DE102004060082A1

DE102004060082A1 - Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: DE102004060082A1
Application number: DE200410060082
Authority: DE
Inventors: Michael Scheurer
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2004-12-14
Filing date: 2004-12-14
Publication date: 2006-06-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe (1) zur Erzeugung eines Druckmittelstromes für einen Verbraucher, mit einem Pumpengehäuse (2), in dem ein Kurvenring (3) eingsetzt ist und um eine Lagereinrichtung (4) an seiner Außenseite (5) begrenzt in dem Pumpengehäuse (2) schwenkbar und/oder verschiebbar ist, mit einem Rotor (6), der an einer Antriebswelle (7) in dem Kurvenring (3) drehbar gelagert ist, wobei der Rotor (6) Schlitze (8) aufweist, in denen Flügel (9) radialverschiebbar angeordnet sind und zwischen dem Rotor (6) und dem Kurvenring (3) eine Pumpenkammer (10) mit einer Saugöffnung und einer Drucköffnung bilden, und mit einer Druckmittel-beaufschlagten Stelleinrichtung (11) zur Veränderung der Exzentrizität des Kurvenringes (3) zu dem Rotor (6), bestehend aus einer ersten Druckkammer (12) zwischen der Außenseite (5) des Kurvenringes (3) und einer Innenfläche (13) des Pumpengehäuses (2), die von einer zweiten Druckkammer (14) zwischen der Außenseite (5) des Kurvenringes (3) und der Innenfläche (13) des Pumpengehäuses (2) durch die Lagereinrichtung (4) und ein in tangentialer Richtung der Außenseite (5) des Kurvenringes (3) beabstandet angeordnetes Dichtmittel (15) des Pumpengehäuses (2) fluidisch getrennt ist. DOLLAR A Um eine Flügelzellenpumpe zu schaffen, deren Verdrängungsvolumen auf einfache Weise exakt und reproduzierbar geregelt werden kann, ist vorgesehen, dass Druckmittel durch in etwa axial zu dem Kurvenring (3) in die erste Druckkammer (12) und/oder zweite ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe zur Erzeugung eines Druckmittelstromes für einen Verbraucher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Flügelzellenpumpen mit veränderlichem Verdrängungsvolumen zur Erzeugung eines Druckmittelstromes sind bekannt. Derartige Flügelzellenpumpen weisen einen vorzugsweise kreisförmigen Kurvenring auf, der um eine Lagereinrichtung abrollbar oder verschiebbar in einem Pumpengehäuse bzw. einem Außenring um den Kurvenring angeordnet ist. Ein Rotor mit radial verlaufenden Schlitzen in denen Flügel verschieblich gehalten sind, greift in den Kurvenring ein und bildet eine Pumpenkammer mit einer Saug- und einer Drucköffnung.

Die DE 199 42 466 A1 beschreibt eine Flügelzellenpumpe deren Verdrängungsvolumen stufenlos verändert werden kann. Die Flügelzellenpumpe weist zu diesem Zweck eine von Druckmittel beaufschlagbare Stelleinrichtung zur Veränderung der Exzentrizität des Kurvenringes relativ zu dem Rotor auf. Die Stelleinrichtung wird im Wesentlichen durch eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer zwischen der Außenseite des Kurvenringes und der Innenfläche des Pumpengehäuses oder der Innenfläche des Außenringes gebildet. Die erste und die zweite Druckkammer sind durch eine als Schwenklager ausgebildete Lagereinrichtung in Form eines axial verlaufenden Stiftes und durch ein in tangentialer Richtung der Aussenseite des Kurvenrings beabstandet zu dem Schwenklager angeordnetes, axial verlaufendes Dichtmittel zwischen der Aussenseite des Kurvenringes und der Innenfläche des Pumpengehäuses fluidisch voneinander getrennt. Der Druck in der ersten und zweiten Druckkammer wird von einer Regeleinrichtung, wie einer Steuerdrossel oder einem Kolbensteuerventil, die über Steuerkanäle mit den Druckkammern fluidisch verbunden sind und die Differenzdrücke in der ersten und zweiten Druckkammer in Abhängigkeit von dem aktuellen Verdrängungsvolumen oder Druck des Druckmittelstromes erzeugen, geregelt.

Die Steuerkanäle in den bekannten Flügelzellenpumpen sind radial von der Regeleinrichtung durch das Pumpengehäuse und den Aussenring in dem Pumpengehäuse zu den Druckkammern geführt. Das Pumpengehäuse besteht aus einer Aluminiumlegierung und weist einen nahezu doppelt so großen Wärmedehnungskoeffizienten auf, wie der aus Stahl- oder Sinterwerkstoff gebildete, und in das Pumpengehäuse eingesetzte Aussenring. Durch diese Materialpaarung entsteht ein Ringspalt zwischen dem Pumpengehäuse und dem Aussenring in Ahbängigkeit von der Temperatur der Flügelzellenpumpe, welcher dazu führt, dass Druckmittel in den Steuerkanälen als Lecköl zwischen dem Aussenring und dem Pumpengehäuse gelangen kann.

Zudem ist die Darstellung der radial meist schräg von der ersten und zweiten Druckkammer zu der Regeleinrichtung verlaufenden Steuerkanäle problematisch, da beim Bohren schräg verlaufender, langer Steuerkanäle, insbesondere durch das Verlaufen des Bohrwerkzeugs in dem Pumpengehäuse, die Position der Mündungen insbesondere in der Bohrung des Kolbensteuerventils nicht prozesssicher einhaltbar ist. Die Position der Steuerkanäle ist jedoch bekanntermaßen entscheidend für die exakte Funktion der gesamten Regelung des Verdrängungsvolumens der Flügelzellenpumpe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verdrängungsvolumen einer Flügelzellenpumpe auf einfache Weise reproduzierbar und genau regeln zu können.

Die Aufgabe wird mit einer Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass das Druckmittel durch in etwa oder genau axial zu dem Kurvenring und der Längsachse der Flügelzellenpumpe verlaufende und axial in die erste und/oder zweite Druckkammer mündende Steuerkanäle geführt ist, ist sichergestellt, dass die Position der Mündung der Steuerkanäle in die Druckkammern reproduzierbar, einfach und prozesssicher dargestellt werden kann und die Funktion der Regelung der Exzentrizität des Kurvenringes und damit die Funktion der Regelung des Verdrängungsvolumens der Flügelzellenpumpe von der Herstellungsweise der Steuerkanäle nicht negativ beeinflusst ist. Der hydraulische Wirkungsgrad der Flügelzellenpumpe ist dadurch bedeutend verbessert.

Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Flügelzellenpumpe sind die Steuerkanäle etwa axial in Bezug auf die Flügelzellenpumpe in die Regeleinrichtung der Stelleinrichtung geführt.

Ist die Flügelzellenpumpe mit einem, den Kurvenring radial umgebenden und aus einem Stahl- oder Sinterwerkstoff gebildeten Aussenring versehen, so ist mit der, in Bezug auf die Längsachse oder Rotationsachse der Flügelzellenpumpe, axialen Führung der Steuerkanäle zu oder von der ersten und zweiten Druckkammer ermöglicht, dass die Steuerkanäle nicht radial durch den Aussenring geführt sind und somit an den Grenzflächen von Aussenring und Pumpengehäuse bei Wärmedehnung auftretende Spalte kein Lecköl erzeugen können. Mit der Führung der Steuerkanäle in axialer anstatt in radialer Richtung zu/von der ersten und zweiten Druckkammer ist somit bewirkt, dass unterschiedliche Werkstoffdehnungen des Aussenringes und des Pumpengehäuses keinen Einfluß auf die Regelgüte der Regelung des Verdrängungsvolumens der Flügelzellenpumpe nehmen können.

Zur einfachen Darstellung der Steuerkanäle von der ersten und zweiten Druckkammer bis zu der Regeleinrichtung ist es zweckmäßig, die Steuerkanäle mehrfach rechtwinklig abgewinkelt in dem Pumpengehäuse oder in Bauteilen der Flügelzellenpumpe verlaufen zu lassen. Die Steuerkanäle sind auf diese Weise einfach und prozesssicher als Summe einzelner Sackbohrungen darstellbar. Bevorzugt verlaufen die Steuerkanäle von der ersten und zweiten Druckkammer und von der Regeleinrichtung etwa parallel zueinander und axial zu der Flügelzellenpumpe und sind fluidisch über schräg geführte Querverbindungen oder -kanäle miteinander verbunden. Die Querverbindungen verlaufen dabei gänzlich in einem Pumpendeckel oder einem anderen Pumpengehäuseteil und sind als Sackbohrungen, ohne einen endseitigen Tonnenverschluß darstellbar. Die Möglichkeit einer Leckagebildung ist auf diese Weise nahezu ausgeschlossen. Bevorzug verlaufen die Steuerkanäle in Bauteilen der Flügelzellenpumpe mit gleichen oder ähnlichen Wärmedehnungskoeffizienten, wie etwa in einem Pumpendeckel und einem Pumpengehäuseteil.

Durch die erfindungsgemäße Darstellung der Steuerkanäle kann auf einfache Weise die Position der Mündungen der Steuerkanäle in die erste und zweite Druckkammer exakt reproduzierbar dargestellt werden. Die Position der Mündungen der Steuerkanäle in die Druckkammern kann auf diese Weise auch einfach variiert werden.

Die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe eignet sich bevorzugt für die Bereitstellung eines Druckmittelstromes für einen Verbraucher einer Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung eines Kraftfahrzeuges, wie etwa für einen Servozylinder, der von einem Lenkventil angesteuert ist oder für eine Niveauregulierung oder ein aktives Fahrwerk, etwa mit Wank-Regelung oder auch für ein Getriebe eines Kraftfahrzeugs.

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
1 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine Flügelzellenpumpe mit in axialer Richtung zu den Druckkammern und der Regeleinrichtung geführten Steuerkanälen,
2 zeigt einen teilweisen Querschnitt der Flügelzellenpumpe in 1 entlang der Linie II-II in 1,
3 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine Flügelzellenpumpe mit in axialer Richtung zu den Druckkammern und der Regeleinrichtung geführten Steuerkanälen, die fluidisch über schräge Querverbindungen verbunden sind,
4 zeigt ein Diagramm mit der Abhängigkeit der Fördermenge von dem Druck, der Temperatur der Flügelzellenpumpe und der Lage der Steuerkanäle.
In 1 ist in einem teilweisen Längsschnitt eine Flügelzellenpumpe 1 zur Erzeugung eines Druckmittelstromes für einen Aktuator gezeigt, welche in der Lage ist, das Verdrängungsvolumen in Abhängigkeit ihrer Drehzahl zu verändern, insbesondere bei einer Erhöhung der Drehzahl zu vermindern. Das Verdrängungsvolumen der Flügelzellenpumpe kann auch ausschließlich von außen geregelt werden.
Wie auch 2 zeigt, weist die Flügelzellenpumpe 1 ein Pumpengehäuse 2 auf, in dem ein aus Stahl- oder Sinterwerkstoff gebildeter Aussenring 18 eingelegt ist. Der Aussenring 18 definiert mit seinem kreisförmigen Innenumfang einen Innenraum des Pumpengehäuses 2. In den Aussenring 18 ist ein kreisförmiger Kurvenring 3 eingesetzt. Eine Antriebswelle 7 durchgreift den Kurvenring 3 und ist in dem Pumpengehäuse 2 gelagert. Die Antriebswelle 7 trägt in dem Kurvenring 3 einen Rotor 6. Der Rotor 6 weist radial angeordnete Schlitze 8 auf, in denen Flügel 9 radialverschieblich gehalten sind. Die Flügel 9 stützen sich bei Rotation des Rotors 6 an der Innenseite des Kurvenringes 3 ab und bilden zwischen dem Rotor 6 und dem Kurvenring 3 eine aus Zellen variablen Volumens gebildete Pumpenkammer 10 aus. Die Pumpenkammer 10 weist eine Saugöffnung 22 und eine etwa diametral dieser gegenüberliegende Drucköffnung 23 auf. Der Druckmittelstrom verläuft von der Saugöffnung 22 über die Pumpenkammer 10 zur Drucköffnung 23 und zu einem Aktuator.
Wie 2 zeigt, kann der Kurvenring 3 um eine als Gleit- und/oder Schwenklager 24 ausgebildete Lagereinrichtung 4, die an der Aussenseite 5 des Kurvenrings 3 angeordnet ist, geschwenkt und/oder verschoben werden. Beim Verschwenken und/oder Verschieben des Kurvenringes 3 verändert sich die Exzentrizität des Kurvenringes 3 relativ zu dem Rotor 6 und dem Aussenring 18. Die Veränderung der Exzentrizität des Kurvenringes 3 wird von einer Druckmittel-beaufschlagten Stelleinrichtung 11, bestehend aus einer ersten Druckkammer 12 und einer zweiten Druckkammer 14 zwischen der Aussenseite 5 des Kurvenringes 3 und einer Innenfläche 13 des Pumpengehäuses 2 – hier des Aussenringes 18 – bewirkt. Die erste Druckkammer 12 ist von der zweiten Druckkammer 14 durch die Lagereinrichtung 4 und ein in tangentialer Richtung der Aussenseite 5 des Kurvenringes 3 beabstandetes Dichtmittel 15 zwischen der Aussenseite 5 des Kurvenringes 3 und der Innenfläche 13 des Pumpengehäuses 2 oder des Aussenringes 18 fluidisch getrennt.
Eine in dem Pumpengehäuse 2 quer zu dessen Längsachse angeordnete Regeleinrichtung 17, die als Kolbensteuerventil ausgebildet ist, regelt den Druckmittelzu- oder -abfluß zu der ersten oder zweiten Druckkammer 12, 14 über je einen Steuerkanal 16, 16' zu der ersten und zweiten Druckkammer 12, 14.
Wie 1 zeigt, ist jeder Steuerkanal 16, 16' in axialer Richtung in einem Pumpendeckel 19 der Flügelzellenpumpe 1 und in einem, die Regeleinrichtung 17 aufnehmenden Pumpengehäuseteil 20 geführt. Die Steuerkanäle 16, 16' münden in axialer Richtung der Flügelzellenpumpe 1 mit je einer Mündung 21, 21' in die erste Druckkammer 12 und die zweite Druckkammer 14. Ferner münden die Steuerkanäle 16, 16' zentral quer zu einer Längsachse 25 einer Bohrung des Kolbensteuerventils. Eine Querverbindung 26, 26' senkrecht zu den axial verlaufenden Teilen der Steuerkanäle 16, 16' verbindet die axial verlaufenden Teile der Steuerkanäle 16, 16'. Die Querverbindungen 26, 26' sind nach außen durch Tonnen 27, 27' verschlossen. Wie 3 in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Flügelzellenpumpe zeigt, können die Querverbindungen 26, 26' auch schräg in dem Pumpendeckel 19 geführt sein und an einer Trennfläche 28 des Pumpendeckels 19 in die axial geführten Steuerkanäle 16, 16' in die Regeleinrichtung 17 münden. Ein Tonnenverschluß erübrigt sich bei dieser Ausführungsform. Für gleiche Bauteile gelten dieselben Bezugszeichen wie in 1.
Dadurch dass die Steuerkanäle 16, 16' jeweils axial in die Druckkammern 12, 14 und die Bohrung des Kolbensteuerventils münden, sind die Steuerkanäle 16, 16' exakt, reproduzierbar in den Pumpendeckel 19 und Pumpengehäuseteil 20 einbringbar und verlaufen in Bauteilen mit gleichem Wärmedehnungskoeffizienten, sodaß auch Einflüsse auf die Regelgüte durch Wärmedehnung der Bauteile in denen die Steuerkanäle verlaufen, minimiert sind.
Wie 4 in einem Diagramm zeigt, ist die Fördermenge V der Flügelzellenpumpe 1 bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Steuerkanäle 16, 16' in axialer Richtung bei etwa 80° C Betriebstemperatur √ (Kurve B) wesentlich erhöht im Vergleich zu einer Flügelzellenpumpe mit herkömmlicher, radialer Führung der Steuerkanäle 16 16' (Kurve A). Die Kurve C zeigt eine fast gleiche Abhängigkeit der Fördermenge V der Flügelzellenpumpe bei 30 ° Betriebstemperatur √ vom Druck p bei radialer oder axialer Führung der Steuerkanäle 16, 16', sodaß die erfindungsgemäße Anordnung der Steuerkanäle 16, 16' bei höheren Betriebstemperaturen eine deutlich bessere Regelgüte ergibt. Der hydraulische Wirkungsgrad der Flügelzellenpumpe 1 wird deutlich verbessert, da keine Leckagen bei der Führung des Druckmittels von der Regeleinrichtung 17 zu der Steuereinrichtung 11 und umgekehrt auftreten.
BEZUGSZEICHENLISTE

Claims

Flügelzellenpumpe zur Erzeugung eines Druckmittelstromes für einen Verbraucher, mit einem Pumpengehäuse (2) in dem ein Kurvenring (3) eingesetzt ist und an einer Lagereinrichtung (4) an seiner Aussenseite (5) begrenzt in dem Pumpengehäuse (2) schwenkbar und/oder verschiebbar ist, mit einem Rotor (6) der an einer Antriebswelle (7) in dem Kurvenring (3) drehbar gelagert ist, wobei der Rotor (6) Schlitze (8) aufweist, in denen Flügel (9) radialverschiebbar angeordnet sind und zwischen dem Rotor (6) und dem Kurvenring (3) eine Pumpenkammer (10) mit einer Saugöffnung und einer Drucköffnung bilden, und mit einer Druckmittel-beaufschlagten Stelleinrichtung (11) zur Veränderung der Exzentrizität des Kurvenringes (3) zu dem Rotor (6), bestehend aus einer ersten Druckkammer (12) und einer zweiten Druckkammer (14) zwischen der Aussenseite (5) des Kurvenringes (3) und einer Innenfläche (13) des Pumpengehäuses (2) wobei die erste Druckkammer (12) von der zweiten Druckkammer (14) durch die Lagereinrichtung (4) und ein in tangentialer Richtung der Aussenseite (5) des Kurvenringes (3) von der Lagereinrichtung (4) beabstandet angeordnetes Dichtmittel (15) zwischen der Aussenseite (5) des Kurvenringes (3) und der Innenfläche (13) des Pumpengehäuses (2) fluidisch getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass Druckmittel einer Regeleinrichtung (17) durch in etwa axial zu dem Kurvenring (3) in die erste Druckkammer (12) und/oder in die zweite Druckkammer (14) mündende Steuerkanäle (16, 16') geführt ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkanäle (16, 16') etwa in axialer Richtung der Flügelzellenpumpe (1) in die Regeleinrichtung (17) münden.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenring (3) von einem Aussenring (18) in dem Pumpengehäuse (2) umgeben ist und der Aussenring (18) einen geringeren Wärmedehnungskoeffizienten als das Pumpengehäuse (2) hat.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkanäle (16, 16') in ihrem Verlauf von der ersten Druckkammer (12) und der zweiten Druckkammer (14) mehrfach etwa rechtwinklig abgewinkelt zu der Regeleinrichtung (17) geführt sind.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkanäle (16, 16') von der ersten Druckkammer (12) und der zweiten Druckkammer (14) und der Regeleinrichtung (17) etwa parallel zueinander und axial zu der Flügelzellenpumpe (1) verlaufen und über je eine schräg geführte Querverbindung (26, 26') fluidisch miteinander verbunden sind.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkanäle (16, 16') in Bauteilen der Flügelzellenpumpe (1) mit etwa gleichem Wärmedehnungskoeffizienten verlaufen.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkanäle (16, 16') durch einen Pumpendeckel (19) und ein die Regeleinrichtung (17) aufnehmendes Pumpengehäuseteil (20) geführt sind.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungen (21, 21') der Steuerkanäle (16, 16') in die erste und zweite Druckkammer (12, 14) an variierbaren Positionen in tangentialer Richtung des Kurvenringes (3) anordenbar sind.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelzellenpumpe (1) zur Bereitstellung eines Druckmittelstromes für einen Verbraucher einer Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung oder einer Niveauregulierungseinrichtung oder eines aktiven Fahrwerks oder eines Getriebes eines Kraftfahrzeuges dient.