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Die Erfindung betrifft eine volumenstromgeregelte, einhubige Flügelzellenpumpe gemäß dem Anspruch 1.
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Volumenstromgeregelte, einhubige Flügelzellenpumpen sind beispielsweise aus der
DE 199 42 466 A1 bekannt und werden insbesondere in Kraftfahrzeugen zur Bereitstellung der hydraulischen Energie für deren Servolenkung verwendet. Angestrebt werden dabei ein Pumpenaufbau und eine Pumpenauslegung derart, dass über die Pumpe ein möglichst drehzahlunabhängiger Volumenstrom gefördert wird. Im Hinblick darauf sind solche Flügelzellenpumpen für Lenksysteme unter Verwendung von Stromregelventilen aufgebaut, die mit einem über einen Differenzdruck einer in der druckseitigen Verbindung der Pumpe zu einem Verbraucher liegenden Drosselstelle beaufschlagten Differenzdruckregler arbeiten und bei denen der den Pumpenrotor umschließende Kurvenring druckbeaufschlagt zur Veränderung der Größe der Arbeitsräume der Pumpe gegenüber dem Rotor hubverstellbar ist.
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Die
DE 10 2004 035 743 A1 offenbart eine variable Verdrängerpumpe. Bei dieser Pumpe bilden Nuten einen Verbindungsdurchgang zum Vorsehen einer Fluidverbindung zwischen Ansaugöffnung und zweiter Arbeitskammer.
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Eine derartige einhubige Flügelzellenpumpe so auszugestalten und betreiben zu können, dass der angestrebte motordrehzahl-unabhängige Volumenstrom bei möglichst einfachem Pumpenaufbau und schnell ansprechender Regelung sowie unkritischem Schwingungsverhalten erreicht wird, liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde.
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Bei einer Lösung gemäß dem Anspruch 1 wird durch gezielte Bemessung des Spaltes zwischen Kurvenring und Gehäuseseitenwänden ein drosselnder Spaltquerschnitt festgelegt, der, bezogen auf eine gedachte geschlossene Ausbildung der über die Dichtgrenze gegeneinander abgegrenzten Verstellkammern, einen Druckaufbau zur Folge hätte, der jeweils dem mittleren Druck der saug- und druckseitigen Bereiche der Arbeitsräume entsprechen würde, die zu einer Verstellkammer umfangsseitig in Überdeckung liegen. Hierdurch ergibt sich grundsätzlich gesehen eine beiderseitige Druckbeaufschlagung des Kurvenringes bei unabhängig von den jeweiligen Arbeitsverhältnissen der Pumpe etwa gleichbleibenden Druckverhältnissen zwischen den beiden Verstellkammern. Bei Ansprechen des Stromregelventiles wird dieses durch die Spaltbemessung aufgeprägte Druckverhältnis verändert, wobei ein schnelles Ansprechen durch Beaufschlagung nur einer der beiden Verstellkammern erreicht wird, bei gleichzeitiger Schwingungsdämpfung durch die drosselnde Wirkung des Spaltes zwischen den Gehäuseseitenwänden und dem Kurvenring.
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In Verbindung mit der Ansteuerung jeweils lediglich einer der Verstellkammern über das Stromregelventil ergibt sich ein einfacherer Aufbau des Stromregelventils, wobei es im Rahmen der Erfindung zweckmäßig ist, die Verstellkammer, die zu der – je nach Lösung – an das Stromregelventil angeschlossenen Verstellkammer eine Gegenkammer bildet, über eine gedrosselte Verbindung an die verbraucherseitige Abströmseite der dem Stromregelventil zugeordneten Drosselstelle anzuschließen. Dadurch wird die Befüllung und Versorgung der jeweils nicht an das Stromregelventil angeschlossenen Verstellkammern auch unter extremen Arbeitsbedingungen, zum Beispiel bei schnell aufeinander folgenden Regelvorgängen, gewährleistet.
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Zweckmäßig kann es im Rahmen der Erfindung, insbesondere ergänzend zu den vorgeschilderten Ausgestaltungen sein, die Gegenkammer zu der an den Differenzdruckregler des Stromregelventiles angeschlossenen Verstellkammer mit einem in Abhängigkeit von der Lage des Kurvenringes im Querschnitt veränderlichen, und damit in Abhängigkeit vom Hub, insbesondere vom Kurvenring übersteuerten Anschlussverbindung zur Saug- oder Druckseite zu versehen, wobei dieser Anschluss bevorzugt durch eine vom Kurvenring übersteuerte Bohrung in einer Seitenwand des Gehäuses gebildet ist.
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Die Bohrung ist für die Gegenkammer zu der Verstellkammer, durch deren Druckbeaufschlagung der Kurvenring im Sinne einer Verringerung des Förderhubes, und somit in Richtung minimalen Fördervolumens beaufschlagt ist, an den druckseitigen Arbeitskammeranschluss (Druckniere) angeschlossen und bei reduziertem Förderhub zunehmend verschlossen.
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Ist die Verstellkammer, durch deren Druckbeaufschlagung der Kurvenring im Sinne einer Vergrößerung des Förderhubes, und somit in Richtung maximalen Fördervolumens beaufschlagt ist, mit der vom Kurvenring übersteuerten Bohrung versehen, so ist diese Bohrung an den saugseitigen Arbeitskammeranschluss (Saugniere), oder in entsprechender Weise an den Tank gedrosselt angeschlossen und wird bei Reduzierung des Förderhubes zunehmend geöffnet.
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Durch eine derartige, insbesondere der Einfachheit halber als Bohrung ausgebildete Anschlussverbindung ermöglicht ohne wesentlichen Aufwand zusätzlich die Realisierung einer über der Drehzahl fallenden Förderkennlinie, so das sich aufbauend auf der Grundlösung bei nach wie vor einfachem Aufbau sowohl die Ansprechgeschwindigkeit erhöhen wie auch, durch die Nutzung der Hubbewegung des Kurvenringes, die Förderkennlinie beeinflussen lässt, wobei Letzteres hier genutzt wird, um eine über der Drehzahl abfallende Kennlinie zu realisieren.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:
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1 bis 3 Schemadarstellungen von Varianten einer volumenstromgeregelten, einhubigen Flügelzellenpumpe mit zugeordnetem Stromregelventil.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Flügelzellenpumpe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Rotor
- 4
- Achse
- 5
- Innenraum
- 6
- Seitenwände
- 7
- Rotorflügel
- 8
- Kurvenring
- 9
- Arbeitskammern
- 10
- Achse
- 11
- Mittelachse
- 12
- Längswände
- 13
- Dichtgrenze
- 14
- Dichtung
- 15
- Dichtung
- 16
- Verstellkammer
- 17
- Verstellkammer
- 18
- Arbeitskammeranschluss
- 19
- Arbeitskammeranschluss
- 20
- Drehrichtung
- 21
- Stromregelventil
- 22
- Drosselstelle
- 23
- Differenzdruckregler
- 24
- Regelkolben
- 25
- Anschluss
- 26
- Vorratsbehälter
- 27
- Druckleitung
- 28
- Verbraucher
- 29
- Leitung
- 30
- Leitung
- 31
- Kammer
- 32
- Kammer
- 33
- Feder
- 34
- Anschluss
- 35
- Feder
- 36
- Anschluss
- 37
- Drosselstelle
- 38
- Anschluss
- 39
- Anschlussbohrung
- 40
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- 41
- Anschluss
- 42
- Anschluss
- 43
- Drosselstelle
- 44
- Drosselstelle
- 45
- Anschlussbohrung
- 46
- Verbindung
- 47
- Verbindung
- 48
- Drosselstelle
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Die dargestellte Flügelzellenpumpe 1 weist ein Gehäuse 2 auf, in dem ein Rotor 3 um eine zum Gehäuse 2 lagefeste Achse 4 drehbar angeordnet ist, wobei die hier nicht dargestellte Rotorwelle in seitlichen, die seitliche Begrenzung des den Rotor 3 aufnehmenden Innenraumes 5 bildenden Seitenwänden 6 gelagert ist. Der Rotor 3 trägt in Umfangsrichtung zueinander beabstandete, zum Rotor 3 radial verschiebliche Rotorflügel 7 und ist von einem Kurvenring 8 umschlossen, wobei über jeweils aufeinander folgende Rotorflügel 7, den Rotor 3, den Kurvenring 8 und über die Seitenwände 6 gegeneinander abgegrenzte Arbeitskammern 9 bestimmt sind, die über dem Umlauf des Rotors 3 volumenveränderlich sind.
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Der Kurvenring 8 ist im Gehäuse relativ zum Rotor 3 in Richtung der Längswand 12 abrollend oder verschieblich verstellbar, insbesondere längs einer Achse 10 verstellbar, auf der die Achse 4 des Rotors 3 liegt, und zu der die Mittelachse 11 des Kurvenringes 8 zumindest benachbart liegt. Quer zur Verstellrichtung des Kurvenringes 8 liegt eine Dichtgrenze 13, deren bezogen auf die Achse 10 einander gegenüberliegende Dichtzonen beispielhaft durch Dichtungen 14 und 15 angedeutet sind. Über die Dichtgrenze 13, die, wie angedeutet, durch zum Gehäuse 2 festliegende, sich etwa quer zu den Längswänden 12 erstreckende Dichtungen 14, 15 gebildet sein kann, werden im Innenraum 5 Verstellkammern 16, 17 abgegrenzt. Als Dichtung 15 kann beispielsweise auch eine dem Kurvenring 8 in der Abstützung zum Gehäuse 2 zugeordnete Schwenkabstützung dienen.
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Unabhängig von der Lage des Kurvenringes 8 zum Rotor 3 liegen im Überdeckungsbereich der Arbeitskammern 9 beim Umlauf des Rotors 3 von den Rotorflügeln 7 übersteuerte Arbeitskammeranschlüsse 18, 19, von denen, bezogen auf die Drehrichtung 20 des angetriebenen Rotors 3, der Arbeitskammeranschluss 18 einen saugseitigen und der Arbeitskammeranschluss 19 einen druckseitigen Anschluss bildet.
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Zugeordnet ist der Flügelzellenpumpe 1 ein Stromregelventil 21 mit einer Drosselstelle 22 in der Funktion einer Messblende und einem als Druckwaage arbeitenden Differenzdruckregler 23, der einen Regelkolben 24 aufweist.
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Die saugseitige Versorgung der Flügelzellenpumpe 1 erfolgt über einen Anschluss 25 zum Vorratsbehälter 26. Druckseitig ist über eine Druckleitung 27 die Verbindung des druckseitigen Arbeitskammeranschlusses 19 zu einem angedeuteten Verbraucher 28 symbolisiert. In der Druckleitung 27 liegt die Drosselstelle 22 und die Druckleitung 27 ist anströmseitig zur Drosselstelle 22 über eine Leitung 29 und abströmseitig zur Drosselstelle 22 über eine Leitung 30 mit jeweils einer der Kammern 31, 32 des Differenzdruckreglers 23 verbunden, die über den Regelkolben 24 gegeneinander abgegrenzt sind, der in Richtung auf die anströmseitig mit der Druckleitung 27 verbundene Kammer 31 über eine Feder 33 belastet ist. Dargestellt ist das Differenzdruckregelventil 23 mit einer Stellung seines Regelkolbens 24, in der dieser einen Anschluss 34 des Differenzdruckreglers 23 zur Verstellkammer 16 absteuert.
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Dies entspricht einer Ausgangsstellung bei mit konstanter Drehzahl angetriebener Flügelzellenpumpe 1 entsprechend der dargestellten Lage des Kurvenringes 8 zum Rotor 3 bei mit maximaler Fördermenge arbeitender Flügelzellenpumpe 1, wobei im Ausführungsbeispiel eine elastische Abstützung des Kurvenringes 8 auf diese Stellung über eine Feder 35 symbolisiert ist. Zwingend ist eine derartige elastische Abstützung aber nicht, da bei Anfahren der Flügelzellenpumpe 1 über den internen Druckaufbau der Kurvenring 8 in Richtung auf diese Stellung zum Rotor 3 belastet wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist, was die Zeichnung nicht zeigt, der Kurvenring 8 in seiner Breite bezogen auf den Abstand der Seitenwände 6 des Gehäuses 2 zueinander derart dimensioniert, dass sich ein drosselnder Spaltquerschnitt ergibt, aufgrund dessen die Verstellkammern 16 und 17 in einer gedrosselten Anschlussverbindung zu den umlaufenden Arbeitskammern 9 stehen. Entsprechend der Anschlusslage der Arbeitskammern 9 zu den saug- bzw. druckseitigen Arbeitskammeranschlüssen 18 bzw. 19 liegen die Verstellkammern 16 bzw. 17 in Überdeckungsbereichen zu saugseitigen und druckseitigen Arbeitsräumen der Flügelzellenpumpe 1 mit der Folge, dass sich in den Verstellkammern 16 bzw. 17 – über die durch den drosselnden Spaltquerschnitt gegebene Spaltverbindung zu diesen Arbeitsräumen – ein gemittelter Druck aufbaut, mit entsprechender stabilisierender Abstützung des Kurvenringes 8, da die Verlagerung des Kurvenringes 8 gegen eine Verstellkammer 16, 17 eine entsprechende Flüssigkeitsverdrängung bedingt.
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Bei zum Verbraucher 28 überschießender Fördermenge der Flügelzellenpumpe 1 ergibt sich anströmseitig zur Drosselstelle 22 ein Druckanstieg, der eine entsprechende Verlagerung des Regelkolbens 24 und eine entsprechende Beaufschlagung der Verstellkammer 16 ergibt, so dass der Kurvenring 8 in Richtung der Verstellkammer 17, und damit in Richtung minimierter Fördermenge verstellt wird.
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Im Rahmen der Erfindung erweist es sich insbesondere ergänzend als zweckmäßig, auf das Druckniveau in den Verstellkammern 16, 17 über zusätzliche Anschlüsse zum Hydraulikkreis Einfluss zu nehmen, wobei die diesbezüglichen Ausgestaltungen anhand der 1 und 3 erläutert werden und über diese Ausgestaltungen insbesondere auch eine Verbesserung der Regeldynamik erreicht werden kann.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 1, und insoweit analog in 2 ist die Druckleitung 27 ausgangsseitig zur Drosselstelle 22 im Zulauf auf den Verbraucher 28 über einen Anschluss 36 mit der Verstellkammer 17 verbunden, die die Gegenkammer zu der über den Anschluss 34 mit den Differenzdruckregler 23 verbundene Verstellkammer 16 bildet. In dem Anschluss 36 liegt eine Drosselstelle 37. Weiter ist zu der Gegenkammer 17 ein Anschluss 38 vorgesehen, der auf den Vorratsbehälter 26 ausmündet und in dem eine Drosselstelle 44 liegt. Über die Anschlüsse 36, 38 und die in diesen liegenden Drosselstellen 37, 44 kann das sich über die Spaltverbindung zwischen Kurvenring 8 und Gehäuse 2 einstellende Druckniveau angehoben (Anschluss 36) oder abgesenkt (Anschluss 38) werden, mit entsprechender Auswirkung auf die Regeldynamik. Für entsprechende Regelungseingriffe sind allerdings nicht beide Anschlüsse 37, 44 zwingend erforderlich, vielmehr reicht stets einer der beiden Anschlüsse 37 bzw. 38.
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Die Umkehrung bezüglich der Verbindung der Verstellkammern 16, 17 zum Differenzdruckregler 23 zeigt das Ausführungsbeispiel gemäß 3, demzufolge die einseitige Beaufschlagung des Kurvenringes 8 über den Differenzdruckregler 23 über einen Anschluss 41 erfolgt, der in der vom Regelkolben 24 übersteuerten Verbindung zur Kammer 32 liegt, die über die Leitung 30 an den stromab zur Drosselstelle 22 liegenden ausgangsseitigen Teil der zum Verbraucher führenden Druckleitung 27 angeschlossen ist. Von diesem Leitungsteil geht bei diesem Ausführungsbeispiel auch ein Anschluss 42 aus, der auf die Verstellkammer 16 ausmündet und in dem eine Drosselstelle 43 liegt, wobei auch durch diese Anordnung eine ausreichende Druckversorgung und Befüllung der nicht unmittelbar über den Differenzdruckregler 23 beaufschlagten, die Gegenkammer bildenden Verstellkammer erreicht wird, mit entsprechender Auswirkung auf die Regeldynamik.
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Bezüglich der Drosselstellen 37 bzw. 43, aber auch 38, ist bevorzugt eine Bemessung gegeben, derart, dass der über die Drosselstelle übertretende Volumenstrom jeweils etwa jenem Volumenstrom entspricht, der sich aufgrund der drosselnden Spaltverbindung zwischen dem Kurvenring 8 und den Seitenwänden 6 des Gehäuses ergibt.
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2 und 3 veranschaulichen eine weitere, im Rahmen der Erfindung zweckmäßige und optional insbesondere ergänzend einzusetzende Ausgestaltung, über die auf den Verlauf der Förderkennlinie über der Drehzahl Einfluss genommen werden kann, wobei durch die gezeigte Gestaltung eine fallende Kennlinie über der Drehzahl angestrebt wird.
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Der jeweiligen Gegenkammer ist bei diesen Ausgestaltungsmöglichkeiten jeweils eine Anschlussbohrung 39 bzw. 45 zugeordnet, die in Abhängigkeit vom Hub des Kurvenringes 8 übersteuert ist. Die Anschlussbohrung 39 weist eine Verbindung 46 zur druckseitigen Arbeitskammer 19 auf, die Anschlussbohrung 45 eine Verbindung 47 zur Saugseite bzw., wie hier gezeigt, zum Vorratsbehälter 46, wobei in der Verbindung 47 eine Drosselstelle 48 liegt.
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In den Darstellungen gemäß 2 und 3 ist, zur Veranschaulichung der Funktion, der Kurvenring 8 in seinem zur Anschlussbohrung 39 bzw. 45 übersteuernden Bereich verbreitert dargestellt. Soweit eine entsprechende Auslegung der Breite des Kurvenringes 8 zur jeweiligen Übersteuerung erforderlich ist, kann der Kurvenring als solches entsprechend verdickt ausgestaltet sein oder im Bereich der jeweiligen, zu übersteuernden Anschlussbohrung 39 bzw. 45 mit einem entsprechenden Ansatz versehen sein.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 bildet die Kammer 17 die Gegenkammer zu der Verstellkammer 16, durch deren Druckbeaufschlagung der Kurvenring 8 im Sinne einer Verringerung des Förderhubes, und somit in Richtung minimalen Fördervolumens verstellbar ist. Dies ist in 2 nach rechts. Im Verfahrbereich des Kurvenringes 8 liegt die Anschlussbohrung 39, die an den druckseitigen Arbeitskammeranschluss 19, kurz an die Druckniere, angeschlossen ist, wobei die lagemäßige Zuordnung der Anschlussbohrung 39 zum Kurvenring 8 derart ist, dass die Anschlussbohrung 39 bei Verringerung des Förderhubes verschlossen wird und bei minimalem Förderhub bevorzugt verschlossen ist.
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Umgekehrt liegen die Verhältnisse bei der Darstellung 3, bei der im Bereich der Kammer 16 als Gegenkammer die Anschlussbohrung 45 liegt und bei der die gegenüberliegende Verstellkammer 17 einen Anschluss 41 zum Differenzdruckregler 23 aufweist. Durch Druckbeaufschlagung der Verstellkammer 17 wird der Kurvenring 8 im Sinne einer Vergrößerung des Förderhubes verstellt, somit in Richtung auf maximales Fördervolumen beaufschlagt. Die Anschlussbohrung 45, die mit der Saugseite oder, wie gezeigt, mit dem Vorratsbehälter 26 in Verbindung steht, ist bei dieser Ausgestaltung bei auf maximalen Hub verstellten Kurvenring 8 geschlossen und wird bei Verstellung des Kurvenringes 8 auf minimales Fördervolumen, also im Ausführungsbeispiel gemäß 3 nach rechts, geöffnet. Mit der Reduzierung des Förderhubes wird somit zunehmend der Querschnitt der Anschlussbohrung 45 freigegeben, und damit auch der gedrosselte Anschluss an den Vorratsbehälter 26 bzw. die Saugseite.
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Durch die übersteuerten Anschlussbohrungen 39 bzw. 45 ist mit geringem Aufwand eine Lösung geschaffen, die eine Beeinflussung der Förderkennlinie optional zu den vorauf geschilderten Lösungen ermöglicht. Jede dieser Lösungen ist auch eigenständig einsetzbar, und in der Kaskade der Lösungen ergibt sich eine in ihrem Ansprechverhalten und unter Regelungsgesichtspunkten besonders feinfühlig arbeitende Flügelzellenpumpe 1.