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Die Erfindung bezieht sich auf eine verstellbare hydrau-
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tische Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1.
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Eine derartige Flügelzellenpumpe ist bereits durch die US-PS 3 549
281 bekannt geworden. Die Gegenkraft erzeugt ein permanent vom Systemdruck beaufschlagter
Kolben, während der Arbeitsraum des mit einer größeren Wirkfläche versehenen Kolben-Zylinder-Systems
nur bis zu einer bestimmten Höhe vom Systemdruck beaufschlagt wird und dann mit
Hilfe eines om Systemdruck gegen die Kraft einer Feder gesteuerten Umschaltventils
mit einem Ablauf verbunden wird. Diese Flügelzellenpumpe hat die Funktion einer
Nullhubpumpe, das heißt, bei Uberschreiten eines vorbestimmten Nullhubdruckes wird
der Hubring in eine nahezu zentrische Lage verschoben, und es wird im Endeffekt
nur noch der zur Kompensation von Leckagen notwendige Förderstrom aufgebracht. Die
dazu benötigte Leistung wird mit Nullhubleistung bezeichnet und ist wesentlich geringer
als die Leistung, die notwendig wäre, um den Förderstrom einer Konstantpumpe gleicher
Größe über ein Druckbegrenzungsventil abzublasen. Nullhubpumpen dieser Art werden
in der Industriehydraulik üblicherweise mit konstanter Drehzahl angetrieben.
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Elne Verwendung als Druckquelle für Kraftfahrzeughydrauliken, insbesondere
für Servolenkungen, schied bisher aus, da solche Dur chflußservo lenkungen eine
von dem für die Unterstützung notwendigen Systemdruck unabhängige Durchflußmenge
benötigen. Heute werden deshalb für solche Lenksysteme Konstantpumpen mit Mengenteilern
verwendet, die jedoch bei höheren Drehzahlen zuviel Leistung aufnehmen.
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Selbst die durch den Umlaufdruck erzeugte drehzahlabhängi ge Leistungsaufnahme
ist schon unerwünscht.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verstellbare hydraulische
Flügelzellenpumpe der in Rede stehenden Art so auszugestalten, daß die beschriebenen
Nachteile vermieden werden, d.h., daß der Förderstrom bezogen auf die Antriebsdrehzahl
der Flügelzellenpumpe von einer vorbestirunten Drehzahl ab gar nicht mehr oder zumindest
nur unterproportional ansteigt und dieser Förderstrom vom variablen Verbraucherdruck
nahezu wiabhängig ist. Die Ausgestaltung soll einfach, billig, raunisparend und
funktionssicher sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß rit den Merkmalen
des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.
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Die Erfindung geht von der an sich bekannten Überlegung aus, daß die
Flügel beim Durchlaufen der Druckzone mit ihren Innenseiten als kleine Pumpenkolben
wirken (DE-PS 809131). Während jedoch bei bekannten Konstruktionen das bei der Einwärtsbewegung
der Flügel von deren Innenseiten verdrängte Druckmittel direkt in das Drucksystem
gefördert wird, erfolgt bei der erfindungsgemäßen Pumpe ein Strömen über eine einstellbare
Drossel in das Drucksystem. Der dabei entstehende drehzahlabhängige Staudruck wird
zum Verstellen eines Kolbens benutzt. Damit auch tatsächlich nur ein drehzahlabhängiger
Druckanteil zur Wirkung kommt, besitzt der Kolben zwei gegensinnig gerichtete Wirkflächen.
Auf die eine Wirkfläche wirkt der Systemdruck und auf die andere Wirkfläche in entgegengesetzter
Richtung der Staudruck. Zur Wirkung kommt jeweils die Differenz der beiden Drücke.
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Bei Bedarf ist es jedoch auch möglich, den Systemdruck auf eine weitere
Wirkfläche des Kolben-Zylinder-Systems wirken zu lassen, und dadurch eine zusätzliche
Nullhubwirkung zu erreichen. Die zusätzliche Wirkfläche könnte z.B.
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die Kolbenstangenflähe sein.
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jie Frfindung wird anhand von in den Abbildungen Drinzipiell zum Teil
mit iiilre von Hydrauliksymbolen darqestellten Ausfahrunqsheissielen näher erläutert.
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Fig.1 zeigt einen Querschnitt durch eine Flügelzellenuumse senkrecht
zu ihrer Achse.
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Fig.2 zeigt eine ähnliche Flügelzellenpumpe mit einer zusätzlichen
Wirkfläche und einem Reqelventil.
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Ein drehbarer Rotor 1 besitzt eine Vielzahl achsoarallel und radial
qerichteter Schlitze 2, in denen mit gerinqem Spiel Flügel 3 gleitbar angeordnet
sind. Die Ausenflächen der Flügel 3 sind in Kontakt mit einer Innenkontur 4 eines
Hubringes 5, der exzentrisch zum Rotor 1 angeordnet ist.
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Der Hubring 5 ist in einem Hohlraum 6 innerhalb eines Gehäuses 7 verschiebbar
angeordnet und wird durch eine die Gegenkraft aufbringende Feder 8 in Richtung auf
eine exztr:rische Lage belastet. In entgegengesetzter Richtung wird der Hubring
5 von einer Kolbenstange 9 eines Kolben-Zylinder-Systems 10 belastet. Die Kolbenstange
9 steht in Wirkverbindung mit einem Kolben 11, der mit einer weiteren Kolbenstange
12 verbunden ist. Der Kolben 11 teilt in einem Zylinder 13 Arbeitsräume 14 und 15
a. Die Kolbentangen 9 und 12 sind dicht geführt. In einer nicht näher dargestellten,
den Hubring 5 und einen Teil des Rotors 1 abdeckenden Seitenplatte sind eine Ansaug5ffnung
16 und eine,Drucköffnung 17 angeordnet, wie durch qestrichelte tinion anqedeutet
ist. Die Ansaugöffnung 16 befindet sich im Bereich sich verqroßernder Zellen, während
die Drucköffnung 17 dem nereich sich verkleinernder Zellen zuyeordnet ist. Die beiden
Bereiche werden auch als Saugbereich
und Druckbereich bezeichnet.
Die inneren Enden 2' der sich im Saugbereich befindenden Schlitze 2 sind mit einer
bogenfOrmigen Nut 18 verbunden. Nut 18 und Ansauq-^ffnuna 16 stehen aemeinsam mit
einer Ansaugleitung T in Verbindung. Die inneren Enden 2" der sich im Druckbereich
befindenden Schlitze 2 kommunizieren mit einer weiteren borrenfnrmiqen Nut 19, die
über eine Leituny 20 mit dem Arbeitsraum 15 verbunden ist. An die Drucköffnung 17
ist ein Hydrauliksystem P angeschlossen, von dem aus eine Verbindung 21 zu dem Arbeitsraum
14 abzweigt. Zwischen dem Arbeitsraum 15 und dem Hydrauliksystem P bzw. der Drucköffnung
17 besteht eine Verbindung 22, in die eine verstellbare Drossel 23 eingebaut ist.
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Zur Erläuterung der Funktion sei angenommen, daß die Feder 8 eine
gewisse Vorspannung besitze. Wenn nun die Flügelzellenpumee zu fördern beginnt,
dreht sich der Rotor 1 in der angegebenen Pfeilrichtung und Druckmittel wird in
das I rauliks.tstem D aefnrdert Cleichzeitiq wird Druckmittel im Saugbereich unter
die Flügel 3 gesaugt und im Druckbereich in die Nut 19 und von dort über die Leitung
20, den Arheitsraun 15 und dleverbindung 22 zur Drossel 23 verdrängt, auf deren
anderen Seite der Systemdruck herrscht.
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An der Drossel 23 entsteht daher ein Staudruck, der sich aus einem
dem Systemdruck entsnrechenden statischen Anteil und einem drehzahlabhängigen dynamischen
Anteil zusammensetzt. Da der Systemdruck auch im Arbeitsraum 14 llerrscht,sirkt
als resultierender Druck nur der dynamische Anteil. Solange dieser Anteil nicht
zur Überwindung der Vorspannunq der Feder 8 ausreicht, wächst der Forderstrom proportional
zur Drehzahl. Schließlich wird bei einer bestimmten Drehzahl der dynamische Anteil
so groß, daR der Kolben 11 sich beweqt und über die Kolbenstange 9 den flihring
5 in eine Stellung gerinqerer Exzentrizität verschiebt.
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Geringere Exzentrizität bedeutet aber qeringerer Förderstrom. Die
Veränderung der Exzentrizität erfolgt unabhängig vom Druck im Hydrauliksystem P.
Voraussetzung hierzu ist natürlich, daß die inneren, auf den Hubring 5 wirkenden
Kräfte in ein gehäusefestes Auflaqer geleitet werden und die resultierende Druckkraft
so gerichtet ist, daß keine Kraftkomnonenten in Richtung der Kolben- oder Federkraft
entstehen.
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In Fig. 2 ist eine Anordnung dargestellt, die verwendet werden kann,
wenn eine zusätzliche Nullhubwirkung erzielt werden soll. Bei sonst gleichem Aufbau
der Flügelzellenpumpe ist der die Kolbenstange 12 aufnehmende Zylinderraum 24 nicht
mehr mit der Atmosphäre verbunden, sondern über eine Leitung 25 mit dem Anschluß
a eines druckbetätigten Umschaltventils 26, das zwei weitere Anschlüsse R und P1
aufweist. In einer durch Federkraft bewirkten Endstellung 0 ist A mit R verbunden,
während P1 gesperrt ist.
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Bei Druckbeaufschlagung mit dem Systemdruck über eine Steuerleitung
Z erfolgt ein Schalten in die Schaltstellung a, in welcher R gesperrt und P1 mit
A verbunden ist.
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Der Anschluß R ist mit der Saugleitung T verbunden. Der Anschluß P1
steht mit dem Hydrauliksystem P in Verbindung.
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Oberhalb eines vorbestimmten, am Umschaltventil 26 einstellbaren Druckes
erfolgt unabhängig von der jeweils herrschenden Drehzahl ein Schalten von der Schaltstellung
O in die Schaltstellung a, so daß Druckmittel in den Zylinderraum 24 gelangt und
über die Kolbenstange 12, den Kolben 11 und die Kolbenstanae 9 eine zusätzliche
Kraft auf den Hubring 5 ausübt. Bei konstanter Drehzahl ergibt sich in herkömmlicher
Weise eine Nullhubwirkung. enn zusätzlivch din mrehzahl variiert wird, überlagern
sich beide I:irifl;is
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten
Ausführungsheispiele beschränkt. So ist es beissielsweise möqlich, daß Kolben-Zylinder-System
zweiteilig zu machen und einen Teil auf der Seite der Feder in Richtung der Feder
wirken zu lassen. es ist weiterhin mnqlich, die Wirkflächen verschieden groß zu
machen. Schließlich ist es auch möglich, auf ein tJmschaltventil zu verzichten und
qrundsätzlich im gesamten nruckbereich mit einer druck- und drehzahlabhängigen Verstellung
zu arbeiten.
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