DE102015107543A1

DE102015107543A1 - Verdrängerpumpe, verfahren zum betreiben einer verdrängerpumpe und lenksystem

Info

Publication number: DE102015107543A1
Application number: DE102015107543.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Reichenmiller; Ralf Zischka; Klaus Nagel
Original assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Current assignee: Pump Technology Solutions Ps De GmbH
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2016-11-17
Also published as: CN107849920A; CN107849920B; JP6516872B2; WO2016180571A1; JP2018515713A; US20180142686A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe (10), insbesondere eine Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluides für einen Verbraucher (6) eines Lenksystems (1), wobei der Rotor (24), der Kurvenring (20), die gehäuseseitige Steuerplatte (32) und die deckelseitige Steuerplatte (34) in zusammengesetztem Zustand ein Läuferpaket (35) bilden, und wobei die gehäuseseitige Steuerplatte (32) in axialer Richtung benachbart zu einer Gehäusestirnfläche (36) und die deckelseitige Steuerplatte (34) in axialer Richtung benachbart zu einer Deckelstirnfläche (38) angeordnet sind, wobei das Läuferpaket (35) zwischen der Gehäusestirnfläche (36) und der Deckelstirnfläche (38) in axialer Richtung bewegbar ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer Verdrängerpumpe (10) sowie ein Lenksystem (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluides für einen Verbraucher eines Lenksystems. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben der Verdrängerpumpe, insbesondere der Flügelzellenpumpe zur Förderung des Fluides für den Verbraucher des Lenksystems. Die Erfindung betrifft überdies ein Lenksystem.
Flügelzellenpumpen bekannter Bauart sind im Allgemeinen derart aufgebaut, dass ein Rotor in einem Kurvenring rotiert. Der Kurvenring ist von je einer Seite mit einer ein Gehäuse bildenden Stirnplatte und mit einer Steuerplatte abgeschlossen. Der Kurvenring besitzt eine zur Achse des Rotors je nach Bauart koaxial oder nicht koaxial verlaufende Kontur und bildet einen Pumpenraum aus. In der Umfangsfläche des Rotors sind über dessen Breite im Wesentlichen radial verlaufende Schlitze angeordnet, in denen radial verschiebliche Flügel geführt sind. Bei einer Rotation des Rotors um seine Achse werden die Flügel an der Kontur des Kurvenrings entlanggeführt, wobei zwischen zwei benachbarten Flügeln jeweils Kammern mit sich veränderndem Volumen gebildet sind. Entsprechend der Drehbewegung des Rotors wird ein Saugbereich und ein Pumpendruckraum oder Druckbereich ausgebildet, wobei der Saugbereich im Bereich sich vergrößernden Volumens und der Druckbereich des Pumpendruckraumes im Bereich sich verkleinernden Volumens der Kammern angeordnet ist.
Herkömmliche Flügelzellenpumpen fördern Hydraulikfluid in nur eine Drehrichtung der Flügelzellenpumpe. Des Weiteren ist es erforderlich, ein Steuerventil zur Regelung einer Fördermenge der Flügelzellenpumpe vorzusehen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluides für einen Verbraucher eines Lenksystems anzugeben, welche in ihrer Drehrichtung reversibel ist und bei welcher es nicht erforderlich ist, ein Steuerventil zur Regelung eines Fördervolumens der Flügelzellenpumpe vorzusehen.
Die Aufgabe wird mit einer Verdrängerpumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluides für einen Verbraucher eines Lenksystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird die Aufgabe mit einem Verfahren zum Betreiben einer Verdrängerpumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluides für einen Verbraucher eines Lenksystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Überdies wird die Aufgabe mit einem Lenksystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Verdrängerpumpe, insbesondere eine Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluides für einen Verbraucher eines Lenksystems, wobei ein Rotor, ein Kurvenring, eine gehäuseseitige Steuerplatte und eine deckelseitige Steuerplatte in zusammengesetztem Zustand ein Läuferpaket bilden, und wobei die gehäuseseitige Steuerplatte in axialer Richtung benachbart zu einer Gehäusestirnfläche und die deckelseitige Steuerplatte in axialer Richtung benachbart zu einer Deckelstirnfläche angeordnet sind, wobei das Läuferpaket zwischen der Gehäusestirnfläche und der Deckelstirnfläche in axialer Richtung bewegbar ist.
Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer Verdrängerpumpe, insbesondere einer Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluides für einen Verbraucher eines Lenksystems. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Läuferpaketes bestehend aus zumindest einem Rotor, einem Kurvenring, einer gehäuseseitigen Steuerplatte, und einer deckelseitigen Steuerplatte, welche in zusammengesetztem Zustand ein Läuferpaket bilden, und wobei die gehäuseseitige Steuerplatte in axialer Richtung benachbart zu einer Gehäusestirnfläche und die deckelseitige Steuerplatte in axialer Richtung benachbart zu einer Deckelstirnfläche angeordnet sind, wobei das Läuferpaket zwischen der Gehäusestirnfläche und der Deckelstirnfläche in axialer Richtung bewegbar ist.
Die vorliegende Erfindung schafft überdies ein Lenksystem mit zumindest einem Verbraucher, und einer Verdrängerpumpe zur Förderung eines Fluides für den zumindest einen Verbraucher des Lenksystems.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, eine in beide Drehrichtungen fördernde Flügelzellenpumpe vorzusehen. Angetrieben von einem Elektromotor, der entsprechend einer Lenkbewegung in beide Drehrichtungen antreibt, fördert die Flügelzellenpumpe Hydraulikfluid in entsprechende Lenkzylinderkammern eines Lenksystems. Dabei sind die Anschlüsse je Drehrichtung wechselnd mit Saug- oder Druckfluid beaufschlagt. Aufgrund der Bewegbarkeit des Läuferpaketes in Axialrichtung zwischen der Gehäusestirnfläche und der Deckelstirnfläche kann auf separate Wechselventile für eine Hinterflügeldruckversorgung und die Saug- und Druckregelung der Flügelzellenpumpe verzichtet werden, indem das Läuferpaket an die Gehäusestirnfläche oder die Deckelstirnfläche angelegt wird.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Drehrichtung des Rotors reversibel ist, wobei das Fluid in eine erste Drehrichtung des Rotors oder in eine zweite Drehrichtung des Rotors förderbar ist, wobei eine jeweilige Druckseite der Verdrängerpumpe im Betrieb das Läuferpaket an eine zu der Druckseite der Verdrängerpumpe gegenüberliegende Gehäusestirnfläche oder Deckelstirnfläche anlegt. Somit wird sichergestellt, dass die jeweilige Druckseite mit ihrer Hinterflügelseite offen ist und die resultierende Verbindung zu den Saugöffnungen verschlossen wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine in dem Rotor ausgebildete Kanalisierung einer Hinterflügeldruckversorgung auf einer Anlageseite des Läuferpaketes an der Gehäusestirnfläche oder der Deckelstirnfläche dichtend verschließbar ist. Aufgrund dessen, da die jeweilige Druckseite mit ihrer Hinterflügelseite offen ist, und die resultierende Verbindung zu den Saugöffnungen verschlossen wird, kann auf separate Wechselventile für die Hinterflügelversorgung und die Saug- und Druckregelung verzichtet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Läuferpaket in einer Ruhestellung von der Gehäusestirnfläche und der Deckelstirnfläche beabstandet ist, wobei ein zwischen dem Läuferpaket und jeweils der Gehäusestirnfläche und der Deckelstirnfläche ausgebildeter Spalt zumindest 0,2 mm, vorzugsweise zumindest 0,1 mm, beträgt. Das Läuferpaket ist somit in Ruhestellung von beiden Stirnflächen leicht abgehoben, damit je Drehrichtung und damit je Druckseite das Druckfluid in diesem Zwischenraum zu den passenden Hinterflügelkanälen gelangen kann und die Flügelzellenpumpe problemlos mit sofortiger Hinterflügelunterstützung fördern kann. Die Abmessungen des Spaltes sind in vorteilhafter Weise derart dimensioniert, dass nur minimale Axialbewegungen des Läuferpaketes stattfinden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine erste Stirnseite des Läuferpaketes und eine zweite Stirnseite des Läuferpaketes jeweils eine ringförmige Nut aufweisen, in welche ein aus einem elastischen Material ausgebildeter O-Ring oder ein Federelement eingefügt ist, wobei eine Dicke des O-Rings und des Federelementes zur Beabstandung des Läuferpaketes von der Gehäusestirnfläche und der Deckelstirnfläche größer als eine Tiefe der Nut ausgebildet sind, und wobei eine Federkonstante des O-Rings und des Federelementes zumindest 200 N/mm, vorzugsweise zumindest 300 N/mm, beträgt. Die Ruhestellung des Läuferpaketes wird somit einerseits durch die O-Ringabdichtung und/oder das Federelement gewährleistet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Rotors jeweilige Druckseite und Saugseite der Verdrängerpumpe durch einen an einer Kurvenringaußenseite angeordneten Dichtring voneinander getrennt sind. Somit kann in vorteilhafter Weise eine effektive fluidische Trennung der Druck- und Saugseite der Verdrängerpumpe erreicht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rotor an einer ersten Stirnfläche oder an einer zweiten Stirnfläche eine ringförmige Nut aufweist, in welche ein Federelement, vorzugsweise eine Sternfeder, eingesetzt ist, die innere Flügelenden der Flügel untergreift und die Flügel an die Innenwandung des Kurvenrings anlegt. Somit kann die Hinterflügeldruckversorgung aus dem Stand bei niedrigen Drehzahlen der Flügelzellenpumpe unterstützt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rotor an einer ersten Stirnfläche oder an einer zweiten Stirnfläche eine ringförmige Nut aufweist, in welche ein in die gehäuseseitige Steuerplatte oder in die deckelseitige Steuerplatte eingesetzter rohrförmiger Körper mit einer äquidistanten Gleitkurve zum Kurvenring ragt, wobei bei einem Anlaufen des Rotors die Flügel durch Berührung mit dem rohrförmigen Körper in Radialrichtung des Rotors in den jeweiligen Schlitzen zum Anlegen der äußeren Enden der Flügel an die Innenwandung des Kurvenrings ausfahrbar sind. Die Flügel werden somit beim Anlaufen zwangsweise ausgefahren, sodass die Flügelspitzen im Grenzschichtbereich der Kurve liegen. Damit ist der Förderbeginn gewährleistet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der rohrförmige Körper zumindest 3 mm, vorzugsweise zumindest 2 mm, in die an der ersten Stirnfläche oder an der zweiten Stirnfläche des Rotors ausgebildete Nut ragt, wobei der rohrförmige Körper als Blech ausgebildet ist, und an einer in der gehäuseseitigen Steuerplatte oder in der deckelseitigen Steuerplatte ausgebildeten Ringnut fixiert ist. Der rohrförmige Körper kann die Flügel somit in der Anlaufphase der Flügelzellenpumpe zum Ausfahren der Flügel kontaktieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Hinterflügeldruck an den Flügeln durch eine Maßdifferenz zwischen einer zu dem Rotor benachbarten Stirnseite des rohrförmigen Körpers und einer Tiefe der in der ersten Stirnfläche oder in der zweiten Stirnfläche des Rotors ausgebildeten ringförmigen Nut steuerbar ist, da sich ändernde und je Spaltmaß abgeschottete Flügelzellen auf der Flügelzellenhinterseite geschaffen werden.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
Es zeigen:
1 eine Längsschnittansicht einer Verdrängerpumpe zur Förderung eines Fluides für einen Verbraucher eines Lenksystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine vergrößerte Detailansicht der in 1 dargestellten Verdrängerpumpe gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung der Verdrängerpumpe zur Förderung des Fluides für den Verbraucher des Lenksystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine Querschnittsansicht der Verdrängerpumpe zur Förderung des Fluides für den Verbraucher des Lenksystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Verdrängerpumpe zur Förderung des Fluides für den Verbraucher des Lenksystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
6 ein Lenksystem mit der Verdrängerpumpe zur Förderung des Fluides für den Verbraucher des Lenksystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
1 zeigt eine Längsschnittansicht einer Verdrängerpumpe zur Förderung eines Fluides für einen Verbraucher eines Lenksystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Verdrängerpumpe 10 ist vorzugsweise durch einen Elektromotor 14 angetrieben. Der Elektromotor 14 ist in vorteilhafter Weise mittels einer Welle 16 mit einem Rotor 24 verbunden. Die Verdrängerpumpe 10 weist vorzugsweise ein Pumpengehäuse 18 auf, in welchem ein Kurvenring 20 und der darin drehbeweglich gelagerte Rotor 24 angeordnet sind. Des Weiteren sind in dem Pumpengehäuse 18 vorzugsweise eine gehäuseseitige Steuerplatte 32 und eine deckelseitige Steuerplatte 34 angeordnet.
Das Pumpengehäuse 18 weist vorzugsweise einen ersten Gehäuseteil 18a und einen zweiten Gehäuseteil 18b auf. Der erste Gehäuseteil 18a ist vorzugsweise benachbart zu dem Elektromotor 14 und der Welle 16 angeordnet und umschließt zumindest teilweise den Kurvenring 20, die gehäuseseitige Steuerplatte 32 und die deckelseitige Steuerplatte 34. Der zweite Gehäuseteil 18b ist vorzugsweise durch einen Deckel ausgebildet, welcher den ersten Gehäuseteil 18a verschließt.
Zwischen dem Kurvenring 20 und dem Rotor 24 ist eine Arbeitskammer 30 ausgebildet. Die Arbeitskammer 30 ist in axialer Richtung durch eine Stirnseite 32a der gehäuseseitigen Steuerplatte 32 und durch eine Stirnseite 34a der deckelseitigen Steuerplatte 34 begrenzt. Der Rotor 24, der Kurvenring 20, die gehäuseseitige Steuerplatte 32 und die deckelseitige Steuerplatte 34 bilden in zusammengesetztem Zustand ein Läuferpaket 35 aus. Das Läuferpaket 35 ist vorzugsweise durch zwei Schrauben 46a, 46b verschraubt. Ein Außengewinde der Schrauben 46a, 46b greift hierbei in ein Innengewinde des Läuferpaketes 35 ein. Alternativ kann das Läuferpaket 35 auch auf eine Mehrzahl von Stiften aufgefädelt sein.
Die gehäuseseitige Steuerplatte 32 ist in axialer Richtung benachbart zu der Gehäusestirnfläche 36 und die deckelseitige Steuerplatte 34 in axialer Richtung benachbart zu der Deckelstirnfläche 38 angeordnet. Das Läuferpaket 35 ist vorzugsweise zwischen der Gehäusestirnfläche 36 und der Deckelstirnfläche 38 in axialer Richtung bewegbar.
Eine erste Stirnseite 35a des Läuferpaketes 35 und eine zweite Stirnseite 35b des Läuferpaketes 35 weisen jeweils eine ringförmige Nut 35c, 35d auf. In die ringförmige Nut 35c, 35d ist vorzugsweise ein aus einem elastischen Material ausgebildeter O-Ring 41 eingefügt. Alternativ kann beispielsweise in eine der beiden ringförmigen Nuten 35c, 35d ein Federelement eingefügt sein. Eine Dicke des O-Rings 41 und des Federelementes ist vorzugsweise größer als eine Tiefe der Nut ausgebildet. Der O-Ring 41 oder das Federelement sind somit größer als die Nut dimensioniert. Der O-Ring 41 und das Federelement beabstanden das Läuferpaket 35 dadurch von der Gehäusestirnfläche 36 und der Deckelstirnfläche 38. Eine Federkonstante des O-Rings und des Federelementes beträgt vorzugsweise zumindest 200 N/mm, insbesondere vorzugsweise zumindest 300 N/mm.
In der vorliegenden Ausführungsform weist der Rotor 24 an einer ersten Stirnfläche 24a eine ringförmige Nut 24c auf. Alternativ kann die ringförmige Nut 24c beispielsweise an einer zweiten Stirnfläche 24b des Rotors ausgebildet sein. In die ringförmige Nut 24c ist vorzugsweise ein rohrförmiger Körper 42 eingesetzt, welcher aus der Nut 24c im zusammengesetzten Zustand des Läuferpaketes 35 herausragt und bei einem Anlaufen des Rotors 24 (in 1 nicht gezeigte) Flügel des Rotors 24 durch Berührung in Radialrichtung des Rotors ausfährt.
Eine Drehrichtung DR des Rotors 24 ist vorzugsweise reversibel. Das Fluid ist somit vorzugsweise in eine erste Drehrichtung DR1 des Rotors 24 oder in eine zweite Drehrichtung DR2 des Rotors 24 förderbar. Eine jeweilige Druckseite der Verdrängerpumpe 10 legt im Betrieb das Läuferpaket 35 somit an eine zu der Druckseite der Verdrängerpumpe 10 gegenüberliegende Gehäusestirnfläche oder Deckelstirnfläche 38, in Abhängigkeit von der Drehrichtung DR des Rotors 24 an. Die Verdrängerpumpe 10 weist vorzugsweise ein konstantes geometrisches Fördervolumen auf. Alternativ kann die Verdrängerpumpe 10 beispielsweise ein variables geometrisches Fördervolumen aufweisen.
2 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der in 1 dargestellten Verdrängerpumpe gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Der rohrförmige Körper 42 ragt vorzugsweise 2 mm in die an der ersten Stirnfläche 24a des Rotors ausgebildete Nut 24c hinein. Alternativ kann der rohrförmige Körper 42 beispielsweise 3 mm oder mehr in die an der ersten Stirnfläche 24a des Rotors 24 ausgebildete Nut 24c ragen. Alternativ kann die Nut 24c beispielsweise an der zweiten Stirnfläche 24b des Rotors 24 ausgebildet sein. Der rohrförmige Körper 42 ist vorzugsweise als Blech ausgebildet. Der rohrförmige Körper 42 ist in vorteilhafter Weise an einer in der gehäuseseitigen Steuerplatte 32 ausgebildeten Ringnut 37 fixiert. Alternativ kann der rohrförmige Körper 42 beispielsweise in einer in der deckelseitigen Steuerplatte ausgebildeten Ringnut fixiert sein.
Ein Hinterflügeldruck an den (in 2 nicht gezeigten) Flügeln des Rotors 24 ist vorzugsweise durch eine Maßdifferenz zwischen einer zu dem Rotor 24 benachbarten Stirnseite 42a des rohrförmigen Körpers 42 und einer Tiefe der in der ersten Stirnfläche 24a des Rotors ausgebildeten ringförmigen Nut 24c steuerbar. Alternativ kann der rohrförmige Körper beispielsweise in einer in der zweiten Stirnfläche 24b des Rotors ausgebildeten ringförmigen Nut angeordnet sein.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Verdrängerpumpe zur Förderung des Fluides für den Verbraucher des Lenksystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die in dem Rotor 24 ausgebildete Kanalisierung der Hinterflügeldruckversorgung ist vorzugsweise auf der Anlageseite des Läuferpaketes 35 an der Gehäusestirnfläche 36 oder der Deckelstirnfläche 38 je nach momentaner Drehrichtung des Rotors 24 dichtend verschließbar. Das Läuferpaket 35 ist in Ruhestellung von der Gehäusestirnfläche 36 und der Deckelstirnfläche 38 beabstandet. Ein zwischen dem Läuferpaket 35 und jeweils der Gehäusestirnfläche 36 und der Deckelstirnfläche 38 ausgebildeter Spalt 39 beträgt zumindest 0,1 mm. Alternativ kann der Spalt 39 beispielsweise zumindest 0,2 mm betragen.
Eine in Abhängigkeit von der Drehrichtung DR des Rotors 24 jeweilige Druckseite DS und Saugseite SS der Verdrängerpumpe 10 ist in vorteilhafter Weise durch einen an einer Kurvenringaußenseite 20b des Kurvenrings angeordneten Dichtring 44 voneinander getrennt. Alternativ kann anstelle des Dichtrings beispielsweise ein Kolbengleitring vorgesehen sein.
4 zeigt eine Querschnittsansicht der Verdrängerpumpe zur Förderung des Fluides für den Verbraucher des Lenksystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Der Rotor 24 weist vorteilhafterweise an der ersten Stirnfläche 24a die ringförmige Nut 24c auf. In diese ist vorzugsweise ein Federelement 43 in Form einer Sternfeder eingesetzt. Das Federelement 43 untergreift innere Flügelenden 27b der Flügel 27 und legt die Flügel 27 somit an die Innenwandung 20a des Kurvenrings 20 an.
Alternativ zum Vorsehen des Federelementes 43 in Form der Sternfeder kann beispielsweise der rohrförmige Körper 42 in die in der deckelseitigen Steuerplatte 34 ausgebildete Ringnut 37 eingesetzt werden. Der rohrförmige Körper 42 ragt vorzugsweise aus der Ringnut 37 heraus und in die an der ersten Stirnfläche 24a des Rotors 24 ausgebildete ringförmige Nut 24c hinein. Der (in 4 nicht gezeigte) rohrförmige Körper weist eine äquidistante Gleitkurve zum Kurvenring 20 auf, wobei bei einem Anlaufen des Rotors 24 die Flügel 27 durch Berührung mit dem rohrförmigen Körper in Radialrichtung des Rotors 24 in den jeweiligen Schlitzen 26 zum Anlegen der äußeren Flügelenden 27a an die Innenwandung 20a des Kurvenrings 20 ausfahrbar sind.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Verdrängerpumpe zur Förderung des Fluides für den Verbraucher des Lenksystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen S1 eines Pumpengehäuses, einem darin angeordneten Kurvenring und einem darin drehbeweglich gelagerten Rotor, wobei in dem Rotor Schlitze ausgebildet sind, in denen Flügel radial verschiebbar geführt sind. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Beaufschlagen S2 der Flügel durch einen in dem Rotor ausgebildeten Hinterflügelkanal, welcher die Schlitze mit einer Druckseite der Verdrängerpumpe verbindet, mit einem Fluiddruck.
Das Verfahren umfasst überdies ein Anlegen S3 äußerer Enden der Flügel an eine Innenwandung des Kurvenrings. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Bereitstellen S4 einer durch den Kurvenring und den Rotor ausgebildeten Arbeitskammer, die in axialer Richtung durch eine Stirnseite einer gehäuseseitigen Steuerplatte und durch eine Stirnseite einer deckelseitigen Steuerplatte begrenzt ist.
Das Verfahren umfasst darüber hinaus ein Bereitstellen S5 eines Läuferpaketes bestehend aus zumindest dem Rotor, dem Kurvenring, der gehäuseseitigen Steuerplatte und der deckelseitigen Steuerplatte, welche in zusammengesetztem Zustand das Läuferpaket bilden, und wobei die gehäuseseitige Steuerplatte in axialer Richtung benachbart zu einer Gehäusestirnfläche und die deckelseitige Steuerplatte in axialer Richtung benachbart zu einer Deckelstirnfläche angeordnet sind, wobei das Läuferpaket zwischen der Gehäusestirnfläche und der Deckelstirnfläche in axialer Richtung bewegbar ist S6.
Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine Drehrichtung des Rotors reversibel ist, wobei das Fluid in eine erste Drehrichtung des Rotors oder in eine zweite Drehrichtung des Rotors gefördert wird, wobei eine jeweilige Druckseite der Verdrängerpumpe im Betrieb das Läuferpaket an eine zu der Druckseite der Verdrängerpumpe gegenüberliegende Gehäusestirnfläche oder Deckelstirnfläche anlegt.
6 zeigt ein Lenksystem mit der Verdrängerpumpe zur Förderung des Fluides für den Verbraucher des Lenksystems gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das Lenksystem 1 befindet sich in einem motorisch angetriebenen Fahrzeug, insbesondere in einem Personenkraftwagen oder einem Nutzfahrzeug. Das Lenksystem 1 umfasst ein vom Fahrer zu betätigendes Lenkrad 2, das über eine Lenksäule 3 ein Fahrzeugrad über ein Lenkgetriebe 4 beaufschlagt und dieses entsprechend dem Fahrerwunsch verstellt.
In die Lenksäule 3 ist symbolisch ein Lenkwinkel-Drehmoment-Sensor 5 eingetragen, über den zweckmäßig der Lenkwinkel, ggf. auch die Lenkwinkel-Geschwindigkeit zu ermitteln sind und als Eingangssignal einer Regel- und Steuereinheit zuzuführen sind, in der die Eingangssignale verarbeitet werden und die daraus – gemeinsam mit weiteren Fahrzeugzustands- und Betriebsgrößen – Stellsignale generiert, über die die diversen Aggregate des Fahrzeugs einschließlich des Lenksystems 1 und des Elektromotors 9a einzustellen sind.
Das Lenksystem 1 weist zumindest einen Verbraucher bzw. Stellzylinder 6 auf. Der Stellzylinder 6 weist zwei separate Kammern 6a und 6b auf, die jeweils über Hydraulikleitungen 8a, 8b mit der Verdrängerpumpe 10 verbunden sind. Die Verdrängerpumpe 10 ist vorzugsweise als Flügelzellenpumpe ausgebildet. Die Verdrängerpumpe 10 erzeugt vorzugsweise einen Hydraulikdruck für den Verbraucher. Darüber hinaus ist ein Elektromotor 9a vorgesehen, welcher mit der Verdrängerpumpe 10 mittels einer Kupplung 9b verbunden ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann der rohrförmige Körper 42 durch eine gegossene Nutform in der in der gehäuseseitigen Steuerplatte 32 oder in der deckelseitigen Steuerplatte 34 ausgebildeten Ringnut fixiert sein. Der Rotor ist vorzugsweise UU- oder HH-förmig, je nachdem, ob eine Führung einseitig oder beidseitig angebracht ist. Eine Leckfluidabführung erfolgt vorzugsweise über eine Lagerschmiernut und eine Wellendichtringschmierung zu einem Tankanschluss der Flügelzellenpumpe. Die Flügelzellenpumpe kann alternativ beispielsweise als Rekuperierpumpe, z.B. zum Generatorantrieb des Elektromotors 9a bei rückschiebender Lenkachse zu einer Energierückgewinnung verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: Lenksystem
2: Lenkrad
3: Lenksäule
4: Lenkgetriebe
5: Lenkwinkel-Drehmoment-Sensor
6: Stellzylinder
6a, 6b: Kammer
8a, 8b: Hydraulikleitung
9a: Antriebsmotor
9b: Kupplung
10: Verdrängerpumpe
14: Elektromotor
16: Welle
18: Pumpengehäuse
20: Kurvenring
20a: Innenwandung des Kurvenrings
20b: Kurvenringaußenseite
24: Rotor
24a: erste Stirnfläche des Rotors
24b: zweite Stirnfläche des Rotors
25: Kanalisierung
26: Schlitze
27: Flügel
27a: äußere Flügelenden
27b: innere Flügelenden
28: Hinterflügelkanal
30: Arbeitskammer
32: gehäuseseitige Steuerplatte
32a: Stirnseite der gehäuseseitigen Steuerplatte
34: deckelseitige Steuerplatte
34a: Stirnseite der deckelseitigen Steuerplatte
35: Läuferpaket
35a: erste Stirnseite des Läuferpaketes
35b: zweite Stirnseite des Läuferpaketes
35c, 35d: ringförmige Nut des Läuferpaketes
36: Gehäusestirnfläche
37: Ringnut
38: Deckelstirnfläche
39: Spalt
41: O-Ring
42: rohrförmiger Körper
42a: Stirnseite des rohrförmigen Körpers
43: Federelement
44: Dichtring
46a, 46b: Schrauben
DS: Druckseite
SS: Saugseite
DR: Drehrichtung
DR1: erste Drehrichtung
DR2: zweite Drehrichtung
P: Fluiddruck

Claims

Verdrängerpumpe (10), insbesondere Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluides für einen Verbraucher (6) eines Lenksystems (1), mit einem Pumpengehäuse (18), einem darin angeordneten Kurvenring (20) und einem darin drehbeweglich gelagerten Rotor (24), wobei der Rotor (24) Schlitze (26) aufweist, in denen Flügel (27) radial verschiebbar geführt sind, wobei die Flügel (27) durch einen in dem Rotor (24) ausgebildeten Hinterflügelkanal (28), welcher die Schlitze (26) mit einer Druckseite (DS) der Verdrängerpumpe (10) verbindet, mit einem Fluiddruck (P) beaufschlagbar und äußere Flügelenden (27a) an eine Innenwandung (20a) des Kurvenrings (20) anlegbar sind; und mit einer durch den Kurvenring (20) und den Rotor (24) ausgebildeten Arbeitskammer (30), die in axialer Richtung durch eine Stirnseite (32a) einer gehäuseseitigen Steuerplatte (32) und durch eine Stirnseite (34a) einer deckelseitigen Steuerplatte (34) begrenzt ist, wobei der Rotor (24), der Kurvenring (20), die gehäuseseitige Steuerplatte (32) und die deckelseitige Steuerplatte (34) in zusammengesetztem Zustand ein Läuferpaket (35) bilden, und wobei die gehäuseseitige Steuerplatte (32) in axialer Richtung benachbart zu einer Gehäusestirnfläche (36) und die deckelseitige Steuerplatte (34) in axialer Richtung benachbart zu einer Deckelstirnfläche (38) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Läuferpaket (35) zwischen der Gehäusestirnfläche (36) und der Deckelstirnfläche (38) in axialer Richtung bewegbar ist.
Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehrichtung (DR) des Rotors (24) reversibel ist, wobei das Fluid in eine erste Drehrichtung (DR1) des Rotors (24) oder in eine zweite Drehrichtung (DR2) des Rotors (24) förderbar ist, wobei eine jeweilige Druckseite (DS) der Verdrängerpumpe (10) im Betrieb das Läuferpaket (35) an eine zu der Druckseite (DS) der Verdrängerpumpe (10) gegenüberliegende Gehäusestirnfläche (36) oder Deckelstirnfläche (38) anlegt.
Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine in dem Rotor (24) ausgebildete Kanalisierung (25) einer Hinterflügeldruckversorgung auf einer Anlageseite des Läuferpaketes (35) an der Gehäusestirnfläche (36) oder der Deckelstirnfläche (38) dichtend verschließbar ist.
Verdrängerpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Läuferpaket (35) in einer Ruhestellung von der Gehäusestirnfläche (36) und der Deckelstirnfläche (38) beabstandet ist, wobei ein zwischen dem Läuferpaket (35) und jeweils der Gehäusestirnfläche (36) und der Deckelstirnfläche (38) ausgebildeter Spalt (39) zumindest 0,2 mm, vorzugsweise zumindest 0,1 mm beträgt.
Verdrängerpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Stirnseite (35a) des Läuferpaketes (35) und eine zweite Stirnseite (35b) des Läuferpaketes (35) jeweils eine ringförmige Nut (35c, 35d) aufweisen, in welche ein aus einem elastischen Material ausgebildeter O-Ring (41) oder ein Federelement eingefügt ist, wobei eine Dicke des O-Rings (41) und des Federelementes zur Beabstandung des Läuferpaketes (35) von der Gehäusestirnfläche (36) und der Deckelstirnfläche (38) größer als eine Tiefe der Nut ausgebildet sind, und wobei eine Federkonstante des O-Rings und des Federelementes zumindest 200 N/mm, vorzugsweise zumindest 300 N/mm beträgt.
Verdrängerpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Abhängigkeit von der Drehrichtung (DR) des Rotors (24) jeweilige Druckseite (DS) und Saugseite (SS) der Verdrängerpumpe (10) durch einen an einer Kurvenringaußenseite (20b) angeordneten Dichtring (44) voneinander getrennt sind.
Verdrängerpumpe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (24) an einer ersten Stirnfläche (24a) oder an einer zweiten Stirnfläche (24b) eine ringförmige Nut (24c) aufweist, in welche ein Federelement (43), vorzugsweise eine Sternfeder eingesetzt ist, die innere Flügelenden (27b) der Flügel (27) untergreift und die Flügel (27) an die Innenwandung (20a) des Kurvenrings (20) anlegt.
Verdrängerpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (24) an einer ersten Stirnfläche (24a) oder an einer zweiten Stirnfläche (24b) eine ringförmige Nut (24c) aufweist, in welche ein in die gehäuseseitige Steuerplatte (32) oder in die deckelseitige Steuerplatte (34) eingesetzter rohrförmiger Körper (42) mit einer äquidistanten Gleitkurve zum Kurvenring (20) ragt, wobei bei einem Anlaufen des Rotors (24) die Flügel (27) durch Berührung mit dem rohrförmigen Körper (42) in Radialrichtung des Rotors (24) in den jeweiligen Schlitzen (26) zum Anlegen der äußeren Flügelenden (27a) an die Innenwandung (20a) des Kurvenrings (20) ausfahrbar sind.
Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Körper (42) zumindest 3 mm, vorzugsweise zumindest 2 mm in die an der ersten Stirnfläche (24a) oder an der zweiten Stirnfläche (24b) des Rotors (24) ausgebildeten Nut (24c) ragt, wobei der rohrförmige Körper (42) als Blech ausgebildet ist, und an einer in der gehäuseseitigen Steuerplatte (32) oder in der deckelseitigen Steuerplatte (34) ausgebildeten Ringnut (37) fixiert ist.
Verdrängerpumpe (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hinterflügeldruck an den Flügeln (27) durch eine Maßdifferenz zwischen einer zu dem Rotor (24) benachbarten Stirnseite (42a) des rohrförmigen Körpers (42) und einer Tiefe der in der ersten Stirnfläche (24a) oder in der zweiten Stirnfläche (24b) des Rotors (24) ausgebildeten ringförmigen Nut (24c) steuerbar ist.
Verfahren zum Betreiben einer Verdrängerpumpe (10), insbesondere einer Flügelzellenpumpe zur Förderung eines Fluids für einen Verbraucher (6) eines Lenksystems (1), mit den Schritten: Bereitstellen (S1) eines Pumpengehäuses (18), einem darin angeordneten Kurvenring (20) und einem darin drehbeweglich gelagerten Rotor (24), wobei in dem Rotor (24) Schlitze (26) ausgebildet sind, in denen Flügel (27) radial verschiebbar geführt sind; Beaufschlagen (S2) der Flügel (27) durch einen in dem Rotor (24) ausgebildeten Hinterflügelkanal (28), welcher die Schlitze (26) mit einer Druckseite (DS) der Verdrängerpumpe (10) verbindet, mit einem Fluiddruck (P); Anlegen (S3) äußerer Enden der Flügel (27) an eine Innenwandung (20a) des Kurvenrings (20); Bereitstellen (S4) einer durch den Kurvenring (20) und den Rotor (24) ausgebildeten Arbeitskammer (30), die in axialer Richtung durch eine Stirnseite (32a) einer gehäuseseitigen Steuerplatte (32) und durch eine Stirnseite (34a) einer deckelseitigen Steuerplatte (34) begrenzt ist; und Bereitstellen (S5) eines Läuferpaketes (35) bestehend aus zumindest dem Rotor (24), dem Kurvenring (20), der gehäuseseitigen Steuerplatte (32) und der deckelseitigen Steuerplatte (34), welcher in zusammengesetztem Zustand das Läuferpaket (35) bilden, und wobei die gehäuseseitige Steuerplatte (32) in axialer Richtung benachbart zu einer Gehäusestirnfläche (36) und die deckelseitige Steuerplatte (34) in axialer Richtung benachbart zu einer Deckelstirnfläche (38) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Läuferpaket (35) zwischen der Gehäusestirnfläche (36) und der Deckelstirnfläche (38) in axialer Richtung bewegbar ist (S6).
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehrichtung (DR) des Rotors (24) reversibel ist, wobei das Fluid in eine erste Drehrichtung (DR1) des Rotors (24) oder in eine zweite Drehrichtung (DR2) des Rotors (24) gefördert wird, wobei eine jeweilige Druckseite (DS) der Verdrängerpumpe (10) im Betrieb das Läuferpaket (35) an eine zu der Druckseite (DS) der Verdrängerpumpe (10) gegenüberliegende Gehäusestirnfläche (36) oder Deckelstirnfläche (38) anlegt.
Lenksystem (1), mit: zumindest einem Verbraucher (6); und einer Verdrängerpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Förderung eines Fluids für den zumindest einen Verbraucher (6) des Lenksystems (1).
Lenksystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängerpumpe (10) durch eine Flügelzellenpumpe ausgebildet ist.