DE1528973A1

DE1528973A1 - Verdraengerpumpe

Info

Publication number: DE1528973A1
Application number: DE19511528973
Authority: DE
Inventors: Tittmann Dipl-Ing Egon
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1951-01-28
Filing date: 1951-01-28
Publication date: 1969-09-25
Also published as: DE1528973B2; DE1528973C3

Description

R.-Nr. 8650
Wd/Fu 14.6.66

Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmußterhilfs

ROBERT BOSCH GMBH« Stuttgart W, Breitscheidstrasse 4 Verdrängerpumpe

Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe» deren gesamte Fördermenge im unteren Drekzahlberelch einem Verbraucher zuströmt, von wo sie über eine ein Strahlrohr enthaltende Strahldüse zur Saugseite der Pumpe zurückfließt, wälirend im nachfolgenden Bereich höherer Drehzahlen der über eine bestimmte Fördermenge hinausgehende Reststrom über ein Stromregelventil abgezweigt und ebenfalls der Düse zugeleitet wird, dabei durch Beschleunigung In der Düse einen Unterdruck erzeugt, der das erneut zufließende Druckmittel nachsaugt, und bsi welcher die nunmehr vereinigte Druokraittelraenge in einem sich an die Düse anschließenden, vor der Saugseite der Pumpe liegenden Diffusor verzögert und in ihrem Druck erhöht wird, so daß auch bei höohsten Drehzahlen der Pumpe eine einwandfreie Füllung der Pumpansaugkammern erfolgt.

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Solche Pumpen, wie sie besonders für hydraulische Hilfskraftlenkungen Verwendung finden« und die vom Fahrzeugmotor angetrieben sind» müssen bereits bei niedrigen Drehsahlen (Leerlaufdrehzahl) die volle Fördermenge abgeben, um das einwandfreie Lenken des Fahrzeugs zu ermöglichen. Bei Höchstdrehzahl soll die Pumpe etwa die gleiche Druckmittelmenge zur Hilfskraftlenkung fördern. Diese Forderung wird von keiner Konstantinengenpumpe erfüllt. Gelöst wird dieses Problem durch Einschalten eines sog. Nebenschlusstromreglers, d. h. eines Stromregelventils, das an den Druckauslaß cfor Pumpe angeschlossen ist und bei höheren Drehzanien einen Teil des Druckmittels abzweigt.

Weiterhin ergibt sich bei diesen Pumpen die Schwierigkeit, daß bei hohen Drehzahlen keine ausreichende Füllung der Pumpensaugkammern mehr erfolgt,was Kavitation, Geräuschbildung und sinkende Leistung der Pumpe zur Folge hat» Deshalb wird die vom Stromregelventil abgezweigte Druckmittelmenge dazu benutzt, über eine sog. Strahlpumpe den Druck im Saugraum der Pumpe zu erhöhen.

Aus der US-Patentschrift 3 125 028 ist eine derartige Drehkolbenpumpe bekannt. Ihr Stromregelventil ist an einer gehäusefest angeordneten, elastisch beweglichen Membran angeordnet, die einem Differenzdruck ausgesetzt ist. Dieser wird durch eine Meßdrossel erzeugt, die am Druckauslaß der Pumpe angeordnet ist» Die Membran ist einerseits vom vollen Förderdruck beaufschlagt, andererseits vom Verbraucherdruck, der um den an der Meßdrossel erzeugten Druckabfall vermindert ist. Hat die Druckdifferenz einen bestimmten Wert erreicht, so öffnet das Stromregelventil einen Auslaß zu einem Strahlrohr, wobei der bereits oben beschriebene Vorgang einsetzt.

Diese bekannte Drehkolbenpumpe hat den Nachteil, daß das Strahlrohr und das Stromregelventil zusätzliche Teile benötigen und und in eigene hierfür notwendigen Gehäuseausnehmungen oder -Anbauten angeordnet sein müssen. Das verteuert die Pumpen beträchtlich»

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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verdrängerpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, diefresonders einfach im Aufbau und damit billig ist.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Strahlrohr als Zuführung für das vom Verbraucher der Pumpe zuströmende Druckmittel dient und gegenüber der Wand der Düse beweglich ist« und daß diese Teile zugleich das Stromregelventil bilden„

V/eitere vorteilhafte Ausbildungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sieh aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in

Pig. 1 einen Längsschnitt durch eine Drehkolbenpumpe,

Pig. 2 einen Querschnitt nach II-II der Pig. I,

Fig. 3 einen vereinfachten Schnitt nach III-III der Pig. Ij

Fig. 4 eine saugseitige Ansieht der Pig. I,

Pig. 5 eine schömatische Darstellung der Strahlpumpe>

Pig» 6 ein Diagramm. .

Das Gehäuse der Drehkolbenpumpe der PIg. 1 besteht aus einem druckseitigen Gehäuseteil 10 und einem saugseitigen Gehäuseteil 11; beide sind mittels nicht dargestellter Schrauben zusammengespannt und mittels eines Hubrings 12 zentriert, der einerseits in einer stirnseitigen BohiRing 13 des GehKuseteils 11, andererseits in einer st-irnseitigen Bohrung 14 des Gahäuseteils 10 ruht. An die Bohrung des. Gehäuseteil 10 schließt sich eine Bohrung 15 kleineren Durchmessers an, Biese beiden Bohrungen dienen zur Aufnahme eines Lagerkörpers 16 „ Er hat einen flanschartigen Teil 17, der mit Spiel in die Bohrung 14 taucht, und einen Portsatz 18, der in der Bohrung des Gehäuseteils 10 dicht, aber gleitend geführt ist. Die Abdichtung

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besorgt ein O-Ring 19, Der Hubring 12 und der Lagerkörper 16 sind mittels eines im Gehäuseteil 11 gehaltenen Bolzens 20 gegen Verdrehen gesichert.

Der Lagerkörper ΐβ hat eine mittige Bohrung 21, die als Lagerstelle einer Antriebswelle 22 dient. Zwischen einem äußeren Bund 23 der Antriebswelle und einer Abstufung 24 der Bohrung 15 ist eine Wellendichtung 25 angeordnet, die das Durchlecken von Druckmittel aus dem Inneren der Pumpe verhindert.

Die Antriebswelle hat an ihrem aus dem Gehäuseteil 10 ragenden Teil eine Kupplungsscheibe 26« Eine zwischen dem Lagerkörper 16 und dem Gehäuseteil 10 am Portsatz 18 liegende Tellerfeder 27 drückt den Lagerkörper stets gegen den Hubring 12.

Die Antriebswelle 22 endet an ihrem ins Gehäuse ragenden Teil in einem Zapfen 28, auf dem fliegend gelagert ein Rotor 29 angeordnet ist. Dieser ist mittels einer Keilversahnung drehfest mit dem Zapfen 28 verbunden.

Im Rotor 29 sind mehrere radial verlaufende Schlitze 30 ausgebildet, die sich über seine gesamte Breite erstrecken. In den Schlitzen sind Schieber 31 dicht, aber gleitend geführt.

An der Innenseite des Hubrings 12 sind zwei einander diametral gegenüberliegende, etwa sichelfSrraige Ausnehmungen 32 und 33 angeordnet (Fig. 3)· Die zwischen diesen Ausnehmungen und dem Außenumfang des Rotors gebildeten Räume stellen jeweils aufeinanderfolgend Saug- und Druckraum dar.

Im Lagerkörper l6 befinden sich z&ei einander gegenüberliegende Druckschlitze 34 und 35 in Höhe des RotorauSendurchmessers. Der Druckschlitz 35 ist in der Fig. 1 nicht dargestellt, jedoch in Fig. gestrichelt eingezeichnet.

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Die Druckschlitze 3* und 35 führen zu einem Ringraum 36, der an den flansohartigen Teil des LagerkSrpers 16 grenzt. Vom Ringraum

36 führt ein Durchlaß 37 zu einer Bohrung 38, die rechtwinklig und im Abstand zur Antriebswelle Verläuft und in einem Auslaß 39 endet. Der Auslaß 39 steht mit dem Verbraucher über eine nicht dargestellte Rohrleitung in Verbindung. Unmittelbar an der Mündung des Durchlasses

37 in die Bohrung 38 zweigt von dieser eine Bohrung 4o ab, die parallel zur Antriebswelle 22 außerhalb des Hubringe 12 verläuft. Sie mündet in den unteren Teil einer zylindrischen Kammer 4l, die in einem Ansatz 42 des saugsdLfcigen Gehäuseteils 11 ausgebildet ist. Die Längsachse der Kammer 41 verläuft senkrecht zur Antriebstrelle 22.

Hinter der Mündung des Durchlasses 37 In die Bohrung 38 &$ in dieser eine als Drossel ausgebildete Blende 43 eingesetzt (Fig. 2), die durch einen Sprengring festgehalten ist. Zwischen der Blende 43 und dem Auslaß 39 mündet ein abgewinkelter Kanal 44 in die Bohrung 38, der vom oberen Teil der Kammer 4l ausgeht.

Die Kammer 4l ist durch ein Anschlußstück 45 verschlossen, das eine mittige Bohrung 46 hat, die als Einlaß für das Druckmittel und als Führung für ein Strahlrohr 47 dient. Das Strahlrohr 47 ist nach außen hin durch einen in der Bohrung 46 angeordneten 0-Ring 48 abgedichtet und mit einem Steuerkolben 49 versehen, der in der Kammer 41 dicht, aber gleitend geführt ist. Die Kammer 43. wird durch den Steuerkolben in ein© obere Druckkammer 41* und eine, untere Druckkammer 4l^w unterteilt. ,

An die Kammer 41 schließt sich eine als Düse dienende konische Bohrung 50 an, die in ein kurzes zylindrisches Bohrungsteffl. 51 übergeht. Dieses verzweigt sioh vor dem Rotor 29 in zwei sich

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erweiternde Zweige 52, 53 eines Diffusorkanais, die an der rotoröeitigen Stirnfläche der Bohruag 13 münden. Dies# Mündungen sind mit 54 und 55 bezeichnet (Pig. 4) und haben etwa Nierenform, ähnlich jj»ie die Drueksohlitze 34, 35. Sie sind um jeweils 90° zu jenen verjsetzt und liegen Im Bereich des Rotor-Außendurchmessers. Sie bilden die Saugöffnungen für die Pumpe.

In Ruhestellung wird der untere Rand 4?' des Strahlrohrs 47 durch eine zwischen dem Steuerkolben 49 und dem Ansohlußstück 45 angeordnete Feder 56 gegen den unteren Teil der Bohrung 50 gepreßt. An der Anliegestelle ist ein Ring 57 aus dem.Gehäuse gegenüber weicherem Material eingesetzt, der als Sitz für den unteren Rand 47' des Strahlrohrs dient. Dieser Rand ist abgeschrägt, um gut abdichten zu können.

Eine von der oberen Druckkammer 41* ausgehende Bohrung 58 mündet in einer Kammer 59, in dem das Schließglied 60 eines Überdruckventils angeordnet 1st. Dessen Schließkegel wird durch eine Feder 61 auf die von der Bohrung 58 und der Kammer 59 gebildete Schulter gepreßt. Eine Rücklaufbohrung 62 (Fig. 4) führt von der Kammer 59 zur Niederdruckseite der Pumpe.

Wenn sich der untere Rand 47* des Strahlrohrs von seinem Sitz 57 abgehoben hat, ist eine Verbindung von der unteren Druckkammer 4lⁿ zu den Zweigen 52,53 des Diffusorkanals hergestellt. Daraus ist zu ersehen, daß das Strahlrohr zugleich als Stromregelventil dient. Strahlrohr und Düse bilden eine Strahl- oder Injektorpumpe.

Die Flg. 5 zeigt schematise*! die Anordnung der Strahlpumpe.

Die Drehkolbenpumpe 1st mit P bezeichnet, mit V der Verbraucher (Hilfskraftlenkung), mit B der Druckmittelbehälter; Q_L bezeichnet den Verbraucherstrom, Q_R den Reststrom, Q_p die Fördermenge der Pumpe. Es 1st Q_p « Q^ + Q_R , Gleiche Teile sind mit denselben Ziffern versehen wie in den Flg. 1 bis 4. ' -

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Im Diagramm derFig. 6 1st auf der Abszisse die Drehzahl der Drehkolbenpumpe, auf der Ordinate deren Fördermenge aufgetragen.

Wirkungsweise: ■

Im niedrigen Drehzahlbereich fördert die Drehkolbenpumpe die Fördermenge Q_p = Qr # d· h. das gesamte geförderte Druckmittel fließt von den Druckschlitzen 34, 35 und dem Ringraum 36 über den Durchlaß 37 in die Bohrung 38 zum Auslaß 39 und von hier zum Verbraucher V. Von diesem gelangt es in den Behälter B, dann weiter zum Anschlußstück 45, dem Strahlrohr 47, über die Düse 50 in die Zweige 52, 53 des Diffusorkanais und zu den Saugöffnungen 54,55. In bekannter Weise wird der Druck des Druck« mittels beim Rotleren des Rotors durch die zwischen den Schiebern 41 gebildeten und sich dabei verkleinernden Zellen erhöht und dadurch Druckmittel zum Auslaß geordert«

An der Blende 43 entsteht ein Druckabfall, so daß der Druck in der Bohrung 40 größer ist als derjenige am Auslaß 39. Der Druck in der Bohrung 40 pflanzt sich in die untere Druckkammer 41' fort, der Druck am Auslaß 39 über den Kanal 44 in die obere Druckkammer 4l* der zylindrischen Kammer 4l. .

Im unteren Drehzahlbereich der Pumpe, d. h. bis zum Punkt A im Diagramm (Fig. 6), ist der Differenzdruck der beiden Kammern nicht groß genug, um den Steuerkolben 49 entgegen der Kraft der Feder 56 anzuheben. Der untere Rand 47' des Strahlrohrs sitzt somit an der Bohrung 50 auf. Das gesamte, nunmehr geförderte Druckmittel fließt von der Druckseite der Pumpe über den Verbraucher wieder unmittelbar zur Saugseite zurück.

Wären keine besonderen Vorkehrungen getroffen, so würde bei zunehmender Drehzahl die Saugwirkung der Pumpe allein nicht mehr ausreichen, die Saugkammern genügend zu füllen. Die Strömung würde abreißen und Kavitationjqit ihren bekannten schädlichen Folgen eintreten. ·

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Bereich hoher Drehsahlen (etwa ab 3000 U/min), d, h. bei •ehzahlen über den Punkt A hinaus, wird der Differenzdruok an der Blende 43 groß genug, um den Steuerkolben 49 entgegen (äer Kraft der Feder 56 anzuheben. Mit anderen Worten: Der Pruck in der unteren Druckkammer 4lⁿ ist größer geworden als der Druck in der oberen Druckkammer 41' plus der Federkraft.

Gleichzeitig mit dem Anheben des Steuerkolbens 49 hat sich auch der untere Rand 47' des Strahlrohres vom Ring 57 in der Bohrung abgehoben, so daß ein Teil- oder Reststrom Q~ der Pumpenfördermenge Qp über die Bohrung und koaxial um das Strahlrohr herum zum Bohrungsteil 51 und zur Saugseite der Pumpe abströmen kann. Die Fördermenge Q₀ ist also nunmehr unterteilt in einen Verbraucherstrom Q₁. und einen Reststrom Q„„ Der Druck des Reststroms Q« entspricht etwa dem Förderdruck der Pumpe. Der Reststrom fließt nunmehr über den Kanal 40 zum Strahlrohr 47. Durch den engen Durchströmquersehnitt zwischen Strahlrohr und Düse wird der Reststrom Q„ stark beschleunigt, so daß sein Druck an der Düse beträchtlich sinkt. Der hierdurch entstandene Unterdruck saugt die volle Verbraueherraenge Qj₁ durch das Strahlrohr an * Damit wird ein Abreißen der Strömung verhinderte

Hinter der Düse vereinigen sich die beiden feilströme Q_R und Q^ » In dem sich an die Düse anschließenden Diffusorkanal tird die Geschwindigkeit des Druckmittelstroms verzögert, wobei sich dessen Druck erhöht (z„ B. auf ca. 2 bis 3 atü). Dadurch ist der gewünschte Effekt erreicht. Bei diesem Überdruck werden die Purapenkammem vollständig gefüllt, da eine KavitatS. onßbildung bei überdruck nicht möglichjLst. Es ist somit auch gewährleistet, daß der volle Förderstrom Q_p wieder an der Saugseit® der Pumpe zur Verfügung steht*

Aus Vorstehendem ist ersichtlich, daß es sieh bei der Anordnung von Düse und Strahlrohr um eine sog« Strahl·* ©der Injektorpumpe handelt.

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In der Fig. 5 1st am Eingang des Kanals 40 eine Düse D zu erkennen. Diese ist in den Fig. 1 bis j5 der besseren Übersicht «regen nieht eingezeichnet*

An dieser Düse Wird der zur Strahlpumpe fließende Teil· oder Restetrom Q_R etwas beschleunigt» wobei ©ein statischer Druok an der Abzweigstelle der Bohrung 38 sinkt. Damit sinkt auoh der Druck in der oberen Druckkammer 41* etwas* Man erreichtdamit, daß die Verbrauchermenge Q. bei Steigender Drehzahl vom Punkt A ab nahezu konstant bleibt. Ohne die Düse D würde die Verbrauchermenge Q- mit steigender Drehzahl ebenfalls etwas ansteigen, was nicht immer erwünscht ist.

Ist im Verbraucherkreis der Druck auf einen bestimmten Höchstwert angestiegen, so hebt sich das Schließglied 49 des Überdruckventils von seinem Sitz ab«, Hierdurch wird der Druck in der oberen Druckkammer 4l* abgebaut und der Steuerkolben 49 wird durch den Druck In der unteren Druckkammer 41" rasch angehoben. Die gesamte Fördermenge der Pumpe fließt nun unmittelbar zur Saugseite, bis der Überdruck im Verbraucherkreis abgebaut ist.

Durch das koaxiale Afoörßmen des Reststromes Q_R am Strahlrohr werden durch Stroraablenkung hervorgerufene Querkräfte auf den Steuerkolben 49 klein,gehalten.

Besonders vorteilhaft 1st es, den Reststrom Q_R tangential in die untere Druckkammer 41'einströmen zu lassen. Dadurch wird der Strahldruck auf den Steuerkolben vermindert. In der Fig. 2 ist ein tangentialer Einströmkanai strichpunktiert eingezeichnet und mit 4o^f bezeichnet.

Die Bewegung des Strahlrohrs 47 wird gedämpft durch den Strömungswiderstand im Kanal 44 und durch den O-Ring 48. Dieser legt sich unter dem Druck des Druckmittels, das zwischen dem Strahlrohr 47 und der Bohrung 46 zur O-Ringnutdurchleckt, dicht an das Strahlrohr

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Zweckmäßigerweise können Strahlrohr kl und Steuerkolben 49 aus zwei Teilen bestehen« die z» B."durch Aufschrumpfen des Steuerkolbens auf das Strahlrohr fest miteinander verbunden sind«

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Ansprüche;

/lJ Verdrängerpumpe, deren gesamte Fördermenge im unteren Drehzahlbereich einem Verbraucher zuströmt, von wo sie über eine ein Strahlrohr enthaltende Strahldüse zur Saugseite der Pumpe zurück« fließt, während im nachfolgenden Bereich höherer Drehzahlen der über eine bestimmte Fördermenge hinausgehende Reststrom über ein Stromregelventil abgezweigt und ebenfalls der Düse zugeleitet wird, dabei durch Beschleunigung in der Düse einen Unterdruck erzeugt, der das erneut zufließende Druckmittel nachsaugt, und bei welcher die nunmehr vereinigte Druckmittel·« menge in einem sich an die Düse anschließenden, vor der Saugseite der Pumpe liegenden Diffusor verzögert und in ihrem Druck erhöht wird, so daß auch bei höchsten Drehzahlen der Pumpe eine einwandfreie Füllung der Pumpensaugkammern erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr (47) als Zuführung für das vom Verbraucher der Pumpe zuströmende Druckmittel dient und gegenüber der Wand der Düse beweglich ist, und daß diese Teile zugleich das Stromregelventil bilden«

2. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr (47) fest mit einem in einer Kammer (4l) gleitenden Steuerkolben (49) verbunden ist, der diese in eine untere, der Düse (50) zugewandte Druckkammer (4l*) und eine

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obere Druckkammer (41") unterteilt, und daß die untere Druckkammer dem Förderdruck der Pumpe ausgesetzt 1st, die obere Druckkammer dem Verbraucherdruck, der Infolge des Druckabfalls an einer in einen die beiden Druckkammern'(4lV,4l^tt) verbindenen Kanal (38) eingeschalteten Drossel (43) kleiner als der Förderdruck ist,

3· Verdrängerpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Reststrom in die untere Druckkammer (¹H") leitende Bohrung (²K)') tangential in die Druckkammer mündet.

4. Verdrängerpumpe nach Anspruch 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet, daß in dem von der Pumpe zur unteren Druckkammer (41") führenden Kanal (4o) eine Düse (D) ausgebildet ist, an die sich seitlich der zum Verbraucher (V) unter Zwischenschaltung der Drossel (43) führende Kanal (38) so anschließt, daß bei steigendem Reststrom der Druck vor der Drossel (43) abnimmt·.

5. Verdrängerpumpe nach."einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der sich an die Düse (50) ansdäleßende, zur Saugseite der Pumpe führende Diffusorkanal aus zwei getrennten DIffusorzweigen (52,53) besteht, von denen Jeweils einer einem Saugraum der Pumpe zugeordnet ist.L·

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