DE1528973C3 - - Google Patents

Description

Ventileinrichtung und benötigt eigene Bauteile, was einen gewissen baulichen Aufwand erfordert, ganz abgesehen von dem für die Ejektorpumpe beanspruchten Platz.

Es ist femer bekannt, Strahlrohr und Treibdüse einer Ejektorpumpe zentrisch anzuordnen; hierbei kann das Strahlrohr mit Hilfe eines Gewindes in axialer Richtung zwecks Spalteinstellung verstellt werden (siehe die USA.-Patentschrift 2 380 714).

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Uberströmventileinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die konstruktiv zweckmäßig gestaltet sowie Platz und Bauteile sparend mit der zur Einrichtung gehörenden Ejektorpumpe vereinigt ist.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der längsverschiebliche Ventilschließ- und Steuerkolben mit einem ihn durchsetzenden Strahlrohr versehen ist, dessen Ausflußende in eine konische Gehäusebohrung ragt, bei Schließstellung deren Wand berührt, wählend bei Öffnungsstellung des Kolbens diese konische Bohrung als Treib- und Mischdüse für die überströmende Druckflüssigkeit wirkt, und daß durch das Strahlrohr die Niederdruckflüssigkeit vom Verbraucher bzw. Behälter in die Ejektorpumpe bzw. in den Kanal und den Diffusor fließt.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Drehkolbenpumpe mit einer Überströmventileinrichtung,

F i g. 2 einen Längsschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilquerschnitt nach der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine saugseitige Ansicht der Pumpe nach Fig. 1,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Überströmventileinrichtung und der Strahlpumpe,

F i g. 6 ein Diagramm.

Das Gehäuse der Drehkolbenpumpe nach Fig. 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 eine Bohrung 14 des Gehäuseteils 10 eingesetzt ist und andererseits in eine stirnseitige Bohrung 13 des Gehäuseteils 11 hineinragt. An die Bohrung 14 des Gehäuseteils 10 schließt sich eine Bohrung 15 kleineren Durchmessers an, wodurch ein Hohlraum zur Aufnahme eines Lagerkörpers 16 geschaffen ist. Letzterer hat einen flanschartigen Teil 17, der mit Spiel in die Bohrung 14 taucht, und einen Fortsatz 18, der in der Bohrung 15 des Gehäuseteils 10 dicht, aber gleitend geführt ist. Die Abdichtung besorgt ein O-Ringl9. Der Hubring 12 und der Lagerkörper 16 sind mittels eines im Gehäuseteil 11 gehaltenen Bolzens 20 gegen Verdrehen gesichert.

Der Lagerkörper 16 hat eine Mittelbohrung 21, die als Lager einer Antriebswelle 22 dient. Zwischen einem äußeren Bund 23 der Antriebswelle und einer Abstufung 24 der Bohrung 15 ist eine Wellenrichtung 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 Fortsatz 18 liegende Tellerfeder 27 drückt den Lagerkörper stets gegen den Hubring 12.

Die Antriebswelle 22 endet im Gehäuse in einem Zapfen 28, auf dem ein Rotor 29 fliegend gelagert angeordnet und mittels einer Keilverzahnung drehfest mit ihm verbunden ist.

Im Rotor 29 sind mehrere radial verlaufende Schlitze 30 ausgebildet, die sich über seine gesamte

ίο Länge erstrecken. In den Schlitzen sind Schieber 31 dicht, aber gleitend geführt.

Die Innenumfangswand des Hubrings 12 verläuft nach einem Oval, so daß zwischen ihr und dem Außenumfang des Rotors zwei einander diametral gegenüberliegende, etwa sichelförmige Förderräume 32 und 33 verbleiben (Fig. 3). Diese Förderräume weisen jeweils aufeinanderfolgend einen Saug- und einen Druckraum sowie dazwischenliegende Bereiche auf.

^o Im Lagerkörper 16 befinden sich zwei einander gegenüberliegende Druckschlitze 34 und 35, und zwar im Bereich des Rotoraußenumfangs. Der Druckschlitz 35 ist in Fig. 1 nicht dargestellt, jedoch in Fig. 4 gestrichelt und in Fig. 3 strichpunktiert eingezeichnet.

Die Druckschlitze 34 ujid 35 führen zu einem Ringraum 36, der an den flanschartigen Teil des Lagerkörpers 16 grenzt. Vom Ringraum 36 führt ein Durchlaß 37 zu einer Bohrung 38, die rechtwinklig und im ~ Abstand zur Antriebswelle verläuft und in einen 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 ein Kanal in Form einer Bohrung 40 ab, die parallel zur Antriebswelle 22 außerhalb des Hubrings 12 verläuft. Sie mündet in den unteren Teil einer zylindrischen Kammer 41, die in einem Ansatz 42 des saugseitigen Gehäuseteils 11 ausgebildet ist. Die Längsachse der Kammer 41 verläuft senkrecht zur Antriebswelle 22.

Hinter der Mündung des Durchlasses 37 in die Bohrung 38 ist in dieser eine als Drossel ausgebildete Blende 43 eingesetzt (F i g. 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 41 ausgeht.

Die Kammer 41 ist durch ein Anschlußstück 45 verschlossen, das eine 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 O-Ring 48 abgedichtet und mit einem Steuerkolben 49 versehen, der in der Kammer 41 dicht, aber gleitend geführt ist. Die Kammer 41 wird durch den Steuerkolben in eine obere Druckkammer 41' und eine untere Druckkammer 41" unterteilt.

An die Kammer 41 schließt sich eine als Treib- und Mischdüse dienende konische Bohrung 50 an, die in ein kurzes zylindrisches Bohrungsteil 51 übergeht.

Dieses verzweigt sich vor dem Rotor 29 in zwei sich erweiternde Zweige 52,53 eines Diffusorkanais, die an der rotorseitigen Stirnfläche der Bohrung 13 münden. Diese Mündungen sind mit 54 und 55 bezeichnet (Fig. 3 und 4) und haben etwa Nierenform, ähnlieh wie die Druckschlitze 34, 35. Sie sind um jeweils 90° zu jenen versetzt und liegen im Bereich des Rotoraußenumfangs. Sie bilden die Saugöffnungen für die Pumpe.

In Ruhestellung wird der untere Rand 47' des Strahlrohrs 47 durch eine zwischen dem Steuerkolben 49 und dem Anschlußstück 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.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß die obere Druckkammer4Γ mit einem Überdruckventil verbunden und damit entlastbar ist. Dieses weist in einer Kammer 59 ein Schließglied 60 mit einem Schließkegel und eine Feder 61 auf. Von der Druckkammer 41' führt eine Bohrung 58 in die Ventilkammer 59. Diese ist über eine Rücklaufbohrung 62 (F i g. 4) mit der Niederdruckseite der Pumpe verbunden.

Wenn sich der untere Rand 47' des Strahlrohrs von seinem Sitz 57 abgehoben hat, ist eine Verbindung von der unteren Druckkammer 41" zu den Zweigen 52, 53 des Diffusorkanals hergestellt. Daraus ist zu ersehen, daß das Strahlrohr zugleich als Stromregelventil dient. Strahlrohr und Düse bilden eine Strahloder Injektorpumpe.

Die F i g. 5 zeigt schematisch die Anordnung der Strahlpumpe.

Die Drehkolbenpumpe ist mit P bezeichnet, mit V der Verbraucher (Hilfskraftlenkung), mit B der Druckmittelbehälter; Ql bezeichnet den^xVerbraucherstrom, Qn den Reststrom, Qr die Fördermenge der Pumpe. Es ist Qr = Ql + Qn- Gleiche Teile sind mit denselben Ziffern versehen wie in den F i g. 1 bis 4.

Aus dem Diagramm in Fig. 6 ist das Ansteigen der Fördermenge in Abhängigkeit von der Drehzahl η der Drehkolbenpumpe ersichtlich. Im niedrigen Drehzahlbereich fördert die Drehkolbenpumpe die Fördermenge Qr — Ql, 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 das verbrauchte Druckmittel in den Behälter B. Von dort wird es über das Anschlußstück 45, das Strahlrohr 47, über die Treib- und Mischdüse 50 in die Zweige 52,53 des Diffusorkanals und zu den Saugöffnungen 54,55 angesaugt. In bekannter Weise wird das Druckmittel beim Rotieren des Rotors in den zwischen den Schiebern 31 gebildeten Zellen von den Saug- zu den Druckbereichen der Förderräume 32, 33 gefördert und über die Druckschlitze 34, 35 und weitere Kanäle wie erwähnt zum Auslaß 39 geleitet. Dabei entsteht in Abhängigkeit vom Gegendruck ein entsprechender Förderdruck.

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 41" der zylindrischen Kammer 41.

Im unteren Drehzahlbereich der Pumpe, d. h. bis zum PunktA 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 konischen Bohrung bzw. Düse 50 auf. Das gesamte, nunmehr geförderte Druckmittel fließt von der Druckseite der Pumpe über den Verbraucher wieder unmittelbar zur Saugseite zurück.

Wenn ständig die gesamte Fördermenge ungehindert zum Verbraucher strömen könnte, so würde bei zunehmender Drehzahl die Saugwirkung der Pumpe allein nicht mehr ausreichen, die Saugkammern genügend zu füllen. Die Strömung würde abreißen und Kavitation mit ihren bekannten schädlichen Folgen eintreten.

Im Bereich hoher Drehzahlen (etwa ab 3000 U/ min), d. h. bei Drehzahlen über den Punkt A hinaus,

ίο wird jedoch der Differenzdruck an der Blende 43 groß genug, um den Steuerkolben 49 entgegen der Kraft der Feder 56 anzuheben. Mit anderen Worten: Der Druck in der unteren Druckkammer 41" ist größer geworden als der Druck in der oberen Druckkammer 4Γ plus der Federkraft.

Gleichzeitig mit dem Anheben des Steuerkolbens 49 hat sich auch der untere Rand 47' des Strahlrohres vom Ring 57 in der konischen Bohrung 50 abgehoben, so daß ein Teil- oder Reststrom Qn der Pumpenfördermenge Qr über die als Treib- und Mischdüse wirkende honische Bohrung 50 und koaxial um das Strahlrohr herum zum Bohrungsteil 51 und zur Saugseite der Pumpe abströmen kann. Die Förder-' menge Q_v ist also nunmehr unterteilt in einen Verbraucherstrom Ql und; einen Reststrom Qh. Der Druck des Reststroms Qn entspricht etwa dem Förderdruck der Pumpe. Der Reststrom fließt nunmehr über den Kanal 40 zur Treib- und Mischdüse 50.

y Durch den engen Durchströmquerschnitt zwischen

3* dem Strahlrohr 47 und der Düse 50 ,wird der Reststrom Qn stark beschleunigt, so daß sein Druck an der Düse beträchtlich sinkt. Der hierdurch entstandene Unterdruck saugt die volle Verbrauchermenge Ql durch das Strahlrohr an. Damit wird ein Abreißen den Strömung verhindert.

In der Düse 50 vereinigen sich die beiden Teilströme Qn und Ql. In dem sich an die Düse anschließenden Diffusorkanal 51 wird die Geschwindigkeit des Druckmittelstroms verzögert, wobei sich dessen Druck erhöht (z. B. auf etwa 2 bis 3 atü). Dadurch ist der gewünschte Effekt erreicht. Bei diesem Überdruck werden die Pumpenkammern vollständig gefüllt, da eine Kavitationsbildung bei Überdruck nicht möglich ist. Es ist somit auch gewährleistet, daß der volle Förderstrom Qr wieder an der Saugseite der Pumpe zur Verfügung steht.

Aus Vorstehendem ist ersichtlich, daß es sich bei der Anordnung von Düse und Strahlrohr um eine sog. Strahl- oder Ejektorpumpe handelt.

In Fig. 5 ist am Eingang des Kanals 40 eine Düse D zu erkennen. Diese ist in den Fig. 1 bis 3 der besseren Übersicht wegen nicht eingezeichnet. An dieser Düse D wird der zur Strahlpumpe fließende Teil- oder Reststrom Qn etwas beschleunigt, wobei sein statischer Druck an der Abzweigstelle der Bohrung 38 sinkt. Damit sinkt auch der Druck in der oberen Druckkammer 41' etwas. Man erreicht damit, daß die Verbrauchermenge Ql bei steigender Drehzahl vom Punkt A ab nahezu konstant bleibt. Ohne die Düse D würde die Verbrauchermenge Ql 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 Schließorgan 49/47 des Überdruckventils von seinem Sitz ab. Hierdurch wird der Druck in der oberen Druckkammer 4Γ 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 Abströmen des Reststromes Qn am Strahlrohr werden durch Stromablenkung hervorgerufene Querkräfte auf den Steuerkolben 49 klein gehalten.

Besonders vorteilhaft ist es, den Reststrom Qn tangential in die untere Druckkammer 4Γ einströmen zu lassen. Dadurch wird der Strahldruck auf den Steuerkolben vermindert. In der Fig. 2 ist ein tangentialer Einströmkanal strichpunktiert eingezeichnet und mit 40' bezeichnet.

Die Bewegung des Strahlrohrs 47 wird gedämpft durch den Strömungswiderstand im Kanal 44 und durch den O-Ring48. Dieser legt sich unter dem Druck des Druckmittels, das zwischen dem Strahlrohr 47 und der Bohrung 46 zur O-Ringnut durchleckt, dicht an das Strahlrohr an.

Zweckmäßigerweise können Strahlrohr 47 und Steuerkolben 49 aus zwei Teilen bestehen, die z. B. durch Aufschrumpfen des Steuerkolbens auf das Strahlrohr fest miteinander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 519/11

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Überströmventileinrichtung an einer rotierenden Verdrängerpumpe, bei der in unteren Drehzahlbereichen schon eine bestimmte Fördermenge an den Verbraucher abführbar sein soll, aber in höheren Drehzahlbereichen der größte Teil der Fördermenge über eine Überströmleitung und die Ventileinrichtung zur Saugseite zurückströmt, mit einem Ventilschließ- und Steuerkolben, mit einer bei Öffnungsstellung um diesen gebildeten Ringkammer und mit einer aus einer Treibdüse und einem als Mischdüse dienenden Kanal bestehenden Ejektorpumpe, in der die über die Ringkammer zufließende überströmende Druckflüssigkeit als Treibflüssigkeit mit der von einem Verbraucher bzw. einem Behälter zufließenden Niederdruckflüssigkeit sich vermicht und zusammen mit dieser über einen Diffusorkanal zum Einlaßbereich der Pumpe geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der längsverschiebliche Ventilschließ- und Steuerkolben (49) mit. einem ihn durchsetzenden Strahlrohr (47, 47') versehen ist, dessen Ausflußende in eine konische Gehäusebohrung (50) ragt, bei Schließstellung deren Wand berührt, während bei Öffnungsstellung des Kolbens diese konische Bohrung (50) als Treib- und Mischdüse für die überströmende Druckflüssigkeit, wirkt, und daß durch das Strahlrohr (47') die Nie-~ derdruckflüssigkeit vom Verbraucher (V) bzw. Behälter (B) in die Ejektorpumpe bzw. in den Kanal (51) und den Diffusor (52,53) fließt.

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (49), mit dem das Strahlrohr (47, 47') fest verbunden ist, in einer Kammer (41) gleitet, diese in eine untere, der Kammer (41) gleitet, diese in eine untere, der Treib- und Mischdüse (50) zugewandte und dem Förderdruck der Pumpe ausgesetzte Druckkammer (41") und in eine obere, vom Druck in einer zum Verbraucher führenden Leitung beaufschlagte Druckkammer (41') unterteilt, wobei dieser Verbraucherdruck infolge einer zwischengeschalteten Drosselstelle (43) kleiner als der unmittelbare Förderdruck der Pumpe ist.

   3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einem an der Druckseite der Verdrängerpumpe ausgebildeten Ringraum (36) ein erster Kanal (40 oder 40') zur unteren Druckkammer (41") führt und, evtl. tangential, in dieselbe einmündet.

   4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Kanal (40 oder 40') eine Düse (D) ausgebildet ist, an die sich seitlich ein zum Verbraucher (V) unter Zwischenschaltung der Drosselstelle (43) führender zweiter Kanal (38) anschließt.

   5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei einer doppeltwirkenden rotierenden Verdrängerpumpe mit zwei Förderräumen und zwei Einlaßbereichen an einem Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der sich an die Mischdüse (50,51) zu den Einlaßbereichen führende Diffusorkanal aus zwei getrennten Diffusorzweigen (52, 53) besteht, von dem jeweils einer einem Einlaßbereich zugeordnet ist.

   Die Erfindung betrifft eine Überströmventileinrichtung an einer rotierenden Verdrängerpumpe, bei der in unteren Drehzahlbereichen schon eine bestimmte Fördermenge an den Verbraucher abführbar sein soll, aber in höheren Drehzahlbereichen der größte Teil der Fördermenge über eine Überströmleitung und die Ventileinrichtung zur Saugseite zurückströmt, mit einem Ventilschließ- und Steuerkolben, mit einer bei Öffnungsstellung um diesen gebildeten Ringkammer

   ίο und mit einer aus einer Treibdüse und einem als Mischdüse dienenden Kanal bestehenden Ejektorpumpe, in der die über die Ringkammer zufließende überströmende Druckflüssigkeit als Treibflüssigkeit mit der von einem Verbraucher bzw. einem Behälter

   is zufließenden Niederdruckflüssigkeit sich vermischt und zusammen mit dieser über einen Diffusorkanal zum Einlaßbereich der Pumpe geleitet wird.

   Bei einer derartigen, bekannten Einrichtung (siehe die USA.-Patentschrift 2 251 664) bilden der Ventilschließ- und Steuerkolben und die Mischdrüse getrennte, koaxial zueinander angeordnete Teile. Vom Behälter führt unter spitzem Winkel ein Kanal an die Ringkammer. Dadurch muß nach dem Abheben des Steuerkolbens die aus dem Behälter nachgesaugte Flüssigkeit sehr stark umgejenkt werden, was zu Wirkungsgradverlusten, is'der Ejektorpumpe führt. Der gleichbleibend geringe Durchflußquerschnitt zwischen dem Rand der Treibdüse und der benachbarten Wand der Mischdüse beeinträchtigt ebenfalls den Nachsaug-

   30. -effekt.

   Weiterhin ist eine Überströmventileinrichtung (siehe die USA.-Patentschrift 3 125 028) bekanntgeworden, bei der ein Stromregelventil an einer undrehbaren, aber im Gehäuse elastisch beweglichen Membran angeordnet ist, die einem Differenzdruck ausgesetzt ist. Dieser wird durch eine Meßdrossel erzeugt, die sich am Druckauslaß der Pumpe befindet. Die Membran ist einerseits vom vollen Förderdruck, andererseits vom Verbraucherdruck beaufschlagt, der um den an der Meßdrossel erzeugten Druckabfall niedriger ist. Hat die Druckdifferenz einen bestimmten Wert erreicht, so öffnet das Stromregelventil einen Auslaß zu einem Strahlrohr, durch das Druckmittel zur Saugseite strömt. Das Strahlrohr taucht in eine Bohrung, durch welche zusätzlich Flüssigkeit aus einem Behälter nachgesaugt wird. Eine derartige Einrichtung ist verhältnismäßig aufwendig, und die Ejektorpumpe weist keinen besonders guten Wirkungsgrad auf, da keine eigentliche Beschleunigungsdüse vorhanden ist.

   Bei einer anderen bekanntgewordenen Einrichtung dieser Art (siehe die USA.-Patentschrift 2 759 423) sind, bedingt durch die Bauart der Pumpe (zwei Einlasse, zwei Auslässe); zwei Nachsaugbohrungen mit zwei Ejektorpumpen notwendig, welche ebenfalls die oben beschriebene Wirkung haben. Dadurch wird die Einrichtung ebenfalls sehr aufwendig in ihrer konstruktiven Ausbildung.

   Bei einer bekannten Kraftstofförderpumpe mit Überströmventil (siehe die britische Patentschrift 559 108) strömt der von der Pumpe zuviel geförderte Kraftstoff bei geöffnetem Ventilkolben in eine Ringkammer um das Kolbenende und von dort in ein Strahlrohr, das zusammen mit einer Mischdüse ebenfalls eine Ejektorpumpe bildet. Die Mischdüse ist dabei im Vorratsbehälter angeordnet. Von ihr führt eine Rohrleitung zur Saugseite der Pumpe. Die Ejektorpumpe ist getrennt von der Förderpumpe und der