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Die Erfindung betrifft eine hydraulische Fördereinrichtung, insbesondere Lenkhelfpumpe, mit einer Ventilanordnung mit in einer Ausnehmung eines Gehäuses angeordnetem Stromregelventil, wobei das Stromregelventil einen Regelkolben mit einem Regelstift aufweist, welcher in eine Hülse mit einer Bohrung für den Regelstift hineinragt, wobei der äußere Durchmesser des Regelstiftes mit dem Durchmesser der Bohrung in der Hülse eine Ringblende bildet, und der Regelkolben eine Steuerkante zum Abströmen des für den Verbraucher überschüssigen Ölstroms zurück in die Fördereinrichtung steuert, und die Fördereinrichtung eine Zufuhrleitung vom Druckbereich der hydraulischen Fördereinrichtung zur Ventilanordnung ausweist, wobei die Einmündung der Zufuhrleitung zur Ventilanordnung zwischen dem axialen Ende der Hülse und dem axialen Anschlag der Steuerkante des Regelkolbens im geschlossenen Zustand einmündet.
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Eine hydraulische Fördereinrichtung mit einer derartigen Ventileinrichtung ist beispielsweise in der
DE 43 17 881 C2 dargestellt. Dabei weist diese Ventilanordnung eine große axiale Baulänge auf. Eine Verkleinerung einer axialen Baulänge, z. B. bei vorgegebenen Einbauräumen einer Lenkhelfpumpe in einem Fahrzeug, kann dabei zu Störungen und Problemen in der Strömungsführung und der Ventilfunktion führen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine hydraulische Fördereinrichtung mit einer Ventilanordnung darzustellen, die bei Reduzierung der axialen Baulänge diese Probleme nicht aufweist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine hydraulische Fördereinrichtung, insbesondere Lenkhelfpumpe, mit einer Ventilanordnung mit in einer Ausnehmung eines Gehäuses angeordnetem Stromregelventil, wobei das Stromregelventil einen Regelkolben mit einem Regelstift aufweist, welcher in eine Hülse mit einer Bohrung für den Regelstift hineinragt, wobei der äußere Durchmesser des Regelstiftes mit dem Durchmesser der Bohrung in der Hülse eine Ringblende bildet, und der Regelkolben eine Steuerkante zum Abströmen des für den Verbraucher überschüssigen Ölstroms zurück in die Fördereinrichtung steuert, und die Fördereinrichtung eine Zufuhrleitung vom Druckbereich der hydraulischen Fördereinrichtung zur Ventilanordnung aufweist, und die Einmündung der Zufuhrleitung in dem axialen Bereich der Ausnehmung zwischen der Hülse und dem axialen Anschlag der Steuerkante des Regelkolbens im geschlossenen Zustand angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand zwischen dem Ende der Hülse und der Steuerkante des Regelkolbens soweit reduziert ist, dass die Einmündung der Zufuhrleitung im axialen Bereich einer ehemaligen Stufe der Hülse einmündet, so dass der Bereich der ehemaligen Stufe der Hülse über die Zufuhrleitung wenigstens teilweise hinausragt, wobei der durchmesserkleinere Teil der Hülse, also der ehemaligen Stufe, durch eine äußere Form mit einem stetig zunehmenden Durchmesser bis zum durchmessergrößeren Teil der Hülse sich erstreckt und somit die Stufe eliminiert wird.
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Das hat den Vorteil, dass die bei einer stufenförmigen Ausbildung sich ergebende rechtwinklige Umlenkung der Strömung in Richtung auf die Fläche des Regelkolbens mit der Steuerkante, welche auf die Stirnseite des Regelkolbens prallen würde und mit zunehmendem Volumenstrom, d. h. Förderstrom der Pumpe, den Stromregelkolben durch die Staudruckkräfte weiter öffnen würde als gewünscht, in eine schräge Strömungsumlenkung und in etwa damit nur noch auf die Mitte und damit auf eine kleinere Fläche des Stromregelventilkolbens aufprallt, an welcher die Strömung wiederum nach vorne umgelenkt wird und durch die Ringblende zum hydraulischen Verbraucher, z. B. eine Servolenkung, abfließt. Somit wird die Aufprallfläche auf den Regelkolben und damit die unerwünschte zusätzliche Regelabweichung des Volumenstromes stark verringert bis nicht mehr erkennbar, also eliminiert. Das Ergebnis ist damit eine im Wesentlichen waagerechte Kennlinie über dem gesamten Pumpendrehzahlbereich.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der hydraulischen Fördereinrichtung mit einer Ventilanordnung besteht darin, dass die Außenkontur des Teils der über die Zuführleitung herausragenden Hülse, also der ehemaligen Stufe im Stand der Technik, eine konische Form bzw. eine Kegelform aufweist. Das hat den Vorteil einer besonders einfachen Herstellbarkeit.
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Auch wird eine Ausführungsform der hydraulischen Fördereinrichtung mit einer Ventilanordnung bevorzugt, bei welcher der sich stetig verjüngende Außendurchmesser bzw. die Mantelfläche der ehemaligen Stufe der Hülse eine bogenförmige Kontur bzw. Abrundung aufweist. Das hat den Vorteil einer sich zunehmend aus der axialen Richtung in radiale Richtung ändernden Strömung, so dass die Axialkräfte bzw. Staudruckkräfte durch die Strömung auf den Regelkolben weiter reduziert werden können.
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Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beschrieben.
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1 zeigt einen Teil einer hydraulischen Fördereinrichtung mit einer Ventilanordnung nach dem Stand der Technik.
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2 zeigt eine erfindungsgemäße Hülse einer Ventilanordnung mit einer kegeligen Abschrägung.
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3 zeigt eine erfindungsgemäße Hülse einer Ventilanordnung mit einer bogenförmigen Kontur.
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4 zeigt gemessene Volumenstromkennlinien von 4 Pumpen nach dem Stand der Technik
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5 zeigt gemessene Volumenstromkennlinien von 4 erfindungsgemäßen Pumpen
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1 zeigt einen Ausschnitt aus einer hydraulischen Fördereinrichtung 1, beispielsweise einer Lenkhelfpumpe, mit einer Ventilanordnung 3, welche in einer Ausnehmung 5 eines Gehäuses 7 angeordnet ist. Diese Ventilanordnung weist ein Stromregelventil auf, welches einen Regelkolben 9 mit einem Regelstift 11 aufweist, welcher in eine Hülse 13 mit einer Bohrung 15 für den Regelstift 11 hineinragt. Der äußere Durchmesser des Regelstiftes 11 bildet mit dem Durchmesser der Bohrung 15 in der Hülse 13 eine Ringblende. Der Regelkolben 9 weist eine Steuerkante 17 auf, welche in dieser Darstellung an einem Anschlagring 19 im geschlossenen Zustand des Stromregelventils zum Anschlag kommt. Durch eine Feder 21 wird der Stromregelventilkolben 9 im Stillstand der Pumpe in diesen Anschlag 19 gedrückt. Das Stromregelventil enthält weiterhin ein Druckbegrenzungspilotventil 23, so dass das Stromregelventil bei Überschreiten des Maximaldruckes im Lenksystem in eine vorgesteuerte Druckbegrenzungsfunktion übergehen kann. Die Funktion ist aus dem Stand der Technik bekannt und soll hier nicht weiter erläutert werden. Für die reine Stromregelfunktion ist wichtig, dass der Regelkolben 9 mit der Steuerkante 17 nach einem gewissen Öffnungshub des Regelkolbens 9 über die Kante 25 eine Abströmbohrung 27 öffnet, über welche der überschüssige Ölstrom, welcher nicht in der Servolenkung benötigt wird, wieder dem Ansaugbereich der Lenkhelfpumpe zugeführt wird. Die hydraulische Fördereinrichtung, also die Pumpe, weist eine Zufuhrleitung 29 aus dem Druckbereich der Pumpe zu der hier beschriebenen Ventilanordnung auf, und die Einmündung der Zufuhrleitung 29 in den axialen Bereich 33 zwischen dem axialen Ende 31 der Hülse 13 und der axialen Position der Steuerkante 17, also des Anschlagringes 19, benötigt einen entsprechenden Bauraum, damit der aus der Pumpe bzw. aus dem Druckbereich der Pumpe einströmende Förderstrom in die Stromregelventileinrichtung nicht durch den stufenförmigen Teil 14 der Hülse 13 beeinflusst wird. Muss nun die axiale Baulänge des Stromregelventils verkürzt werden, so müsste die Hülse 13 in ihrem axialen Bereich in Richtung Steuerkante 17 des Stromregelventiles weiter verschoben werden und damit den Einströmbereich der Zuführleitung 29 teilweise überragen. Ein derartiges Überragen der Stufe 14 der Hülse 13 über die Zuströmleitung 29 führt damit zu erheblichen Stromregelventil-Kennlinienstreuungen und Kennlinienverfälschungen.
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2 zeigt daher die Ausführung einer erfindungsgemäßen Hülse 40. Die Hülse 40 besitzt statt der Stufe 14 der Hülse 13 aus 1 eine kegelförmige Veränderung, also einen Konus 42, bis zur axialen Endfläche 44, in welchem die Durchtrittsöffnung 46 mit der Drosselengstelle 48 für den Regelstift 11 aus 1 angeordnet ist. Zusätzlich ist an der axialen Endfläche 44 der Hülse 40 noch eine Aussparung 50 zu sehen, da in diesem Falle auch hier nicht dargestellte Regelkolben mit einer zusätzlichen, gestuften Verdickung des Regelstiftes mit einer zusätzlichen Dichtfläche bis an die Endfläche 44 fahren können und dort anliegen können, so dass durch die Aussparung 50 ein Minimalölstrom zum Aufbau der Drücke und damit Inbetriebnahme der gesamten Ventilanordnung bei Start der Pumpe ermöglicht wird. Weiterhin weist die Hülse 40, wie auch die vereinfacht dargestellte Hülse 13 in 1, ein Gewinde 52 zum Einschrauben in das Pumpengehäuse sowie einen Hülsenabschlusskopf 54 auf, welcher durch Anlage am Gehäuse 7 den Gewindeklemmsitz sicherstellt. Rein beispielhaft ist der axiale Winkel zwischen der Mantelfläche des Konus 42 mit 35 Grad dargestellt; es sind aber je nach Einbauraum und Einbausituation auch andere Winkel möglich, welche eine stetige Strömungsumlenkung gewährleisten.
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In 3 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführung einer Hülse 60 dargestellt, die sich gegenüber der 2 nur in der Kontur in dem Bereich unterscheidet, welcher in 1 eine Stufe und 2 eine Kegelform darstellt. Alle anderen Darstellungsdetails entsprechen der Hülse 40 in 2. Der Bereich der Stufe 14 der Hülse 13 aus 1 wird hier durch einen abgerundeten Bereich 62 bzw. durch eine bogenförmige Kontur der Mantelfläche dargestellt. Das hat den Vorteil, dass die weiter in Richtung der axialen Begrenzungsfläche 64 der Hülse 60 auftretenden Strömungsanteile aus der Zufuhrleitung 29 immer weniger in axiale und immer mehr in radiale Richtung gelenkt werden, so dass sich die Staudruckkräfte auf die Fläche des Regelkolbens 9 mit der Steuerkante 17 weiterhin reduzieren.
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Die 4 und 5 zeigen in gemessenen Kennlinien von vier gleichartigen Serienpumpen den Unterschied durch den Einsatz der entsprechenden Hülsen. In 4 werden Volumenstromkennlinien, d. h. der Verlauf des Volumenstroms 70 über der Pumpendrehzahl 72, mit in der Baulänge reduzierten Pumpen und Hülsen 13 mit gestuftem Endteil aus dem Stand der Technik dargestellt. Mit Start der Pumpen wird zunächst bei Leerlaufdrehzahl der Pumpen, also bei etwa 500 Umdrehungen pro Minute in 4, der Volumenstrom bis ca. 800 Umdrehungen pro Minute ungeregelt durch die Pumpen erzeugt, bevor bei ca. 800 Umdrehungen pro Minute die Stromregelventile zu öffnen beginnen und der zur Lenkung abfließende Volumenstrom zwischen 8 und 9 Litern begrenzt werden soll. Man erkennt, dass ab 3000 Umdrehungen pro Minute die unterschiedlichen Stromregelventilkennlinien 74 jeweils bei 10 bar Lastdruck sowohl absinken bis unter 7 Litern pro Minute als auch die Kennlinien untereinander streuen.
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In 5 werden vergleichbare Kennlinien mit den erfindungsgemäßen Hülsen dargestellt. Nach Anstieg des Volumenstroms 70 über der Pumpendrehzahl 72, wiederum unter der Randbedingung von 10 bar Lastdruck, sind die Stromregelventilkennlinien 76, die etwa bei 8 Litern pro Minute und 800 Umdrehungen beginnen, sehr linear bis zur Maximaldrehzahl von 9000 Umdrehungen und liegen außerdem noch ohne große Streuungen dicht beieinander.
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Wie vorab schon durch die strömungstechnischen Effekte erklärt, ist also das Ergebnis der Erfindung eine im Wesentlichen waagerechte Kennlinie mit geringeren Streuungen über dem gesamten Pumpendrehzahlbereich. Die dabei erzielten Effekte sind:
- – keine Totwassergebiete mehr im gestuften Bereich der Hülse, welche zu erheblichen Streuungen führen;
- – keine rechtwinklige Strömungsumlenkung im gestuften Bereich, welche zu Energieverlusten führt;
- – keine hohen Staudruckeffekte auf die Regelkolbenstirnfläche mit der Steuerkante des Stromregelventils.
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Der Effekt der Erfindung ist somit, die Stromregelventilkennlinien über den gesamten Drehzahlbereich zu vergleichmäßigen bzw. zu linearisieren und die Staudruckeinflüsse der Strömung auf den Regelkolben zu minimieren bzw. zu optimieren.
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Weitere erzielte Nebeneffekte sind geringere Geräusche, eine geringere Kennlinienstreuung, was zu weniger Ausfällen bei der Prüfung in der Fertigung führt, und weniger Turbulenzen wegen des geringen Umlenkwinkels, also weniger Strömungsverluste und somit bessere Wirkungsgrade.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fördereinrichtung
- 3
- Ventilanordnung
- 5
- Ausnehmung
- 7
- Gehäuse
- 9
- Regelkolben
- 11
- Regelstift
- 13
- Hülse
- 14
- stufenförmiger Teil / Stufe
- 15
- Bohrung
- 17
- Steuerkante
- 19
- Anschlagring
- 21
- Feder
- 23
- Druckbegrenzungspilotventil
- 25
- Kante
- 27
- Abströmbohrung
- 29
- Zufuhrleitung
- 31
- Ende
- 33
- axialer Bereich
- 40
- Hülse
- 42
- Konus / konische Form
- 44
- Endfläche
- 46
- Durchtrittsöffnung
- 48
- Drosselengstelle
- 50
- Aussparung
- 52
- Gewinde
- 54
- Hülsenabschlusskopf
- 60
- Hülse
- 62
- Bereich / Abrundung
- 64
- Begrenzungsfläche
- 70
- Volumenstrom
- 72
- Pumpendrehzahl
- 74
- Stromregelventilkennlinien
- 76
- Stromregelventilkennlinien
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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