DE102005041388A1

DE102005041388A1 - Rotationspumpe

Info

Publication number: DE102005041388A1
Application number: DE102005041388A
Authority: DE
Inventors: Johann Merz
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-03-08
Also published as: CN101253330A; EP1920158A1; JP5220605B2; JP2009507164A; WO2007025790A1; EP1920158B1; US7845915B2; DE502006002219D1; CN100587271C; US20080170950A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe (1) zur Erzeugung eines Druckmittelstromes für einen Verbraucher, mit einem Pumpengehäuse (2), in dem ein Kurvenring (3) eingesetzt ist, mit einem Rotor (4), der an einer Antriebswelle (5) in dem Kurvenring (3) drehbar gelagert ist, wobei der Rotor (4) Verdrängungselemente (6) in tangentialem Abstand zueinander trägt, die zwischen dem Rotor (4) und dem Kurvenring (3) eine Pumpenkammer (7) mit einer Saugöffnung (8) bilden, und mit einer druckmittelbeaufschlagten Stelleinrichtung (11) zur Veränderung der Exzentrizität des Kurvenringes (3) relativ zu dem Rotor (4), bestehend aus einer ersten Druckkammer (12) zwischen der Außenseite (13) des Kurvenringes (3) und einer Wand (14) in dem Pumpengehäuse (2), wobei die erste Druckkammer (12) von einer zweiten Druckkammer (15) zwischen der Außenseite (13) des Kurvenringes (3) und der Wand (14) durch Dichtmittel fluidisch getrennt und tangential beabstandet ist, wobei der Druck in der ersten und in der zweiten Druckkammer (12, 15) durch ein Stromregelventil (16) gesteuert ist, dessen Niederdruckkammer (17) mit einer ersten, von der Drucköffnung (10) führenden Steuerleitung (18) auf der stromabwärtigen Seite einer Messblende (19) in Verbindung steht. DOLLAR A Um eine Rotationspumpe zu schaffen, deren Hub auf einfache Weise verstellt werden kann und deren Verlustleistung minimiert ist, ist vorgesehen, dass die erste Steuerleitung (18), in Drehrichtung des Rotors (4) betrachtet, am Anfang (20) der ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe zur Erzeugung eines Druckmittelstromes für einen Verbraucher, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Rotationspumpen zur Erzeugung eines Druckmittelstromes für einen Verbraucher, die in ihrem Fördervolumen oder Hub verstellbar gebildet sind, sind bekannt ( DE 199 42 466 A1 ). Diese Rotationspumpen weisen einen Kurven- oder Nockenring auf, der in ein Pumpengehäuse eingesetzt ist und darin verschiebbar oder verschwenkbar gelagert ist. In dem Kurvenring ist ein Rotor eingesetzt, der von einer Antriebswelle angetrieben ist und der Verdrängungselemente mit tangentialem Abstand zueinander trägt, die gleitend oder abwälzend an der Innenfläche des Kurvenringes sich entlang bewegen. Der Rotor mit den Verdrängungselementen ist exzentrisch zu dem Kurvenring anordenbar, sodass sich zwischen den Verdrängungselementen und der Innenfläche des Kurvenrings Pumpenkammern mit vergößerndem 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.

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 Kurvenringes 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.

Ein Stromregelventil steuert den Druck in den Druckkammern durch Zu- oder Abfuhr von Druckmittel. Eine Niederdruckkammer des Stromregelventils ist mit einer ersten, von der Drucköffnung führenden Steuerleitung auf der stromabwärtigen Seite einer Messblende verbunden. Ein mit einer Feder in der Niederdruckkammer beaufschlagter Ventilplunger steuert in an sich bekannter Weise die Druckmittelbeaufschlagung der ersten und der zweiten Druckkammer.

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.

Die bekannten Regelsysteme für eine Rotationspumpe sind aufwändig und in ihrem Regelverhalten nicht optimiert, sodass diese Rotationspumpen erhöhte Verlustleistungen aufweisen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Rotationspumpe zu schaffen, deren Hub auf eine einfache Weise verstellt werden kann und deren Verlustleistung minimiert ist.

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

Zur Verschiebung des Ventilplungers des Stromregelventils wird der Differenzdruck an der Messblende und der Impuls des Druckmittels oder Fluids in der Drucköffnung der Rotationspumpe herangezogen. Dazu mündet die erste Steuerleitung, die gleichzeitig Druckleitung der Rotationspumpe ist, in einem Primäranschluss, der in Drehrichtung des Rotors betrachtet, am Anfang der Drucköffnung angeordnet ist, und greift einem Druckmittelimpuls in tangentialer Richtung des Rotors oder des Kurvenrings – einen Tangentialimpuls – ab und führt diesen zu der Messblende.

Eine zweite Steuerleitung mündet so in einem Sekundäranschluss in die Drucköffnung, dass ein Tangentialimpuls und ein in radialer Richtung des Rotors, des Kurvenringes oder der Drucköffnung gerichteter Impuls – ein Radialimpuls – des Druckmittels zu einer Hochdruckkammer des Stromregelventils geführt ist.

Das Regelverhalten der Rotationspumpe wird dabei so, dass bei steigender Drehzahl des Rotors eine fallende Stromregelkennlinie generiert wird, die an die Leistungsaufnahme des Verbrauchers so angepasst ist, dass eine minimierte Verlustleistung der Rotationspumpe entsteht. Eine fallende Stromregelkennlinie meint eine Verringerung des Fördervolumens der Rotationspumpe bei steigender Drehzahl des Rotors.

Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es hat sich überraschend erwiesen, dass das Regelverhalten der Rotationspumpe besonders zielkonform dadurch erreicht wird, indem der Primäranschluss auf der radial innenliegenden Seite der Drucköffnung angeordnet wird. Besonders vorteilhaft ist es, den Primäranschluss in Bezug auf die tangentiale Erstreckung der Drucköffnung, in Drehrichtung des Rotors betrachtet, etwa im ersten Drittel der Drucköffnung anzuordnen.

Um ein exaktes, hysteresearmes Regelverhalten der Rotationspumpe zu erreichen, ist es ferner vorteilhaft, den Sekundäranschluss der zweiten Steuerleitung in Bezug auf die tangentiale Erstreckung der Drucköffnung in Drehrichtung des Rotors betrachtet, am Ende der Drucköffnung anzuordnen.

Aufgrund der erfindungsgemäßen hydraulischen Schaltung ist es nicht erforderlich, den Querschnitt der Messblende variabel und von dem Kurvenring oder den Drücken in der ersten und zweiten Druckkammer gesteuert zu gestalten. Der Messblendenquerschnitt kann starr gehalten sein, was den Aufbau der Rotationspumpe vereinfacht.

Die Drucköffnung ist als Druckniere ausgebildet und die Querschnitte des Primäranschlusses und des Sekundäranschlusses, sowie der ersten und zweiten Steuerleitung können klein gehalten sein, da lediglich der jeweilige Impuls des Druckmittels darin erfasst wird.

Bei steigender Drehzahl des Rotors übersteigt der Impuls des Druckmittels in der zweiten Steuerleitung den Impuls des Druckmittels in der ersten Steuerleitung und in der Niederdruckkammer des Stromregelventils, sodass der Ventilplunger des Stromregelventils so verschoben wird, dass aufgrund der geänderten Druckverhältnisse in der ersten und der zweiten Druckkammer die Exzentrizität des Kurvenringes in dem Pumpengehäuse verringert wird. Der Hub der Rotationspumpe verringert sich und die Stromregelkennlinie der Rotationspumpe fällt so ab, dass die Verlustleistung der Rotationspumpe minimiert ist. Die Rotationspumpe kann somit ohne eine separate Kühleinrichtung dargestellt werden.

Die Rotationspumpe ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel als Flügelzellenpumpe mit Flügeln als Verdrängungselemente gebildet und deren erste und zweite Steuerleitungen verlaufen bevorzugt in ihrem Pumpengehäuse. Die Flügelzellenpumpe eignet sich hervorragend für die Druckmittelversorgung eines Aktuators eines Hilfskraft- oder Fremdkraftlenksystems oder eines Aktuators für ein aktives Fahrwerk eines Fahrzeugs, da deren Leistungsaufnahme minimiert ist und deren Bauaufwand ebenso.

Ein Ausführungsbeispiel ist nachfolgend anhand der Zeichnung gezeigt.
In der Zeichnung zeigt:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Rotationspumpe.
In 1 ist in einem schematischen Querschnitt eine als Flügelzellenpumpe 30 ausgebildete Rotationspumpe 1 gezeigt, die einen Druckmittelstrom an einen Druckmittelabgang 31 eines Stromregelventils 16 bereitstellt. Die Flügelzellenpumpe 30 weist einen variablen Hub auf und eignet sich beispielsweise als Förderaggregat in einer Fremdkraft- oder Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs. Die Flügelzellenpumpe 30 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 radialverschiebliche Flügel 32 als Verdrängungselemente 6 trägt, angeordnet. Der Rotor 4 ist von einer Antriebswelle 5 angetrieben. Die Flügel 32 gleiten, von einem hydraulischen Druck an die Innenkontur des Kurvenringes 3 angelegt, an dem Kurvenring 3.
Zwischen den Flügeln 32 bilden sich Pumpenkammern 7, 9 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.
Um die Exzentrizität des Rotors 4 zu verändern und damit die Fördermenge der Rotationspumpe 1 zu verändern, ist eine druckmittelbeaufschlagt Stelleinrichtung 11 vorgesehen. Die Stelleinrichtung 11 ist im Wesentlichen aus einer ersten Druck kammer 12, die sich zwischen der Außenseite 13 des Kurvenrings 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 Kurvenrings 3 und der Wand 14 befindet, gebildet.
Das 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 33 ausgeführt, der eine Hochdruckkammer 24 von einer Niederdruckkammer 17 trennt und in einer Bohrung des Pumpengehäuses 2 axialverschieblich angeordnet ist. Die Niederdruckkammer 17 ist mit einer ersten, von einem Primäranschluss 21 in der Drucköffnung 10 ausgehenden Steuerleitung 18 stromab einer Messblende 19 fluidisch verbunden. Die Steuerleitung 18 ist gleichzeitig die Druckleitung der Rotationspumpe 1. Eine zweite Steuerleitung 22 mündet an oder in der Drucköffnung 10 in einen Sekundäranschluss 23 und verbindet den Sekundäranschluss 23 fluidisch mit der Hochdruckkammer 24 des Stromregelventils 16. Der Ventilplunger 33 ist durch eine Feder 34 in der Niederdruckkammer 17 in Richtung auf die Hochdruckkammer 24 federbelastet.
In Drehrichtung des Rotors 4 betrachtet, mündet der Primäranschluss 21 am Anfang 20 insbesondere im ersten Drittel der tangentialen Erstreckung 26 der Drucköffnung 10 und auf der radial innenliegenden Seite 25 der Drucköffnung 10. Die Mündungsrichtung des Primäranschlusses 21 relativ zu der Druckmittelströmung in der als Druckniere 29 ausgebildeten Drucköffnung 10 ist so, dass ein Impuls des Druckmittels in tangentialer Richtung des Rotors 4 – ein Tangentialimpuls – in die erste Steuerleitung 18 abgeleitet werden kann.
Die Mündungsrichtung der zweiten Steuerleitung 22 am Sekundäranschluss 23 ist so, dass ein Tangential- und Radialimpuls des Druckmittels in die zweite Steuerleitung 22 abgeleitet wird. Der Sekundäranschluss 23 ist, wie 1 zeigt, in Bezug auf die tangentiale Erstreckung 26 der Drucköffnung 10, in Drehrichtung des Rotors 4 betrachtet, am Ende 27 der Drucköffnung 10 auf der radial äußeren Seite 28 angeordnet.
Bei steigender Drehzahl des Rotors 4 steigt der Impuls des Druckmittels in der zweiten Steuerleitung 22 relativ zu dem Impuls in der ersten Steuerleitung 18 mehr, sodass der Druck in der Hochdruckkammer 24 des Stromregelventils 16 den Druck in der Niederdruckkammer 17 und der Feder 34 übersteigt. Der Ventilplunger 33 bewegt sich dabei entgegen der Federkraft der als Druckfeder ausgebildeten Feder 34 und beaufschlagt über eine dritte und vierte Steuerleitung 35, 36 die erste und zweite Druckkammer 12, 15 so, dass sich der Kurvenring allmählich nach rechts im Sinne einer Verringerung der Exzentrizität des Rotors 4 und des Hubes der Rotationspumpe 1 bewegt.
BEZUGSZEICHENLISTE

Claims

Rotationspumpe zur Erzeugung eines Druckmittelstromes für einen Verbraucher, mit einem Pumpengehäuse (2) in dem ein Kurvenring (3) eingesetzt ist, mit einem Rotor (4), der an einer Antriebswelle (5) in dem Kurvenring (3) drehbar gelagert ist, wobei der Rotor (4) Verdrängungselemente (6) in tangentialem Abstand zueinander trägt, die zwischen dem Rotor (4) und dem Kurvenring (3) eine Pumpenkammer (7) mit einer Saugöffnung (8) und einer Pumpenkammer (9) mit einer Drucköffnung (10) bilden und mit einer druckmittelbeaufschlagten Stelleinrichtung (11) zur Veränderung der Exzentrizität des Kurvenringes (3) relativ zu dem Rotor (4), bestehend aus einer ersten Druckkammer (12) zwischen der Außenseite (13) des Kurvenringes (3) und einer Wand (14) in dem Pumpengehäuse (2), wobei die erste Druckkammer (12) von einer zweiten Druckkammer (15) zwischen der Außenseite (13) des Kurvenringes (3) und der Wand (14) fluidisch getrennt und tangential beabstandet ist, wobei der Druck in der ersten und in der zweiten Druckkammer (12, 15) durch ein Stromregelventil (16) gesteuert ist, dessen Niederdruckkammer (17) mit einer ersten, von der Drucköffnung (10) führenden Steuerleitung (18) auf der stromabwärtigen Seite einer Messblende (19) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerleitung (18), in Drehrichtung des Rotors (4) betrachtet, am Anfang (20) der Drucköffnung (10) in einem Primäranschluss (21) so in die Drucköffnung (10) mündet, dass ein Tangentialimpuls des Druckmittels zu der Messblende (19) geführt ist und eine zweite Steuerleitung (22) an einem Sekundäranschluss (23) so in die Drucköffnung (10) mündet, dass ein Tangential- und ein Radialimpuls des Druckmittels zu einer Hochdruckkammer (24) des Stromregelventils (16) geführt ist.
Rotationspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Primäranschluss (21) auf der radial innenliegenden Seite (25) der Drucköffnung (10) angeordnet ist.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Primäranschluss (21) in Bezug auf die tangentiale Erstreckung (26) der Drucköffnung (10), in Drehrichtung des Rotors (4) betrachtet, im ersten Drittel der Drucköffnung (10) liegt.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundäranschluss (23) der zweiten Steuerleitung (22) in Bezug auf die tangentiale Erstreckung (26) der Drucköffnung (10), in Drehrichtung des Rotors (4) betrachtet, am Ende (27) der Drucköffnung (10) auf der radial äußeren Seite (28) der Drucköffnung (10) angeordnet ist.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messblende (19) einen starren Öffnungsquerschnitt aufweist.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucköffnung (10) eine Druckniere (29) ist.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei steigender Drehzahl des Rotors (4) der Impuls des Druckmittels in der zweiten Steuerleitung (22) den Impuls des Druckmittels in der ersten Steuerleitung (18) und in der Niederdruckkammer (17) des Stromregelventils (16) übersteigt.
Rotationspumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei steigender Drehzahl des Rotors (4) die Exzentrizität des Kurvenringes (3) in dem Pumpengehäuse (2) so verringert ist, dass eine Stromregelkennlinie der Rotationspumpe (1) so abfällt, dass die Verlustleistung der Rotationspumpe (1) minimiert ist.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelstrom der Rotationspumpe (1) ohne eine separate Kühleinrichtung gekühlt ist.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerleitung (18) und die zweite Steuerleitung (22) in dem Pumpengehäuse (2) der Rotationspumpe (1) verlaufen.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationspumpe (1) eine Flügelzellenpumpe (30) ist.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationspumpe (1) zur Druckmittelversorgung eines Aktuators eines Hilfskraft- oder Fremdkraftlenksystems oder eines aktiven Fahrwerks eines Fahrzeugs dient.