DE2939405C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art.

Die Fördermenge einer Pumpe ändert sich proportional zur Drehzahl derselben. Bei einer Pumpe, welche in einem Fahrzeug montiert ist und durch den Fahrzeugmotor angetrieben wird, muß die Förderleistung der Pumpe ausreichend groß gemacht werden, um einen Verbraucher, z.B. die Servolenkung des Fahr­ zeuges, ausreichend mit Druckflüssigkeit zu versorgen, selbst wenn die Drehzahl des Motors niedrig ist, d.h. die durch die Pumpe gelieferte Fördermenge klein ist. Wenn aber die Förder­ leistung der Pumpe auf diesen Wert festgelegt wird, wird dem Verbraucher bei hohen Drehzahlen des Motors überschüssige Druckflüssigkeit zugeführt, was einen Verlust bedeutet.

Die DE-AS 11 45 929 beschreibt eine Vorrichtung der im Ober­ begriff des Patentanspruchs angegebenen Art, bei der die För­ dermenge ab einer vorbestimmten Pumpendrehzahl konstant ge­ halten wird. Unterhalb dieser vorbestimmten Pumpendrehzahl, d.h. im unteren Drehzahlbereich tragen zunächst mehrere För­ derkammern zur Gesamtfördermenge bei, wogegen ab der vorbe­ stimmten Pumpendrehzahl nur noch eine Pumpenkammer zur För­ dermenge beiträgt und überschüssige Druckflüssigkeit zu einem Vorratsbehälter zurückgeleitet wird.

Die DE-OS 25 21 959 beschreibt einen ähnlichen Stand der Technik, bei dem zwischen den Flügeln einer Flügelzellenpumpe eine erste und eine zweite Gruppe von Zellen gebildet ist und entweder die gesamte geförderte Flüssigkeitsmenge aus beiden Zellengruppen oder nur die aus einer Zellengruppe geförderte Menge zu einer stromab liegenden Verbraucherleitung gefördert wird, wogegen die überschüssige Flüssigkeit zu einer der Zel­ lengruppen, nicht aber zum Vorratsbehälter zurückgeleitet wird.

Bei der aus der DE-AS 11 45 929 bekannten Vorrichtung zur Fördermengenregelung werden bei zwei unterhalb der vorbe­ stimmten Pumpendrehzahl liegenden Drehzahlen zunächst zwei von drei Förderkreisen abgeschaltet, und ab der vorbestimmten Pumpendrehzahl leitet der dritte Förderkreis zunehmend über­ schüssige Druckflüssigkeit in den Vorratsbehälter, so daß die Regelkennlinie unterhalb der vorbestimmten Drehzahl zwei Stu­ fen aufweist, an denen von den drei Förderkreisen zwei ein­ oder ausgeschaltet werden. Durch das Ausschalten solcher För­ derkreise werden bei zunehmender Drehzahl der Rotor und seine Lagerung radialen Reaktionskräften aus verschiedenen Richtun­ gen unterworfen, die den Wirkungsgrad beeinträchtigen. Um solche einseitig auf den Rotor und die Rotorlagerung wirken­ den radialen Kräfte weitgehend zu kompensieren, sind bei der aus der DE-AS 11 45 929 bekannten Vorrichtung zwischen den Förderkammern noch Druckbelastungsräume vorgesehen, die bei der Betätigung des Steuerventils mit Druckflüssigkeit gefüllt werden, wenn ein Förderkreis durch Betätigung des Steuer­ ventils abgeschaltet wird, um so einen teilweisen Druckaus­ gleich über der Rotorumfangsfläche zu bewirken. Dadurch las­ sen sich zwar einseitige Rotorkräfte vermeiden, der Aufbau der Flügelzellenpumpe wird jedoch komplizierter und die Re­ gelcharakteristik wird dadurch nicht gleichmäßiger. Die För­ dermengenregelung durch diese bekannte Vorrichtung weist auf jeden Fall im unteren Drehzahlbereich wenigstens zwei Spitzen auf, d.h. die gelieferte Fördermenge ist ziemlich ungleich­ mäßig. Außerdem ist davon auszugehen, daß an den Spitzen auch noch Oszillationen der Fördermenge auftreten werden, weil das Auf- und Zusteuern der Förderkreise unterhalb der vorbestimm­ ten Pumpendrehzahl mittels Rückschlagventilen erfolgt, die abrupt öffnen und schließen und deren Verschlußstück dadurch zu Oszillationen angeregt wird. Aufgrund dieser Oszillationen werden anschließend an die genannten Spitzen noch Einschwing­ vorgänge auftreten, die aber an den Spitzen selbst oder an der ungleichmäßigen Fördermengenregelung im unteren Drehzahl­ bereich der bekannten Vorrichtung nichts ändern werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der im Oberbe­ griff des Patentanspruchs angegebenen Art so zu verbessern, daß bei einfacherem Aufbau eine gleichmäßigere Regelung der Fördermenge im unteren Drehzahlbereich erzielt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird der Fördermengen­ beitrag der Förderkammern nicht lediglich zu- oder abgeschal­ tet, vielmehr wird durch das Steuerventil der Beitrag der ab­ schaltbaren Förderkammer allmählich auf Null verringert. Bei der Fördermengenregelung durch die Vorrichtung nach der Er­ findung liegt die vorbestimmte Pumpendrehzahl, ab der die Fördermenge aus der mit dem Verbraucher direkt verbundenen Förderkammer konstant gehalten wird, wesentlich niedriger als bei der bekannten Vorrichtung, und in dem unteren Drehzahlbe­ reich, der bis zu dieser vorbestimmten Pumpendrehzahl reicht, ergibt die erfindungsgemäße Fördermengenregelung keine Spit­ zen, d.h. die gelieferte Fördermenge ändert sich im unteren Drehzahlbereich linear mit der Drehzahl. Da bei der Vorrich­ tung nach der Erfindung die Verbindung oder Trennung zwischen den Förderkammern durch das Steuerventil allmählich herge­ stellt wird, ändert sich der Förderstrom auf der stromaufwär­ tigen Seite der Drosselstelle daher kontinuierlich. Da es keine plötzliche Veränderung des Förderstroms auf der strom­ aufwärtigen Seite der Drosselstelle gibt, können auch die bei der bekannten Vorrichtung auftretenden Oszillationen bei der Vorrichtung nach der Erfindung nicht auftreten.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine senkrechte Schnittdarstel­ lung der Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 die Vorrichtung in einer Seiten­ ansicht von links und zum Teil im Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3. die Vorrichtung im Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4A-4B nacheinander auftretende Be­ triebszustände eines in Fig. 2 im Schnitt dargestellten Steu­ erventils, und

Fig. 5 ein Diagramm, in welchem der Förderstrom und die aufgenomme­ ne Leistung der Vorrichtung über der Drehzahl aufgetragen sind.

Gemäß den Fig. 1 und 2 besteht ein Gehäuse 1 aus einem Hin­ terteil 1 a und einem Vorderteil 1 b, zwischen denen Dichtungen 2 angeordnet sind. Im Gehäuse 1 sind eine Flügelzellenpumpe 3 und ein Steuerventil 4 montiert. Die Flügelzellenpumpe 3 be­ steht aus einem Rotor 5, Flügeln 6, die in Nuten des Rotors 5 radial beweglich angeordnet sind, einer Seitenplatte 8 und einer Druckplatte 9, welche jeweils auf einer Seite des Ro­ tors angeordnet sind, und einem Kurvenring 10, mit dem die Flügel 6 in Gleitberührung sind und der zwischen den beiden Platten 8, 9 angeordnet ist. Die Seitenplatte 8 ist mit Ein­ laßöffnungen 11 versehen, welche bezüglich des Rotors 5 in axialsymmetrischen Stellungen vorgesehen sind. Die Druckplat­ te 9 ist mit Förderöffnungen 12 A und 12 B versehen, welche axialsymmetrisch zum Rotor 5 angeordnet und um 90° gegenüber den Einlaßöffnungen 11 versetzt sind (vgl. Fig. 3). Eine Ein­ laßöffnung 13 für Druckflüssigkeit steht mit den Einlaßöff­ nungen 11 über innere Durchlässe 14 in Verbindung.

Die Förderöffnungen 12 A und 12 B stehen mit Förderkammern 15 A und 15 B in Verbindung, welche getrennt in dem Hinterteil 1 a gebildet sind. Die Bezugsziffern 16 bezeichnet eine Dichtung, welche die beiden Förderkammern 15 A und 15 B trennt. Die För­ derkammer 15 A steht über eine Drosselstelle 17 mit einem Zu­ fuhrkanal 18 zu einem Verbraucher in Verbindung. Die andere Förderkammer 15 B steht mit der Förderkammer 15 A über einen inneren Durchlaß 19 in dem Hinterteil 1 a und über einen durch das Steuerventil 4 geöffneten Verbindungskanal 21 in Verbin­ dung. Mit anderen Worten, die Förderkammer 15 B steht mit dem Zufuhrkanal 18 über das Steuerventil 4 und die Förderkammer 15 A in Verbindung. In Fig. 3 bezeichnen die Bezugszahlen 22 A und 22 B Einlässe, die die Druckflüssigkeit in den Förderkam­ mern 15 A bzw. 15 B zu den Rückseiten der Flügel 6 leiten. Über Drosselbohrungen 23 A und 23 B, die in der Druckplatte 9 vorge­ sehen sind, gelangt ein Gegendruck zu den Flügeln 6.

In dem Steuerventil 4 ist ein Steuerschieber 26 in eine Boh­ rung 25 verschiebbar eingepaßt, welche in dem Hinterteil 1 a vorgesehen ist. Der Steuerschieber 26 ist mittels einer Rück­ holfeder 27 in einer Richtung vorgespannt. Eine Kammer 28, in welcher die Rückholfeder 27 angeordnet ist, steht mit der stromabwärtigen Seite der Drosselstelle 17 über eine Bohrung 29 in Verbindung (vgl. Fig. 2). Eine Kammer 35 steht mit der stromaufwärtigen Seite der Drosselstelle 17 über eine Ringnut 31 a und eine in dem Steuerschieber 26 gebildete Bohrung 34 in Verbindung. Eine Druckdifferenz zwischen der Vorder- und der Rückseite der Drosselstelle 17 beaufschlagt beide Enden des Steuerschiebers 26. Wenn die Druckflüssigkeit durch die Dros­ selstelle 17 hindurchgeleitet wird, nimmt der Flüssigkeits­ druck ab. Da die Druckdifferenz mit der Zunahme der Druck­ flüssigkeitsförderung aus den Förderkammern 15 A, 15 B zunimmt, wird der Steuerschieber 26 in Fig. 2 nach rechts bewegt. Um den Steuerschieber 26 herum sind Stege 30 a und 30 b geformt, und ringförmige Nuten 31 a und 31 b sind zwischen den Stegen geformt. Je nach der Lage des Steuerschiebers 26 können die Verbindungen zwischen dem inneren Durchlaß 19 und dem Verbin­ dungskanal 21 oder einem Durchlaß 32 auf der Saugseite (Vor­ ratsbehälterseite) oder die Verbindung zwischen dem Verbin­ dungskanal 21 und einer Öffnung 33 des inneren Durchlasses 14 auf der Saugseite auf unten beschriebenen Weise gesteuert werden, um so den Förderstrom zum Zufuhrkanal 18 zu regeln.

In der oben beschriebenen Vorrichtung wird die Druckflüssig­ keit, wenn der Rotor 5 durch eine Antriebswelle 20 gedreht wird, der Rotorkammer, welche von den aufeinander folgenden Flügeln 6 um den Rotor 5, der Außenfläche des Rotors 5 und der Innenfläche des Kurvenringes 10 gebildet wird, über die Einlaßöffnung 13, die inneren Durchlässe 14 und die Einlaß­ öffnungen 11 zugeführt und dann über die beiden Förderöffnun­ gen 12 A und 12 B abgeleitet. Die Förderöffnungen 12 A und 12 B stehen jeweils mit einer der getrennten Förderkammern 15 A bzw. 15 B in Verbindung. Die Förderkammer 15 A steht in direk­ ter Verbindung mit dem Zufuhrkanal 18 zu einem Verbraucher, wogegen die Förderkammer 15 B mit dem Zufuhrkanal 18 über das Steuerventil 4 und die Förderkammer 15 A in Verbindung steht, wobei die Druckflüssigkeit aus der Förderkammer 15 B in das Steuerventil 4 geleitet wird. Weil aber der Förderstrom von Druckflüssigkeit durch die Drosselstelle 17 im Zufuhrkanal 18 klein ist, wenn die Drehzahl des Rotors 5 klein ist, wird der Steuerschieber 26, welcher mit der Druckdifferenz zwischen der Vorder- und der Rückseite der Drosselstelle 17 beauf­ schlagt wird, in der in den Fig. 2 und 4A dargestellten Ruhe­ lage gehalten. Somit steht der innere Durchlaß 19 nur mit dem Verbindungskanal 21 über die ringförmige Nut 31 a zwischen den Stegen 30 a und 30 b des Steuerschiebers 26 in Verbindung, so daß die gesamte Druckflüssigkeit aus der Förderkammer 15 B in die Förderkammer 15 A geleitet wird, sich mit der Druckflüs­ sigkeit in der Förderkammer 15 A vermischt und schließlich in den Zufuhrkanal 18 gelangt. (In der Zone A in Fig. 5 stellt eine gestrichelte Linie q den Förderstrom an Druckflüssigkeit aus der Förderkammer 15 B und eine durchgezogene Linie Q den Förderstrom der gesamten Druckflüssigkeit aus beiden Förder­ kammern 15 A und 15 B dar. Dies trifft auch für die weitere Be­ schreibung zu.)

Wenn der durch die Drosselstelle 17 des Zufuhrkanals 18 hin­ durchgehende Förderstrom einen bestimmten Wert übersteigt, nimmt die Druckdifferenz zwischen der Vorder- und der Rück­ seite der Drosselstelle 17 zu, wodurch der Steuerschieber 26 gegen die Kraft der Rückholfeder 27 bewegt wird. Mit der Ver­ schiebung des Steuerschiebers 26 verringert dessen Steg 30 b allmählich den Querschnitt der Verbindung zwischen dem inne­ ren Durchlaß 19 und dem Verbindungskanal 21, wie es in den Fig. 4B und 4C dargestellt ist, und die Verbindung wird schließlich geschlossen. Gleichzeitig zu den obigen Vorgängen wird eine Verbindung zwischen dem inneren Durchlaß 19 und dem Durchlaß 32 auf der Saugseite über die ringförmige Nut 31 b durch den Steg 30 b hergestellt und deren Querschnitt allmäh­ lich vergrößert. Dadurch wird der Förderstrom von Druckflüs­ sigkeit aus der Förderkammer 15 B in den Verbindungskanal 21, welcher mit der Förderkammer 15 B in Verbindung steht, allmäh­ lich verringert, während die zu dem Vorratsbehälter zurückge­ leitete Menge an Druckflüssigkeit vergrößert wird. Somit nimmt die Fördermenge an Druckflüssigkeit, welche aus der Förderkammer 15 B in den Zuführkanal 18 gefördert wird, ab, wie es durch die gestrichelte Linie q in der Zone B in Fig. 5 dargestellt ist, und diese Fördermenge wird schließlich auf Null verringert (Punkt D in Fig. 5). Die Summe der Menge an aus der Förderkammer 15 A zugeführter Druckflüssigkeit, welche mit der Zunahme der Drehzahl des Rotors 5 zunimmt, und der Menge an Druckflüssigkeit, welche aus der Förderkammer 15 B stammt, ist in der Zone B in Fig. 5 durch die durchgezogene Linie Q dargestellt, welche fast einen konstanten Wert dar­ stellt.

Wenn die Drehzahl des Rotors 5 mit dem Verschieben des Steu­ erschiebers 26 aus der Stellung in Fig. 4C nach rechts zu­ nimmt, wird die Fördermenge aus der Förderkammer 15 A vergrö­ ßert, und es verbindet der Steg 30 a den Verbindungskanal 21 mit der Öffnung 33 des Durchlasses 14 auf der Saugseite über die ringförmige Nut 31 a, wie es in Fig. 4D dargestellt ist, und der Querschnitt dieser Verbindung nimmt allmählich zu. Somit wird ein Teil der Druckflüssigkeit aus der Förderkammer 15 A über diese Verbindung zur Saugseite der Pumpe zurückge­ leitet, so daß trotz der Zunahme der Drehzahl des Rotors 5 der Förderstrom zum Zufuhrkanal 18 gleich bleibt (Zone C in Fig. 5). Nebenbei bemerkt, in der Zone C wird die von der För­ derkammer 15 B gelieferte Druckflüssigkeit über den inneren Durchlaß 19, die ringförmiye Nut 31 b des Steuerschiebers 26 und den Durchlaß 32 vollständig in den Vorratsbehälter auf der Saugseite zurückgeleitet, weil die Verbindung zwischen den Förderkammern 15 A und 15 B geschlossen ist. In diesem Zu­ stand wird selbst bei Druckzunahme in Verbrauchern, welche an den Zuführkanal 18 angeschlossen sind, die Druckzunahme nur die Förderkammer 15 A beeinflussen, während die Förderkammer 15 B von der Druckzunahme nicht beeinflußt wird, und im Ver­ gleich zu Vorrichtungen, in denen die gesamte Fördermenge un­ ter hohen Druck gesetzt wird, kann die erforderliche Leistung etwa auf die Hälfte gesenkt werden. Eine ausgezogene Linie P und eine gestrichelte Linie p stellen die erforderlichen auf­ genommen Leistungen der hier beschriebenen Vorrichtung bzw. einer Vorrichtung, bei der die gesamte Fördermenge unter Druck gesetzt wird, für den Fall dar, daß der Druck für die angeschlossenen Verbraucher 30 bar beträgt. Die Verringerung der aufgenommenen Leistung ist nicht nur im Hinblick auf die Energieeinsparung von Vorteil, sondern auch hinsichtlich der Verhütung des Fressens der Pumpen aufgrund des Temperaturan­ stiegs der Druckflüssigkeit sowie hinsichtlich der Zerstörung der Druckflüssigkeit und der Abnutzung der Gleitteile, wo­ durch eine Verbesserung der Lebensdauer und der Zuverlässig­ keit der Vorrichtung erreicht wird.

Statt des dargestellten Steuerventils können viele andere Ar­ ten von Steuerventilen benutzt werden. Wenn ein Steuerventil mit einer Kennlinie benutzt wird, gemäß der der Förderstrom in der Zone C in Fig. 5 abnimmt, ist die hier beschriebene Vorrichtung für eine Servolenkung ideal geeignet.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur Fördermengenregelung einer Flügelzellenpumpe, die einen Rotor mit mehreren Flügeln, die in Nuten des Rotors radial beweglich und mit einem Kurvenring in Gleitberührung sind, eine Rotorkammer, der Druckflüssigkeit zugeführt wird und die wenigstens zwei Förderöffnungen hat, und wenigstens zwei unabhängige, voneinander getrennte Förderkammern auf­ weist, welche jeweils mit einer der Förderöffnungen in Ver­ bindung stehen und von denen wenigstens eine mit ihrem Auslaß direkt mit einem Zufuhrkanal zu einem Verbraucher in Verbin­ dung steht, mit einem Steuerventil, welches wenigstens eine der Förderkammern abschalten und überschüssige Druckflüssig­ keit zu einem Vorratsbehälter zurückleiten kann, vom Druckun­ terschied zwischen der Vorder- und der Rückseite einer in dem Zufuhrkanal zum Verbraucher angeordneten Drosselstelle betä­ tigt wird und ab einer vorbestimmten Pumpendrehzahl die För­ dermenge aus der mit dem Verbraucher direkt verbundenen För­ derkammer konstant hält, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die abschaltbare Förderkammer (15 B) im unteren Drehzahlbereich über einen durch das Steuerventil (4) geöffneten Verbindungskanal (21) mit der mit dem Verbraucher direkt verbundenen Förderkammer (15 A) in Verbindung steht und daß die Verbindung mittels des Steuerventils (4) in einem Be­ reich zwischen einer ersten Pumpendrehzahl und der vorbe­ stimmten höheren Pumpendrehzahl (D) allmählich geschlossen wird, so daß sich der Förderstrom aus der abschaltbaren För­ derkammer (15 B) in die mit dem Verbraucher direkt verbundene Förderkammer (15 A) auf Null verringert.