DE10297466T5

DE10297466T5 - Flügelzellenpumpe mit einem druckkompensierenden Ventil

Info

Publication number: DE10297466T5
Application number: DE10297466T
Authority: DE
Inventors: Timothy Carl Linden Strueh
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: ZF Active Safety and Electronics US LLC
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2005-03-03
Also published as: WO2003044368A1; US7094044B2; AU2002352833A8; AU2002352833A1; US20050008508A1; WO2003044368A8

Abstract

Vorrichtung, die Folgendes aufweist:
eine Pumpe mit einem Auslass zum Liefern eines Lenkfluids an einen Servolenkmechanismus, wobei die Pumpe ein Glied umfasst, mit einer Oberfläche, die eine Pumpkammer definiert, einen drehbaren Rotor in der Pumpkammer, wobei der Rotor umfangsmäßig beabstandete flügelähnliche Glieder besitzt, welche Pumptaschen definieren, die sich während der Drehung des Rotors ausdehnen bzw. expandieren und sich zusammenziehen bzw. kontrahieren;
wobei die Pumpe einen Fluidkreis aufweist, der Fluiddruck zu den Pumptaschen vorsieht, zum Vorspannen der flügelartigen Glieder des Rotors radial zu der Oberfläche; und
ein druckkompensierendes Ventil zum Steuern einer Fluidströmung durch den Auslass und zum Steuern der Fluidströmung in dem Fluidkreis, wobei das druckkompensierende Ventil einen Anfangszustand besitzt, in dem es eine Fluidströmung durch den Auslass beim Starten der Pumpe blockiert, um Fluiddruck in dem Fluidkreis vorzusehen, um die flügelartigen Glieder des Rotors radial zu der Oberfläche vorzuspannen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein druckkompensierendes Ventil für eine Pumpe. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein druckkompensierendes Ventil für eine Pumpe zum Liefern von Lenkfluid bzw. -flüssigkeit an einen Servolenkmechanismus eines Fahrzeugs.
Ausgangspunkt
Flügelzellenpumpen werden verwendet zum Liefern eines Fluids an einen Hydraulikmotor eines Servolenkmechanismus. Die Flügelpumpe umfasst einen Rotor, der innerhalb eines Nocken- bzw. Hubrings drehbar ist. Der Rotor der Pumpe umfasst eine Vielzahl von umfangsmäßig beabstandeten Nuten. Ein Flügel wird in jeder Nut getragen. Die Flügel erstrecken sich radial nach außen von den Nuten des Rotors zu einer Oberfläche des Hubrings. Pumptaschen werden zwischen benachbarten Flügeln gebildet. Die Pumptaschen nehmen Fluid von einem Einlassanschluss auf und liefern Fluid an einen Auslassanschluss der Pumpe.
Wenn die Pumpe ruht, d.h. der Rotor stationär relativ zu dem Hubring steht, können sich die Flügel radial nach innen in die Nuten des Rotors und weg von der Oberfläche des Hubrings bewegen. Wenn der Rotor anfängt sich zu drehen und einer oder mehrerer der Flügel der Pumpen sich in einer radial nach innen gerichteten Position befinden, ist die Fluidmenge, die aus der Pumpe ausgestoßen wird gering relativ zu dem Pumpenbetrieb, bei dem alle Flügel sich radial nach außen zu der Oberfläche des Hubrings erstrecken.
Ein hydraulischer Servolenkmechanismus erfordert eine minimale Fluidströmungsrate von der Pumpe für einen ordnungsgemäßen Betrieb. Wenn die Strömungsrate unterhalb des Minimalwerts liegt, kann der Servolenkmechanismus nicht auf Eingänge ansprechen, die eine Servolenkunterstützung anfordern.
Eine Flügelzellenpumpe kann im Allgemeinen keine ausreichende Fluidströmung vorsehen, um die minimale Strömungsrate zu erreichen, bis alle der Flügel der Pumpe sich radial nach außen zu der Hubringoberfläche bewegen. Somit kann der Servorlenkmechanismus nicht ausreichend ansprechend sein vom Start der Pumpe bis alle der Flügel radial nach außen zu der Huboberfläche positioniert sind.
Beim Starten des Fahrzeugs wird die Flügelpumpe aus einer Ruheposition zum Erreichen einer Winkelgeschwindigkeit gedreht, die gleich der Motorleerlaufgeschwindigkeit ist. Zum Beispiel besitzen handelsübliche LKW-Motoren eine Leerlaufgeschwindigkeit zwischen 600 bis 750 Umdrehungen pro Minute.
Bei einigen Flügelpumpen, die verwendet werden zum Liefern von Fluid an einen Servolenkmechanismus, ist es möglich, dass sich nicht alle Flügel radial nach außen zu dem Hubring bewegen, bis die Pumpe eine Winkelgeschwindigkeit erreicht, die größer ist als die Leerlaufgeschwindigkeit des Fahrzeugmotors. Zum Beispiel erstrecken sich in einigen Pumpen nicht alle Flügel radial nach außen zu dem Hubring bis der Rotor der Pumpe sich mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 900 Umdrehungen pro Minute dreht. Somit kann der Servolenkmechanismus in dem Fahrzeug mit einer dieser Pumpen nicht ausreichend ansprechend sein, bis die Motorgeschwindigkeit sich auf ungefähr 900 Umdrehungen pro Minute erhöht hat. Es ist wünschenswert die Ansprechbarkeit des hydraulischen Servolenkmechanismus zu erhöhen und eine Pumpe vorzusehen, bei der sich alle Flügel radial nach außen zu dem Hubring bewegen bei einer Pumpengeschwindigkeit, die deutlich unterhalb der Leerlaufgeschwindigkeit des Fahrzeugmotors liegt.
Die Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die eine Pumpe und ein druckkompensierendes Ventil aufweist. Die Pumpe besitzt einen Auslass zum Liefern von Lenkfluid an einen Servolenkmechanismus. Die Pumpe umfasst ein Glied (Hubring) mit einer Oberfläche, die eine Pumpkammer definiert. Ein drehbarer Rotor ist in der Pumpkammer angeordnet. Der Rotor besitzt umfangsmäßig beabstandete flügelähnliche Glieder, die Pumptaschen definieren, die während einer Drehung des Rotors expandieren und kontrahieren. Die Pumpe besitzt einen Fluidkreis, der Fluiddruck vorsieht, zum Vorspannen der flügelartigen Glieder des Rotors radial zu der Oberfläche, welche die Pumpkammer definiert. Das druckkompensierende Ventil steuert eine Fluidströmung durch den Auslass und steuert auch den Druck in dem Fluidkreis. Das druckkompensierende Ventil besitzt einen anfänglichen Zustand, der eine Fluidströmung durch den Auslass beim Starten der Pumpe blockiert, um einen Fluiddruck in dem Fluidkreis vorzusehen, um die flügelartigen Glieder des Rotors radial zu der Oberfläche vorzuspannen, welche die Pumpenkammer definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorhergehenden und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich dem Fachmann, an den sich die vorliegende Erfindung wendet, beim Lesen der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen; in den Zeichnungen zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
2 eine schematische Darstellung einer ersten Platte einer Flügelzellenpumpe der Vorrichtung gemäß 1;
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Platte der Flügelzellenpumpe der Vorrichtung gemäß 1;
4 eine schematische Darstellung eines Teils der Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; und
5 ein Graph, der eine Betriebscharakteristik einer Pumpe, welche die vorliegende Erfindung beinhaltet mit einer Vorrichtung des Standes der Technik und einer theoretischen Vorrichtung vergleicht.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Vorrichtung 10 kann verwendet werden zum Liefern eines Hydraulikfluids an einen Hydraulikmotor (nicht gezeigt) über ein Steuerventil (nicht gezeigt) eines Fahrzeugservolenkmechanismus.
Die Vorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 14, das schematisch in 1 dargestellt ist. Das Gehäuse 14 umfasst einen einzelnen Auslass 16 zum Ausstoßen von Hydraulikfluid aus der Vorrichtung 10 zu dem Servolenkmechanismus. Das Gehäuse 14 umfasst auch einen einzelnen Rückführanschluss oder Einlass 18 zum Rückführen von Hydraulikfluid von dem Servolenkmechanismus. Ein Fluidreservoir 20 das schematisch in 1 gezeigt ist, ist im Allgemeinen innerhalb des Gehäuses 14 angeordnet. Das Fluidreservoir 20 liefert Fluid an eine Flügelzellenpumpe 12 der Vorrichtung 10 und empfängt Fluid, das zu der Vorrichtung zurückgeführt wird, von dem Servolenkmechanismus.
Die Flügelzellenpumpe 12 der Vorrichtung 10, die in 1 dargestellt ist, ist eine ausbalancierte Drehschieberpumpe. Es können auch andere Flügelzellenpumpen als ausbalancierte Drehschieberpumpen mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Die Flügelzellenpumpe 12 umfasst einen Hubring 22. Der Hubring 22 ist relativ zu dem Gehäuse 14 fixiert und umfasst eine im Allgemeinen elliptische Innenoberfläche 24. Zwei Einlassanschlüsse 26 erstrecken sich durch den Hubring 22 und enden an der Innenoberfläche 24 des Hubrings 22. Zwei Auslassanschlüsse 28 erstrecken sich auch durch den Hubring 22 und enden an der Innenoberfläche 24 des Hubrings. Alternativ können die Einlassanschlüsse 26 und die Auslassanschlüsse 28 in einer Platte angeordnet sein, die benachbart zu dem Hubring 22 der Pumpe angeordnet ist, wie beispielsweise die Platte 52 in 3.
Ein Rotor 30 ist innerhalb des Hubrings 22 angebracht und ist relativ zu dem Hubring 22 drehbar. Insbesondere ist der Rotor 30 an einer Eingangswelle 32 verbunden. Motor (nicht gezeigt) des Fahrzeugs (nicht gezeigt) treibt die Eingangswelle 32 an. Wenn sich somit die Motordrehzahl erhöht, erhöht sich die Drehrate bzw. die Drehzahl der Eingangswelle 22 und somit erhöht sich die Drehrate bzw. Drehzahl des Rotors 30.
Der Rotor 30 besitzt eine zylindrische Außenoberfläche 34, die koaxial zu der Eingangswelle 32 ist. Eine Vielzahl von Schlitzen oder Nuten 36 erstreckt sich in der Außenoberfläche 34 des Rotors 30. 1 zeigt z.B. zehn Nuten 36, die sich in der Außenoberfläche 34 des Rotors 30 erstrecken. Die Anzahl der Nuten 36 kann von zehn abweichen. Die Nuten 36 sind umfangsmäßig um die Außenoberfläche 34 des Rotors 30 beabstandet und erstrecken sich entlang einer Länge des Rotors. Jede Nut 36 umfasst ein Paar von sich parallel erstreckenden Seitenwänden 38 und endet an einer Innenwand 40. Ein imaginärer Kreis (nicht gezeigt) der die Innenwände 40 der Nuten 36 verbindet ist koaxial zu der Außenoberfläche 34 des Rotors 30 und der Eingangswelle 32.
Jede Nut 36 in dem Rotor 30 trägt einen Flügel 42. Jeder Flügel 42 ist eine im Allgemeinen flache langgestreckte Platte. Jeder Flügel 42 ist relativ zu dem Rotor 30 bewegbar und ist so bemessen, dass er gleitbar mit den Seitenwänden 38 der assoziierten Nut 36 in Eingriff steht.
Die Flügel 42 bewegen sich radial nach innen, d.h. sie ziehen sich zurück und radial nach außen, d.h. sie fahren aus, und zwar innerhalb der assoziierten Nuten 36. Eine Innenoberfläche 44 jedes Flügels 42 verbleibt innerhalb der assoziierten Nut 36, d.h. radial nach innen bezüglich der Außenoberfläche 34 des Rotors 30 während einer Radialbewegung des Flügels 42. Während eines normalen Betriebs der Flügelzellenpumpe 12 kontaktiert eine Außenoberfläche 46 jedes Flügels 42 die Innenoberfläche 24 des Hubrings 22 und gleitet entlang der Innenoberfläche des Hubrings während der Drehung des Rotors 30. Der Kontakt bezieht sich auf die Außenoberfläche 46 jedes Flügels 42 der in enger Nähe zu der Innenoberfläche 24 des Hubrings 22 steht und umfasst einen Fluidfilm, der die Oberflächen trennt.
Die Flügelzellenpumpe 12 umfasst eine Vielzahl von Pumptaschen 48. Jede Pumptasche 48 ist definiert zwischen benachbarten Flügel 42 und zwischen der Außenoberfläche 34 des Rotors 30 und der Innenoberfläche 24 des Hubrings 22. Erste und zweite Platten 50 bzw. 52, die in größerer Einzelheit nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben werden, bilden zwei zusätzliche Oberflächen, welche die Pumptaschen 48 definieren. Während einer Drehung des Rotors 30 innerhalb des Hubrings 22 variiert das Volumen der Pumptaschen 48. Während die Flügel 42, die mit einer Pumptasche 48 assoziiert sind, aus dem Rotor 30 herausfahren, erhöht sich das Volumen der Pumptasche 48, d.h. die Pumptasche 48 expandiert. Wenn sich im Gegensatz die Flügel 42 der Pumptasche 48 zurückziehen, verringert sich das Volumen der Pumptasche 48, d.h. die Pumptasche 48 kontrahiert.
Wenn die Eingangswelle 32 der Flügelzellenpumpe 12 gedreht wird, wird der Rotor 30 relativ zu dem Hubring 22 gedreht. Während eines normalen Betriebs der Flügelzellenpumpe 12 strömt Fluid von dem Reservoir 20 durch einen Einlass 26 und in eine entsprechende Pumptasche 48 der Pumpe. Das Fluid strömt in die jeweilige Pumptasche 48 und zwar während einer Expansion der jeweiligen Pumptasche. Währen der Rotor 30 fortfährt sich zu drehen beginnt die jeweilige Pumptasche 48 sich zu kontrahieren. Wenn sie benachbart zu einem Auslassanschluss 28 positioniert ist, resultiert eine Kontraktion der jeweiligen Pumptasche 48 darin, dass das Fluid durch den Auslassanschluss 28 ausgestoßen wird.
Die Flügelzellenpumpe 12, die in 1 dargestellt ist, umfasst zwei Einlassanschlüsse 26 und zwei Auslassanschlüsse 28. Somit verdrängt eine jeweilige Pumptasche 48 währen einer einzelnen Drehung des Rotors 30 zwei Fluidvolumina von einem Einlassanschluss 26 zu einen Auslassanschluss 28. Wie schematisch in 1 dargestellt ist, sind die zwei Auslassanschlüsse 28 mit einer Auslass-Fluidkammer 54 verbunden. Ein einzelner Fluiddurchlass 56 (4) erstreckt sich stromabwärts von der Auslass-Fluidkammer 54, um Fluid zu dem Auslass 16 der Vorrichtung 10 zu befördern.
Der Betrieb der Flügelzellenpumpe 12, wie er oben beschrieben wurde und als der „normale Betrieb" bezeichnet wurde, tritt auf, wenn alle Flügel 42 der Flügelzellenpumpe 12 mit ihren Außenoberflächen 46 in Kontakt mit der Innenoberfläche 24 des Hubrings 22 positioniert sind. Wenn die Flügelzellenpumpe 12 jedoch ruht, d.h. die Eingangswelle 32 den Rotor 30 nicht dreht, können sich einige der Flügel 42 der Flügelzellenpumpe 12 zu einer Position bewegen, in der ihre Außenober flächen 46 die Innenoberfläche 24 des Hubrings 22 nicht kontaktieren. Wenn wir z. B. annehmen, dass die Flügelzellenpumpe 12 gemäß 1 in einem Fahrzeug angebracht ist, so dass die Erde am Boden der 1 angeordnet ist, könnte die Schwerkraft bewirken, dass die Flügel 42, die an einer oberen Seite gemäß 1 angeordnet sind, nach unten in einer assoziierten Nut 36 gleiten, und zwar weg von der Innenoberfläche 24 des Hubrings 22. Zusätzlich zur Schwerkraft können Fahrzeugvibrationen und andere Faktoren bewirken, dass sich unterschiedliche Flügel von der Innenoberfläche 24 des Hubrings 22 wegbewegen.
Wenn einer oder mehrere der Flügel 42 des Rotors 30 sich von der Innenoberfläche 24 des Hubrings 22 wegbewegt haben, kann das Fluid innerhalb einer Pumptasche 48 in der Pumpe 12 über einen Flügel hinweg strömen, d.h. zwischen der Außenoberfläche 46 des Flügels 42 und einer Innenoberfläche 24 des Hubrings 22 und in eine benachbarte Pumptasche 48. Insbesondere, wenn sich der Rotor 30 dreht und eine Pumptasche 48 beginnt sich zusammenzuziehen bzw. zu kontrahieren, kann nur eine geringe Fluidmenge aus dem Auslassanschluss 28 herausgedrückt werden. Infolgedessen ist die Strömungsrate des Fluids, dass durch die Auslassanschlüsse 28 der Flügelzellenpumpe 12 bei einer bestimmen Pumpengeschwindigkeit ausgestoßen wird relativ gering im Vergleich zu der Strömungsrate bei derselben Pumpengeschwindigkeit wenn alle Flügel 42 die Innenoberfläche 24 des Hubrings 22 kontaktieren.
Wenn der Rotor 30 der Pumpe 12 beginnt sich aus einer Ruheposition zu drehen; d.h. beim Starten der Pumpe, beginnt die Zentrifugalkraft an den Flügeln 42 zu wirken, um die Flügel in Kontakt mit der Innenoberfläche 24 des Hubrings 22 zu drücken. Die Zentrifugalkraft ist im Allgemeinen nicht ausreichend, um alle der Flügel 42 in Kontakt mit dem Hubring 22 zu drücken, bei einer Pumpengeschwindigkeit, die mit der Leerlaufdrehzahl des Fahrzeugmotors assoziiert ist. Da die Zentrifugalkraft im Allgemeinen nicht ausreicht, um alle der Flügel 42 in Kontakt mit der Innenoberfläche 24 des Hubrings 22 zu drücken, sind andere Vorkehrungen vorgesehen zum Drücken der Flügel gegen den Hubring 22, wie nachfolgend beschrieben wird.
2 illustriert eine erste Platte 50 der Flügelzellenpumpe 12. Die erste Platte 50 ist benachbart zu einer ersten Seite des Rotors 30 angeordnet. 3 illustriert einen zweite Platte 52 der Flügelzellenpumpe 12. Die zweite Platte 52 ist benachbart zu einer zweiten Seite des Rotors 30, und zwar gegenüberliegend zu dem ersten Ende angeordnet. Wie in 3 dargestellt ist, erstreckt sich eine Öffnung bzw. Apertur 58 durch die zweite Platte 52 zur Aufnahme der Eingangswelle 32. Eine Dichtung (nicht gezeigt) kann in der Apertur 58 angeordnet sein, um eine Fluidleckage zwischen einer Oberfläche, welche die Apertur definiert, und der Eingangswelle 32 zu verhindern.
Gemäß 2 ist eine ringförmige Nut 60 in einer Oberfläche der ersten Platte 50 ausgebildet. Die ringförmige Nut 60 ist koaxial zu der Eingangswelle 32 und besitzt einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser. In einer zusammengebauten Flügelzellenpumpe 12 ist der Innendurchmesser der ringförmigen Nut 60 mit den Innenwänden 40 der Nuten 36 des Rotors 30 ausgerichtet. Der Rotor 30 ist durch gepunktete Linien in der 2 dargestellt. Die ringförmige Nut 60 wirkt als eine Fluidleitung, wie nachfolgend beschrieben wird.
Gemäß 3 sind vier bogenförmige Nuten, die bei 62, 64, 66 und 68 angezeigt sind, in einer Oberfläche der zweiten Platte 52 ausgebildet. Die bogenförmigen Nuten 62 bis 68 besitzen einen Innendurchmesser und einen Außendurchmesser. In einer zusammengebauten Flügelzellenpumpe 12 ist der Innendurchmesser jeder gebogenen Nut 62 bis 68 mit der Innenwand 40 der Nuten 36 des Rotors 30 ausgerichtet. Der Rotor 30 ist durch gepunktete Linien in 3 gezeigt. Jede der diametral gegenüberliegenden bogenförmigen Nuten 64 und 68 umfasst einen Fluidanschluss, der schematisch bei 70 gezeigt ist. Wie schematisch in 3 gezeigt ist bilden die bogenförmigen Nuten 64 und 68 einen Teil eines Fluidkreises, der im Allgemeinen bei 72 angezeigt ist.
Gemäß 1 ist eine Fluidtasche 74 in jeder Nut 36 des Rotors 30 ausgebildet. Die Innenwand 40 und die Seitenwände 38 der Nut 36 und der Innenoberfläche 40 des assoziierten Flügels 42 definieren die Fluidtasche 74. Während sich der Flügel 42 radial nach innen und nach außen innerhalb der Nut 36 des Rotors 30 bewegt, verringert, d.h. kontrahiert, und erhöht, d.h. expandiert, das Volumen der jeweiligen Fluidtasche 74.
Die ringförmige Nut 60 an der ersten Platte 50 steht in Fluidverbindung mit jeder Fluidtasche 74. Während sich ein Flügel 42 an dem Rotor 30 radial nach außen bewegt, bewegt sich ein weiterer Flügel 42 radial nach innen. Die radial nach innen gerichtete Bewegung des Flügels 42 drückt Fluid aus der sich zusammenziehenden Fluidtasche 74 heraus. Das Fluid strömt in die ringförmige Nut 60 der ersten Platte 50. Simultan strömt Fluid von der ringförmigen Nut 60 in eine sich ausdehnende Fluidtasche 74 zum Bewegen eines Flügels 42 radial nach außen.
Zusätzlich steht jede Fluidtasche 74 des Rotors 30 in Fluidverbindung mit wenigstens einer bogenförmigen Nut 62 bis 68 der zweiten Platte 52. Die bogenförmigen Nuten 62 und 66 wirken als Fluidleitungen ähnlich zu der Funktion der ringförmigen Nut 60. Die bogenförmigen Nuten 64 und 68 bilden Teile des Fluidkreises 72 und leiten Fluid zu den Fluidtaschen 74 um die Flügel 42 radial nach außen zu dem Hubring 22 zu drücken.
Während der Rotor 30 anfängt sich aus einer Ruheposition zu drehen, wird Fluid in den Auslassanschluss 28 der Flügelzellenpumpe 12 ausgestoßen, selbst wenn sich einer oder mehrere der Flügel 42 radial nach innen aus dem Kontakt mit dem Hubring 22 heraus bewegt haben. Dieses ausgestoßene Fluid erhöht den Fluiddruck innerhalb des Fluidkreises 72. Infolgedessen steigt der Fluiddruck in den bogenförmigen Nuten 64 und 68 der zweiten Platte 52 an.
Dieser erhöhte Fluiddruck in den bogenförmigen Nuten 64 und 68 wird in die Fluidtaschen 74 des Rotors 30 benachbart zu den bogenförmigen Nuten 64 und 68 geleitet. Der Fluiddruck, der durch die bogenförmigen Nuten 64 und 68 geleitet wird, wirkt auf die Innenoberflächen 40 der Flügel 42, um die Flügel radial nach außen zu der Innenoberfläche 24 des Hubrings 22 zu drücken. Die bogenförmigen Nuten 64 und 68 sind in Positionen in benachbarten Teilen des Hubrings angeordnet, in denen sich die Flügel 42 radial nach außen bewegen oder ausfahren. Wenn alle der Flügel 42 radial nach außen zu der Innenoberfläche 24 des Hub rings 22 positioniert sind beginnt der normale Betrieb der Flügelzellenpumpe 12 wie oben beschrieben.
Gemäß 1 tritt das in die Auslassanschlüsse 28 ausgestoßene Fluid in die Auslass-Fluidkammer 54 ein. Der Fluiddurchlass 56 erstreckt sich stromabwärts bezüglich der Auslass-Fluidkammer 54, um Fluid zu dem Auslass 16 der Vorrichtung 10 zu leiten. Die Auslass-Fluidkammer 54 und der Fluiddurchlass 56 bilden auch Teile des Fluidkreises 52.
Wie in 4 gezeigt ist, endet der Fluiddurchlass 56 in einer Schieber- bzw. Kolbenbohrung 76 innerhalb des Gehäuses 14 der Vorrichtung 10. Die Kolbenbohrung 76 besitzt eine im Allgemeinen zylindrische Innenoberfläche 78 und umfasst eine Auslasszumessöffnung 80, die mit dem Auslass 16 der Vorrichtung 10 verbunden ist.
Ein Zumessöffnungsstopfen 82 ist in der Auslasszumessöffnung 80 der Kolbenbohrung 76 angeordnet. Vorzugsweise ist der Zumessöffnungsstopfen mit einer Presspassung in der Auslasszumessöffnung 80 aufgenommen. Der Zumessöffnungsstopfen 82 umfasst eine Strömungssteuerzumessöffnung 84 zum Leiten von Strömungsmittel von der Kolbenbohrung 76 zu dem Auslass 16. Der Auslass 16 der Vorrichtung 10 ist in 4 derart dargestellt, dass er Innengewinde 86 aufweist zur Aufnahme einer Auslassleitung (nicht gezeigt).
Ein sich radial erstreckender Durchlass 88 in dem Zumessöffnungsstopfen 82 verbindet die Strömungssteuerzumessöffnung 84 mit einem sich axial erstreckenden Durchlass 90, der in dem Gehäuse 14 benachbart zu der Kolbenbohrung 76 ausgebildet ist. Der Durchlass 90 ist mit einer Druckkammer 92 verbunden. Die Druckkammer 92 ist mit der Kolbenbohrung 76 verbunden, und zwar in der Nähe eines Endes der Kolbenbohrung 76, und zwar gegenüberliegend zu dem Auslass 16. Ein druckkompensierendes Ventil 94 ist in der Kolbenbohrung 76 angeordnet. Das druckkompensierende Ventil 94 umfasst einen Ventilkolben bzw. Schieber 96, der innerhalb der Kolbenbohrung 76 axial bewegbar ist. Der Ventilschieber 96 bewegt sich als eine Funktion des Fluiddrucks, wie nachfolgend beschrieben wird.
Der Ventilschieber 96 umfasst einen im Allgemeinen zylindrischen Hauptkörperteil 98. Eine zylindrische Außenoberfläche 100 des Hauptkörperteils 98 des Ventilschiebers 96 umfasst eine Anzahl von ringförmigen Nuten 102, von denen vier in 4 gezeigt sind. Jede ringförmige Nut 102 ist eine ausgleichende oder Antistick- bzw. Anti-Festsitz-Nut. Die Ringnuten 102 wirken als eine Labyrinthdichtung und gleichen den Druck um den Ventilschieber 96 herum aus, um den Ventilschieber in der Kolbenbohrung 76 zu zentrieren und um zu verhindern, dass der Ventilschieber an einem Teil der Kolbenbohrung anhaftet. Die Außenoberfläche 100 des Hauptkörperteils 98 des Ventilschiebers 96 umfasst auch eine ringförmige Bypassnut 104.
Der Hauptkörperteil 98 des Ventilschiebers 96 umfasst auch eine erste Arbeitsoberfläche 106. Die erste Arbeitsoberfläche 106 ist im Allgemeinen ringförmig. Ein langgestrecktes Glied 108 erstreckt sich Axial nach außen aus der ersten Arbeitsoberfläche 106 des Hauptkörperteils 98 des Ventilschiebers 96. Das langgestreckte Glied 108 ist im Allgemeinen zylindrisch und besitzt einen Durchmesser, der ungefähr einem Drittel des Durchmessers des Hauptkörperteils 98 des Ventilschiebers 96 entspricht. Das langgestreckte Glied 108 endet entgegengesetzt zu dem Hauptkörperteil 98 des Ventilschiebers 96 an einer Endwand 110.
Der Hauptkörperteil 98 des Ventilschiebers 96 umfasst auch eine zweite Arbeitsoberfläche 112 entgegengesetzt zu der ersten Arbeitsoberfläche 106. Eine Feder 114 wirkt zwischen einem Stopfenglied 116 und der zweiten Arbeitsoberfläche 112 des Ventilschiebers 96, um den Ventilschieber 96 nach rechts gemäß 4 vorzuspannen.
Wenn sie in der Kolbenbohrung 76 platziert ist definiert der Ventilschieber 96 erste und zweite Fluidkammern 118 bzw. 120 mit variablen Volumen in der Kolbenbohrung. Die erste Fluidkammer 118 ist zwischen der ersten Arbeitsfläche 106 des Ventilschiebers 96 und dem Zumessöffnungsstopfen 82 definiert. Die zweite Fluidkammer 120 ist zwischen der zweiten Arbeitsoberfläche 112 des Ventilschiebers 96 und dem Stopfenglied 116 definiert. Die zweite Fluidkammer 120 empfängt Flu id von der Druckkammer 92. Da die zweite Fluidkammer 120 in Verbindung bzw. Fluidverbindung mit dem Auslass 16 der Vorrichtung 10 steht, ist der Fluiddruck in der zweiten Fluidkammer 120 im Allgemeinen gleich dem Fluiddruck an dem Auslass.
Wenn sie nach rechts unter der Kraft der Feder 114 vorgespannt ist, deckt die Endwand 110 des langgestreckten Gliedes 108 die Strömungssteuerzumessöffnung 84 des Zumessöffnungsstopfens 82 ab. Somit verhindert das langgestreckte Glied 108, dass Fluid von der ersten Fluidkammer 118 in die Strömungssteuerzumessöffnung 84 und zu dem Auslass 16 der Vorrichtung 10 strömt. Da das langgestreckte Glied 108 eine Fluidströmung durch die Strömungssteuerzumessöffnung 84 verhindert, steigt der Fluiddruck in dem Fluidkreis 72 an, während dem Anfangs oder dem Starten der Drehung des Rotors 30 der Pumpe 12.
Wenn der Fluiddruck in der ersten Fluidkammer 118 und somit in dem Fluidkreis 72 den kombinierten Einfluss des Fluiddrucks in der zweiten Fluidkammer 120 und der Feder 114 übersteigt, bewegt sich der Ventilschieber 96 nach links gemäß 4. Die Bewegung des Ventilschiebers 96 innerhalb der Kolbenbohrung 76 steht in Beziehung zu einer Druckdifferenz zwischen der ersten Fluidkammer 118 und dem kombinierten Einfluss des Fluiddrucks in der zweiten Fluidkammer 120 und der Feder 114. Während sich der Ventilschieber 96 nach links bewegt, bewegt sich die Endwand 110 des langgestreckten Gliedes 108 des Ventilschiebers 96 von dem Zumessöffnungsstopfen 82 weg und öffnet die Fluidströmung in die Strömungssteuerzumessöffnung 84. Während der Fluiddruck in der ersten Fluidkammer 118 fortfährt anzusteigen, bewegt sich der Ventilschieber 96 weiterhin nach links. Wenn sich der Fluiddruck in der ersten Fluidkammer 118 dem entgegen jedoch verringert, wird der kombinierte Einfluss des Fluiddrucks in der zweiten Fluidkammer 120 und der Feder 114 den Ventilschieber 96 nach rechts bewegen.
Wenn der Druck innerhalb der ersten Fluidkammer 118 auf ein vorbestimmtes Niveau ansteigt, bewegt sich der Ventilschieber 96 des druckkompensierenden Ventils 94 nach links, und zwar über einen Abstand, der ausreicht, um die erste Fluidkammer 118 mit einem Bypassdurchlass (nicht gezeigt) zu verbinden. Fluid, das in dem Bypassdurchlass strömt wird von dem Auslass 16 der Vorrichtung 10 weggeleitet und kann zu dem Reservoir 20 der Flügelzellenpumpe 12 geleitet werden.
Gemäß 4 umfasst das druckkompensierende Ventil 94 auch ein Druckentlastungsventil 122. Eine Tasche 124 erstreckt sich in den Hauptkörperteil 98 des Ventilschiebers 96 von der zweiten Arbeitsoberfläche 112. Innengewinde 126 sind in den Taschen 124 ausgebildet, und zwar in der Nähe einer Öffnung in die Tasche hinein. Ein sich radial erstreckender Durchlass (nicht gezeigt) verbindet die Tasche 124 mit der ringförmigen Bypassnut 104 zum Leiten von Fluid in die Tasche, um den Durchlass zu umgehen.
Das Druckentlastungsventil 122 umfasst eine Zumessöffnungsplatte 128 mit Außengewinde 130, eine Feder 132 und einem bewegbaren Betätiger 134. Die Feder 132 spannt den Betätiger 134 von einer Innenwand 136 der Tasche 124 weg vor. Die Zumessöffnungsplatte 128 ist in die Tasche 124 in dem Ventilschieber 96 geschraubt. Eine Zumessöffnung 138, die sich durch die Zumessöffnungsplatte 128 erstreckt nimmt einen Nasenteil 140 des Betätigers 134 auf.
Fluid innerhalb der zweiten Fluidkammer 120 strömt durch die Zumessöffnung 138 der Zumessöffnungsplatte 128 des Druckentlastungsventils 122 und wirkt auf den Nasenteil 140 des Betätigers 134. Der Nasenteil 140 des Betätigers 134 verhindert eine Fluidströmung von der Zumessöffnung 138 der Zumessöffnungsplatte 128 in die Tasche 124, wenn der Vorspanndruck der Feder 132 größer ist als ein Fluiddruck in der zweiten Fluidkammer 120. Wenn der Fluiddruck in der zweiten Fluidkammer 120 über den Vorspanndruck der Feder 132 ansteigt, wird der Betätiger 134 nach rechts gemäß 4 bewegt und Fluid strömt in die Tasche 124. Fluid, dass in die Tasche 124 strömt geht durch den Radialdurchlass (nicht gezeigt) hindurch in die ringförmige Bypassnut 104 und dann in den Bypassdurchlass (nicht gezeigt).
Wenn Fluid innerhalb der ersten Fluidkammer 118 davon abgehalten wird in die Strömungssteuerzumessöffnung zu strömen, dann erhöht sich der Fluiddruck in der ersten Fluidkammer. Infolgedessen erhöht sich auch der Fluiddruck in dem Fluidkreis 72.
Wie oben bemerkt, bilden die bogenförmigen Nuten 64 und 68 in der zweiten Platte 52 der Flügelzellenpumpe 12 einen Teil des Fluidkreises 72. Infolgedessen erhöht sich der Fluiddruck in den bogenförmigen Nuten 64 und 68 während sich der Fluiddruck in dem Fluidkreis 72 erhöht. Das Fluid in den bogenförmigen Nuten 64 und 68 wird in die Fluidtaschen 74 des Rotors 30 befördert und wirkt an den Innenoberflächen 44 der Flügel 42 um die Flügel radial nach außen zu der Innenoberfläche 24 des Hubrings 22 zu drücken. Durch erhöhen des Fluiddrucks in dem Fluidkreis 72 erhöht sich der Fluiddruck in den Fluidtaschen 74 des Rotors 30. Infolgedessen werden alle Flügel 42 der Pumpe 12 dazugebracht sich radial nach außen zu bewegen bzw. zu erstrecken und die Innenoberfläche 24 des Hubrings 22 zu kontaktieren und zwar bei einer niedrigeren Flügelzellenpumpendrehzahl.
5 ist ein Graph, der eine Betriebscharakteristik einer Vorrichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, mit einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik und einer theoretischen Vorrichtung vergleicht. 5 illustriert die Strömung von dem Auslass jeder Vorrichtung in Relation zur Pumpengeschwindigkeit bzw. Drehzahl der Pumpe jeder Vorrichtung.
Die Linie A in 5 illustriert die Strömung von dem Auslass einer theoretischen Vorrichtung als eine Funktion der Pumpendrehzahl. Bei der theoretischen Vorrichtung sind alle Flügel der Pumpe sofort radial nach außen zu dem Hubring ausgefahren, sobald die Drehung des Rotors der Pumpe beginnt. Wie die Linie A anzeigt, erhöht sich die Strömung von der theoretischen Vorrichtung proportional zur Pumpendrehzahl, bis eine designierte Strömungsrate, die bei X angezeigt ist, erreicht ist. Wenn die designierte Strömungsrate X erreicht ist, wird zusätzliche Strömung, die durch die Pumpe der theoretischen Vorrichtung produziert wird, umgelenkt, so dass eine konstante Strömung aus der theoretischen Vorrichtung abgegeben wird. Alternativ kann die Auslassströmung der theoretischen Vorrichtung verringert werden während sich die Pumpendrehzahl erhöht, wie es in der Technik bekannt ist.
Die Linie B in 5 zeigt die Strömung aus dem Auslass einer Vorrichtung 10, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Wie durch die Linie B dargestellt ist, wird bei einer anfänglichen Drehung des Rotors 30, d.h. beim Starten der Pumpe keine Strömung aus dem Auslass 16 der Vorrichtung 10 ausgestoßen. An dem Punkt der Linie B, der als Y bezeichnet ist, haben sich alle Flügel 42 der Pumpe 12 radial nach außen zu dem Hubring 22 bewegt und der Fluiddruck in der ersten Fluidkammer 118 ist ausreichend, um den Ventilschieber 96 zum Öffnen einer Strömung durch die Strömungssteuerzumessöffnung 84 zu dem Auslass 16 der Vorrichtung 10 zu bewegen. Sobald sich alle Flügel 42 radial nach außen zu dem Hubring 22 bewegt haben und der Ventilschieber 96 die Strömungssteuerzumessöffnung 84 öffnet, folgt die Auslassströmung der Vorrichtung 10 der Strömung der theoretischen Vorrichtung, die durch die Linie A dargestellt ist.
Die Linie C in 5 zeigt die Auslassströmung einer Vorrichtung des Standes der Technik. Wie durch die Linie C dargestellt ist, wird beim Starten der Pumpe eine sehr geringe Strömung aus dem Auslass der Vorrichtung des Standes der Technik ausgestoßen. Tatsächlich ist die Strömungsrate so gering, dass sie in 5 als Null angezeigt wird. An einem Punkt der Linie C, der als Z bezeichnet ist, haben sich alle Flügel der Pumpe der Vorrichtung des Standes der Technik radial nach außen zu dem Hubring bewegt. Soweit sich alle Flügel radial nach außen zu dem Hubring bewegt haben, folgt die Vorrichtung des Standes der Technik der Strömung der theoretischen Vorrichtung, die durch die Linie A dargestellt ist.
Wie sich deutlich aus dem Graph gemäß 5 ergibt, ahmt die Vorrichtung 10, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, die theoretische Vorrichtung enger nach. Die Flügel 42 der Pumpe 12 der Vorrichtung 10 bewegen sich radial nach außen zu dem Hubring 22 bei einer viel geringeren Pumpendrehzahl als bei der Vorrichtung des Standes der Technik. Der Abstand zwischen dem Punkt Y und dem Punkt Z in 5 illustriert diesen Unterschied. Infolgedessen ist es viel wahrscheinlicher, dass die Vorrichtung 10 die Strömung vorsieht, die notwendig ist zum Betreiben eines Servolenksystem, wenn sich das Fahrzeug mit der Leerlaufdrehzahl seines Motors betrieben wird.
Aus der obigen Beschreibung der Erfindung werden sich dem Fachmann Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen ergeben. Solche Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen innerhalb des Fachwissens, sollen durch die folgenden Ansprüche abgedeckt sein.

Claims

Vorrichtung, die Folgendes aufweist: eine Pumpe mit einem Auslass zum Liefern eines Lenkfluids an einen Servolenkmechanismus, wobei die Pumpe ein Glied umfasst, mit einer Oberfläche, die eine Pumpkammer definiert, einen drehbaren Rotor in der Pumpkammer, wobei der Rotor umfangsmäßig beabstandete flügelähnliche Glieder besitzt, welche Pumptaschen definieren, die sich während der Drehung des Rotors ausdehnen bzw. expandieren und sich zusammenziehen bzw. kontrahieren; wobei die Pumpe einen Fluidkreis aufweist, der Fluiddruck zu den Pumptaschen vorsieht, zum Vorspannen der flügelartigen Glieder des Rotors radial zu der Oberfläche; und ein druckkompensierendes Ventil zum Steuern einer Fluidströmung durch den Auslass und zum Steuern der Fluidströmung in dem Fluidkreis, wobei das druckkompensierende Ventil einen Anfangszustand besitzt, in dem es eine Fluidströmung durch den Auslass beim Starten der Pumpe blockiert, um Fluiddruck in dem Fluidkreis vorzusehen, um die flügelartigen Glieder des Rotors radial zu der Oberfläche vorzuspannen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das druckkompensierende Ventil aus dem Anfangszustand heraus betätigt wird in einen Zustand, in dem es eine Fluidströmung von dem Auslass ermöglicht, und zwar ansprechend auf einen Druckanstieg in dem Fluidkreis, der an dem Druckkompensierenden Ventil wirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Pumpe eine Platte umfasst, die benachbart zu einer Seite des Rotors angeordnet ist, wobei die Platte wenigstens eine Nut umfasst, wobei die wenigstens eine Nut einen Teil des Fluidkreises bildet und in Strömungs- bzw. Fluidverbindung mit einer Vielzahl von Pumptaschen steht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die wenigstens eine Nut eine ringförmige Nut ist, die in Fluid- bzw. Strömungsverbindung mit allen Pumptaschen steht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die wenigstens eine Nut eine bogenförmige Nut umfasst, mit einem Anschluss, durch den Fluiddruck geleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das druckkompensierende Ventil einen Ventilschieber umfasst, der innerhalb einer Kolbenbohrung bewegbar ist, sowie eine Feder, die den Ventilschieber gegen eine Zumessöffnung drückt zum Blockieren einer Fluidströmung durch den Auslass.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Ventilschieber die Kolbenbohrung in erste und zweite Fluidkammern aufteilt, wobei die erste Fluidkammer einen Teil des Fluidkreises bildet, wobei der Fluiddruck in der ersten Fluidkammer an dem Ventilschieber wirkt, um die Feder zusammenzudrücken, und den Ventilschieber weg von der Zumessöffnung zu bewegen, um eine Fluidströmung durch den Auslass zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Fluiddruck in der zweiten Fluidkammer an dem Ventilschieber wirkt, um die Feder dabei zu unterstützen, den Ventilschieber gegen die Zumessöffnung zu drücken zum Blockieren einer Fluidströmung durch den Auslass.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die zweite Fluidkammer in Fluidbzw. Strömungsverbindung mit dem Auslass steht, und zwar stromabwärts von der Zumessöffnung.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Ventilschieber ein Druckentlastungsventil umfasst, wobei das Druckentlastungsventil betätigbar ist ansprechend auf einen vorbestimmten Druck, um Fluid von der zweiten Fluidkammer wegzuleiten, und um dadurch den Fluiddruck in der zweiten Fluidkammer zu reduzieren.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das druckkompensierende Ventil einen Ventilschieber umfasst, der bewegbar ist innerhalb einer zylindrischen Kolbenbohrung, wobei der Ventilschieber einen zylindrischen Körperteil umfasst mit einer Vielzahl von Ringnuten, die derart wirken, dass sie den Ventilschieber innerhalb der Kolbenbohrung zentrieren.