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Die Erfindung betrifft eine Flügelzellen-Verstellpumpe mit einem Hubring, der in Abhängigkeit von dem Druck in einem ersten Verstelldruckraum und einem zweiten Verstelldruckraum verstellbar ist, und mit einem Druckventil und eine Verfahren zum Betrieb der Pumpe.
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Stand der Technik
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Flügelzellenpumpen sind bekannt, sie werden insbesondere zur Versorgung von Lenkhilfesystemen oder ähnlichen hydraulischen Systemen in Kraftfahrzeugen sowie als Getriebepumpe in einem Automatikgetriebe eingesetzt. Dabei sind die beiden Druckkammern der Flügelzellen beispielsweise über einen Drucksammelraum innerhalb oder außerhalb der Pumpe miteinander verbunden, welcher in einer gemeinsamen Druckleitung zum Verbraucher führt. Ebenso sind die beiden Saugkammern der Flügelzellen miteinander verbunden und führen zum Ansaugbereich der Pumpe, in dem das aus der Lenkung oder einem Tank zurückströmende Öl der Pumpe wieder zugeführt wird.
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Aus der
WO2010/006705 ist eine Verstellpumpe mit einem Druckventil bekannt. Die Verstellpumpe mit einem Hubring, der in Abhängigkeit von dem Druck in einem ersten Verstelldruckraum und einem zweiten Verstelldruckraum mit einem Regeldruck verstellbar ist, und mit einem Mengenregler, der als Schieberventil mit einem mehrere Steuerkanten aufweisenden Mengenregelkolben ausgeführt ist, der mit einem Differenzruck beaufschlagt ist, der vor und nach einem hydraulischen Widerstand in einem Hochdruckbereich herrscht, und mit einem Druckventil, zeigt die Merkmale, dass das Druckventil als Schieberventil mit einem Druckregelkolben ausgeführt ist, der eine Drucksteuerkante aufweist und an einer Drucksteuerfläche mit dem Druck beaufschlagt ist, der vor oder gegebenenfalls hinter dem hydraulischen Widerstand im Hochdruckbereich herrscht. Der hydraulische Widerstand ist vorzugsweise in einer Ausgangsleitung oder Förderleitung der Verstellpumpe angeordnet. Somit handelt es sich bei dem Druck vor oder gegebenenfalls hinter dem hydraulischen Widerstand um den Druck in der Ausgangsleitung oder Förderleitung der Verstellpumpe.
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Das Hubvolumen einer solchen verstellbaren Flügelzellenpumpe wird über den Regeldruck, eingestellt. Dieser Regeldruck liegt deutlich unter dem Pumpenarbeitsdruck, da für die Verstellung des Hubrings ein geringerer Druck ausreicht.
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Bei einem Kaltstart der Pumpe kommt es dazu, dass durch Leerlaufen der Pumpe und durch hochviskose Arbeitsmittel die Pumpe erst verzögert startet und hohe Drehzahlen bis zum gewünschten Förderergebnis benötigt. Durch das Einfallen der Flügel mit der Schwerkraft in die Schlitze des Rotors oder durch Motorrückschlag wird das Kaltstartverhalten weiterhin negativ beeinflusst. Um das zu verhindern und das Kaltstartverhalten der Pumpe zu verbessern werden Unterflügelnuten mit Druck beaufschlagt.
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Eine solche Pumpe ist aus der
DE10259894 A1 bekannt. Diese Flügelzellenpumpe hat einen zweihübigen Konturring, einen Rotor mit Flügeln, Seitenplatten und ein Gehäuse und einen Gehäusedeckel, Unterflügelnuten zur Versorgung der unteren Flügelflächen mit Druck, wobei die im Rotor radial verschiebbaren Flügel durch den Druck in der Unterflügelnut gegen den Konturring gepresst werden, wobei die Unterflügelnut zweigeteilt ist und sich jeweils ein Teil, in Drehrichtung gesehen, unter einer Saugniere und mindestens einer nachfolgenden Druckniere erstreckt, so dass die Unterflügelnut, die dem Saugbereich der einen Pumpenhälfte zugeordnet ist, mit der dazugehörigen Unterflügelnut, die dem Druckbereich derselben Pumpenhälfte zugeordnet ist, in Verbindung steht und keine Verbindung zu den Unterflügelnuten der anderen Pumpenhälfte besteht.
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Das Ausfahren der Flügel mit Pumpendurch führt zu einem deutlichen erhöhten Verschleiß an für das Ausfahren der Flügel das Niveau des Pumpendrucks nicht notwendig ist.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen Flügelzellen-Verstellpumpe vorzuschlagen, die kostengünstig eine Kaltstartfunktion enthält, die zudem den Verschleiß der Flügel reduziert.
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Die Aufgabe wird gelöst mit einer Flügelzellen-Verstellpumpe mit einem Hubring, der in Abhängigkeit von dem Druck in einem ersten Verstelldruckraum und einem zweiten Verstelldruckraum verstellbar ist, und mit einem Mengenregler, der mit einem Differenzdruck beaufschlagt ist, und/oder mit einem Druckventil , wobei die Flügelzellen-Verstellpumpe in der Druckplatte unterhalb der Flügel Unterflügelnuten aufweist, wobei die Unterflügelnuten der Saugseite von den Unterflügelnuten der Druckseite durch Trennungen voneinander beanstandet und mit unterschiedlichen Druckräumen verbunden sind.
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Insbesondere werden die Unterflügelnuten der Druckseite mindestens mit dem Pumpenhochdruck beaufschlagt, um die Flügel der Pupe sicher auszutreiben.
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Vorteilhafterweise werden die Unterflügelnuten der Saugseite mit einem Druck, der geringer ist als der Pumpenhochdruck, beaufschlagt und so nicht mit sehr hohem Druckunterscheid an den Hubring gedrückt. Dadurch reduziert sich der Verschleiß der Flügel.
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Dadurch, dass es sich um einen verstellbare Pumpe handelt, die einen Regeldruck vom Mengenregler oder Druckventil besitzt, ist es möglich diesen Druck an der Unterflügelnuten der Saugseite anzulegen und so eine weiter Nutzung des Regeldrucks zu erreichen.
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Vorteilhafterweise entspricht der Regeldruck etwa der Hälfte des Pumpenhochdrucks.
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Eine optimale Auslegung der Pumpe erfolgt durch eine radiale Erstreckung der Unterflügelnuten der Saugseite entlang der Saugniere.
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Um einen hohen Integrationsgrad zu erhalten und wenig Bauraum zu verschwenden ist es von Vorteil, dass der Mengenregler oder das Ventil in der Pumpe integriert ist.
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Das Verfahren zum Betrieb einer Flügelzellen-Verstellpumpe hat den Vorteil, dass der Regeldruck an mindestens eine vom Hochdruck der Pumpe separierte Unterflügelnut der Saugseite angelegt wird.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Gleiche oder ähnliche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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1 zeigt eine Aufsicht auf eine Druckplatt im Stand der Technik,
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2 zeigt eine Aufsicht auf eine Druckplatte nach der Erfindung,
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3 einen Hydraulikschaltplan einer Verstellpumpe mit Druckregler und einem Mengenregler im Stand der Technik,
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4 zeigt ein Schema der erfinderischen Lösung.
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In den 3 und 4 ist eine Verstellpumpe 1 mit einem nur angedeuteten Pumpengehäuse 2 im Querschnitt und mit einem Rotor 4 innerhalb eines Hydraulikschaltplans vereinfacht dargestellt. Der Rotor 4 ist durch eine Antriebswelle 5 gegen den Uhrzeigersinn angetrieben, wie durch einen Pfeil angedeutet ist.
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Bei der Verstellpumpe 1 handelt es sich um eine Hydraulikpumpe, die als Flügelzellenpumpe ausgeführt ist. In dem Rotor 4 sind radial verlaufende Schlitze 6 vorgesehen, in denen Flügel 8 in radialer Richtung geführt sind. Die Flügel 8 liegen mit ihren radial äußeren Enden an einer Hubkontur 9 an, die innen an einem Hubring 10 vorgesehen ist. Der Hubring 10 der Flügelzellenpumpe ist verstellbar, verschiebbar beziehungsweise verschwenkbar in dem Pumpengehäuse 2 angeordnet, um die Fördermenge der Flügelzellenpumpe zu variieren. Der Hubring 10 der Verstellpumpe 1 begrenzt innerhalb des Pumpengehäuses 2 zwei Verstelldruckräume 11, 12, die durch Dichteinrichtungen 14, 15 voneinander getrennt sind. An der rechten Seite des Hubrings 10 liegt ein Stellkolben 18 an, der durch eine Stellkolbenfeder 19 vorgespannt ist, die in einem Stellkolbenaufnahmeraum 20 vorgespannt ist. Durch die Vorspannkraft der Stellkolbenfeder 19 wird der Hubring 10 mit seiner linken Seite in Anlage an einer Anschlagfläche 16 gehalten, die an dem Pumpengehäuse 2 vorgesehen ist.
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Die Verstellpumpe 1 umfasst in dieser Ausführung eine Saugniere 21 und eine Druckniere 22, die beide gestrichelt angedeutet sind. Die Saugniere 21 steht mit einem Druckentlastungsraum oder Tank 24 in Verbindung, der Hydrauliköl enthält. Wenn sich der Rotor 4 der Verstellpumpe in Pfeilrichtung, also gegen den Uhrzeigersinn, dreht, dann kommt es im Bereich der Saugniere 21 zu einer Volumenvergrößerung, die ein Ansaugen des Hydraulikmediums aus dem Tank 24 bewirkt. Gleichzeitig kommt es im Bereich der Druckniere 22 zu einer Volumenabnahme, die ein Fördern des Arbeitsmediums in eine Förderleitung oder Ausgangleitung 25 der Verstellpumpe 1 bewirkt, die zu einem Verbraucher führt, wie durch einen Pfeil 26 angedeutet ist.
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Der Bereich der Verstellpumpe 1 mit der Druckniere 22 wird auch als Arbeitsdruckraum 22 bezeichnet. Der Arbeitsdruckraum 22 steht über eine Hydraulikleitung 27 mit der Förderleitung 25 in Verbindung. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung beschriebenen Leitungen können als separate Leitungen oder als Kanäle ausgeführt sein, die sich durch Gehäuseteile der Verstellpumpe erstrecken. In der Förderleitung 25 ist zwischen dem Arbeitsdruckraum 22 und dem Verbraucher 26 ein hydraulischer Widerstand 28 vorgesehen, der zum Beispiel als Blende oder als Konstantdrossel ausgeführt ist. Der Arbeitsdruckraum 22 steht über die Hydraulikleitung 27 und eine weitere Hydraulikleitung 29 ebenfalls mit dem Stellkolbenaufnahmeraum 20 in Verbindung.
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Der rechte Verstelldruckraum 12 der Verstellpumpe 1 steht mit dem Tank 24 und der Saugniere 21 in Verbindung. In den dargestellten Ausführungsbeispielen sorgt der Druck in dem Stellkolbenaufnahmeraum 20 und die Vorspannkraft der Stellkolbenfeder 19 dafür, dass der Hubring 10 zunächst in Anlage an der Anschlagfläche 16 gehalten wird. Wenn der Druck in dem linken Verstelldruckraum 11 zunimmt, dann bewegt sich der Hubring 10 von links nach rechts oder schwenkt um eine Schwenkachse, die in der Nähe der Dichtung 15 angeordnet ist. Durch eine derartige Verschiebung oder ein derartiges Verschwenken des Hubrings 10 kann das Hubvolumen der Verstellpumpe 1 von einem maximalen Hubvolumen auf ein minimales Hubvolumen reduziert werden. Zu diesem Zweck wird der Druck in den Verstelldruckräumen 11, 12 in Abhängigkeit von dem geförderten Volumenstrom und dem Differenzdruck geregelt, der vor oder hinter dem hydraulischen Widerstand 28 in der Förderleitung beziehungsweise Ausgangsleitung 25 herrscht.
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Bei den in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen wird der Druck in dem Verstelldruckraum 11 mit Hilfe eines Mengenreglers 30 gesteuert. Der Mengenregler 30 weist einen Bereich auf, der mit einem Druckanschluss eines Druckreglers 40 in Verbindung steht.
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Eine Zunahme des Drucks in dem linken Verstelldruckraum 11 sorgt dafür, dass der Hubring 10 gegen den Kolben 18 und die Feder 19 von links nach rechts bewegt wird. Dadurch wird die Fördermenge beziehungsweise das Hubvolumen der Verstellpumpe 1 reduziert. Eine Reduzierung der Fördermenge führt zur Abnahme des Differenzdrucks an dem hydraulischen Widerstand 28.
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Der Mengenregler 30 arbeitet unabhängig von dem Druckregler 40. Bei einer Zunahme des Volumenstroms in der Förderleitung 25 steigt der Druck vor dem hydraulischen Widerstand 28 an. Die sich daraus ergebende Druckdifferenz wirkt zwischen auf den Mengenreglers 30. Der ansteigende Druck in dem Verstelldruckraum 11 lässt den Hubring 10 soweit zurückschwenken, bis sich der gewünschte Volumenstrom entsprechend der Druckdifferenz an dem hydraulischen Widerstand 28 einstellt. Sobald der Volumenstrom in der Förderleitung 25 beziehungsweise die daraus resultierende Druckdifferenz abnimmt, ist der Mengenregler wieder in der dargestellten Schließstellung.
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Bei den in 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Verstelldruckraum 11 der Verstellpumpe 1 über den Verbindungsanschluss des Druckreglers 40 mit einem Regeldruck beaufschlagbar. Der Regeldruck wird über eine Ablaufdrossel 62 in den Tank 24 entlastet. Diese Regelung wird auch als Zulaufregelung für den Regeldruck der Verstellpumpe 1 bezeichnet.
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In 1 ist eine Druckplatte 31 mit einer Saugniere 21 und einer Druckniere 22 sowie einer Unterflügelnut 32 dargestellt. Die Unterflügelnut 32 erstreckt sich entlang eines geschlossenen Radius konzentrisch zum Rotor 5. Die Verbindung zur Druckseite über den Druckregler 40 erfolgt über die Bohrung 41 in der Druckplatte.
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Um die Flügel auszufahren wurde im Stand der Technik eine Verbindung zwischen mit der Unterflügelnut 32 und der Druckniere 22 hergestellt. Damit lag in der Unterflügelnut der Druck der Hochdruckseite an. Damit werden die Flügel sehr stark beaufschlagt und an die Hubkontur 9 gepresst.
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In 2 ist die erfindungsgemäße Lösung skizziert. Die Unterflügelnut 32 ist zweiteilig aufgebaut und weist Trennungen 33 auf. Die Position der Trennungen befindet sich jeweils am Anfang beziehungsweise am Ende der Saugniere 21, wenn man einen Radius von der Mitte der Pumpe aus zieht. Diese virtuelle Linie des Radius ist gestrichelt in der Zeichnung dargestellt. Man erkennt, das sich die Trennung 33a auf der linken Seite mit dem Beginn, dem äußersten Rand der Sauniere 21 zusammenfällt, und der linke Rand der Trennung 33b mit dem zweiten äußeren Rand der Saugniere 21.
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Die Unterflügelnut Saugseite 34 endet mit der Spitze der Saugniere 21 an der Stelle an der der Saugbereich durch die Kreisbewegung der Flügel in einen Übergangsbereich 36 übergeht. In Gegenuhrzeigersinn gedreht folgt nach dem Übergangsbereich 36 die Druckseite, in der der Pumpendruck sowohl oberhalb der Flügel als auch unterhalb der Flügel in der Unterflügelnut Druckseite 35 anliegt. Damit auch hier ein etwas höherer Druck in der Unterflügelnut Druckseite 35 das Ausfahren der Flügel unterstützt, besitzt die Verbindung der Unterflügelnut Druckseite 35 in ihrer Verbindung zur Druckseite eine separate Blende, um einen geringen Überdruck aufzubauen. Die separate Blende wird dabei vorzugsweise im Gehäuse direkt angebracht sein.
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Die Unterflügelnut Saugseite 34 ist dagegen nicht mehr mit dem Pumpendruck verbunden, sondern mit dem Regeldruck PRegel für die verstellbare Pumpe, der durch den Mengenregler 40 oder ein regelbares Ventil 30 auf ein Mass eingestellt ist, der in etwa der Hälfte des Pumpenhochdrucks entspricht.
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Der Druckregler 40 oder das Ventil 30 beaufschlagt über die Bohrung 41 den Verstelldruckraum mit einem Regeldruck. Über eine separate Bohrung 42 ist die Unterflügelnut Saugseite 34 mit dem Regeldruck PRegel, über eine Verbindung 37 oder über die Bohrung 41 in der Druckplatte verbunden.
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Der Pumpenhochdruck liegt über eine Verbindung 38 und eine Bohrung 43 an der Unterflügelnut Druckseite an.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verstellpumpe
- 2
- Pumpengehäuse
- 4
- Rotor
- 5
- Antriebswelle
- 6
- Schlitze
- 8
- Flügel
- 9
- Hubkontur
- 10
- Hubring
- 11
- Verstelldruckraum
- 12
- Verstelldruckraum
- 14
- Dichteinrichtung
- 15
- Dichteinrichtung
- 16
- Anschlagfläche
- 18
- Stellkolben
- 19
- Stellkolbenfeder
- 20
- Stellkolbenaufnahmeraum
- 21
- Saugniere
- 22
- Druckniere
- 24
- Tank
- 25
- Förderleitung
- 26
- Pfeil
- 27
- Hydraulikleitung
- 28
- Hydraulischer Widerstand
- 30
- Mengenregler
- 31
- Druckplatte
- 32
- Unterflügelnut
- 33
- Trennungen
- 34
- Unterflügelnut Saugseite
- 35
- Unterflügelnut Druckseite
- 36
- Übergangsbereich
- 37
- Verbindung Regeldruck
- 38
- Verbindung Hochdruck
- 40
- Druckregler
- 41
- Bohrung
- 42
- Bohrung
- 43
- Bohrung
- PRegel
- Regeldruck
- PH
- Hochdruck
- PS
- Saugdruck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2010/006705 [0003]
- DE 10259894 A1 [0006]
