 A2 EP1318305 A2 EP 1318305A2 EP 02026053 A EP02026053 A EP 02026053A EP 02026053 A EP02026053 A EP 02026053A EP 1318305 A2 EP1318305 A2 EP 1318305A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
vane pump
pump according
cam ring
rear wing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02026053A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1318305A3 (de
Inventor
Johann Merz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Original Assignee
ZF Lenksysteme GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Lenksysteme GmbH filed Critical ZF Lenksysteme GmbH
Publication of EP1318305A2 publication Critical patent/EP1318305A2/de
Publication of EP1318305A3 publication Critical patent/EP1318305A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/18—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber
    • F04C14/22—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber by changing the eccentricity between cooperating members
    • F04C14/223—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by varying the volume of the working chamber by changing the eccentricity between cooperating members using a movable cam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/30—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C2/34—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C2/344—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C2/3441—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F04C2/3442—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation the surfaces of the inner and outer member, forming the working space, being surfaces of revolution

Definitions

  • the invention relates to a vane pump for generating of a pressure medium flow to a consumer according to the preamble of claim 1.
  • Such vane pumps with variable displacement volume are well known from practice and have a mostly circular curve ring, its eccentricity and thus the displacement volume of the Pump can be changed continuously.
  • In Slots of the rotor are slidably guided blades, which divide the working chamber into production chambers. With this pump principle there are pump pressure and Pump suction side opposite. The displacement of the cam ring takes place through the system pressure, whereby the curve ring rolls in the pump housing when adjusting or shifts.
  • the eccentricity of the cam ring is changed generally with the help of hydraulic actuating pistons which are arranged perpendicular to the conveying direction.
  • the smaller control piston is always with the High pressure is applied and presses the cam ring against the larger control piston, depending on the operating state shut off by a control valve, with Pressure is applied or relieved. Accordingly the cam ring is held or moves in one direction or another.
  • the provision in a starting position is made by a spring, the supports smaller actuating pistons.
  • the pressure applied to the actuating pistons is made directly from the pump pressure side High pressure duct or the main pressure line removed. This pressure is also applied to the rear wing oil duct, so that those guided in the slots of the rotor The wing is pressurized on the inside and pressed against the curve ring.
  • Vane pumps with one are also practical Power control known in those with an orifice the pumped fluid flow is accumulated.
  • the differential pressure then acts on an actuating piston on the pressure side of the cam ring and on one Adjusting piston on the opposite side. Becomes a certain differential pressure at a certain Speed is reached, the cam ring is shifted and consequently the volume of the delivery chambers is reduced.
  • the present invention is based on the object to solve the disadvantages of the prior art, in particular a simple and inexpensive to manufacture Vane pump with an advantageous Control the eccentricity of the cam ring to create at, even at low and medium speeds, optimal efficiency and low power consumption is feasible.
  • the pressure medium can be accumulated on an orifice plate, so that the differential pressure on the actuators acts.
  • the orifice plate can be designed in this way or be arranged that on an actuating device the higher, increasing with increasing speed increasing pressure of the rear wing oil chamber and on the other control device the smaller by the aperture Pressure is present.
  • the lower pressure can correspond to the pressure on the pump pressure side.
  • the orifice plate can advantageously in a bypass line be arranged by the rear wing oil passage or the one with the higher pressure Actuator leading into the main pressure line. Before the bypass line into the main pressure line opens, the bypass line leads from the with the lower pressure side of the orifice plate by means of a branch line directly to that for the lesser Pressure trained actuator.
  • the solution according to the invention enables control the vane pump by the speed proportional increasing pressure in the rear wing oil passage without complex, constructive measures are necessary or Power loss at low or medium speed ranges have to be accepted.
  • bypass line As an additional measure to the displacement of the cam ring or the reduction of the stroke in the delivery chambers, the course of the Pressure medium flow to the consumer in an advantageous manner Way to be influenced. It can be an excess Pressure medium flow through the bypass line in energetic advantageously to the suction port or Pump suction side returned and a pressure medium flow be fed from an oil tank.
  • bypass valve and moving the cam ring can a defined course of the pressure medium flow to the consumer.
  • there can also be a falling course of the pressure medium flow can be realized with increasing pump speed. This is particularly beneficial when it comes to the consumer to power steering of a motor vehicle acts because at higher pump speeds also Driving speed of the motor vehicle accordingly is higher, so that a higher steering resistance the driving dynamics and improves the driving experience.
  • a particularly advantageous overlaid bypass control is described in WO 99/19629 A1. It is the cross-sectional area of the diaphragm with increasing, on the aperture pressure can be enlarged.
  • the piston is in contact with the orifice Pressure can only be moved against the force of a spring, so that the cross-sectional area of the aperture is changeable depending on the pressure.
  • the piston can therefore fast and depending on the delivery pressure to adjust.
  • the piston is in a position in of the cross-sectional area of the panel partially closed is. With increasing pressure the begins To move the piston against the spring.
  • the open cross-sectional area of the panel enlarged.
  • bypass pressure medium flow through an intersection or an injector Pressure medium flow can be supplied to the suction zone of the working chamber is.
  • the vane pump has a pump suction side 1 a suction port 2 and a pump pressure side 3.
  • the pump pressure side 3 is by means of a main pressure line 4 with a consumer, not shown connectable.
  • The is particularly suitable Vane pump to supply power steering of a motor vehicle.
  • a pump housing 5 of the vane pump is one Drive shaft, not shown, mounted with a rotor 6 located on it is connected.
  • the Radial force of the rotor 6 is known and not shown controlled by suitable bearings.
  • the rotor 6 has radially arranged slots 7, in which wings 8 are guided.
  • the pump housing 1 there is also a circular one Cam ring 9 used, its eccentricity and thus the displacement volume of the vane pump is infinitely variable can be changed.
  • a working chamber 10 Between the cylindrical peripheral surface of the rotor 6 and the bore of the cam ring 9 there is a working chamber 10 through the displacement of the cam ring 9 can be changed can.
  • the working chamber 10 has a suction zone 11 and a pressure zone 12 and is through the wing 8 divided into feed chambers 13. From the pressure zone 12 becomes the pressure medium flow in the direction of the pump pressure side 3 in the main pressure channel 4 or one known, not shown, pressure collection chamber drained.
  • the vane pump has a rear wing oil channel 14 on the Bores 19 and grooves not shown in the usual Way with the pump pressure side 3 or with the Pressure accumulator is connected.
  • the exemplary embodiment is the rear wing oil channel 14 via the pressure line 20 to the main pressure line 4 connected.
  • the eccentricity is two pressurized Actuators 15, 16 used.
  • the actuators are an embodiment 15, 16 through the outer sides of the cam ring 9 formed or the outer sides are from behind Pressurized. The two outsides are against each other by a sealing element 17 sealed.
  • the working chamber 10 of the cam ring adjacent first Actuating device 15 (or the space behind it), with the pressure of the rear wing oil passage 14 and the opposite arranged second adjusting device 16 applied with the pressure of the pump pressure side 3.
  • the second actuating device 16 has a spring 18 on, the spring force of the pressure of the first actuator 15 counteracts.
  • the first actuator 15 is with the rear wing oil duct 14 through a rear wing oil duct line 19 connected and thus with that in the rear wing oil duct 14 prevailing pressure (operating pressure + dynamic pressure).
  • a secondary flow line leads from the first actuating device 15 20, in which an aperture 21 is arranged, to the second actuating device 16 or branches to the main pressure channel 4. Due to the aperture 21 arises a differential pressure between the first actuating device 15 and the second actuator 16.
  • the pressure applied to the second adjusting device 16 largely corresponds in the present exemplary embodiment the pressure present in the main pressure channel 4.
  • the pressure medium flows from the first actuating device 15 in the bypass line 20, the Aperture 21 pent up and then flows into the second actuating device 16 or the main pressure channel 4.
  • the higher at the first actuating device 15 Pressure is essentially dependent on the speed or volume flow. At higher speeds, can of course also be influenced by the aperture 21, the differential pressure between the two actuators 15, 16 higher, so that from a certain Point overcome the spring force of the spring 18 and the Cam ring 9 is deflected accordingly. A provision with decreasing engine speeds the spring 18.
  • the aperture 21 can be used as a measuring aperture, as a pressure-dependent valve or as an electrical one Proportional valve be formed.
  • the selection can be based on the various known Properties.
  • the rear wing oil channel 14 throttling points to increase the pressure at have increasing pump speed For this you can For example, four throttling points can be provided.
  • the vane pump is operated in such a way that by a rotation of the rotor 6 (in the direction of the arrow) from an oil tank 22 through the suction port 2 Pressure medium in the suction zone 11 and thus in the delivery chamber 13 is funded. This pressure medium will then from the pressure zone 12 of the working chamber 10 drained into the main pressure line 4.
  • the main pressure line 4 is with the rear wing oil channel 14 connected, which in turn by means of the rear wing oil duct 19 connected to the first actuating device 15 is. With increasing speed, this increases the pressure in the rear wing oil channel 14 so that the pressure medium is accumulated at the aperture 21. this leads to a differential pressure between the first actuating device 15 and the second actuating device 16.
  • the first actuator 15 begins Curve ring 9 in the direction of the second adjusting device 16 deflect. This reduces the Available work space or the volume of the Delivery chamber 13, so that a lower pressure medium flow is promoted.
  • the control of the control devices 15 and 16 takes place thus by the pressure medium flow, the rear wing oil area 14 and then the bypass line 20 flows through.
  • the pressure medium flow in the main pressure line 4 remains unaffected, so that optimal efficiency and low power consumption the vane pump is possible.
  • FIG. 2 The embodiment of the vane pump shown in Fig. 2 already differs from that in FIG. 1 Vane pump described only by a bypass control.
  • a bypass control In the leading to the consumer Main pressure line 4 there is a control orifice 23, to control a bypass line 24 with corresponds to a bypass valve 25.
  • the bypass line 24 should be an excess pressure medium flow Return to pump suction side 1. So is ensures that a constant, regulated pressure medium flow reached the consumer.
  • the bypass valve 25 is designed such that the Bypass valve 25 the bypass line 24 only from a certain predetermined pressure opens.
  • the pressure that the bypass valve is kept closed by a Valve spring 26 and a control line 27 constructed.
  • the Control line 27 is with the pressure of the pressure medium charged to the consumer.
  • the pressure of that Bypass valve 25 opens, is through the main pressure line 4 applied.
  • bypass valve 25 is, as can be seen, for one overlaid bypass control trained.
  • overlaid bypass control is from other areas well known and also results from the Drawing so that it is not discussed in detail becomes.
  • superimposed Bypass control is referred to WO 99/19629 A1.
  • the bypass line 24 forms at one end with the Suction port 2 a bypass injector, not shown.
  • the bypass line 24 can, for example introduced as a blend in the suction port 2 become.
  • the actuators 15 and 16 also with actuating pistons be provided.
  • the first actuating device points 15 the larger actuating piston and the second actuating device 16 the smaller control piston.
  • Control pistons to each other from 2 to 1.
  • the smaller control piston is supported by a spring.
  • the previous ones also apply analogously to the configurations the actuators 15 and 16 with actuating pistons.
  • the larger control piston with the pressure of the rear wing oil duct 14.
  • the actuating pistons are opposite, essentially vertical arranged to the conveying direction.

Landscapes

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Abstract

Eine Flügelzellenpumpe zum Erzeugen eines Druckmittelstromes zu einem Verbraucher, weist folgende Merkmale auf: eine Pumpensaugseite (1); ein Pumpengehäuse (5), in dem ein Kurvenring (9) eingesetzt und eine Antriebswelle mit einem Rotor gelagert ist, wobei der Rotor Schlitze (7) aufweist, in denen Flügel (8) verschiebbar geführt sind; zwei druckbeaufschlagte Stelleinrichtungen (15,16) zur Veränderung der Exzentrität des Kurvenrings; einen Hinterflügelölkanal (14), der über Bohrungen und Nuten mit der Pumpendruckseite (3) verbunden ist; und eine durch den Kurvenring (9) und den Rotor (6) gebildete Arbeitskammer (10), die in axialer Richtung durch Steuerplatten begrenzt ist, wobei die Arbeitskammer (10) eine Saugzone (11) und eine Druckzone (12) aufweist und durch die Flügel (8) unterteilte Förderkammern gebildet sind. Dabei ist die Stelleinrichtung mit dem Druck des Hinterflügelölkanals (14) beaufschlagt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe zum Erzeugen eines Druckmittelstromes zu einem Verbraucher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Derartige Flügelzellenpumpen mit veränderlichem Verdrängervolumen sind hinlänglich aus der Praxis bekannt und weisen einen meist kreisförmigen Kurvenring auf, dessen Exzentrität und damit das Verdrängervolumen der Pumpe stufenlos verändert werden kann. Die Pumpe weist dabei eine durch den Kurvenring und den Rotor gebildete Arbeitskammer auf, die in axialer Richtung durch Steuerplatten begrenzt ist, wobei in der Arbeitskammer eine Saugzone und eine Druckzone ausgebildet ist. In Schlitzen des Rotors sind Flügel verschiebbar geführt, welche die Arbeitskammer in Förderkammern unterteilen. Bei diesem Pumpenprinzip liegen sich Pumpendruck- und Pumpensaugseite gegenüber. Die Verschiebung des Kurvenrings erfolgt durch den Systemdruck, wobei der Kurvenring beim Verstellen im Pumpengehäuse abrollt bzw. verschiebt.
Die Veränderung der Exzentrität des Kurvenrings erfolgt im allgemeinem mit Hilfe hydraulischer Stellkolben die senkrecht zur Förderrichtung angeordnet sind. Dabei ist der kleinere Stellkolben ständig mit dem Hochdruck beaufschlagt und drückt den Kurvenring gegen den größeren Stellkolben, der je nach Betriebszustand von einem Steuer- bzw. Regelventil abgesperrt, mit Druck beaufschlagt oder entlastet wird. Dementsprechend wird der Hubring festgehalten oder bewegt sich in die eine oder andere Richtung. Die Rückstellung in eine Ausgangslage erfolgt durch eine Feder, die den kleineren Stellkolben unterstützt.
Der Druck, mit dem die Stellkolben beaufschlagt werden, wird direkt aus der Pumpendruckseite aus einem Hochdruckkanal bzw. der Hauptdruckleitung entnommen. Mit diesem Druck wird auch der Hinterflügelölkanal beaufschlagt, so daß die in den Schlitzen des Rotors geführten Flügel auf ihrer Innenseite mit Druck beaufschlagt und gegen den Kurvenring gepreßt werden.
Aus der Praxis sind auch Flügelzellenpumpen mit einer Leistungsregelung bekannt, bei denen mit einer Meßblende der geförderte Druckmittelstrom angestaut wird. Der Differenzdruck wirkt dann jeweils auf einen Stellkolben auf der Druckseite des Kurvenrings und auf einen Stellkolben auf der gegenüberliegenden Seite. Wird ein bestimmter Differenzdruck bei einer bestimmten Drehzahl erreicht, so wird der Kurvenring verschoben und folglich das Volumen der Förderkammern verringert.
Der Nachteil aller bekannten Lösungen besteht darin, daß der gesamte geförderte Ölstrom mit dem sogenannten Regeldruck bzw. dem Differenzdruck beaufschlagt wird. Bei einem geringen Arbeitsdruck im System ist somit die Leistungsaufnahme der Pumpe relativ hoch. Dies führt dazu, daß derartige Pumpen bei niedrigen bis mittleren Drehzahlen einen unbefriedigenden Wirkungsgrad aufweisen und gegenüber Flügelzellenpumpen mit konstantem Verdrängervolumen keine Energie eingespart werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu lösen, insbesondere eine einfache und kostengünstig herzustellende Flügelzellenpumpe mit einer vorteilhaften Steuerung der Exzentrität des Kurvenrings zu schaffen, bei der, auch bei niedrigen und mittleren Drehzahlen, ein optimaler Wirkungsgrad und eine geringe Leistungsaufnahme realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Dadurch, daß eine Stelleinrichtung mit dem Druck des Hinterflügelölkanals beaufschlagt ist, läßt sich der Kurvenring in besonders vorteilhafter Weise verschieben. Der Erfinder hat in nicht naheliegender Weise erkannt, daß das Druckmittel nicht nur in den Förderkammern, sondern auch im Hinterflügelölkanal gepumpt wird. Dies erfolgt dadurch, daß die Flügel auf der Saugseite nach außen wandern und somit das Druckmittel aus dem Drucksammelraum ansaugen. Auf der Druckseite wird das Druckmittel durch das Zurückschieben der Flügel wieder ausgeschoben. Die Fördermenge ergibt sich dabei aus der Flügelstirnseitenfläche mal dem Hub und ist drehzahlproportional. Es handelt sich hierbei um eine kleine Druckmittelmenge, die in vorteilhafter Weise zur Verschiebung des Kurvenrings und somit zur Veränderung des Fördervolumens in der Arbeitskammer verwendet werden kann.
Das Druckmittel kann an eine Meßblende angestaut werden, so daß der Differenzdruck auf die Stelleinrichtungen wirkt. Die Meßblende kann dabei derart ausgebildet bzw. angeordnet sein, daß an einer Stelleinrichtung der höhere, sich mit steigender Drehzahl weiter erhöhende Druck der Hinterflügelölkammer und an der anderen Stelleinrichtung der durch die Blende geringere Druck anliegt. Der geringere Druck kann dabei dem Druck der Pumpendruckseite entsprechen. Die Meßblende kann in vorteilhafter Weise in einer Nebenstromleitung angeordnet sein, die von dem Hinterflügelölkanal bzw. der mit dem höheren Druck beaufschlagten Stelleinrichtung, in die Hauptdruckleitung führt. Bevor die Nebenstromleitung in die Hauptdruckleitung mündet, führt die Nebenstromleitung von der mit dem geringeren Druck beaufschlagten Seite der Meßblende mittels einer Zweigleitung direkt zu der für den geringeren Druck ausgebildeten Stelleinrichtung.
Wie sich in Versuchen herausgestellt hat, ist die Leistungsaufnahme deutlich geringer als bei allen bisher bekannten Flügelzellenpumpen. In vorteilhafter Weise muß nicht mehr der gesamte geförderte Druckmittelstrom mit dem Regeldruck bzw. dem Differenzdruck beaufschlagt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine Steuerung der Flügelzellenpumpe durch den drehzahlproportional ansteigenden Druck im Hinterflügelölkanal, ohne daß aufwendige, konstruktive Maßnahmen notwendig sind bzw. Leistungsverlust bei niedrigen bzw. mittleren Drehzahlbereichen in Kauf genommen werden müssen.
Von Vorteil ist es, wenn in der zum Verbraucher führenden Hauptdruckleitung eine Drosselblende angeordnet ist, die zur Steuerung einer Bypassleitung mit einem Bypassventil korrespondiert.
Durch die Bypassleitung kann, als zusätzliche Maßnahme zu der Verschiebung des Kurvenrings bzw. der Reduzierung des Hubs in den Förderkammern, der Verlauf des Druckmittelstromes zu dem Verbraucher in vorteilhafter Weise beeinflußt werden. Dabei kann ein überschüssiger Druckmittelstrom durch die Bypassleitung in energetisch vorteilhafter Weise zu dem Sauganschluß bzw. zur Pumpensaugseite zurückgeführt und einem Druckmittelstrom aus einem Ölbehälter zugeführt werden.
Durch das Bypassventil und das Verschieben des Kurvenringes kann ein definierter Verlauf des Druckmittelstromes zu dem Verbraucher realisiert werden. Dabei kann auch ein fallender Verlauf des Druckmittelstromes bei steigender Pumpendrehzahl realisiert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn es sich bei dem Verbraucher um eine Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeuges handelt, da bei höheren Pumpendrehzahlen auch die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges entsprechend höher ist, so daß ein höherer Lenkwiderstand die Fahrdynamik und das Fahrgefühl verbessert.
Eine besonders vorteilhafte überlagerte Bypassregelung ist dabei in der WO 99/19629 A1 beschrieben. Dabei ist die Querschnittsfläche der Blende bei ansteigendem, an der Blende anstehendem Druck vergrößerbar ausgeführt. Der Kolben ist durch einen an der Blende anstehenden Druck ausschließlich gegen die Kraft einer Feder verschiebbar, so daß die Querschnittsfläche der Blende druckabhängig veränderbar ist. Der Kolben kann sich dadurch schnell und in Abhängigkeit vom Förderdruck einstellen. Bei niedrigen Drücken, beispielsweise bei 4 Bar, befindet sich der Kolben in einer Position, in der die Querschnittsfläche der Blende teilweise verschlossen ist. Bei steigendem Druck beginnt sich der Kolben gegen die Feder zu verschieben. Dabei wird die offene Querschnittsfläche der Blende vergrößert.
In einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Bypassdruckmittelstrom durch eine Verschneidung bzw. einen Injektor dem Druckmittelstrom zu der Saugzone der Arbeitskammer zuführbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und aus den nachfolgend, anhand der Zeichnung, prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispielen.
Es zeigt:
Fig. 1
ein hydraulisches Schaubild der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe; und
Fig. 2
ein hydraulisches Schaubild der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe gemäß Fig. 1 mit einer Bypassregelung.
Der Aufbau einer Flügelzellenpumpe mit veränderlichem Verdrängervolumen ist grundsätzlich bereits bekannt, weshalb nachfolgend nur auf die für die Erfindung wesentlichen Merkmale näher eingegangen wird.
Die Flügelzellenpumpe weist eine Pumpensaugseite 1 mit einem Sauganschluß 2 und eine Pumpendruckseite 3 auf. Die Pumpendruckseite 3 ist mittels einer Hauptdruckleitung 4 mit einem nicht näher dargestellten Verbraucher verbindbar. In besonderer Weise eignet sich die Flügelzellenpumpe dabei zur Versorgung einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeuges.
In einem Pumpengehäuse 5 der Flügelzellenpumpe ist eine nicht dargestellte Antriebswelle gelagert, die mit einem auf ihr befindlichen Rotor 6 verbunden ist. Die Radialkraft des Rotors 6 wird dabei in bekannter und nicht dargestellter Weise durch geeignete Lager beherrscht. Der Rotor 6 weist radial angeordnete Schlitze 7 auf, in denen Flügel 8 verschiebbar geführt sind.
In dem Pumpengehäuse 1 ist außerdem ein kreisförmiger Kurvenring 9 eingesetzt, dessen Exzentrität und damit das Verdrängervolumen der Flügelzellenpumpe stufenlos verändert werden kann. Zwischen der zylindrischen Umfangsfläche des Rotors 6 und der Bohrung des Kurvenrings 9 befindet sich eine Arbeitskammer 10, die durch die Verschiebung des Kurvenrings 9 verändert werden kann. Die Arbeitskammer 10 weist dabei eine Saugzone 11 sowie eine Druckzone 12 auf und wird durch die Flügel 8 in Förderkammern 13 unterteilt. Aus der Druckzone 12 wird der Druckmittelstrom in Richtung der Pumpendruckseite 3 in den Hauptdruckkanal 4 bzw. einen bekannten, nicht dargestellten, Drucksammelraum abgelassen.
Wie aus den Figuren ersichtlich ist, weist die Flügelzellenpumpe einen Hinterflügelölkanal 14 auf, der über nicht näher dargestellte Bohrungen 19 und Nuten in üblicher Weise mit der Pumpendruckseite 3 bzw. mit dem Drucksammelraum verbunden ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Hinterflügelölkanal 14 über die Druckleitung 20 mit der Hauptdruckleitung 4 verbunden.
Durch den Hinterflügelölkanal 14 werden die in den Schlitzen 7 des Rotors 6 geführten Flügel 8 auf ihrer Innenseite mit Druck beaufschlagt und gegen den Kurvenring 9 gepreßt. Die Hubbewegung der Flügel 8 wird dabei durch die Position des Kurvenrings 9 bestimmt. Durch die Hubbewegung der Flügel 8 entsteht, wie bereits beschrieben, eine Hinterflügelölpumpe, die einen überlagerten Staudruck im Hinterflügelölkanal 14 erzeugt.
Zur Verschiebung des Kurvenrings 9 bzw. zur Verstellung der Exzentrität werden zwei druckbeauschlagte Stelleinrichtungen 15, 16 verwendet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Stelleinrichtungen 15, 16 durch die Außenseiten des Kurvenrings 9 gebildet bzw. die Außenseiten werden von dahinterliegenden Räumen druckbeaufschlagt. Die beiden Außenseiten sind dabei durch ein Dichtelement 17 gegeneinander abgedichtet.
Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist die der Arbeitskammer 10 des Kurvenrings benachbarte erste Stelleinrichtung 15 (bzw. der dahinterliegende Raum), mit dem Druck des Hinterflügelölkanals 14 und die entgegengesetzt angeordnete zweite Stelleinrichtung 16 mit dem Druck der Pumpendruckseite 3 beaufschlagt. Die zweite Stelleinrichtung 16 weist dabei eine Feder 18 auf, deren Federkraft dem Druck der ersten Stelleinrichtung 15 entgegenwirkt.
Die erste Stelleinrichtung 15 ist mit dem Hinterflügelölkanal 14 durch eine Hinterflügelölkanalleitung 19 verbunden und somit mit dem im Hinterflügelölkanal 14 herrschenden Druck (Betriebsdruck + Staudruck) beaufschlagt.
Von der ersten Stelleinrichtung 15 führt eine Nebenstromleitung 20, in der eine Blende 21 angeordnet ist, zu der zweiten Stelleinrichtung 16 bzw. verzweigt sich zu dem Hauptdruckkanal 4. Aufgrund der Blende 21 entsteht ein Differenzdruck zwischen der ersten Stelleinrichtung 15 und der zweiten Stelleinrichtung 16. Der an der zweiten Stelleinrichtung 16 anliegende Druck entspricht im vorliegenden Ausführungsbeispiel weitgehend dem im Hauptdruckkanal 4 anliegenden Druck.
Das Druckmittel strömt von der ersten Stelleinrichtung 15 in die Nebenstromleitung 20, wird dabei von der Blende 21 aufgestaut und strömt anschließend in die zweite Stelleinrichtung 16 bzw. den Hauptdruckkanal 4.
Der an der ersten Stelleinrichtung 15 anliegende höhere Druck ist im wesentlichen drehzahlabhängig bzw. volumenstromabhängig. Bei höherer Drehzahl wird somit, selbstverständlich auch beeinflußbar durch die Blende 21, der Differenzdruck zwischen den beiden Stelleinrichtungen 15, 16 höher, so daß ab einem gewissen Punkt die Federkraft der Feder 18 überwunden und der Kurvenring 9 entsprechend ausgelenkt wird. Eine Rückstellung bei sinkenden Drehzahlen erfolgt dabei durch die Feder 18.
Die Blende 21 kann je nach Ausführungsform als Meßblende, als druckabhängiges Ventil oder als elektrisches Proportional-Ventil ausgebildet sein. Die Auswahl kann dabei anhand der verschiedenen, bekannten Eigenschaften erfolgen.
In nicht dargestellter Weise kann der Hinterflügelölkanal 14 Drosselstellen zur Erhöhung des Drucks bei steigender Pumpendrehzahl aufweisen. Hierfür können beispielsweise vier Drosselstellen vorgesehen sein.
Ein Betrieb der Flügelzellenpumpe erfolgt derart, daß durch eine Rotation des Rotors 6 (in Pfeilrichtung) aus einem Ölbehälter 22 durch den Sauganschluß 2 Druckmittel in die Saugzone 11 und somit in die Förderkammer 13 gefördert wird. Dieses Druckmittel wird anschließend von der Druckzone 12 der Arbeitskammer 10 in die Hauptdruckleitung 4 abgelassen. Die Hauptdruckleitung 4 ist dabei mit dem Hinterflügelölkanal 14 verbunden, der wiederum mittels der Hinterflügelölkanalleitung 19 mit der ersten Stelleinrichtung 15 verbunden ist. Bei steigender Drehzahl erhöht sich dabei der Druck im Hinterflügelölkanal 14, so daß das Druckmittel an der Blende 21 angestaut wird. Dies führt zu einem Differenzdruck zwischen der ersten Stelleinrichtung 15 und der zweiten Stelleinrichutng 16. Sobald der Differenzdruck größer wird als die Federkraft der Feder 18, beginnt die erste Stelleinrichtung 15 den Kurvenring 9 in Richtung auf die zweite Stelleinrichtung 16 auszulenken. Dadurch reduziert sich der zur Verfügung stehende Arbeitsraum bzw. das Volumen der Förderkammer 13, so daß ein geringerer Druckmittelstrom gefördert wird.
Die Steuerung der Stelleinrichtungen 15 bzw. 16 erfolgt somit durch den Druckmittelstrom, der den Hinterflügelölbereich 14 bzw. anschließend die Nebenstromleitung 20 durchfließt. Der Druckmittelstrom in der Hauptdruckleitung 4 bleibt davon unberührt, so daß ein optimaler Wirkungsgrad und eine geringe Leistungsaufnahme der Flügelzellenpumpe möglich ist.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Flügelzellenpumpe unterscheidet sich von der in Fig. 1 bereits beschriebenen Flügelzellenpumpe lediglich durch eine Bypassregelung. In der zum Verbraucher führenden Hauptdruckleitung 4 ist dabei eine Regelblende 23 angeordnet, die zur Steuerung einer Bypassleitung 24 mit einem Bypassventil 25 korrespondiert. Die Bypassleitung 24 soll dabei einen überschüssigen Druckmittelstrom zurück zur Pumpensaugseite 1 leiten. Somit ist sichergestellt, daß ein konstanter, geregelter Druckmittelstrom zu dem Verbraucher gelangt.
Das Bypassventil 25 ist derart ausgebildet, daß das Bypassventil 25 die Bypassleitung 24 erst ab einem bestimmten, vorgegebenen Druck öffnet. Der Druck, der das Bypassventil geschlossen hält, wird durch eine Ventilfeder 26 und eine Regelleitung 27 aufgebaut. Die Regelleitung 27 ist mit dem Druck des Druckmittels zu dem Verbraucher beaufschlagt. Der Druck, der das Bypassventil 25 öffnet, wird durch die Hauptdruckleitung 4 aufgebracht.
Das Bypassventil 25 ist, wie ersichtlich, für eine überlagerte Bypassregelung ausgebildet. Eine derartige überlagerte Bypasregelung ist aus anderen Bereichen hinlänglich bekannt und ergibt sich ebenfalls aus der Zeichnung, so daß hierauf nicht näher eingegangen wird. Bezüglich einer besonders vorteilhaften, überlagerten Bypassregelung wird auf die WO 99/19629 A1 verwiesen.
Die Bypassleitung 24 bildet an einem Ende mit dem Sauganschluß 2 einen nicht näher dargestellten Bypassinjektor. Dabei kann die Bypassleitung 24 beispielsweise als Verschneidung in den Sauganschluß 2 eingeführt werden.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform können die Stelleinrichtungen 15 und 16 auch mit Stellkolben versehen sein. Dabei weist die erste Stelleinrichtung 15 den größeren Stellkolben und die zweite Stelleinrichtung 16 den kleineren Stellkolben auf. Besonders vorteilhaft ist hierbei ein Flächenverhältnis der Stellkolben zueinander von 2 zu 1. Der kleinere Stellkolben wird durch eine Feder unterstützt. Die vorherigen Ausführungen gelten analog auch für die Ausgestaltungen der Stelleinrichtungen 15 und 16 mit Stellkolben. Dabei ist der größere Stellkolben mit dem Druck des Hinterflügelölkanals 14 beaufschlagt. Die Stellkolben sind gegenüberliegend, im wesentlichen senkrecht zur Förderrichtung angeordnet.
Eine Ausgestaltung der Flügelzellenpumpe mit Stellkolben ist leicht vorstellbar und deshalb nachfolgend nicht näher dargestellt.
Bezugszeichen
1
Pumpensaugseite
2
Sauganschluß
3
Pumpendruckseite
4
Hauptdruckleitung
5
Pumpengehäuse
6
Rotor
7
Schlitze
8
Flügel
9
Kurvenring
10
Arbeitskammern
11
Saugzone
12
Druckzone
13
Hauptdruckleitung
14
Hinterflügelölkanal
15
erste Stelleinrichtung
16
zweite Stelleinrichtung
17
Dichtelement
18
Feder
19
Hinterflügelölkanalleitung
20
Nebenstromleitung
21
Blende
22
Ölbehälter
23
Regelblende
24
Bypassleitung
25
Bypassventil
26
Ventilfeder
27
Regelleitung

Claims (14)

  1. Flügelzellenpumpe zum Erzeugen eines Druckmittelstromes zu einem Verbraucher, insbesondere einer Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge, mit folgenden Merkmalen:
    einer Pumpensaugseite, die von einem Sauganschluß mit einem Druckmittel versorgbar ist und einer Pumpendruckseite, die mittels einer Hauptdruckleitung mit dem Verbraucher verbindbar ist;
    einem Pumpengehäuse, in dem ein Kurvenring eingesetzt und eine Antriebswelle mit einem Rotor gelagert ist, wobei der Rotor Schlitze aufweist, in denen Flügel verschiebbar geführt sind;
    zwei druckbeaufschlagte Stelleinrichtungen zur Veränderung der Exzentrität des Kurvenrings;
    einem Hinterflügelölkanal, der über Bohrungen und Nuten mit der Pumpendruckseite verbunden ist; und
    einer durch den Kurvenring und den Rotor gebildeten Arbeitskammer, die in axialer Richtung durch Steuerplatten begrenzt ist, wobei die Arbeitskammer eine Saugzone und eine Druckzone aufweist und durch die Flügel unterteilte Förderkammern gebildet sind,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    eine Stelleinrichtung (15 bzw. 16) mit dem Druck des Hinterflügelölkanals (14) beaufschlagt ist.
  2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die der Arbeitskammer (10) des Kurvenrings (9) benachbarte erste Stelleinrichtung (15) mit dem Druck des Hinterflügelölkanals (14) und die entgegengesetzt angeordnete zweite Stelleinrichtung (16) mit dem Druck der Pumpendruckseite (3) beaufschlagt ist.
  3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die zweite Stelleinrichtung (16) eine Feder (18) aufweist, deren Federkraft dem Druck der ersten Stelleinrichtung (15) entgegenwirkt.
  4. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die erste Stelleinrichtung (15) mittels einer Blende (21) mit der Pumpendruckseite (3) bzw. der Hauptdruckleitung (4) verbunden ist und die zweite Stelleinrichtung (16) an der von der ersten Stelleinrichtung (15) abgewandten Seite der Blende (21) angeschlossen ist.
  5. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    sich das Druckmittel an der Blende (21) anstaut und der Kurvenring (9) durch den Differenzdruck verschiebbar ist.
  6. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 4 oder 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Blende (21) als Meßblende oder als druckabhängiges Ventil oder als elektrisches Proportional-Ventil ausgebildet ist.
  7. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Hinterflügelölkanal (14) derart ausgebildet ist, daß sich durch die Bewegung der Flügel (8) in den Schlitzen (7) des Rotors (6) eine Hinterflügelpumpe bildet, die einen drehzahlabhängigen Staudruck im Hinterflügelölkanal (14) erzeugt.
  8. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Hinterflügelölkanal (14) Drosselstellen zur Erhöhung des Drucks bei steigender Pumpendrehzahl aufweist.
  9. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    in der zum Verbraucher führenden Hauptdruckleitung (4) eine Regelblende (23) angeordnet ist, die zur Steuerung einer Bypassleitung (24) mit einem Bypassventil (25) korrespondiert.
  10. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    durch das Bypassventil (25) und/oder das Verschieben des Kurvenrings (9) ein definierter Verlauf des Druckmittelstroms zu dem Verbraucher realisierbar ist.
  11. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Bypassdruckmittelstrom durch eine Verschneidung dem Druckmittelstrom zu der Saugzone (11) der Arbeitskammer (10) zuführbar ist.
  12. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Außenseiten des Kurvenrings (9) als Stelleinrichtungen (15,16) ausgebildet sind bzw. druckbeaufschlagt sind.
  13. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Stelleinrichtung (15,16) mit Stellkolben versehen sind.
  14. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Stellkolben der ersten Stelleinrichtung (15) größer ist als der Stellkolben der zweiten Stelleinrichtung (16) und die Stellkolben vorzugsweise ein Flächenverhältnis von 2 zu 1 aufweisen.
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