DE102004033609B4

DE102004033609B4 - Variable Verdrängerpumpe

Info

Publication number: DE102004033609B4
Application number: DE102004033609.1A
Authority: DE
Inventors: Kazuyoshi Uchino; Shigeyuki Miyazawa
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Steering Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2024-07-13
Also published as: KR20050012668A; CN1576586A; US20050019175A1; KR100655361B1; DE102004033609A1; JP2005042674A; US7399166B2; CN100354522C

Abstract

Variable Verdrangerpumpe mit: – einem Gehause; – einem Nockenring (6), der im Gehäuse angeordnet ist, wobei der Nockenring (6) im Gehäuse bewegbar ist; – einem Dichtelement (15), das in einer Kammer, die zwischen dem Gehause und dem Nockenring (6) ausgebildet ist, angeordnet ist, wobei das Dichtelement (15) die Kammer in zwei Bereiche trennt, die die erste und zweite Flussigkeitsdruckkammer (12, 13) definieren, wobei die zweite Flüssigkeitsdruckkammer (13) zumindest eine Flüssigkeit niederen Druckes zuführt; – einem Laufrad (7), das innerhalb des Nockenringes (6) rotiert und mit Schlitzen (17) ausgebildet ist, wobei das Laufrad (7) einen Achsversatz bezüglich der Achse des Nockenringes (6) aufweist; – einer Vielzahl an Schaufeln (18), die in den Schlitzen zurückziehbar angeordnet sind; – einer Vorspanneinrichtung (14), die in der zweiten Flussigkeitsdruckkammer (13) angeordnet ist, wobei die Vorspanneinrichtung (14) den Nockenring (6) zur ersten Flüssigkeitsdruckkammer (12) in der Richtung unter Spannung setzt, die das Volumen der Pumpenkammern (21), die zwischen dem Nockenring (6), dem Laufrad (7) und den Schaufeln (18) definiert sind, erhöht; – einer Öffnung (28), die in einem Austrittskanal (27) vorgesehen ist, wobei der Austrittskanal (27) einer Hydraulikeinrichtung eine Flussigkeit, die von einer Austrittsoffnung (25) abgegeben wird, zuführt; ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine variable Verdrängerpumpe, die als Quelle zum Zuführen des Hydraulikdrucks zu einer Hydraulikvorrichtung wie einer Fahrzeuglenkhilfsvorrichtung bzw. Fahrzeug-Servolenkung dient.
Normalerweise weist die variable Verdrängerpumpe ein Gehäuse, einen Nockenring, der im Gehäuse schwingend bzw. bewegbar angeordnet ist, erste und zweite Flüssigkeitsdruckkammern, die jeweils sowohl in der einen als auch der anderen Richtung des Nockenrings angeordnet sind, und eine Feder, die in der zweiten Flüssigkeitsdruckkammer angeordnet ist, und zum Vorspannen des Nockenrings zur ersten Flüssigkeitsdruckkammer dient, auf.
Im Nockenring ist ein Rotor bzw. Laufrad mit einem Achsversatz bezüglich des Mittelpunktes des Nockenringes drehbar angeordnet. Das Laufrad weist Nuten, die im äußeren Umfang radial ausgebildet sind, und Flügelräder bzw. -schaufeln auf, die darin festgehalten sind, um bezüglich der inneren Umfangsfläche des Nockenringes beweglich zu sein.
Eine Messeinrichtung bzw. Öffnung (Blende) ist an einem Austrittskanal angeordnet, um einer Hydraulikvorrichtung unter Druck stehende Flüssigkeit zuzuführen, die von einer Pumpenkammer, die zwischen dem Nockenring und jeder Schaufel gebildet ist, zu einer Austrittsöffnung abgegeben wird. Ein Regelventil weist einen Kolben auf, der in einer Ventilbohrung durch die Druckdifferenz zwischen der stromaufwärts und stromabwärts liegenden Seite der Messeinrichtung gleitbeweglich angeordnet ist. Der Flüssigkeitsdruck innerhalb der ersten Flüssigkeitsdruckkammer wird gemäß der Gleitposition des Kolbens geregelt bzw. gesteuert.
Insbesondere weist das Regelventil eine Hochdruckkammer, die an einem Ende des Kolbens gebildet ist, und zum Einleiten der unter Druck stehenden Flüssigkeit auf der stromabwärts liegenden Seite der Messeinrichtung vorgesehen ist, eine Druckkammer, die am anderen Ende des Kolbens ausgebildet ist und zum Einleiten der unter Druck stehenden Flüssigkeit auf der Ansaugseite der Pumpe vorgesehen ist, und eine Niedrigdruckkammer mit einer Ringnut, die im Wesentlichen im Mittelpunkt der äußeren Umfangsfläche des Kolbens ausgebildet ist und zum Einleiten der unter Druck stehenden Flüssigkeit in einem Tank dient, auf. Das Regelventil steuert den internen Druck so, dass entsprechend der Gleitbewegung des Kolbens zur Druckkammer ein zylindrisches Ventilelement, das am Außenumfang des Kolbens gebildet ist, die selektive Umschaltung von der Niedrigdruckkammer zur Hochdruckkammer ausführt, um somit Flüssigkeit in der Hochdruckkammer der ersten Flüssigkeitsdruckkammer zuzuführen.
Die zweite Flüssigkeitsdruckkammer wird vom Regelventil getrennt, um immer Druck von der Ansaugseite der Pumpe einzuleiten.
Daher ist das Regelventil bei geringer Pumpenrotation infolge einer niedrigen Druckdifferenz zwischen den stromaufwärts und stromabwärts liegenden Seiten der Messeinrichtung nicht in Betrieb, so dass die erste Flüssigkeitsdruckkammer mit unter Niedrigdruck (atmosphärischem Druck) stehender Flüssigkeit im Tank versorgt wird. Somit wird der Nockenring zur ersten Flüssigkeitsdruckkammer durch eine Vorspannkraft der Feder, die in der zweiten Flüssigkeitsdruckkammer angeordnet ist, unter Spannung gesetzt, wobei ein Mittenversatz bezüglich des Mittelpunkts des Laufrades auftritt. Dies erhöht das Volumen der Pumpenkammern, die zwischen den Schaufeln und dem Nockenring ausgebildet sind, und ermöglicht der Servolenkung auf der Seite der zweiten Flüssigkeitsdruckkammer, mit ausreichender Durchflussmenge von unter Druck stehender Flüssigkeit durch die Austrittsöffnung und den Austrittskanal versorgt zu werden.
Wenn sich die Pumpe mit hoher Geschwindigkeit dreht, wird der Kolben des Regelventils infolge der großen Druckdifferenz zwischen der stromaufwärts und stromabwärts liegenden Seite der Messeinrichtung zur Druckkammer betrieben, so dass das Ventilelement des Regelventils bewegt wird, um die Umschaltung von der Niedrigdruck-(Tankdruck-)Kammer zur Hochdruckkammer auszuführen. Somit wird die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit, die zur Austrittsöffnung abgegeben wird, der ersten Flüssigkeitsdruckkammer zugeführt, um somit den Nockenring zur zweiten Flüssigkeitsdruckkammer gegen eine Vorspannkraft der Feder zu bewegen, wobei das Volumen der Pumpenkammern bei einem niedrigen Wert geregelt wird. Damit wird die Servolenkung mit einer vorbestimmten Durchflussmenge der unter Druck stehenden Flüssigkeit versorgt, wodurch eine konstante Durchflussmenge gewährleistet ist.
Bei geringer Pumpenrotation, bei der es wünschenswert ist, den Pumpenausstoß zu gewährleisten, ist nur der Flüssigkeitsdruck innerhalb der Niedrigdruckkammer der zweiten Flüssigkeitsdruckkammer tätig, wie oben beschrieben, so dass ein Auslaufen der unter Druck stehenden Flüssigkeit von der zweiten Flüssigkeitsdruckkammer zur Außenseite verhindert wird, wobei bewirkt wird, dass der Pumpenausstoß ausreichend gewährleistet werden kann.
Wenn jedoch bei der obigen üblichen variablen Verdrängerpumpe die Pumpenrotation von niedriger zu hoher Rotation übergeht, um den Kolben des Regelventils von der Hochdruckkammer in die Druckkammer gleiten zu lassen, führt das Ventilelement eine Ein-/Ausschaltung von der Niedrigdruckkammer zur Hochdruckkammer aus, um eine Flüssigkeitsverbindung mit der ersten Flussigkeitsdruckkammer herzustellen. Das heißt, durch die Bewegung des Ventilelements wird die erste Flüssigkeitsdruckkammer von der Verbindung mit der Niedrigdruckkammer während der niedrigen Pumpenrotation zur Verbindung mit der Hochdruckkammer schlagartig umgeschaltet.
Somit wird der Druck innerhalb der ersten Flussigkeitsdruckkammer schlagartig vom Niedrigdruck zum Hochdruck verandert, wodurch eine Schwingung des Nockenringes in Bewegungsrichtung hervorgerufen wird, was zu einer möglichen Instabilitat der Durchflussmenge der unter Druck stehenden Flüssigkeit, die von der Pumpe bis zu einem ausreichenden Druckaufbau innerhalb der ersten Flussigkeitsdruckkammer abgegeben wird, fuhrt. Außerdem kann die Schwingung des Nockenringes Lärm erzeugen.
Aus der DE 101 61 296 A1 und der DE 102 27 149 A1 sind variable Verdrangungspumpen bekannt, die ein Steuerventil aufweisen, um Fluiddrücke stromauf- bzw. stromabwärts einer Zumessöffnung an jeweils eine Endfläche eines Schieberkolbens des Steuerventils zu bertragen. Weitere gattungegemäße variable Verdrängungspumpen zeigen beispielsweise die US 6 217 296 B1 , US 2001 0 036 412 A1 und die US 5 538 400 A .
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine variable Verdrängerpumpe zu schaffen, die eine dauerhafte Durchflussmenge der unter Druck stehenden Flussigkeit, die von der Pumpe abgegeben wird, mit maßvollem Larmauftreten zulässt.
Die Losung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhangigen Anspruchs 1. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Die vorliegende Erfindung schafft allgemein eine variable Verdrängerpumpe, die Folgendes aufweist: ein Gehäuse; einen Nockenring, der im Gehäuse angeordnet ist, wobei der Nockenring im Gehäuse bewegbar ist; ein Dichtungselement, das in einer Kammer, die zwischen dem Gehäuse und dem Nockenring ausgebildet ist, angeordnet ist, wobei das Dichtelement die Kammer in zwei Bereiche trennt, die eine erste und zweite Flüssigkeitsdruckkammer definieren, wobei die zweite Flüssigkeitsdruckkammer zumindest eine Flüssigkeit niederen Druckes zufuhrt; ein Laufrad, das innerhalb des Nockenrings rotiert und mit Schlitzen ausgebildet, ist, wobei das Laufrad einen Achsversatz bezuglich einer Achse des Nockenrings aufweist; eine Vielzahl an Schaufeln, die in den Schlitzen zurücknehmbar eingefügt sind; eine Vorspanneinrichtung, die in der zweiten Flüssigkeitsdruckkammer angeordnet ist, wobei die Vorspanneinrichtung den Nockenring zur ersten Flüssigkeitsdruckkammer in der Richtung unter Spannung setzt, die das Volumen der Pumpenkammern, die zwischen dem Nockenring, dem Laufrad und den Schaufeln definiert sind, erhöht; eine Blende, die an einem Austrittskanal angeordnet ist, wobei der Austrittskanal einer Hydraulikeinrichtung eine Flüssigkeit, die von einer Auslassöffnung abgegeben wird, zufuhrt; ein Regelventil, das durch eine Druckdifferenz zwischen der stromaufwärts und stromabwärts fuhrenden Seite der Blende betrieben wird, wobei das Regelventil einen Kolben, der in einer Ventilbohrung gleitbeweglich angeordnet ist, aufweist, wobei das Regelventil gemäß einer Gleitposition des Kolbens Drucke innerhalb der ersten Flüssigkeitsdruckkammer steuert, um den Nockenring zur variablen Regelung einer Durchflussmenge der Flüssigkeit zu schwingen, und wobei das Regelventil mit einer Hochdruckkammer zum Einleiten einer Hochdruckflüssigkeit auf der stromaufwarts liegenden Seite der Blende, einer Druckkammer zum Einleiten einer unter Druck stehenden Flussigkeit auf der stromabwärts liegenden Seite der Blende, einer Niedrigdruckkammer, die zwischen der Hochdruckkammer und der Druckkammer zum Einleiten einer Niedrigdruckflüssigkeit angeordnet ist, und einem Verbindungskanal zum Schaffen einer Flussigkeitsverbindung zwischen entweder der Hochdruckkammer oder der Niedrigdruckkammer und der ersten Flüssigkeitsdruckkammer ausgebildet ist; und einer Verbindungseinrichtung, die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Niedrigdruckkammer und der Hochdruckkammer durch den Verbindungskanal des Regelventils schafft, wenn der Kolben eine selektive Umschaltung zwischen der Hochdruckkammer und der Niedrigdruckkammer ausfuhrt, um dem Verbindungskanal Flussigkeit zuzuführen, wobei die Verbindungseinrichtung eine erste Aussparungsnut, welche an einem Ende eines Ventilelements des Kolbens gebildet ist, und eine zweite Aussparungsnut, welche am anderen Ende des Ventilelements gebildet ist, umfasst, wobei, wenn die zweite Aussparungsnut sich mit dem Verbindungskanal in Verbindung befindet, die erste Aussparungsnut sich mit dem Verbindungskanal in Verbindung befindet.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen anhand der beigefugten Zeichnung. Darin zeigt:
1 eine Teilansicht entlang der Linie 1-1 in 2;
2 eine Langsteilansicht, die eine Ausführungsform einer variablen Verdrangerpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 eine Ansicht ahnlich wie 1, die entlang der Linie 3-3 in 2 gemacht wurde und der Erklärung der Betriebsweise der Ausführungsform dient;
4 eine vergrößerte Teilansicht, die einen Bereich B in 1 darstellt;
5 eine Ansicht ähnlich wie 4, die den Bereich B darstellt und zur Erklärung der Betriebsweise eines Ventilelementes dient; und
6 eine Ansicht ahnlich wie in 5, die den Bereich B darstellt und zur Erklarung der Betriebsweise des Ventilelementes dient.
Gemäß der Zeichnung wird eine Beschreibung uber eine bevorzugte Ausführungsform einer variablen Verdrangerpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung gemacht.
Gemäß 2 dient die variable Verdrängerpumpe als eine Quelle zur Zufuhr des Hydraulikdruckes zu einer Hydraulikeinrichtung wie einer Servolenkung, und weist einen Pumpenkörper 1 mit einem becherförmigen Vordergehäuseteil 2 auf, der an der linken Seite angeordnet ist, wie in 2 dargestellt, und ein hinteres Gehäuseteil 3, das an der rechten Seite angeordnet ist, wie in 2 dargestellt.
Der vordere Gehäuseteil 2 ist mit einer Aushöhlung 4 an einem Ende auf der Seite des hinteren Gehäuseteils 3 ausgebildet, in dem die Pumpenbauteile wie eine Druckplatte 5, ein Nockenring 6, ein Laufrad 7 und ein Adapterring bzw. Passring 8 untergebracht sind. Mit einem ringförmigen Vorsprung 3a des hinteren Gehäuseteils 3, der mit einem offenen Ende der Aushöhlung 4 im Eingriff steht, ist der vordere Gehäuseteil 2 mit dem hinteren Gehäuseteil 3 durch einen Bolzen 9 verbunden. Ein ringförmiges Dichtelement 10 ist zwischen dem offenen Ende der Aushöhlung 4 und dem ringförmigen Vorsprung 3a angeordnet, um das Innere der Aushöhlung 4 abzudichten.
Die Druckplatte 5 ist am Boden der Aushöhlung 4 angeordnet, während der Passring 8 an der äußeren Seitenfläche der Druckplatte 5 in engem Kontakt angeordnet ist, wobei im Inneren der Nockenring 6 und das Laufrad 7 untergebracht sind.
Gemäß 1 ist der Nockenring 6 im Passring 8 mit einem Dichtstift 11, der an einem unteren inneren Umfangsbereich des Passringes 8 als schwingender Drehpunkt geschaffen ist, schwingend angeordnet, um das Pumpenvolumen durch diese Schwingbewegung zu erhöhen oder zu verringern. Außerdem wirkt der Nockenring 6 mit der inneren Umfangsfläche des Passringes 8 zusammen, um eine erste und zweite Flüssigkeitsdruckkammer 12, 13 auf beiden Seiten der äußeren Umfangsfläche in Drehrichtung des Nockenringes 6 zu definieren.
Der Nockenring 6 wird in Richtung der ersten Flüssigkeitsdruckkammer 12 durch eine Schraubendruckfeder oder Vorspanneinrichtung 14 vorgespannt, die ein Ende aufweist, das elastisch durch einen Verschlussstopfen P, der in einer Seite des vorderen Gehäuseteils 2 auf der Seite der zweiten Flüssigkeitsdruckkammer 13 eingeschraubt ist, abgestützt. Außerdem pendelt der Nockenring 6 durch den Relativdruck zwischen der unter Druck stehenden Flüssigkeit, die der ersten Flüssigkeitsdruckkammer 12 von einem Regelventil 29, das später beschrieben wird, und der unter Druck stehenden Flüssigkeit (Tankdruck), die der zweiten Flüssigkeitsdruckkammer 13 zugeführt wird, und dem Vorspanndruck der Schraubendruckfeder 14, hin und her.
Die erste und zweite Flüssigkeitsdruckkammer 12, 13 ist ungefähr wie ein Halbmond geformt, und zusammen sind sie flüssigkeitsdicht durch den Dichtstift 11 und ein Dichtelement 15, das gegenüber dem Dichtstift 11 angeordnet ist, d. h. ungefähr 180° davon weg, abgedichtet.
Gemäß 1 und 2 ist das Laufrad 7 innerhalb des Nockenringes 6 drehbeweglich untergebracht und durch eine zentrale Fixierungsbohrung mit einer Antriebswelle 16, die durch das vordere Gehäuseteil 2 angeordnet ist, verbunden. Das Laufrad 7 weist Nuten 17, die radial im Außenumfang ausgebildet sind, und Schaufeln 18 aus dünnen Platten auf, die darin bezüglich der inneren Umfangsfläche des Nockenringes 6 beweglich gehalten sind. Die Antriebswelle 16 wird durch einen Motor (nicht dargestellt), durch einen Zahnriemen oder dergleichen angetrieben, und weist ein vorderes Ende, das durch ein Gleitlager 19 im hinteren Gehäuseteil 3 und ein Basisende bzw. unteres Ende auf, das durch ein Kugellager 20, das im vorderen Gehäuseteil 2 angeordnet ist, abgestützt wird.
Wie in 1 dargestellt, wird die Betriebsflüssigkeit, die in einem Tank T angesammelt ist, in die Pumpenkammern 21, die zwischen der inneren Umfangsfläche des Nockenringes 6 und den Schaufeln 18 gebildet sind, durch eine Ansaugleitung 22, die am hinteren Gehäuseteil 3 befestigt ist und dem Ansaugkanal 23 und einer Ansaugöffnung 24, die am hinteren Gehäuseteil 3 ausgebildet ist, angesaugt.
Die Betriebsflüssigkeit, die in die Pumpenkammern 21 angesaugt wird, wird an eine Austrittsdruckkammer 26, die am Boden des vorderen Gehäuseteils 2 gebildet ist, durch eine Austrittsöffnung 25, die in der Druckplatte 5 ausgebildet ist, abgegeben, danach wird die Flüssigkeit einer Servolenkung PS durch einen Austrittskanal 27 zugeführt. Eine Messeinrichtung 28 ist am Austrittskanal 27 angeordnet.
Wie in 1 dargestellt, weist das Regelventil 29 hauptsächlich eine zylindrische Ventilbohrung 30, die im oberen Bereich des vorderen Gehäuseteils 2 ausgebildet ist, und einen Kolben 31, der in der Ventilbohrung 30 axial gleitbeweglich angeordnet ist, auf.
Eine Hochdruckkammer 33 ist zwischen der Ventilbohrung 30 und einem vorderen Ende des Kolbens 31 ausgebildet, um darin unter Druck stehende Flüssigkeit auf der stromaufwärts liegenden Seite der Messeinrichtung 28 des Austrittskanals 27 durch einen ersten Druckkanal 32a einzuleiten. Eine Druckkammer 34 ist zwischen der Ventilbohrung 30 und einem hinteren Ende des Kolbens 31 ausgebildet, um darin unter Druck stehende Flüssigkeit auf der stromabwärts liegenden Seite der Messeinrichtung 28 durch einen zweiten Druckkanal 32b einzuleiten. Eine Niedrigdruckkammer 36 ist zwischen der inneren Umfangsfläche der Ventilbohrung 30 und einer zylindrischen, ringförmigen Nut 31a gebildet, die im Wesentlichen im Mittelpunkt der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 31 ausgebildet ist, um darin Betriebsflüssigkeit im Tank T durch einen Niedrigdruckkanal 35 einzuleiten.
Die Ventilbohrung 30 weist eine Endöffnung auf der Seite der Hochdruckkammer 33 auf, die durch einen Verschlussstopfen 48 verschlossen ist, und mit der ersten Flüssigkeitsdruckkammer 12 durch einen Verbindungskanal 38 mit einem Ende 38a, das sich im Wesentlichen im Mittelpunkt der Ventilbohrung 30 öffnet, und eine Kanalbohrung 39, die durch den Passring 8 radial ausgebildet ist, in Verbindung ist.
Der Kolben 31 wird durch eine Vorspannkraft einer Schraubenfeder 37, die in der Druckkammer 34 elastisch abgestützt wird, zur Hochdruckkammer 33 unter Spannung gesetzt. Der Kolben 31 weist eine Anschluss- bzw. Kontaktfläche 41, die auf dem hinteren Ende des Außenumfangs ausgebildet ist, um die Druckkammer 34 und die Niedrigdruckkammer 36 zu trennen, und ein Ventilelement 42, das im Wesentlichen einstückig im Mittelpunkt der äußeren Umfangsfläche ausgebildet ist, auf, um das selektive Umschalten zwischen der Niedrigdruckkammer 36 und der Hochdruckkammer 33 zur Flüssigkeitsverbindung mit dem Verbindungskanal 38 gemäß der Gleitbewegung des Kolbens 31 auszuführen.
Insbesondere ist das Ventilelement 42 gemäß der 1 und 3 ringförmig gestaltet und so ausgelegt, dass gemäß der Gleitbewegung des Kolbens 31 durch die Druckdifferenz zwischen der Hochdruckkammer 33 und der Druckkammer 34 das offene Ende 38a des Verbindungskanals 38 auf der Seite der Ventilbohrung 30 geschaltet wird, um mit der Niedrigdruckkammer 36 oder der Hochdruckkammer 33 in Verbindung zu stehen.
Gemäß 4 bis 6 weist die äußere Umfangsfläche des Ventilelementes 42 eine erste Aussparungsnut 43, die an einem Ende auf der Seite der Niedrigdruckkammer 36, und eine zweite Aussparungsnut 44, die an einem Ende auf der Seite der Hochdruckkammer 33 ausgebildet ist, auf. Eine zweite Kontaktfläche 45 ist zwischen der ersten und zweiten Aussparungsnut 43, 44 ausgebildet.
Die erste Aussparungsnut 43 ist ringförmig gestaltet und weist eine axiale Länge L, die relativ groß eingestellt ist, um sich im Wesentlichen zum axialen Mittelpunkt des Ventilelementes 42 hin auszudehnen, und eine Tiefe „d” auf, die ziemlich klein eingestellt ist. Eine abgestufte Innenkante 43a auf der Seite der zweiten Kontaktfläche 45 ist ungefähr wie ein gleichförmiger Kreisbogen gestaltet.
Die zweite Aussparungsnut 44 ist sich verjüngend ausgebildet, um allmählich von der Seite der zweiten Kontaktfläche 45 zur Seite der Hochdruckkammer 33 größer zu werden, und weist eine Länge L1, die kleiner als die Länge L der ersten Aussparungsnut 43 eingestellt ist, und einen Kegelwinkel Θ auf, der ziemlich klein eingestellt ist, d. h. einige Winkelgrade beträgt.
Die zweite Kontaktfläche 45 weist eine axiale Länge auf, die relativ klein eingestellt ist, und sperrt die Flüssigkeitsverbindung zwischen der ersten und zweiten Aussparungsnut 43, 44 mit der äußeren Umfangsfläche, die an der inneren Umfangsfläche der Ventilbohrung 30 anliegt, ab.
Die zweite Flüssigkeitsdruckkammer 13 ist ausgelegt, um darin immer Niedrigdruckbetriebsflüssigkeit im Tank T durch den Ansaugkanal 23, die Ansaugöffnung 24 und eine Verbindungsnut 46, die in der inneren Stirnseite des hinteren Gehäuseteils 3 ausgebildet ist, einzuleiten.
Im Kolben 31 ist ein Überdruckventil 47 angeordnet, das sich öffnet, wenn der Betriebsdruck der Servolenkung PS (Druck innerhalb der Druckkammer 34) größer als ein vorbestimmter Druck ist, um somit unter Druck stehende Flüssigkeit zum Tank T abzugeben.
Als Nächstes wird die Betriebsweise der Ausführungsform beschrieben. Beim Abschalten der Pumpe wirkt der Betriebsdruck nicht auf den Kolben 31 des Regelventils 29, so dass sich der Kolben 31 mit dem vorderen Ende, das auf die innere Fläche des Verschlussstopfens 48 durch eine Vorspannkraft der Schraubenfeder 37 stößt, im Stillstand befindet, wie in 1 dargestellt.
Wenn dann der Verbrennungsmotor gestartet wird, wird das Laufrad 7 durch die Antriebswelle 16 mit Zunahme der Motordrehzahl gedreht, wobei eine Zunahme der Pumpendrehzahl erreicht wird. Im niedrigen Rotationsbereich der Pumpe ist die Druckdifferenz zwischen der stromaufwärts und stromabwärts liegenden Seite der Messeinrichtung 28 klein, so dass der Kolben 31 im Stillstand bleibt, wobei das vordere Ende an die innere Fläche des Verschlussstopfens 48 durch eine Vorspannkraft der Schraubenfeder 37 anstößt.
In diesem Zustand ist das Ventilelement 42 gemäß 4 so angeordnet, um den Verbindungskanal 38 zu öffnen, während die zweite Kontaktfläche 45 angeordnet ist, um die Flüssigkeitsverbindung mit der Hochdruckkammer 33 abzusperren. Somit wird Niedrigdruck-(atmosphärischer Druck) Betriebsflüssigkeit im Tank T in die erste Flüssigkeitsdruckkammer 12 durch den Niedrigdruckkanal 35, Niedrigdruckkammer 36 des Regelventils 29, Verbindungskanal 38 und Kanalbohrung 39 eingeleitet.
Gleichfalls wird Niedrigdruckbetriebsflüssigkeit im Tank T in die zweite Flüssigkeitsdruckkammer 13 durch den Ansaugkanal 23 und dergleichen eingeleitet.
Gemäß 1 wird daher der Nockenring 6 durch eine Vorspannkraft der Schraubendruckfeder 14 in der Position festgehalten, die bewirkt, dass die Pumpenkammern 21 ein maximales Volumen erreichen.
Da die Pumpendrehzahl mit der Zunahme der Motordrehzahl zunimmt, wird die Abgabe aus den Pumpenkammern 21 groß, um allmählich die Druckdifferenz zwischen der stramaufwärts und stromabwärts liegenden Seite der Messeinrichtung 28 zu vergrößern. Wenn die Druckdifferenz größer als ein vorbestimmter Wert ist, gleitet der Kolben 31 allmählich zur Druckkammer 34 gegen eine Vorspannkraft der Schraubenfeder 37, wie in 3 und 5 dargestellt.
In diesem Stadium ist die erste Aussparungsnut 43 angeordnet, um dem offenen Ende 38a des Verbindungskanals teilweise gegenüber zu stehen, während die zweite Aussparungsnut 44 ebenfalls angeordnet ist, um dem offenen Ende 38a mit der zweiten Kontaktfläche 45, die ungefähr im Mittelpunkt des offenen Endes 38a angeordnet ist, teilweise gegenüber zu stehen. Daher wird der Hydraulikdruck innerhalb der Niedrigdruckkammer 36 und der Hochdruckkammer 33 in den Verbindungskanal 38 abgegeben, und die unter mittlerem Druck stehende Flüssigkeit wird dadurch zugeführt. Das heißt, die Niedrigdruck- und Hochdruck-Betriebsflüssigkeiten werden allmählich in den Verbindungskanal 38 durch die erste und zweite Aussparungsnut 43, 44 eingeleitet.
Wenn die Pumpendrehzahl zunimmt, um den Pumpenabgabedruck zu erhöhen, gleitet der Kolben 31 zur Druckkammer 34, so wie in 6 dargestellt, sodass die zweite Aussparungsnut 44 des Ventilelementes 42 sich zum offenen Ende 38a des Verbindungskanals 38 bewegt, wobei der Öffnungsbereich der Hochdruckkammer 33 vergrößert wird.
In diesem Stadium wird die erste Aussparungsnut 43 festgehalten, um dem offenen Ende 38a des Verbindungskanals 38 teilweise gegenüber zu stehen. Daher bleibt die unter Druck stehende Flüssigkeit der Niedrigdruckkammer 36 und die der Hochdruckkammer 33 noch im Verbindungskanal 38 und der Druck wird darin bei mittlerem Druck aufrecht erhalten.
Dieses bewirkt eine Beschränkung der Einleitung von unter Druck gesetzter Flüssigkeit mit schlagartig zunehmendem Druck in die erste Flüssigkeitsdruckkammer 12, was zu einem beschränkten Auftreten eines plötzlichen Druckwechsels führt. Somit kann das Auftreten des Pendelns des Nockenringes 6 in Drehrichtung verhindert werden, was zu einer stabilisierten Pumpenabgabe und eingeschränktem Lärmverhalten führt.
Der Kolben 31 wird in dieser vorbestimmten Position, die kontinuierlich aufrecht erhalten wird, ausbalanciert. Somit wird der Nockenring 6 mit der unter Druck stehenden Flüssigkeit, die in die erste Flüssigkeitsdruckkammer 12 eingeleitet wird, in der richtigen Drehbewegung durch die Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Flüssigkeitsdruckkammer 12, 13 und einer Vorspannkraft der Schraubendruckfeder 14 gehalten, wie in 3 dargestellt. Die Pumpenkammern 21 werden in der Position ausbalanciert, um eine minimale Pumpenabgabe zu schaffen.
Wenn die Pumpendrehzahl abnimmt, wird die Druckdifferenz zwischen beiden Seiten des Kolbens 31 kleiner, um den Kolben 31 allmählich zur linken ursprünglichen Position gleiten zu lassen, wie in 1 dargestellt. Jedoch tritt kein plötzlicher Abfall des Druckes innerhalb des Verbindungskanals 38 auf, d. h. in der ersten Flüssigkeitsdruckkammer 12 durch die erste und zweite Aussparungsnut 43, 44, wobei eine Verhinderung des Pendelns des Nockenringes 6 beim Auftreten erreicht wird.
Ferner ist die abgestufte Innenkante 43a auf der Seite der zweiten Kontaktfläche 45 ungefähr wie ein glatter Kreisbogen gestaltet, somit wird eine reibungslose Zufuhr an unter Druck stehender Flüssigkeit der Niedrigdruckkammer 36 zum Verbindungskanal 38 ermöglicht.
Weiterhin weist die erfinderische Anordnung nur sehr kleine Aussparungsnuten 43, 44, die im Ventilelement 42 ausgebildet sind, auf. Ihre Anordnung erfordert einfaches und leichtes Bearbeiten, so dass sich nicht nur eine Reduzierung der Bearbeitungskosten, sondern auch eine Verbesserung der Fertigungsgenauigkeit der Aussparungsnuten 43, 44 ergibt.
Weiterhin wird die zweite Aussparungsnut 44 in einer Kegelform gestaltet, die eine weitere Verbesserung einer glatten Verbindung zwischen der Niedrigdruckkammer 36 und der Hochdruckkammer 33 bewirkt.
Ferner werden Aussparungsnuten 43, 44 auf beiden axialen Seiten des Ventilelementes 42 ausgebildet, was nicht nur eine weitere Verbesserung in der reibungslosen Verbindung zwischen der Niedrigdruckkammer 36 und der Hochdruckkammer 33 bewirkt, sondern auch ein sicheres Abtrennen der Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Verbindungskanal 38 und der Hochdruckkammer 33 während niedriger Pumpenrotation durch die zweite Kontaktfläche 45, die zwischen den Aussparungsnuten angeordnet ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung gemäß den dargestellten Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diese oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Abänderungen und Varianten der oben beschriebenen Ausführungsformen erscheinen den Durchschnittsfachleuten im Licht der oben benannten Lehre.
Zum Beispiel kann eine Aussparungsnut in einem Ventilelement 42 nur auf der Seite der Niedrigdruckkammer 36 ausgebildet werden. Diese Alternative bewirkt eine Reduzierung der Bearbeitungskosten im Vergleich zur Ausbildung von zwei Aussparungsnuten. Außerdem nimmt der Öffnungsbereich auf der Seite der Hochdruckkammer 33 sofort zu, nachdem das Ventilelement 42 das Umschalten von der Niedrigdruckkammer 36 zur Hochdruckkammer 33 ausgeführt hat, während der Öffnungsbereich auf der Seite der Niedrigdruckkammer 36, die nur einen schmalen Öffnungsbereich der Aussparungsnut aufweist, vollständig verhindert, dass die unter Druck stehende Flüssigkeit, die von der Hochdruckkammer 33 in den Verbindungskanal 38 geflossen ist, in die Niedrigdruckkammer 36 einfließt.
Optional kann die Aussparungsnut stufenweise ausgebildet werden. Diese Alternative bewirkt nicht nur die stufenweise Verbindung zwischen der Niedrigdruckkammer 36 und der Hochdruckkammer 33, sondern steuert auch die Durchflussmenge bei einem konstanten Wert in irgendeiner Gleitposition des Kolbens 31.
Wenn die Pumpenrotation gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben beschrieben, von der niedrigen zur hohen Rotation übergeht, um den Kolben des Regelventils von der Niedrigdruckkammer in die Hochdruckkammer zu bewegen, führt die Bewegungsvorrichtung eine schrittweise und reibungslose Umschaltung zwischen der Flüssigkeitsverbindung mit dem Verbindungskanal aus, wobei der Druck innerhalb des Verbindungskanals bei einem mittleren Druck aufrecht erhalten wird. Somit wird das Auftreten von schlagartiger Druckveränderung in der ersten Flüssigkeitsdruckkammer eingeschränkt. Dies bewirkt eine Verhinderung der Schwingung des Nockenrings in Bewegungsrichtung, und es ergibt sich eine stabilisierte Pumpenabgabe.
Ferner weist die Verbindungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens eine Aussparungsnut auf, die im Ventilelement des Kolbens ausgebildet ist. Ihre Anordnung erfordert einfaches und leichtes Bearbeiten, wodurch sich nicht nur eine Reduzierung der Bearbeitungskosten, sondern auch eine Verbesserung der Gestaltungsgenauigkeit der Aussparungsnut ergibt.
Ferner wird die mindestens eine Aussparungsnut gemäß der vorliegenden Erfindung im Ventilelement des Kolbens auf beiden Seiten ausgebildet, wobei der Kolben eine Kontaktfläche mindestens im Bereich einer Aussparungsnut aufweist, die nicht nur eine weitere Verbesserung in einer glatten Verbindung zwischen der Niedrigdruck- und der Hochdruckkammer bewirkt, sondern auch das sichere Absperren der Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Verbindungskanal und der Hochdruckkammer während niedriger Pumpenrotation durch die Kontaktfläche.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung nur die mindestens eine Aussparungsnut auf der Seite der Niederdruckkammer des Regelventils angeordnet. Dies bewirkt eine Reduzierung der Bearbeitungskosten im Vergleich zur Ausbildung von zwei Aussparungsnuten. Außerdem nimmt der Öffnungsbereich auf der Seite der Hochdruckkammer sofort zu, nachdem der Kolben die Umschaltung von der Niedrigdruckkammer zur Hochdruckkammer ausgeführt hat, während der Öffnungsbereich auf der Seite der Niedrigdruckkammer, die nur einen schmalen Öffnungsbereich der Aussparungsnut aufweist, vollständig verhindert, dass die Flüssigkeit, die von der Hochdruckkammer in den Verbindungskanal geflossen ist, in die Niedrigdruckkammer einfließt.
Ferner ist die mindestens eine Aussparungsnut gemäß der vorliegenden Erfindung in einer Kegelform ausgeführt, was eine weitere Verbesserung reibungsloser Kommunikation zwischen der Niedrigdruck- und der Hochdruckkammer bewirkt.
Ferner wird die mindestens eine Aussparungsnut gemäß der vorliegenden Erfindung stufenweise gestaltet, was nicht nur eine schrittweise Verbindung zwischen der Niedrigdruck- und der Hochdruckkammer, sondern auch die Steuerung der Durchflussmenge bei einem konstanten Wert in irgendeiner Position des Kolbens bewirkt.
Diese Ausführung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. P 2003-279866 , eingereicht am 25. Juli 2003, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Bezugnahme zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
Zusammenfassend kann Folgendes festgehalten werden:
Eine variable Verdrängerpumpe weist ein Regelventil 29, das mit einer Hochdruckkammer 33 ausgebildet ist, um darin unter Hochdruck stehende Flüssigkeit auf der stromaufwärts liegenden Seite einer Messeinrichtung 28 einzuleiten, eine Druckkammer 34, um darin unter Druck stehende Flüssigkeit auf der stromabwärts liegenden Seite der Messeinrichtung 28 einzuleiten, eine Niedrigdruckkammer 36, die zwischen der Hochdruck- 33 und der Druckkammer 34 angeordnet ist, um darin unter Niedrigdruck stehende Flüssigkeit einzuleiten, und einen Verbindungskanal 38, um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen einer, entweder der Hochdruck- 33 oder der Niedrigdruckkammer 36, und einer ersten Flüssigkeitsdruckkammer 12 der Pumpe zu schaffen, auf. Die erste und zweite Aussparungsnut 43, 44 wird in einer äußeren Umfangsfläche eines Kolbens 31 des Regelventils 29 ausgebildet, um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der Niedrigdruck- 36 und der Hochdruckkammer 33 durch den Verbindungskanal 38 des Regelventils 29 zu schaffen, wenn der Kolben 31 die selektive Umschaltung zwischen der Hochdruck- 33 und der Niedrigdruckkammer 36 ausführt, um dem Verbindungskanal 38 Flüssigkeit zuzuführen, somit wird ein schlagartiger Druckanstieg in der ersten Flüssigkeitsdruckkammer 12 unterdrückt.

Claims

Variable Verdrangerpumpe mit: – einem Gehause; – einem Nockenring (6), der im Gehäuse angeordnet ist, wobei der Nockenring (6) im Gehäuse bewegbar ist; – einem Dichtelement (15), das in einer Kammer, die zwischen dem Gehause und dem Nockenring (6) ausgebildet ist, angeordnet ist, wobei das Dichtelement (15) die Kammer in zwei Bereiche trennt, die die erste und zweite Flussigkeitsdruckkammer (12, 13) definieren, wobei die zweite Flüssigkeitsdruckkammer (13) zumindest eine Flüssigkeit niederen Druckes zuführt; – einem Laufrad (7), das innerhalb des Nockenringes (6) rotiert und mit Schlitzen (17) ausgebildet ist, wobei das Laufrad (7) einen Achsversatz bezüglich der Achse des Nockenringes (6) aufweist; – einer Vielzahl an Schaufeln (18), die in den Schlitzen zurückziehbar angeordnet sind; – einer Vorspanneinrichtung (14), die in der zweiten Flussigkeitsdruckkammer (13) angeordnet ist, wobei die Vorspanneinrichtung (14) den Nockenring (6) zur ersten Flüssigkeitsdruckkammer (12) in der Richtung unter Spannung setzt, die das Volumen der Pumpenkammern (21), die zwischen dem Nockenring (6), dem Laufrad (7) und den Schaufeln (18) definiert sind, erhöht; – einer Öffnung (28), die in einem Austrittskanal (27) vorgesehen ist, wobei der Austrittskanal (27) einer Hydraulikeinrichtung eine Flussigkeit, die von einer Austrittsoffnung (25) abgegeben wird, zuführt; – einem Regelventil (29), das durch eine Druckdifferenz zwischen der stromaufwarts und der stromabwarts liegenden Seite der Öffnung (28) betrieben wird, wobei das Regelventil (29) einen Kolben (31) aufweist, der in einer Ventilbohrung (30) gleitbeweglich angeordnet ist, wobei das Regelventil (29) entsprechend einer Gleitposition des Kolbens (31) Drücke innerhalb der ersten Flüssigkeitsdruckkammer (12) steuert, um den Nockenring (6) zur variablen Steuerung einer Durchflussmenge der Flüssigkeit in Schwingungen zu versetzen, wobei das Regelventil (29) mit einer Hochdruckkammer (33), in die eine unter Hochdruck stehende Flussigkeit auf der stromaufwarts liegenden Seite der Öffnung (28) einleitbar ist, einer Druckkammer (34) zum Einleiten einer unter Druck stehenden Flüssigkeit auf der stromabwärts liegenden Seite der Öffnung (28), einer zwischen der Hochdruckkammer (33) und der Druckkammer- (34) angeordnete Niedrigdruckkammer (36), in die eine unter Niedrigdruck stehende Flüssigkeit einleitbar ist, und einem Verbindungskanal (38) versehen ist, um eine Flüssigkeitsverbindung zwischen, entweder der Hochdruckkammer (33) oder der Niedrigdruckkammer (36) und der ersten Flussigkeitsdruckkammer (12) zu schaffen; und – eine Verbindungseinrichtung, die eine Flussigkeitsverbindung zwischen der Niedrigdruckkammer (36) und der Hochdruckkammer (33) durch den Verbindungskanal (38) schafft, wenn der Kolben (31) die selektive Umschaltung zwischen der Hochdruckkammer (33) und der Niedrigdruckkammer (36) ausführt, um dem Verbindungskanal (38) die Flussigkeit zuzuführen, wobei die Verbindungseinrichtung eine erste Aussparungsnut (43), welche an einem Ende eines Ventilelements (42) des Kolbens (31) gebildet ist, und eine zweite Aussparungsnut (44) umfasst, welche am anderen Ende des Ventilelements (42) gebildet ist, – wobei, wenn die zweite Aussparungsnut (44) sich mit dem Verbindungskanal (38) in Verbindung befindet, die erste Aussparungsnut (43) sich mit dem Verbindungskanal (38) in Verbindung befindet.
Variable Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lange (L) der ersten Aussparungsnut (43) in der Axialrichtung des Ventilelements (42) langer ist als eine Länge (L1) der zweiten Aussparungsnut (44) in der Axialrichtung des Ventilelements (42).
Variable Verdrangerpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ein axiales Ende der zweiten Aussparungsnut (44) in uberlappender Weise mit dem Verbindungskanal (38) angeordnet ist, die erste Aussparungsnut (43) sich mit dem Verbindungskanal (38) in Verbindung befindet.