DE1251156B - Druckleitung und Uberstromvornchtung bei einer Pumpenanlage, insbesondere fur Hilfskraftlenkungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. CL:

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: §*e -

Nummer: 1 251156

Aktenzeichen: G27670Ic/59e

Anmeldetag: 7. August 1959

Auslegetag: 28. September 1967

Die Erfindung betrifft eine Druckleitung und eine Überströmvorrichtung bei einer Pumpenanlage, insbesondere für Hilfskraftlenkungen, bei der eine stetig fördernde, an sich mit konstanter Verdrängung arbeitende, aber mit veränderlicher Antriebsgeschwindigkeit betriebene Verdrängergruppe über einen Druckkanal mit einem Überströmventil verbunden ist, das Förderflüssigkeit über eine Umgehungsleitung zum Einlaß der Pumpe leitet und ferner ein enges Kanalstück im ersten Teil einer Pumpenförderleitung als Drosselstelle wirkt.

Die Verdrängerpumpen bei solchen Anlagen werden, besonders wenn sie bei Kraftfahrzeugen verwendet sind, wie erwähnt, mit verschiedenen Antriebsdrehzahlen betrieben und müssen in der Lage sein, schon bei geringer Drehzahl einen bestimmten Förderstrom zu liefern. Wenn sie dann, z. B. bei voller Fahrt des Fahrzeuges, mit relativ hohen Drehzahlen betrieben werden, wird von der Pumpe ein relativ großer Förderstrom geliefert, der an der Verbrauchsstelle, z. B, einer Hilfskraftlenkung, nicht benötigt wird, so daß der größte Teil der Förderflüssigkeit über das Überströmventil zur Saugseite zurückfließt. Dabei sorgt schon die im ersten Teil der zur Verbrauchsstelle führenden Pumpenförderleitung in Form eines engen Kanaistückes eingeschaltete Drosselstelle dafür, daß nur ein begrenzter Förderstrom durch die Förderleitung abfließen kann.

Bei einer bekannten Pumpenanlage dieser Art gelangt die vom Pumpenläufer geförderte Flüssigkeit in einen Gehäusehohlraum hinter einer den Arbeitsraum des Läufers nach einer Seite stirnseitig abschließenden Druckplatte. An einer Öffnung in der Wand eines Hohlraumes beginnt die Druckleitung, wobei die Drosselstelle unmittelbar den ersten Teil dieser Leitung bildet. Das Überströmventil ist konstruktiv unabhängig von der Druckleitung in einer ebenfalls in den erwähnten Hohlraum ausmündenden Gehäusebohrung angeordnet. Im Überströmweg von diesem Hohlraum zur Saugseite der Pumpe, der bei geöffnetem Überströmventil freigegeben wird, ist eine Stelle mit einer Öffnung zum Flüssigkeitsvorratsbehälter vorgesehen, an der sich der Überströmkanal sprunghaft erweitert. Dabei entsteht eine Düsen- oder Injektorwirkung, durch die Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in den Überströmkanal eingesogen wird, wodurch ein Teil der Geschwindigkeitsenergie der überströmenden Flüssigkeit nutzbringend verwendet werden soll.

Bei Pumpenanlagen ähnlicher Art ist es manchmal üblich, die Gehäusebohrung zur Aufnahme des Ventilkolbens des Überströmventils in den Leitungsweg

Druckleitung und Überströmvorrichtung
bei einer Pumpenanlage,
insbesondere für Hilfskraftlenkungen

Anmelder:

General Motors Corporation,

Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. K. Walther, Patentanwalt,

Berlin 19, Bolivarallee 9

Als Erfinder benannt:

Philip Barnhart Zeigler,

William Blair Thompson,

Robert Paul Rohde, Saginaw, Mich. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. September 1958
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für die Förderflüssigkeit einzubeziehen. Eine Bohrung im Boden des hohlen Kolbens dient dann als Drosselstelle zur Begrenzung der Fördermenge der Pumpe. Bei einer bekannten Pumpenanlage mit einem solchen Ventilkolben wirkt dieser mit einem im Druckflüssigkeitsweg hinter der Drosselstelle angeschlossenen Entlastungsventil zur schlagartigen Betätigung des letzteren zusammen. Bei einer bekannten Pumpenanordnung zur Versorgung einer Kraftfahrzeughydraulikanlage ist in der Pumpenförderleitung ein Venturirohr vorgesehen, von dessen engstem Querschnitt eine Leitung abzweigt. Durch diese Leitung wird ein Impuls auf ein Steuerventil gegeben, das die Weiterleitung der Förderflüssigkeit zu den Verbrauchern oder zu einem Überströmventil mit einem Weg zu einem Druckspeicher und einem Weg zum Saugbehälter steuert.

Bei bekannten Pumpenanlagen der eingangs erwähnten Art mit einem Überströmventil wurde festgestellt, daß die in die Förderleitung austretende Fördermenge über einen weiten Drehzahlbereich etwa konstant bleibt, aber bei weiterem Anstieg der

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Pumpenantriebsdrehzahl über einen an sich schon hohen Wert hinaus plötzlich ansteigt. Die Erfindung bezweckt hingegen, bei einer höheren Drehzahl der Pumpe und damit größerer Fördermenge am unmittelbaren Auslaß der Pumpenförderkaminer die durch die Förderleitung zum Verbraucher abströmende Flüssigkeitsmenge durch Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit in dieser Leitung herabzusetzen, so daß bei hoher Antriebsdrehzahl der Pumpe, z.B. wenn das Fahrzeug mit Reisegeschwindigkeit läuft, weniger Flüssigkeit zur Hilfskraftanlage gelangt, als wenn die Pumpe mit ganz geringer Drehzahl betrieben wird, z. B. der Antriebsmotor im Leerlauf läuft, das Fahrzeug parkiert wird oder langsam fährt. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Erwärmung der Flüssigkeit bei größerer Drehzahl der Pumpe verhindert.

Die Erfindung besteht darin, daß senkrecht von einem Verbindungskanal, welcher die Verbindung zwischen einem im druckseitigen Strömungsweg der Pumpe liegenden weiten Kanalstück und einer zum Arbeitsraum des Überströmventils gehörenden Bohrung herstellt und enger ist als das Kanalstück und die Bohrung, ein den Anfang der eigentlichen Pumpenförderleitung darstellendes relativ zu den Kanalstücken sehr enges als Drosselstelle wirkendes Leitungsstück abzweigt, wobei die Kanalstücke und die Bohrung ähnlich wie ein Venturirohr wirken, so daß bei höherer Drehzahl und damit größerer Fördermenge der Pumpe die durch die Förderleitung abströmende Flüssigkeitsmenge weiter abfällt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Überströmventil als federbelastetes Kolbenventil ausgebildet ist, dessen Federkammer mit der Pumpenförderleitung über eine Nebenleitung verbunden ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Stirnansicht auf eine Pumpenanlage mit den Erfindungsmerkmalen,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch die Anlage gemäß der Linie 2-2 in F i g. 1,

F i g. 3 einen Längsschnitt gemäß der Linie 3-3 in Fig. 1,

F i g. 4 a eine Ansicht der inneren Pumpenteile gemaß der Linie 4-4 in F i g. 3,

Fig. 4b eine Ansicht eines Pumpenteils gemäß der Linie 5-5 in F i g. 3,

F i g. 5 eine schematische Darstellung des Steuerventils der Pumpe und

F i g. 6 eine graphische Darstellung der Pumpenkennlinie im Vergleich mit üblichen Bauarten.

Wie die Fig. 1 bis 3 zeigen, umgibt ein zweckmäßig aus Metallblech bestehender^ Behälter 10 die eigentliche Pumpe. Die Kammer 10 a des Behälters 10 ist über einen durch eine Kappe 14 verschlossenen Füllstutzen 12 zugänglich.

Ein Gehäuse 18 für die Pumpe hat einen Flansch 18 a und ein Befestigungsstück 19. In einer Ringnut des Flansches 18 α sitzt eine Dichtung 16, die Leckagen am Randteil 20 des Behälters 10 verhindert.

Das Gehäuse 18 ist einteilig. Sein offenes Ende ist durch einen Deckel 26 verschlossen, der am Umfang eine Dichtung 28 hat und sich gegen einen Sprengring 30 abstützt. In einem Lagerauge 32 des Gehäuses 18 ist in einer Buchse 38 eine Antriebswelle 34 gelagert, deren inneres Ende mit einem Läufer 36 verkeilt ist.

Der Läufer trägt in Schlitzen 42 λ mehrere Schaufeln 42 (s. besonders F i g. 4), die beim Antrieb der Pumpe radiale Bewegungen ausführen, die durch einen dem Läufer umgebenden Nockenring 44 bestimmt werden. Zwischen dem Läufer 36 und der Innenumfangsfläche des Nockenringes 44 befinden sich die beiden einander gegenüberliegenden Arbeitsräume bzw. Förderkammern 91.

Auf der rechten Seite des Läufers (F i g^&jgkeine gegen den Nockenring 44 anliegende Drftckplatt»l8 vorgesehen, die zusammen mit dem Decker»» eee Auslaßkammer 50 begrenzt. Die innere Stirnnäeie der Druckplatte hat eine Umfangsausnehm«ag«48a. Auf der linken Seite des Läufers 36 ist eine gegen den Nockenring anliegende Seitenplatte 52 vorgesehen. Diese Seitenplatte 52 umschließt einen Teil der Welle 34 und liegt gegen eine Wand 54 der Ausnehmung 22 des Gehäuses 18 an.

Der Nockenring 44 ist im Gehäuse 18 mit Stiften 56 gehalten (Fig. 3), die sich durch die Druckplatte 48, den Nockenring 44 und die Seitenplatte 52 erstrecken und in Sacklöchern des Flansches 18« des Gehäuses 18 enden. Oberhalb der Druckplatte 48 dienen die Stifte 56 als Halterung von Federn 58, die gegen die Innenseite des Deckels 26 drücken.

In den Läufer 36 ist eine Büchse 37 eingepreßt, die mit engem Lagersitz in die Druckplatte 52 ragt. Diese Buchse 37 gestattet ein Ausrichten des Läufers durch die Stifte 56 und berichtigt eventuelle Außermittigkeiten der Welle 34. Der Behälter 10 ist am Gehäuse 18 durch Schrauben 60 befestigt (Fig. 3).

Das Gehäuse 18 ist ferner mit einer abgesetzten Bohrung 85 versehen, die einen Ventilkolben 65 aufnimmt. Der Ventilkolben 65 wird durch eine Feder 66 nach rechts gedrängt, wobei seine Bewegung nach rechts durch einen Anschlagstift 68a an einem mit einer Dichtung 70 versehenen Stopfen 68 begrenzt ist, der gegen einen Sprengring 72 anliegt.

Die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit gelangt in die von der Druckplatte 48 und dem Deckel 26 begrenzte Auslaßkammer 50 und aus dieser über ein kurzes, relativ weites Kanalstück 76 in einem im Gehäuse 18 vorgesehenen Verbindüngskanal 78. Ein Leitungsstück 80 viel kleineren Durchmessers als der Kanal 78 geht von diesem ab und wirkt als Drosselstelle, die den Förderstrom der Pumpe bestimmt. Dieses Leitungsstück 80 führt zu einer Pumpenförderleitung 81 (Fig. 3) und bildet das erste Stück der Pumpendruck-oder Förderleitung.

Hinter der Mündung des Leitüngsstückes 80 ist der Kanal 78 an die Gehäusebohrung 85, die den Ventilkolben 65 aufnimmt, angeschlossen. Ein Überströmkanal 82 führt zu einer Ringkämmer 84, die als Teil der Gehäuseausnehmung 22, die Seitenplatte 52, den Nockenring 44 und die Umfassungsausnehmung 48 a der Druckplatte 48 umgibt, nach unten in die Gehäusebohrung 85. Durch die Bohrung 85, den Ventilkolben 65, die Feder 66 und den Stopfen 68 mit dem Anschlagstift 68 a wird somit ein Überströmventil 64 gebildet.

Ein Zuführkanal 86 ist stets mit dem Kanal 82 und der Kammer 10 a des Behälters 10 in Verbindung und stellt somit den ersten Teil des Einlasses der Pumpe, dar. Die durch die Auslaßleitung 81 geförderte Flüssigkeit wird zur Verbrauchsstelle, d. h. in die von der Pumpe versorgte Anlage, geleitet, aus der sie in den Behälter über eine Leitung 190 zurückkehrt (Fig. 3). Eine Nebenleitung 83 (Fig. 5) ge-

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stattet den Übertritt von Druckflüssigkeit aus d^em Leitungsstück 80 zur Bohrung 85 und die linke S^ite des Ventilkolbens 65 (s. auch Fig. 2).

Die Umfangsausnehmung 48 a der Druckplatte 48 ist, wie Fig. 4b zeigt, symmetrisch, aber von ^nregelmäßiger Form. Die Druckplatte 48 hat zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen 90, durch die die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit in die Auslaßkammer 50 gelangt. Durch die Teile 90 a der Öffnungen 90 erstrecken sich die Stifte 56, die cien »o Nockenring 44 abstützen.

Die Druckplatte 48 weist noch bogenförmige Öffnungen 92 und bogenförmige Ausnehmungen 94 jnit Löchern 96 auf. Diese Öffnungen und Ausnehmungen dienen in bekannter Weise dazu, daß Flüssigkeit unter Förderdruck aus der Auslaßkammer 50 zu Räumen 98 am inneren Ende der Schlitze 42 a gelangt, um die Arbeitsschieber 42 dichtend gegen die Lauffläche des Nockenringes 44 zu drücken. Pie Umfangsausnehmung 48 a der Druckplatte hat ferner ao Bereiche 100, die sich radial einwärts über die benachbarte Lauffläche des Nockenringes 44 erstrecken, so daß sich Einlaßöffnungen 100 α zur Einlaßkamrner 84 ergeben.

In ähnlicher Form wie die Druckplatte 48 ist atfch die Seitenplatte 52 mit bogenförmigen Öffnungen i)nd Ausnehmungen versehen. Ferner ist ihre Umfangskontur der Form der Umfangsausnehmung 48 α der Druckplatte 48 angepaßt, so daß einspringende ßereiche der Umfangsfläche der Seitenplatte 52 mit cien Umfangslinien der einspringenden Bereiche 100 fluchten. Die einspringenden Bereiche erstrecken sich wie die Bereiche 100 radial einwärts über die Lauffläche des Nockenringes 44, so daß auf dessen nach F i $· 2 linker Seite ein zweites Paar von Einlaßöffnungen entsteht.

Arbeitsweise

Bei im Uhrzeigersinn umlaufendem Läufer 36 (s. F i g. 2 und 4 a) wird Flüssigkeit aus der RiAgkammer 84 in die Kammern 91 bzw. in die zwiscHen den Arbeitsschiebern 42 entstehenden Verdrängerzellen über die Einlaßöffnungen, z.B. 100a, angesaugt und über die Öffnungen 90 in die Auslaßkammer 50 gefördert. Die geförderte Flüssigkeit tritt dabei durch Öffnungen 90 in der Druckplatte 48 lind aus den entsprechenden, nicht gezeigten Ausnehmungen in der Seitenplatte 52 über die Löcher 93 im Nockenring 44 in die Auslaßkammer 50 aus.

Die geförderte Flüssigkeit verläßt, wie bereits erwähnt, die Pumpe über den Verbindungskanal 78, das Leitungsstück 80 und die Förder- oder Ausl^ßleitung 81. Unter der Ausnahme, daß die Pumpe £^ur Versorgung einer Hilfskraftleitung verwendet wird und bei leerlaufender Fahrzeugantriebsmaschine Aut kleinster Drehzahl angetrieben wird, wird normalerweise die gesamte Fördermenge der Pumpe über das Leitungsstück 80 und die Auslaßleitung 81 zur LeAkanlage strömen. Der Ventilkolben 65 wird dann in der Schließlage sein. Der durch das enge Leitungsstück 80 bestimmte Förderstrom ist vom Durchmesser und der Länge dieses Leitungsstückes abhängig. In den meisten Fällen wird ein Förderstr°m von 9 bis 13,5 l/min geeignet sein, um bei leerlaufender Antriebsmaschine und größtem Lenkwiderstand, wie beim Parkieren, eine genügende Hilfskraftlenkving zu erreichen.

Läuft das Fahrzeug mit Reisegeschwindigkeit, so dreht sich der Läufer 36 der Pumpe entsprechend schneller, und das drosselnde Leitungsstück 80 bewirkt in der Bohrung 85 einen Druckanstieg. Der Ventilkolben 65 wird gegen die Kraft der Feder 66 und den in der Federkammer wirkenden Druck, der vom Druckzustand in der Lenkanlage beeinflußt ist, nach links in die in F i g. 5 gezeichnete Lage bewegt, in der die Kanäle 78 und 82 miteinander verbunden werden. Die Feder 66 ist sorgfältig ausgewählt, um bei dem gewünschten Druck nachzugeben. Die Anlage enthält normalerweise noch ein nicht dargestelltes Sicherheitsventil, das auf den Druck in der Federkammer anspricht und zur Ringkammer 84 öffnet, wenn ein bestimmter Druck überschritten wird.

Die durch den Kanal 82 überströmende Flüssigkeit erreicht eine beträchtliche Geschwindigkeit. Nach dem Bernoullischem Prinzip wird die dadurch entwickelte kinetische Energie zum größten Teil in statischen Druck in der Ringkammer 84 umgewandelt. Die Stärke dieses statischen Druckes ist eine Funktion der Geschwindigkeit im Kanal 82, und da diese wieder eine Funktion der Pumpendrehzahl ist, so wird die Kaviation mit ihren unerwünschten Aus-_# Wirkungen einwandfrei verhindert.

Die Kurve B in F i g. 6 zeigt über der Pumpendrehzahl den Förderstrom für eine übliche Pumpe mit Überströmung. Die Kurve läßt eine plötzliche Steigerung des Förderstroms zur Anlage bei einer Pumpendrehzahl von 3500 bis 4000 U/min erkennen. Dies ergibt eine übermäßige Erwärmung der Flüssigkeit und der von ihr berührten Teile. Ferner ergeben sich durch den erhöhten Förderstrom in der versorgten Anlage Schwierigkeiten bezüglich der Abdichtung.

Die Kurve A in F i g. 6 gibt die entsprechende Kennlinie einer Pumpe mit den Merkmalen nach der Erfindung wieder. Bei höheren Pumpendrehzahlen fällt der Förderstrom ab. Es entsteht also keine Erwärmung der Flüssigkeit in der versorgten Anlage, wie dies bisher eintrat. Dies wird durch eine sorgfältige Abstimmung der Kanäle 76 und 78 zum Leitungsstück 80 erreicht. Der Kanal 78 hat kleineren Durchmesser als der Kanal 76, so daß in ihm der Förderstrom verhältnismäßig größer ist. Bei der aus der F i g. 6 ersichtlichen Pumpendrehzahl beginnt die Strömung im Kanal 78, eine venturiähnliche Wirkung auf die Mündung des Leitungsstückes 80 auszuüben, so daß durch diesen, wenn das Fahrzeug mit Reisegeschwindigkeit läuft, weniger Flüssigkeit zur Anlage treten kann, als wenn die Pumpe leerläuft oder das Fahrzeug parkiert wird oder langsam läuft.

Zum besseren Verständnis und der Vollständigkeit halber sind im vorhergehenden auch die Teile der Verdrängerpumpe selbst und deren Wirkungsweise erläutert. Zur Erfindung gehört jedoch nur das, was in den Patentansprüchen enthalten ist.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Druckleitung und Überströmvorrichtung bei einer Pumpenanlage, insbesondere für Hilfskraftlenkungen, bei der eine stetig fördernde, an sich mit konstanter Verdrängung arbeitende, aber mit veränderlicher Antriebsgeschwindigkeit betriebene Verdrängerpumpe über einen Druckkanal mit einem Überströmventil verbunden ist, das Förderflüssigkeit über eine Umgehungsleitung

zum Einlaß der Pumpe leitet und ferner ein enges Kanalstück im ersten feil einer Pumpenförderleitung als Drosselstelli wirkt, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht von einem Verbindungskanal (78), welcher die Verbindung zwischen einem im druckseitigen Strömungsweg der Pumpe liegenden weiten Kanalstück (76) und einer zum Arbeitsraum des Überströmventils gehörenden Bohrung (85) herstellt und enger ist als das Kanalstück (76) uöd die Bohrung (85), ein den Anfang der eigentlichen Pumpenförderleitung darstellendes relativ zu den Kanalstücken (76,78) sehr enges als Drosselstelle wirkendes Leitungsstück (80) abzweigt, wtfbei die Kanalsrücke (76, 78) und die Bohrung (£5) ähnlich wie ein Ven-

turirohr wirken, so daß bei höherer Drehzahl
damit größerer Fördermenge der Pumpe
durch die Förderleitung (80) abströmende
sigkeitsmenge weiter abfällt.

2. Pumpenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überströmventil (64) ein federbelastetes Kolbenventil ist, dessen Feuerkammer (66) mit der Pumpenförderleitung (80, 81) über eine Nebenleitung (83) verbunden istin Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1005 845;
britische Patentschriften Nr. 586 975, 783 770;
USA.-Patentschriften Nr. 2 383153, 2544987, 2544988, 2698 579, 2 858 766.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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