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Stand der Technik
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Radialkolbenpumpen der im Oberbegriff angeführten Bauart (z. B. DE--OS
2 061 962) werden beispielsweise zur Druckölversorgung von Kraftfahrzeuglenkungen
eingesetzt, die unter Zwischenschaltung eines Druckspeichers über ein in der Neutralstellung
geschlossenes Steuerventil versorgt werden (z. B.
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DE-OS 2 448 702). Ein Druckspeicher ist immer dann vorgesehen, wenn
außer der Lenkung noch weitere Verbraucher von der Pumpe gespeist werden sollen,
wobei gleichzeitig angestrebt wird, die Pumpe möglichst klein zu halten. Der Druckspeicher
hat die Aufgabe, in Zeiten geringen Verbrauchs Drucköl zu speichern, so daß die
volle Betriebsbereitschaft sämtlicher Verbraucher jederzeit gesichert ist.
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Der zwischen Verbraucher und der Pumpe liegende Druckspeicher hat
hierbei die weitere vorteilhafte Eigenschaft, den hohen Unförmigkeitsgrad des Verbraucherzulaufstromes
zu beseitigen. Im allgemeinen liegt der Hauptvorteil von Pumpen nach der Hubkolbenbauart
gegenüber Drehkolbenpumpen in den erreichbaren hohen Drücken und Drehzahlen sowie
bei den Ausführungen mit rückstromverhindernden Ventilen in der relativ einfachen
Strombegrenzung durch Ansaugdrosselung, die gleichzeitig das Pumpendrehmoment verringert
und damit Antriebsleistung einspart.
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Hubkolbenpumpen sind jedoch noch hinsichtlich der zu hohen Geräuschentwicklung
und der Strompulsation mit Nachteilen behaftet. So ist es infolge der Strompulsation
nicht ohne große Komfortaufgabe möglich, z. B. eine Hilfskraftlenkung mit einem
in der Neutralstellung durchflossenen Steuerventil, ohne Zwischenschaltung eines
Schwingungstilgers, direkt zu betreiben. Durch Schwingungstilger, wie Druckspeicher,
Dehnschläuche usw., kann der Verbraucher einigermaßen vor der Direkterregung geschützt
werden. Infolge von Schwingungsreflexion in den Tilgern wird jedoch die Pumpenpulsation
so verstärkt, daß die Körper- und Luftschallabstrahlung der Pumpe problematisch
werden. Diese Pulsation entsteht insbesondere im Zusammenhang mit Tilgern an den
Auslaßventilen, die eine große Wirkflächendifferenz zwischen der Primärseite (Pumpenzylinder)
und der Sekundärseite (Verbraucher) aufweisen.
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Außerdem sind die Auslaßventile mit oder ohne Vorspannung durch Federn
belastet, so daß ein gegenüber dem Betriebsdruck überhöhter Förderdruck aufgebracht
werden muß. Bei mehrzylindrigen Pumpen mit einem gemeinsamen Blattfederventil (D
-OS 2 061 962) wird dieser Effekt noch verstärkt, da die Federsteifigkeit mit steigendem
Betriebsdruck durch Änderung der Einspannlänge zunimmt. Hinzu kommt, daß durch die
gegenseitige Beeinflussung von Druck- und Saughub ein erheblicher ölrückstrom verursacht
wird. Ebenfalls ursächlich für die starke Pulsation ist die Energiespeicherung während
des Druckhubes durch Olkompression (Luftanteile), was zu überhöhter Strombildung
und damit zu
überhöhter Druckbildung führt. Durch die mangelnde
Variabilität des Auslaßanschlusses kann eine maximale, selbsttätige Entlüftung nicht
gewährleistet werden, was die ölkompression verstärkt.
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Schließlich ist die Pulsation durch die Geometrie der Pumpe gegeben,
die eine zusätzliche Schwingungstilgung erfordert. Die bisher bekannten Pumpen-Konstruktionen
erlauben eine maximale Schwingungstilgung noch nicht.
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Aufgabe und Lösung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
hohe Förderstrompulsation und Geräuschentwicklung bei Radialkolbenpumpen mit geringem
Kostenaufwand auf ein Mindestmaß zu verringern, so daß diese Pumpen ohne die Zwischenschaltung
von Schwingungstilgern auch für den Betrieb von Hilfskraftlenkungen verwendet werden
können.
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Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1
enthaltenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Radialkolbenpumpe sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Durch den Einbau von frei beweglichen, gegen eine Sitzkante abdichtenden
Kugeln auf der Ausgangsseite der zum Sammelraum führenden Druckkanäle, und den zusätzlichen
Einbau einer beweglichen und elastischen Hubbegrenzungsscheibe zur Dämpfung der
öffnungsbewegung der Kugeln wurden bei sonst unveränderter Pumpe die Pulsationsamplitude
und das Laufgeräusch erheblich gesenkt. Der mit der Pumpe vereinigte und als Schwingungstilger
wirkende Sammelraum liegt unmittelbar am Ort der Schwingungserzeugung und verringert
die Schwingungsamplitude nicht nur beträchtlich auf der zum Verbraucher führenden
Sekundärseite, sondern besonders auch in der Pumpe selbst.
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Erläuterung der Erfindung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 einen Längsschnitt
durch die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe.
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Fig. 2 eine Ausschnittvergrößerung der erfindungsgemäßen Auslaßventile
in Schließstellung.
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Fig. 3 die Ausschnittvergrößerung nach Fig. 2, jedoch bei geöffnetem
Auslaßventil.
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Fig. 4 die erfindungsgemäße Hubbegrenzungsscheibe.
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Fig. 5 den Einbau der Hubbegrenzungsscheibe.
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Die Radialkolbenpumpe nach Fig. 1 weist einen äußeren Lagerdeckel
1 auf, der mittels einer Mutter 2 an einem Pumpengehäuse 3 befestigt ist. Eine Welle
4 mit einem Exzenter 5 betätigt in bekannter Weise mehrere, gleichmäßig verteilte
und radial zur Achse der Welle angeordnete Förderkolben 6. Die Förderkolben 6 sind
in Zylinderbohrungen 7 geführt, welche durch Dichtkappen 8 mit Führungsbolzen für
Druckfedern 10 verschlossen sind. Die Druckfedern 10 halten die Förderkolben 6 an
der Umfangsfläche des Exzenters 5 in Anlage. Ein nicht dargestellter ölbehälter
ist über einen Ansauganschluß 9, eine Ansaugbohrung 13 und über Verbindungskanäle
12 an einen ringförmigen Saugraum 14 angeschlossen. Die Ansaugbohrung 13 sowie die
Verbindungskanäle 12 befinden sich in einem inneren Lagerdeckel 11, der im Saugraum
14 zentriert ist und nur vom Drucköl gehalten wird. Der Saugraum 14 umgibt sämtliche,
dem Exzenter 5 zugewandte Kolbenteile. Jeder Förderkolben 6 weist Einlaßöffnungen
15 auf, die mit dem Saugraum 14 in bekannter Weise zusammenwirken.
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Beim Druckhub stehen Innenräume 17 der Förderkolben 6 abwechselnd
über Druckkanäle 18 und Auslaßventile 20 mit einem als Schwingungstilger wirkenden,
verhältnismäßig großvolumigen Sammelraum 21 in Verbindung. Dieser Sammelraum 21
ist über einen Auslaßanschluß 22 an einen Verbraucher, z. B. eine Hilfskraftlenkung,
angeschlossen. Die Druckkanäle 18 stellen hierbei eine möglichst kurze Verbindung
zu den Auslaßventilen 20 her, so daß ein gegenüber dem Hubvolumen der Förderkolben
6 kleines Förderraumvolumen entsteht. Die zum Überströmen des Drucköls nötige Energiespeicherung
wird dadurch niedrig gehalten. Das Auslaßventil 20 nach Fig. 2 besteht aus einer
im strom- und drucklosen Zustand zwischen einer Sitzkante 23, einer Bohrung 24 und
einer Hubbegrenzungsscheibe 25 frei beweglichen Kugel 26, die am Ausgang eines jeden
Druckkanals 18 im Sammelraum 21 angeordnet ist. Der Kugelhub 27 ist so bemessen,
daß erst bei ganz geöffneter Kugel 26 (Fig. 3) zwischen dieser und der Bohrung 24
gebildete Ringspalten 28 und 30 gleich groß sind. Dies hat zur Folge, daß beim Offnungsvorgang
die hydraulischen Kräfte auf die Kugel 26 relativ gering bleiben, da der am Ringspalt
28 entstehende Differenzdruck nur auf einen Teil des Kugelquerschnittes wirkt, der
allmählich mit fallendem Differenzdruck größer wird. Kugel und Fördermenge werden
dadurch ebenfalls nur allmählich und nicht abrupt beschleunigt.
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In der Umkehrung des Vorgangs, beim Saughub der Förderkolben 6, schließt
die Kugel 26 schon bei einem sehr kleinen blrückstrom. Damit bleibt der volumetrische
Wirkungsgrad hoch und es entsteht kein Druckabfall im Hydrauliksystem. Nunmehr entsteht
der Differenzdruck am Ringspalt 30, der auf den gesamten Querschnitt der Kugel 26
wirkt und diese sofort schließt.
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Zu dieser pulsationsverringernden Dynamik kommt der ebenfalls pulsationsverringernde,
reduzierte statische öffnungsdruck im Innenraum 17 der Förderkolben 6 bzw. im Druckkanal
18, da durch die scharfkantige Ausführung der Sitzkante 23 die Wirkflächen für Förderdruck
und Systemdruck gleich sind.
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Die elastische Hubbegrenzungsscheibe 25 ist schwimmend in einer Nut
31 angebracht und reduziert den durch das Auftreffen der Kugel evtl. entstehenden
Körperschall auf ein Minimum. Außerdem wird, da die Scheibe 25 für alle Auslaßventile
20 vorhanden ist, die Anzahl der Einzelteile verringert. Die Scheibe 25 ist radial
geschlitzt und wird nach Spreizung wie ein Gewindegang in die Nut 31 geschraubt
(Fig. 4 und 5).
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Zur Aufnahme der Kugeln 26 dienen vorteilhaft Büchsen 32, in welchen
die Sitzkante 23 gebildet ist. Die Büchse 32 kann auch entfallen, wenn der Gehäusewerkstoff
festigkeitsmäßig einen scharfkantigen Kugelsitz erlaubt.
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Der Förderstrom gelangt nach dem Passieren der Kugel 26 über eine
Aussparung 33 und einen Austrittsspalt 34 in den großvolumigen Sammelraum 21. Hierbei
ist es für die Wirksamkeit der Schwingungstilgung wesentlich, daß die Auslaßventile
20 am Ausgang der Druckkanäle 18 innerhalb des Sammelraumes 21 angeordnet sind.
Die noch vorhandene, geometrisch bedingte Pulsationsschwingung wird durch die innere
Reibung des öles im Sammelraum 21 abgebaut, bevor eine schwingungsreflektierende
ölführungswand erreicht wird.
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Das Gewinde am Pumpengehäuse 3 für die Überwurfmutter 2 bietet den
Vorteil, das Volumen des Sammelraumes für Abstimmungszwecke größer oder kleiner
zu machen. Außerdem ist es möglich, den Auslaßanschluß 22 in der Einbaulage der
Pumpe an die höchste Stelle zu verlegen, so daß eine selbsttätige Entlüftung gesichert
ist.