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Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe zur Erzeugung eines Druckmittelstromes für einen Verbraucher, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Es sind Rotationspumpen bekannt, die in ihrem Fördervolumen verstellbar gebildet sind und ein Pumpengehäuse in dem ein Kurven- oder Nockenring eingesetzt ist, aufweisen. In dem Kurvenring ist ein Rotor eingesetzt, der von einer Antriebswelle angetrieben ist und der Verdrängungselemente mit tangentialem Abstand zueinander trägt, die gleitend oder sich abwälzend an der Innenfläche des Kurvenrings sich entlang bewegen. Der Rotor mit den Verdrängungselementen ist exzentrisch zu dem Kurvenring anordenbar, sodass sich zwischen den Verdrängungselementen und der Innenfläche des Kurvenringes Pumpenkammern mit vergrößerndem und verkleinerndem Volumen bilden. Eine Saugöffnung zur Zufuhr von Fluid zu einer Pumpenkammer ist einer Drucköffnung zur Abfuhr eines unter Druck stehenden Fluidvolumens aus einer anderen Pumpenkammer gegenüberliegend angeordnet.
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Der Kurvenring ist in einer Ausnehmung des Pumpengehäuses angeordnet und liegt darin an etwa gegenüberliegenden Wandabschnitten dichtend, aber gleit- oder verschwenkbar an. Zwischen der Aussenseite des Kurvenrings und der Wand der Ausnehmung in dem Pumpengehäuse ist eine erste Druckkammer und dieser etwa gegenüberliegend eine zweite Druckkammer, die voneinander fluidisch getrennt sind, ausgebildet. Die Druckkammern sind Bestandteile einer druckmittelbeaufschlagten Stelleinrichtung für den Kurvenring.
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Ein Stromregelventil steuert den Druck in den Druckkammern durch Zu- oder Abfuhr von Druckmittel. Eine Hochdruckkammer des Stromregelventils ist mit einer Steuerleitung auf der stromaufwärtigen Seite einer Messblende verbunden, die mit Systemdruck beaufschlagt ist, wohingegen eine Niederdruckkammer des Stromregelventils mit einer Steuerleitung auf der stromabwärtigen Seite der Messblende in Verbindung steht. Ein federbeaufschlagter Ventilplunger des Stromregelventils steuert in an sich bekannter Weise die Druckmittelbeaufschlagung der ersten und der zweiten Druckkammer.
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Es sind Rotationspumpen bekannt, die eine Messblende aufweisen, die zusätzlich in Abhängigkeit von der Stellung des Kurvenringes in dem Pumpengehäuse direkt oder indirekt von dem Kurvenring angesteuert werden und ihren Blendenquerschnitt verändern.
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Die
EP 1 148 244 A2 zeigt eine regelbare Flügelzellenpumpe mit einem Stromregelventil, welches über zwei Druckkammern einen beweglichen Kurvenring verschieben kann, um die Pumpe für die benötigte Leistung einzustellen. Die regelbare Flügelzellenpumpe umfasst ein Entspannungsventil, welches den überschüssigen Fluiddruck an der Pumpenauslassseite entspannt, wobei das Entspannungsventil aus einem Hauptventil und einem Ventil mit Betätigungselement besteht.
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Die
DE 199 42 466 A1 offenbart eine verstellbare Verdrängerpumpe mit einer Steuerdrossel, einem Steuerventil und einem Vorsteuer-Entlastungsventil, welches das Pumpenförderfluid zur Pumpensaugseite entlastet.
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Weiterhin zeigt die
DE 199 57 886 A1 eine verstellbare Flügelzellenpumpe mit einer variablen Messverengung. Die variable Messverengung kann durch eine Bewegung eines Tauchkolbendämpfers während einer Schwenkbewegung des Kurvenrings geöffnet und geschlossen werden.
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Die bekannten Regelsysteme für eine Rotationspumpe sind aufwändig.
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Aufgabenstellung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationspumpe zu schaffen, deren Hub auf einfache Weise verstellt werden kann.
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Die Aufgabe wird mit einer Rotationspumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch, dass eine fluidische Verbindung zwischen zumindest einer der Pumpenkammern der Rotationspumpe und der ersten oder zweiten Druckkammer bei einer bestimmten Stellung des Kurvenringes hergestellt ist, ist ein Kurzschluss zwischen den gesamten Druckmittelräumen geschaffen, der dazu führt, dass der Kurvenring in Richtung auf einen geringeren Hub der Rotationspumpe verschwenkt oder verschoben wird. Ein einfach darzustellender Ersatz für die variierbare Messblende ist dadurch geschaffen. Die Messblende kann einen starren Öffnungsquerschnitt aufweisen und die Rotationspumpe ist dadurch einfach im Aufbau darstellbar.
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Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es kann insbesondere zweckmäßig sein, jeweils eine von dem Kurvenring in ihrem Öffnungszustand gesteuerte fluidische Verbindung zwischen der Pumpenkammer, die mit einer Saugöffnung in Verbindung steht und der zweiten Druckkammer zur Verstellung des Kurvenringes zu schaffen und eine fluidische Verbindung zwischen der Pumpenkammer, die mit einer Drucköffnung oder einem Druckabgang der Rotationspumpe in Verbindung steht und der ersten Druckkammer vorzusehen. Die Öffnung der fluidischen Verbindungen kann dabei so von dem Kurvenring gesteuert werden, dass diese zeitgleich oder zeitversetzt öffnen oder schließen.
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Die fluidischen Verbindungen sind zweckmäßig am einfachsten als Kanal in dem Pumpengehäuse ausgebildet, wobei ihre Öffnungen in der jeweiligen Pumpenkammer und in der jeweiligen Druckkammer direkt von einer Fläche des Kurvenrings, insbesondere von einer oder beiden axialen Flächen des Kurvenringes verschlossen oder geöffnet werden. Der Kanal kann auch jeweils als eine an der Oberfläche des Pumpengehäuses verlaufende Nut ausgebildet sein. Die Nut ist bevorzugt in einer axialen Lagerfläche für den Kurvenring so angeordnet, dass er den Kurvenring überbrückend von je einer Pumpenkammer zu der zugeordneten Druckkammer verläuft.
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Nicht nur durch die Wahl der Anordnung der Steuerkanten von dem Kurvenring oder einem von dem Kurvenring betätigten Steuerelement und den Öffnungen der fluidischen Verbindungen oder Nuten oder Kanälen, sondern auch durch die Wahl der geometrischen Form der Öffnungen kann das Verstellverhalten des Kurvenringes insbesondere hin zu einem weichen Verstellvorgang und einer gedämpften Veränderung der Stromregelkennlinie der Rotationspumpe beeinflusst werden.
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Es kann zwar zweckmäßig sein die Öffnung der fluidischen Verbindung mit parallelen Kanten zu versehen, bevorzugt ist aber die Öffnung der fluidischen Verbindung kreisförmig oder ellipsenförmig gebildet und erlaubt beim Verändern der Position des Kurvenringes einen zumindest teilweise progressiven Verlauf des geöffneten Querschnittes und damit einen raschen, exakten Stellvorgang des Kurvenrings hin zu einem verringerten Hub der Rotationspumpe. Dabei kann die Fördermenge der Rotationspumpe bei steigender Drehzahl des Rotors bevorzugt linear abfallen. Es kann auch zweckmäßig sein, die Fördermenge der Rotationspumpe nicht linear mit der Rotordrehzahl abfallen zu lassen, sondern degressiv oder in sonstiger Weise. Es kann mit der erfindungsgemäßen druckmittelbeaufschlagten Stelleinrichtung auch ein inverses Verhalten der Stelleinrichtung erreicht werden, indem diese bei zunehmender Drehzahl des Rotors die Exzentrizität des Kurvenringes so verändert, dass die Fördermenge mit zunehmender Drehzahl ansteigt.
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Die fluidische Verbindung lässt sich auch in einem Pumpendeckel der Rotationspumpe anordnen, wobei auf einfache Weise durch Austausch des Pumpendeckels eine verschiedene Regelcharakteristik der Rotationspumpe geschaffen werden kann.
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Es können auch mehr als jeweils eine fluidische Verbindung für die erste und zweite Druckkammer vorgesehen sein.
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Die Rotationspumpe ist bevorzugt als Flügelzellenpumpe ausgebildet und eignet sich insbesondere zur Bereitstellung eines Druckmittelstromes für ein Hilfskraft- oder Fremdkraftlenksystem oder für einen oder mehrere Aktuatoren eines aktiven Fahrwerks eines Fahrzeugs. Die erfindungsgemäße Rotationspumpe ermöglicht so bei zunehmender Drehzahl des Rotors etwa bei schneller Geradeausfahrt des Fahrzeugs eine Reduktion des Fördervolumens verbunden mit einer Zunahme einer Betätigungskraft einer Lenkhandhabe des Fahrzeugs.
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Ausführungsbeispiel
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Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand der Zeichnung gezeigt.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Rotationspumpe.
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In 1 ist in einem schematischen Querschnitt eine als Flügelzellenpumpe 26 ausgebildete Rotationspumpe 1 gezeigt, die einen Druckmittelstrom an einen Druckmittelabgang 27 eines Stromregelventils 16 bereitstellt. Die Flügelzellenpumpe 26 weist einen variablen Hub auf und eignet sich beispielsweise als Förderaggregat in einer Fremdkraft- oder Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs. Die Flügelzellenpumpe 26 besteht im Wesentlichen aus einem Pumpengehäuse 2, in dem in einer Ausnehmung, die durch ihre Wände 14 angedeutet ist, ein Kurvenring 3 verschiebbar oder verschwenkbar angeordnet ist. Exzentrisch zu dem Kurvenring 3 ist darin ein Rotor 4, welcher radial verschiebliche Flügel 28 als Verdrängungselemente 6 trägt, angeordnet. Der Rotor 4 ist von einer Antriebswelle 5 angetrieben. Die Flügel 28 gleiten, von einem hydraulischen Druck an die Innenkontur des Kurvenringes 3 angelegt, an dem Kurvenring 3.
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Zwischen den Flügeln 28 bilden sich Pumpenkammern 7 unterschiedlichen Volumens. Dabei wird von einer Saugöffnung 8 oder einer Saugniere Druckmittel von einer Pumpenkammer 7 mit großem Volumen zu einer Pumpenkammer 9, die ein kleines Volumen aufweist, verdichtet und über eine Drucköffnung 10 oder Druckniere abgeleitet.
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Um die Exzentrizität des Rotors 4 zu verändern und damit die Fördermenge der Rotationspumpe 1 zu verändern, ist eine druckmittelbeaufschlagte Stelleinrichtung 11 vorgesehen. Die Stelleinrichtung 11 ist im Wesentlichen aus einer ersten Druckkammer 12, die sich zwischen der Außenseite 13 des Kurvenringes 3 und der Wand 14 der Ausnehmung in dem Pumpengehäuse 2 befindet, und aus einer zweiten Druckkammer 15, die sich etwa diametral zu der Antriebswelle 5 gegenüber der ersten Druckkammer 12 zwischen der Außenseite 13 des Kurvenringes 3 und der Wand 14 befindet, gebildet.
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Ein Stromregelventil 16 dient zur Einstellung der Förderrate des Druckmittels auf einen gewünschten Wert. Das Stromregelventil 16 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem als Druckwaage arbeitenden Ventilplunger 29 ausgeführt, der eine Hochdruckkammer 17 von einer Niederdruckkammer 20 trennt und in einer Bohrung des Pumpengehäuses 2 axialverschiebbar angeordnet ist.
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Die Hochdruckkammer 17 ist über eine Steuerleitung 18 stromauf einer Messblende 19 mit einer Druckmittelversorgungsleitung 30 verbunden. Der Ventilplunger 29 ist durch eine Feder 31 in der Niederdruckkammer 20 in Richtung auf die Hochdruckkammer 17 federbelastet. Die Niederdruckkammer 20 des Stromregelventils 16 ist stromab der Messblende 19 über eine Steuerleitung 21 mit der Druckmittelversorgungsleitung 30 verbunden. Der Ventilplunger 29 bewegt sich bei Überschreiten eines Grenzdruckes entgegen der Federkraft der Feder 31 und beaufschlagt dabei über eine erste und zweite Steuerleitung 32, 33 die erste und zweite Druckkammer 12, 15, so, dass sich der Kurvenring 3 bei einem Druckanstieg in der Druckmittelversorgungsleitung 30 allmählich nach rechts im Sinne einer Verringerung der Exzentrizität des Rotors 4 und der Fördermenge der Rotationspumpe 1 bewegt.
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Um zusätzliche Stellkräfte auf den Kurvenring 3 im Sinne einer Verringerung der Fördermenge der Rotationspumpe 1 zu generieren und ein exakteres Regelverhalten der Stelleinrichtung 11 zu ermöglichen, ist vorgesehen, zwischen der Pumpenkammer 9 mit einer Drucköffnung 10 und der ersten Druckkammer 12 eine fluidische Verbindung 22 in Form einer Nut 24 mit elliptischer Gestalt in einer axialen Lagerfläche 25 des Pumpengehäuses 2 und eine weitere fluidische Verbindung 22 in Form einer Nut 24 mit elliptischer Gestalt in der Lagerfläche 25 zwischen der Pumpenkammer 7 mit der Saugöffnung 8 und der zweiten Druckkammer 15 anzuordnen.
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Wie
1 zeigt sind die, einen Kurzschluss zwischen den genannten Kammern ermöglichenden Nuten
24 so in der Lagerfläche
25 des Pumpengehäuses
2 angeordnet, dass sie bei einem Verschwenken oder Gleiten des Kurvenringes
3 nach rechts gleichzeitig den Kurvenring
3 überbrücken können. Sie geben eine progressiv sich vergrößernde Fläche frei. BEZUGSZEICHENLISTE
| 1 | Rotationspumpe | 26 | Flügelzellenpumpe |
| 2 | Pumpengehäuse | 27 | Druckmittelabgang |
| 3 | Kurvenring | 28 | Flügel |
| 4 | Rotor | 29 | Ventilplunger |
| 5 | Antriebswelle | 30 | Druckmittelversorgungsleitung |
| 6 | Verdrängungselement | 31 | Feder |
| 7 | Pumpenkammer | 32 | Steuerleitung |
| 8 | Saugöffnung | 33 | Steuerleitung |
| 9 | Pumpenkammer | | |
| 10 | Drucköffnung | | |
| 11 | Stelleinrichtung , druckmittelbeaufschlagt | | |
| 12 | Druckkammer, erste | | |
| 13 | Außenseite, v. 3 | | |
| 14 | Wand | | |
| 15 | Druckkammer, zweite | | |
| 16 | Stromregelventil | | |
| 17 | Hochdruckkammer | | |
| 18 | Steuerleitung | | |
| 19 | Messblende | | |
| 20 | Niederdruckkammer | | |
| 21 | Steuerleitung | | |
| 22 | Verbindung, fluidisch | | |
| 23 | Öffnung | | |
| 24 | Nut | | |
| 25 | Lagerfläche, axial | | |
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| a | Signalfolge, erste | | |
| b | Signalfolge, zweite | | |
| c | Signalfolge, dritte | | |
| d | Signalfolge, vierte | | |
