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Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für eine Verstellpumpe,
insbesondere eine Flügelzellenpumpe,
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Verstellpumpen der vorgenannten Art
sind aus der
DE 199
57 886 A1 , insbesondere
16 und
17 bekannt, und zwar in der Ausgestaltung
als Flügelzellenpumpen,
die in Verbindung mit Servolenkeinrichtungen für Kraftfahrzeuge eingesetzt
sind. Die bekannten Verstellpumpen arbeiten mit Pumpenstelleinrichtungen,
in deren Ansteuerung ein Stromregelventil vorgesehen ist, das Anschlüsse zur
druckseitigen Versorgungsverbindung zwischen der Verstellpumpe und
einem Verbraucher, also beispielsweise der Servolenkeinrichtung
aufweist, wobei für
die druckseitige Versorgungsverbindung zwischen Verstellpumpe und
Verbraucher eine Druckbegrenzung vorgesehen ist, die durch ein zum
Verbraucher parallel geschaltetes Druckbegrenzungsventil gebildet
ist.
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Bei Einsatz solcher Verstellpumpen
zur Servounterstützung
der Lenkung bei Fahrzeugen werden die Verstellpumpen motordrehzahlabhängig angetrieben
und in ihrem Fördervolumen
auch drehzahlabhängig
gesteuert. Es ist aber eine Auslegung der Verstellpumpen dahingehend
notwendig, dass, auch bei niedrigen Mo tordrehzahlen, so beispielsweise
im Parkierbetrieb hohe Servowirkungen erreicht werden, was entsprechende
große
Pumpen erforderlich macht. Lenksystembedingt kann damit der Druck situationsabhängig stark
ansteigen, so dass eine Belastungsbegrenzung durch ein Druckbegrenzungsventil
notwendig ist, wodurch das System zwar vor unzulässig hohen Drücken geschützt wird,
gleichzeitig aber eine Fördermenge
abgenommen wird, die die Leistungsaufnahme des Verbrauchers übersteigt, auf
Grund der höheren
Pumpenleistung bezogen auf den Betrieb der Brennkraftmäschine verbrauchserhöhend wirkt
und in Verbindung mit der Entspannung über das Druckbegrenzungsventil
auch höhere Öltemperaturen
nach sich zieht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Regeleinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten,
dass eine verbesserte Anpassung des Fördervolumens der Verstellpumpe an
die jeweilige Leistungsaufnahme des Verbrauchers erreicht wird.
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Gemäß der Erfindung wird dies mit
einer Regeleinrichtung gemäß dem Anspruch
1 erreicht, bei der die Druckbegrenzung für die Versorgungsverbindung
zwischen Verstellpumpe und Verbraucher in die Ansteuerung der Pumpenstelleinrichtung
integriert wird, derart, dass die Fördermenge der Verstellpumpe
grenzdruckabhängig
verringert wird. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird somit die Pumpenleistung
bei einem entsprechenden, durch verminderte Leistungsaufnahme des
Verbrauchers bedingten Druckanstieg unmittelbar durch Verstellen
der Pumpe in Richtung einer Reduzierung ihrer Fördermenge angepasst.
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Hierzu erweist sich eine Ausgestaltung
der Regeleinrichtung als zweckmäßig, bei
der das Stromregelventil einen als Druckwaage arbeitenden Regelkolben
aufweist, der zwischen über
die An schlussverbindungen versorgten Ventilkammern liegt, der in
Richtung auf die stromauf der Blende angeschlossene Ventilkammer
federbelastet ist und der überlagert
zur Regelung in Abhängigkeit
von dem stromab und stromauf der Blende gegebenen Druck bei Überschreiten
eines Grenzdruckes entgegen der Federbelastung verstellbar ist und
eine das Fördervolumen
reduzierende Beaufschlagung der Pumpenstellvorrichtung freigibt.
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Eine derartige Ausgestaltung der
Regeleinrichtung kann mit einer Druckbegrenzung über ein Druckbegrenzungsventil
kombiniert sein, wobei dieses Druckbegrenzungsventil derart angeordnet
ist, dass die stromab der Blende angeschlossene Ventilkammer über das
Druckbegrenzungsventil mit der Saugseite der Pumpe verbunden ist,
so dass über das
Druckbegrenzungsventil zwar eine zusätzliche Sicherheitsfunktion
erreicht wird, jedes Ansprechen des Druckbegrenzungsventils aber
primär
auch eine Beaufschlagung der Pumpenstelleonrichtung im Sinne einer
Verringerung des Fördervolumens
zur Folge hat. Ergänzt
werden kann eine solche Lösung
in zweckmäßiger Weise
dadurch, dass die stromab der Blende abgezweigte Anschlussverbindung
drosselnd ausgebildet ist, beispielsweise durch die Anordnung einer
weiteren Blende in dieser Anschlussverbindung, um beispielsweise
verbraucherseitige Druckschwankungen in ihrer Auswirkung auf das
Stromregelventil zu glätten.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann
das Druckbegrenzungsventil auch in den Regelkolben integriert sein,
was zu einer weiteren Vereinfachung einer derartigen Lösung führt.
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Eine weitere Möglichkeit der erfindungsgemäßen Beaufschlagung
des Regelkolbens des Stromregelventiles zur Druckbegrenzung besteht
darin, dass der Regelkolben über
einen Steller beaufschlagbar ist, der ein druckabhängig arbeitendes Stellglied aufweist
und der den Regelkolben in seiner Funktion als Druckwaage nur dann
verstimmt und im Sinne einer Ansteuerung der Pumpenstelleinrichtung zur
Reduzierung des Fördervolumens
verstellt, wenn ein entsprechender Grenzdruck überschritten wird. Zweckmäßigerweise
ist die Anschlussverbindung für den
Steller an die Versorgungsverbindung stromauf der in der Versorgungsverbindung
vorgesehenen Blende abgezweigt, um eine möglichst unmittelbare Rückkopplung
auf die Verstellpumpe zu erreichen; im Rahmen der Erfindung liegt
es aber auch, die Abzweigung auf den Steller stromab der Blende
aus der Versorgungsverbindung abzuzweigen.
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Eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht
darin, dass in der Ansteuerung der Pumpenstelleinrichtung zwei Stromregelventile
vorgesehen werden, deren Erstes durch das an die druckseitige Versorgungsverbindung
angeschlossene Stromregelventil gebildet ist, über das die Ansteuerung der
Pumpenstelleinrichtung in Abhängigkeit
von der Sollstrommenge des Verbrauchers erfolgt, solange der in der
Versorgungsverbindung zwischen Verstellpumpe und Verbraucher herrschende
Druck unterhalb einer vorgegebenen kritischen Druckgrenze liegt.
Wird dieser Grenzdruck überschritten,
so wird die Pumpenstelleinrichtung über das zweite Stromregelventil
zusätzlich
beeinflusst, das in Abhängigkeit
vom Druck in der Versorgungsverbindung diese derartig mit der Pumpenstelleinrichtung
verbindet, dass letztere in Richtung verringerter Förderleistung
der Verstellpumpe beaufschlagt wird. Diese Funktion des Stromregelventiles
wird zweckmäßigerweise
bei zweiseitiger Druckbeaufschlagung der Pumpenstelleinrichtung
dazu genutzt, die Pumpensteuerung bezüglich jener Druckseite, die
bei Druckbeaufschlagung eine Vergrößerung des Fördervolumens
der Verstellpumpe zur Folge hat, an die Saugseite der Pumpe anzuschließen, so
dass auch bei beidseitiger Druckbeaufschlagung der Pumpenstelleinrichtung
sehr schnelle Verstellreaktionen möglich sind. Bei zweiseitiger
Beaufschlagung der Pumpenstelleinrichtung mit entsprechenden Anschlussleitungen
zum ersten Stromregelventil erweist es sich dabei zusätzlich als
zweckmäßig, diese
Anschlussleitungen drosselnd auszubilden, beispielsweise durch Anordnung
einer entsprechenden Drossel oder Blende in der Anschlussleitung.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale
der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung
nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
erste Ausgestaltung einer Regeleinrichtung für eine Verstellpumpe, wobei
die Pumpenstelleinrichtung symbolisch als doppelt wirkender Stellzylinder
mit Rückstellfeder
veranschaulicht ist und wobei in der Ansteuerung der Pumpenstelleinrichtung
ein Stromregelventil vorgesehen ist, dessen als Druckwaage arbeitender
Regelkolben bei Überschreiten
eines Grenzdruckes in der Versorgungsverbindung zwischen Verstellpumpe
und Verbraucher aus seiner jeweiligen Regellage in Abhängigkeit vom
Ansprechen eines Druckbegrenzungsventiles verstellbar ist,
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2 eine
der 1 entsprechende
Ausgestaltung, wobei das Druckbegrenzungsventil in den Regelkolben
des Stromregelventiles integriert ist,
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3 eine
weitere Ausgestaltung einer Regeleinrichtung, bei der der Regelkolben
des Stromregelventiles druckabhängig über einen
Stellkolben aus seiner jeweiligen Regellage verstellbar ist, und
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4 eine
weitere Regeleinrichtung gemäß der Erfindung,
bei der grenzdruckabhängig über ein zusätzliches
Stromregelventil auf die Pumpenstelleinrichtung und deren jeweilige
Stelllage Einfluss genommen wird.
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Die Figuren veranschaulichen mehrere
Ausgestaltungen des hydraulischen Systems einer Regeleinrichtung
einer hydraulischen Verstellpumpe
1, die auf einen Verbraucher
2 arbeitet.
Bei der Verstellpumpe handelt es sich bevorzugt um eine Flügelzellenpumpe
bekannter Bauart, wie sie beispielsweise in der
DE 199 57 886 A1 gezeigt
ist. Eine derartige Flügelzellenpumpe
umfasst, was hier nicht dargestellt ist, einen Kurvenring, der den
mit radialen Flügeln
bestückten
Rotor umschließt
und der seinerseits relativ zum Rotor in einem Gehäuse verstellbar
angeordnet ist. Durch Verstellung des Kurvenringes relativ zum Rotor
wird die Größe der Arbeitskammern
verändert,
und damit das Fördervolumen
der Pumpe. Über
eine Federanordnung ist der Kurvenring in Richtung auf eine Endlage
belastet, die dem maximalen Fördervolumen
entspricht, und des Weiteren ist eine hydraulische Beaufschlagung
des Kurvenringes zumindest in Gegenrichtung zur Federbelastung vorgesehen,
um das Fördervolumen
der Verstellpumpe dem Leistungsbedarf des Verbrauchers anzupassen. Darüber hinaus
sind auch Ausgestaltungen bekannt und möglich, bei denen der Kurvenring
beiderseits hydraulisch beaufschlagt ist, einmal überlagert
zur Federbelastung in Richtung auf ein maximales Fördervolumen,
und zum anderen in Gegenrichtung.
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Verwendet werden derartige Verstellpumpen insbesondere
in Verbindung mit Servolenkungen für Kraftfahrzeuge als Verbraucher,
wobei die als Flügelzellenpumpen
ausgebildeten Verstellpumpen jeweils über die Brennkraftmaschine
des Kraftfahrzeuges angetrieben werden und damit in ihrer Förderleistung drehzahlabhängig sind.
Im Regelfall wird aber bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine
des Fahrzeuges die höchste
Servounterstützung
gefordert, was entsprechende Pumpengrößen bedingt. Im Hinblick darauf
ist eine schnell ansprechende und feinfühlige Regelung der Verstellpumpe
erforderlich, um mit steigender Drehzahl unzulässig hohe Drücke im System
zu vermeiden und um nicht auf einen Druckabbau über parallel zum Verbraucher
liegende Druckbegrenzungsventile angewiesen zu sein, der sich auf
den Leistungsbedarf der Servolenkung und die Öltemperatur ungünstig auswirkt.
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In 1 ist
die beidseitige hydraulische Beaufschlagung der Verstellpumpe 1 durch
eine Pumpenstelleinrichtung 3 symbolisiert, die, analog
zum Kurvenring, einen beidseitig hydraulisch beaufschlagten Kolben
als Stellglied 4 aufweist, das zwischen Steilkammern 5 und 6 liegt,
wobei der Steilkammer 6 die Feder 7 zugeordnet
ist, über
die das Stellglied 4, analog zum Kurvenring, in Richtung
auf maximales Fördervolumen
der Verstellpumpe 1 belastet ist.
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Die Pumpenstelleinrichtung 3 wird über ein Stromregelventil 8 angesteuert,
das einen Regelkolben 9 aufweist, der in der Funktion einer
Druckwaage zwischen Ventilkammern 10 und 11 liegt
und der in der dargestellten Gleichgewichtslage in Überdeckung
zu Verbindungsleitungen 12, 13 liegt, die auf die
Stellkammern 5 bzw. 6 ausmünden. Die Ventilkammern 10 und 11 des
Stromregelventiles 8 sind über Anschlussverbindungen 14 und 15 an
die Versorgungsverbindung 16 angeschlossen, welche als druckseitige
Versorgungsverbindung 16 zwischen der Verstellpumpe 1 und
dem Verbraucher 2 verläuft, der
rücklaufseitig
an die saugseitige Versorgungsverbindung 17 der Verstellpumpe 1 angeschlossen
ist, der auch ein Ölvorratsbehälter 18 zugeordnet
ist.
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Zwischen den Abzweigungen der Anschlussverbindungen 14 und 15 von
der Versorgungsverbindung 16 liegt eine Blende 19,
die – bevorzugt – als insbesondere
in Abhängigkeit
vom Leistungsbedarf des Verbrauchers 2 in ihrem Durchtrittsquerschnitt veränderliche
Verstellblende 19 ausgebildet sein kann, wie dies dargestellt
ist, die aber im Rahmen der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung nicht
als Verstellblende 19 ausgebildet sein muss.
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Der Regelkolben 9 des Stromregelventiles 8 weist
zwischen seinen in der Gleichgewichtslage die Verbindungsleitungen 12 und 13 absteuernden
Kolbenteilen 20 und 21 einen Ringraum 22 auf,
der in Überdeckung
zu einer Leitung 23 liegt, die an die saugseitige Versorgungsverbindung 17 angeschlossen
ist, auf die auch eine Leitung 24 ausmündet, in der ein Druckbegrenzungsventil 25 angeordnet
ist und die an die Ventilkammer 11 des Stromregelventiles 8 angeschlossen
ist, welche über
die Anschlussverbindung 15, in der eine Drossel 26 angeordnet
ist, stromab – Pfeil 48 – der Blende 19 von
der druckseitigen Versorgungsverbindung 16 abgezweigt ist.
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Wird bei einer derartigen Regeleinrichtung
in der druckseitigen Versorgungsverbindung 16 ein vorgegebener
Grenzdruck überschritten,
so öffnet
das Druckbegrenzungsventil 25 mit der Folge, dass sich in
der Ventilkammer 11 des Stromregelventiles 8 ein Druckabfall
ergibt, durch den sich eine Verstellung des Regelkolbens 9 entgegen
der Kraft der Feder 27 ergibt, so dass die Versorgungsleitung 13 gegen
die Leitung 23 kurzgeschlossen wird, mit der Folge einer Verstellung
des Stellgliedes 4 gegen die Kraft der Feder 7,
und damit einer Verstellung der Verstellpumpe 1 in Richtung
auf ein kleineres Fördervolumen,
und der Anpassung der Förderleistung
an den Verbraucher 2. Damit tritt ein Druckabfall in der
Versorgungsverbindung 16 ein, der bei Unterschreiten des
vorgegebenen Grenzdruckes zum Schließen des Druckbegrenzungsventiles 25 führt.
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Bei Überschreiten des vorgegebenen
Grenzdruckes in der druckseitigen Versorgungsverbindung 16 wird
somit das Stromregelventil 8 durch Öffnen des Druckbegrenzungsventiles 25 verstimmt,
und zwar im Sinne einer Ansteuerung der Pumpenstelleinrichtung 3 zur
Verringerung der Förderleistung
der Verstellpumpe 1, und es wird somit die Druckbegrenzungsfunktion
in die Ansteuerung der Pumpenstellvorrichtung 3 über das
Stromregelventil 8 integriert.
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Eine der Regeleinrichtung gemäß 1 funktional entsprechende
Regeleinrichtung ist an Hand der 2 veranschaulicht,
wobei entsprechende Teile gleiche Bezugszeichen tragen.
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Abweichend von der Ausgestaltung
gemäß 1 ist in 2 das Stromregelventil 8 mit
einem Regelkolben 28 versehen, in den ein Druckbegrenzungsventil 29 integriert
ist, das im geöffneten
Zustand eine Verbindung zwischen der Ventilkammer 11 und
dem Ringraum 22 herstellt, der über die Leitung 23 an
die saugseitige Versorgungsverbindung 17 angeschlossen
ist. Die stromab der Blende 19 vorgesehene Anschlussverbindung 15 zur
Kammer 11, in der die den Regelkolben 28 beaufschlagende Druckausgleichsfeder 27 angeordnet
ist, ist in der Darstellung gemäß 2 als ungedrosselte Verbindung
ausgestaltet, kann aber im Rahmen der Erfindung, in Analögie zu 1, mit Vorteil ebenfalls
gedrosselt ausgebildet sein.
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Eine weitere, mit bei Überschreiten
eines vorgegebenen Grenzdruckes in der druckseitigen Versorgungsverbindung 16 mit
Verstimmung des Stromregelventiles 8 arbeitende Lösung ist
in 3 gezeigt, wobei
der Regelkolben 9 in diesem Fall über einen druckabhängig verstellbaren
Steller 30 beaufschlagt werden kann. Der Steller 30 ist über eine
Leitung 32 stromauf der Blende 19 an die druckseitige Versorgungsverbindung 16 angeschlossen
und weist ein als Kolben ausgebildetes Stellglied 33 auf,
das entgegen seiner durch die Verbindung zur druckseitigen Versorgungsverbindung 16 gegebenen
Druckbeaufschlagung über
eine. Feder 34 abgestützt
ist. Mit zunehmendem Druck in der druckseitigen Versorgungsverbindung 16 wird
das kolbenartige Stellglied 33 entgegen der Federkraft 34 in
Richtung auf den Regelkolben 9 verfahren und beaufschlagt
bei Überschreiten
des vorgegebenen Grenzdruckes den Regelkolben 9 im Sinne
einer Ansteuerung der Pumpenstelleinrichtung 4, die einer
Verringerung des Fördervolumens
der Verstellpumpe 1 entspricht.
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Ergänzend zum Stromregelventil 8,
das bei dieser Lösung
ein erstes Stromregelventil bildet, ist bei der Lösung gemäß 4 zur Realisierung der Druckbegrenzungsfunktion
ein zweites Stromregelventil 35 vorgesehen, das Ventilkammern 36 und 37 sowie
einen Regelkolben 38 umfasst, der in Gegenrichtung zu einem
Druckanschluss 39 über
eine Feder 40 belastet ist, wobei der Druckanschluss 39 im Ausführungsbeispiel
stromauf der Blende 19 von der druckseitigen Versorgungsverbindung 16 abgezweigt ist.
Im Rahmen der Erfindung kann diese Abzweigung, ebenso wie die Abzweigung
der Leitung 32 im Ausführungsbeispiel
gemäß 3, aber auch stromab der
Blende 19 erfolgen, wenn auch die Abzweigung stromauf der
Blende 19 eine bevorzugte Lösung bildet.
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Liegt der Druck in der druckseitigen
Versorgungsverbindung 16 unterhalb des vorgegebenen Grenzdruckes,
so nimmt auf Grund seiner Gestaltung der Regelkolben 38 eine
Stellung ein, in der die auf die Stellkammern 5 und 6 der
Pumpenstelleinrichtung 3 ausmündenden Verbindungsleitungen 41 und 42 geschlossen
sind. In Gegenrichtung zur Feder 40 ist der Regelkolben 38 auf
diese Lage anschlagbegrenzt, symbolisch dargestellt durch die Nase 47.
Wird der Grenzdruck überschritten,
so wird der Regelkolben 38 entgegen der Kraft der Feder 40 verlagert
mit der Folge, dass die Verbindung zwischen der Ventilkammer 36 und
der Steilkammer 5 freigegeben wird und somit das Stellglied 4 im
Sinne einer Verringerung des Fördervolumens
der Verstellpumpe 1 verstellt wird. Gleichzeitig gibt der
Regelkolben 38 die Verbindungsleitung 42 zur Steilkammer 6 frei
und schließt
die Steilkammer 6 über
seinen Ringraum 43 und die Verbindungsleitung 44 an
die saugseitige Versorgungsverbindung 17 an, so dass sich ein
schneller Abbau des Rückhaltedruckes
gegen eine Verstellung des Stellgliedes 4 in Richtung der Absenkung
des Fördervolumens
der Pumpe 1 ergibt. Zweckmäßigerweise sind bei dieser
Ausgestaltung in den Verbindungsleitungen 12 und 13 zwischen
dem ersten Regelventil 8 und der Pumpenstelleinrichtung 3 Drosselstellen
vorgesehen, wie durch die Drosseln 45 und 46 veranschaulicht.
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Bei dieser Lösung erfolgt druckabhängig vorrangig
die Verstellung des Stromventiles 35, das die Funktion
eines Druckbegrenzungsventiles ausübt, und über dieses die Ansteuerung
der Pumpenstelleinrichtung 3. Die druckabhängig erfolgende
Ansteuerung des Regelkolbens 9 ist in ihrer Auswirkung
auf die Pumpenstelleinrichtung 3 über die Drosseln 45 und 46 verzögert, wobei
die über
das Stromregelventil 35 eingesteuerte Absenkung der Fördermenge
der Verstellpumpe 1 sich auch im Sinne einer Ansteuerung
des Stromregelventils 9 auswirkt, durch die die Verbindung
der druckseitigen Versorgungsverbindung 16 zur saugseitigen
Versorgungsverbindung 17 über die Anschlussverbindung 15 zur
Verbindungsleitung 44 freigegeben wird.