DE102005043977B4

DE102005043977B4 - Rotationspumpe

Info

Publication number: DE102005043977B4
Application number: DE200510043977
Authority: DE
Inventors: Johann Merz
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2013-06-20
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: DE102005043977A1

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 Abstande zueinander trägt, die zwischen dem Rotor (4) und dem Kurvenring (3) eine Pumpenkammer (7) mit einer Saugöffnung (8) und eine 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) und dessen Hochdruckkammer (18) von einer ersten Öffnung (19) an der Drucköffnung (10) führenden Steuerleitung (20) in Verbindung steht. Um eine Rotationspumpe zu schaffen, deren Regelung stabil und weich abläuft, ist vorgesehen, dass die Steuerleitung (20) mit einer zweiten Öffnung (21) in der Drucköffnung (10) fluidisch verbunden ist und zwischen der Mündung (22) der fluidischen Verbindung der ersten Öffnung (19) an der Steuerleitung (20) und der Mündung (23) der fluidischen Verbindung zu der zweiten Öffnung (21) an der Steuerleitung (20) eine Staublende (24) in der Steuerleitung (20) angeordnet ist und dass der Öffnungsquerschnitt der ersten Öffnung (19) an der Drucköffnung (10) von dem Kurvenring (3) gesteuert ist.

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 beispielsweise durch die DE 199 42 466 A1 bekannt. 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 sich 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 verschiebbar 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 regelt den Druck in den Druckkammern durch Zu- oder Abfuhr von Druckmittel. Eine Niederdruckkammer des Stromregelventils und eine Hochdruckkammer des Stromregelventils ist mit einer, von einer ersten Öffnung an der Drucköffnung führenden Steuerleitung verbunden. Ein mit einer Druckfeder in der Niederdruckkammer beaufschlagter Ventilplunger steuert in an sich bekannter Weise die Druckmittelbeaufschlagung der ersten und der zweiten Druckkammer.
Es sind Rotationspumpen bekannt, deren Messblende in Abhängigkeit von der Stellung des Kurvenringes in dem Pumpengehäuse direkt oder indirekt von dem Kurvenring angesteuert wird und ihren Blendenquerschnitt verändert.
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.
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.
Die bekannten Regelsysteme für eine Rotationspumpe sind aufwändig und der Regelvorgang läuft nicht immer stabil, homogen und optimiert ab, sodass diese Rotationspumpen erhöhte Verlustleistungen aufweisen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rotationspumpe zu schafften, deren Regelvorgang stabil und welch abläuft.
Die Aufgabe wird mit einer Rotationspumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch dass die Steuerleitung mit einer zweiten Öffnung in der Drucköffnung fluidisch verbunden ist und zwischen der Mündung der ersten Öffnung an der Steuerleitung und der Mündung der zweiten Öffnung an der Steuerleitung eine erste Staublende in der Steuerleitung angeordnet ist, und bei einer Bewegung des Kurvenringes im Sinne einer Verringerung des Hubs der Rotationspumpe die erste Öffnung geschlossen wird, wird der Druckmittelstrom durch die Staublende so angestaut, dass eine Druckerhöhung in der Hochdruckkammer des Stromregelventils erfolgt, der einen stabilen und weichen Abfall der Stromregelkennlinie der Rotationspumpe bei zunehmender Drehzahl des Rotors bewirkt.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Es kann zweckmäßig sein in die Steuerleitung zwischen der Drucköffnung der Rotationspumpe und der Niederdruckkammer des Stromregelventils eine Messblende anzuordnen, sodass in die Niederdruckkammer die Steuerleitung auf der stromabwärtigen Seite der Messblende mündet. Bei maximalem Hub der Rotationspumpe sind die erste und die zweite Öffnung an der Drucköffnung der Rotationspumpe geöffnet, sodass die Staublende, die zwischen beiden Mündungen der fluidischen Verbindungen zwischen der Steuerleitung und der ersten und zweiten Öffnung in der Steuerleitung eingebunden ist, fast keine Wirkung hat. Erst bei einer Verringerung der Exzentrizität des Kurvenrings und des Hubs der Rotationspumpe wird die erste Öffnung von dem Kurvenring direkt oder indirekt vorzugsweise allmählich geschlossen, sodass durch die Verringerung des Öffnungsquerschnitts der ersten Öffnung der Druck des Druckmittels in der Steuerleitung stromab der Staublende und in der Hochdruckkammer des Stromregelventils steigt. Der Ventilplunger des Stromregelventils wird so entgegen der Druckkraft der Feder in der Niederdruckkammer verschoben, und dadurch die Exzentrizität des Kurvenringes weiter verringert. Der Druckmittelstrom wird in einer stabilen, weichen und exakt reproduzierbaren Weise bei Erhöhung der Drehzahl des Rotors der Rotationspumpe verringert.
Das Regelverhalten der erfindungsgemäßen Rotationspumpe kann durch die Wahl des Öffnungsquerschnitts der ersten und zweiten Öffnung, insbesondere durch einen kleineren Öffnungsquerschnitt der Öffnung in der Drucköffnung der Rotationspumpe in Relation zu dem Öffnungsquerschnitt der zweiten Öffnung vorteilhaft beeinflusst werden.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel steuert der Kurvenring mit einer Seitenfläche direkt den Öffnungsquerschnitt der ersten Öffnung.
Die Messblende kann in ihrem Querschnitt starr gehalten sein, da die adaptive Ansteuerung der Hochdruckkammer des Stromregelventils durch die Steuerung des Öffnungsquerschnitts der ersten Öffnung an der Drucköffnung der Rotationspumpe direkt durch den Kurvenring erfolgt, indem dieser die erste Öffnung öffnet oder schließt.
Durch diese Regelung ist eine Stromregelkennlinie der Rotationspumpe darstellbar, die auf einfache Weise eine Minimierung der Verlustleistung der Rotationspumpe ermöglicht. Eine separate Kühleinrichtung zur Kühlung des Druckmittels ist dadurch entbehrlich.
Die Rotationspumpe ist bevorzugt als Flügelzellenpumpe ausgebildet, und eignet sich in einem Fahrzeug insbesondere zur Druckmittelversorgung eines Aktuators eines Hilfskraft- oder Fremdkraftlenksystems oder eines aktiven Fahrwerks.
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 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 radialverschiebliche Flügel 28 als Verdrängungselemente 6 trägt, angeordnet. Der Rotor 4 ist von einer Antriebswelle 5 angetrieben. Die Flügel 28 gleiten, von einem hydraulischen Hinterflügel-Druck an die Innenkontur des Kurvenringes 3 angelegt, an dem Kurvenring 3.
Zwischen den Flügeln 28 bilden sich Pumpenkammern 7, 9 unterschiedlichen Volumens. Dabei wird von einer Saugöffnung 8 oder einer Saugniere Druckmittel von einer Pumpenkammer 9, die ein kleines Volumen aufweist, verdichtet und über eine Drucköffnung 10 oder Druckniere an den Druckmittelabgang 27 abgeleitet.
Um die Exzentrizität des Rotors 4 zu verändern und damit die Fördermenge der Rotationspumpe 1 zu verändern, ist eine druckmittelbeaufschlagte Stelleinrichtung 11 in der Rotationspumpe 1 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.
Das Stromregelventil 16 dient zur Einstellung der Förderrate des Druckmittels auf einen gewünschten Wert. Das Stromregelventil 16 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in 1 mit einem als Druckwaage arbeitenden Ventilplunger 29 ausgeführt, der eine Hochdruckkammer 18 von einer Niederdruckkammer 17 trennt und in einer Bohrung des Pumpengehäuses 2 axial verschieblich angeordnet ist. Der Ventilplunger 29 ist von einer Druckfeder 30, die in der Niederdruckkammer 17 angeordnet ist, beaufschlagt. Die Niederdruckkammer 17 und die Hochdruckkammer 18 sind mit einer, von einer ersten Öffnung 19 an der Drucköffnung 10 führenden Steuerleitung 20 fluidisch in Verbindung, wobei die Steuerleitung 20 stromab einer Messblende 25 in die Niederdruckkammer 17 und stromauf der zweiten Messblende 25 in die Hochdruckkammer 18 mündet.
Die Messblende 25 ist in ihrem Querschnitt starr ausgelegt. Die adaptive, an die Stellung des Kurvenringes 3 in dem Pumpengehäuse 2 angepasste Regelung der Stromregelkennlinie der Rotationspumpe 1 übernimmt eine Kombination aus Konstruktionselementen der Rotationspumpe 1. So ist die Steuerleitung 20 über eine zweite Öffnung 21 mit der Drucköffnung 10, die als Druckniere ausgebildet ist, fluidisch verbunden.
Zwischen einer Mündung 22 in die Steuerleitung 20 von einer fluidischen Verbindung von der ersten Öffnung 19 mit der Steuerleitung 20 und einer Mündung 23 in die Steuerleitung 20 von einer fluidischen Verbindung von der zweiten Öffnung 21 mit der Steuerleitung 20 ist eine Staublende 24 in der Steuerleitung 20 eingebracht.
Bei einer Stellung des Kurvenringes 3 in dem Pumpengehäuse 2 im Sinne eines maximalen Hubes, wie die 1 zeigt, sind die erste und die zweite Öffnung 19, 21 von Druckmittel durchströmt. Die Staublende 24 ist ohne nennenswerte Funktion. Bei einer Stellung des Kurvenringes 3 im Sinne eines verringerten Hubes und Fördermenge der Rotationspumpe 1 ist der Kurvenring 3 in 1 in einer weiter nach rechts geschobenen und/oder geschwenkten Position und überdeckt mit seiner axialen Lagerfläche oder axialen Stirnfläche die erste Öffnung 19 teilweise oder verschließt sie ganz. Die Staublende 24 wird dabei wirksam und bewirkt einen Stau des aus der zweiten Öffnung 21 über die Mündung 23 in die Steuerleitung 20 fließenden Druckmittels, wodurch sich der Druckmittel-Druck in der Hochdruckkammer 18 erhöht und der Ventilplunger 29 entgegen der Druckkraft der Druckfeder 30 verschoben wird. Der Ventilplunger 29 beaufschlagt über eine zweite und dritte Steuerleitung 31, 32, die von der Hochdruckkammer 18 des Stromregelventils 16 zu der ersten Druckkammer 12 bzw. von der Niederdruckkammer 17 zu der zweiten Druckkammer 15 geführt sind so, dass sich der Kurvenring 3 in einer weichen, stabilen und exakt reproduzierbaren Weise nach rechts bewegt und den Förderstrom allmählich abregelt oder umkehrt.

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 eine 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 und der Druck in der ersten und zweiten Druckkammer (12, 15) durch ein Stromregelventil (16) gesteuert ist , dessen Niederdruckkammer (17) und dessen Hochdruckkammer (18) mit einer, von einer ersten Öffnung (19) an der Drucköffnung (10) führenden Steuerleitung (20) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung (20) mit einer zweiten Öffnung (21) in der Drucköffnung (10) fluidisch verbunden ist und zwischen der Mündung (22) der fluidischen Verbindung zu der ersten Öffnung (19) an der Steuerleitung (20) und der Mündung (23) der fluidischen Verbindung zu der zweiten Öffnung (21) an der Steuerleitung (20) eine Staublende (24) in der Steuerleitung (20) angeordnet ist und dass der Öffnungsquerschnitt der ersten Öffnung (19) an der Drucköffnung (10) von dem Kurvenring (3) gesteuert ist.
Rotationspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerleitung (20) auf der stromabwärtigen Seite einer Messblende (25) in die Niederdruckkammer (17) des Stromregelventils (16) mündet.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Öffnung (19, 21) an der Drucköffnung (10) der Rotationspumpe (1) bei maximalem Hub der Rotationspumpe (1) geöffnet sind.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verringerung der Exzentrizität des Kurvenringes (3) und des Hubes der Rotationspumpe (1) die erste Öffnung (19) von dem Kurvenring (3) verschlossen wird.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Verringerung des Öffnungsquerschnitts der ersten Öffnung (19) der Druck in der Steuerleitung (20) stromab der Staublende (24) und in der Hochdruckkammer (18) des Stromregelventils (16) steigt und der Hub der Rotationspumpe (1) verringert wird.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Öffnung (19) kleiner als die zweite Öffnung (21) ist.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenring (3) mit einer Fläche direkt den Öffnungsquerschnitt der ersten Öffnung (19) steuert.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messblende (25) einen starren Öffnungsquerschnitt aufweist.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, 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 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckmittelstrom der Rotationspumpe (1) ohne eine separate Kühleinrichtung gekühlt ist.
Rotationspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationspumpe (1) eine Flügelzellenpumpe (26) 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.