DE3623421C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lenkhilf­ einrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Eine bekannte Lenkhilfpumpe dieser Bauart ist als Flügelzellenpumpe ausgebildet (EP 68 035 A1) und steht im eingebauten Zustand mit einer hydraulischen Lenkeinrichtung in Verbindung, die ein Lenkventil enthält, dessen Stellung von der Stellung des Lenkrades abhängt, welches Teil des Lenksystems des Kraftfahrzeuges ist, dessen Lenkung unterstützt wird. Dem Lenkventil wird ein geregelter Nutzstrom angeboten, der durch ein Stromregelventil geregelt wird, das im Pumpengehäuse angeordnet ist. Zur Erzielung einer kompakten Bauart ist üblicherweise ein Druckbegrenzungsventil als Vorsteuerventil mit dem Stromregelventil als Hauptventil kombiniert, wodurch auf kurzem Wege der entladene Strom in das Zufuhrsystem der Pumpe rückgeführt wird. Beim Einparken kann es vorkommen, daß die Lenkung extrem eingeschlagen wird, d. h. das Lenkrad bis zum Anschlag gedreht wird, wodurch der geregelte Nutzstrom abgesperrt wird. Dadurch steigt der Druck im Lenkhilfsystem stark, wodurch das Druckbegrenzungs­ ventil anspricht. An dem kombinierten Ventil wird in einem solchen Fall eine hohe Leistung umgesetzt, die zu einer entsprechenden Erhöhung der Temperatur des Hydrauliköls führt. Da bei der geschilderten Bauart die Hydraulik­ flüssigkeit innerhalb der Pumpe zwischen Zufuhrsystem und Abfuhrsystem umgewälzt wird, tritt keine Kühlung der Hydraulikflüssigkeit entlang der sonstigen Hydraulikleitun­ gen zwischen Pumpe und Lenkeinrichtung auf, so daß innerhalb weniger Sekunden die Hydrauliktemperatur in der Pumpe mehr als 250°C erreichen kann. Wenn die Lenkhilfpumpe aus Gründen des leichteren Gewichts mit einem Gehäuse aus Aluminium gebaut wird, macht sich die große Wärmedehnung des Aluminiums schädlich bemerkbar, und zwar insbesondere im Bereich des flanschartigen Gehäusedeckels, dessen mittlerer Bereich sich in Richtung auf den Rotor auswölbt, an diesem reibt und diesen schließlich festklemmt, wodurch die Antriebswelle zu Bruch geht.

Bei einer bekannten Flügelzellenpumpe zur Lenkhilfe (EP 14 836 B1) ist ein topfförmiges Gehäuse vorgesehen, in dessen Innerem, eingeschlossen durch einen napfförmigen Deckel, ein Einsatz, bestehend aus einer Druckplatte, einer Verschleißplatte, einem Nockenring und einem Rotor, mittels einer Feder zusammengepreßt gehalten wird. Die Druckplatte ist in der Praxis (VT 50-Pumpe der Anmelderin) 13 mm dick, der höchste Druck beträgt 100 bar. Die Wangenplatten (Druckplatte, Verschleißplatte) bestehen aus Sinterstahl und weisen keine Beschichtung aus Lagermetall auf. Das kombinierte Stromregel- und Druckbegrenzungsventil erstreckt sich bei dieser Bauart parallel zur Maschinen­ achse und führt im Falle der Druckbegrenzungsfunktion zu einem Kurzschluß zwischen den Auslaßöffnungen und Einlaßöffnungen jedes Verdrängerbereiches und damit zu einer starken Temperaturerhöhung. Mögliche Wärmedehnungen können ohne weiteres dadurch aufgefangen werden, daß der Einsatz sich gegen die Feder verschiebt. Die Einlaßöff­ nungen des Systems sind zwischen Nockenring und Druckplatte angeordnet, d. h. die Durchbrechungen der Druckplatte dienen nur als Auslaßöffnungen. Deshalb besteht keine Notwendigkeit, die Einlaßöffnungen im Bereich hinter der Druckplatte abzudichten.

Bei einer weiteren bekannten Flügelzellenpumpe (DE 27 35 663 C3) sind mit Lagermetall versehene Wangenplatten zwischen ring- und deckelartigen Gehäuseteilen eingespannt und schließen den sich drehenden Rotor mit den Flügeln ein. Die Wangenplatten bestehen aus Stahl und weisen in dem aufgetragenen Lagermetall inselförmige härtere Bereiche auf, mit denen sie sich an den Gehäuseteilen abstützen.

Die Wangenplatten sind in Axialrichtung der Maschine unbeweglich, im Gegensatz zu der Druckplatte, die bei der Bauart als Lenkhilfpumpe (EP 14 836 B1) eine gewisse axiale Verschiebbarkeit innerhalb des Gehäuses aufweist, um vom erzeugten Druck in Richtung auf den Rotor gedrängt zu werden. Die Maschine weist ferner kein kombiniertes Stromregel- und Druckbegrenzungsventil innerhalb des Maschinengehäuses auf, d. h. Hydraulikflüssigkeit hohen Druckes wird nicht innerhalb der Maschine auf kurzem Wege in das Zufuhr- oder Saugsystem entladen. Deshalb tritt auch nicht die Gefahr der raschen Überhitzung der Maschine beim Eintritt der Druckbegrenzungsfunktion auf, weil die Maschine durch ein örtlich entferntes Druckbegrenzungsventil gesichert wird. Bei gebauten Pumpen dieser Art (VQ-Pumpen der Vickers Inc., Troy, USA) besteht das Gehäuse aus Gußeisen, so daß die Probleme der übermäßigen Wärmedehnung nicht auftreten. Ein weiteres Beispiel von eingespannten Wangenplatten mit Lagermetallauflage zeigt EP 68 354 B1. Auch hier ist kein kombiniertes Stromregel- und Druckbegrenzungsventil innerhalb des Maschinengehäuses angeordnet, und die Pumpe kann nicht zur Lenkhilfe verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lenkhilfpumpe mit den oberbegrifflichen Merkmalen so zu gestalten, daß eine kurzzeitige Überhitzung der Pumpe vertragen wird, auch wenn der höchstzulässige Druck zwischen 100 und 170 bar liegt.

Die gestellte Aufgabe wird mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Lenkhilfpumpe das Druckbegrenzungsventil anspricht und es zu einer Überhitzung des Pumpeninneren kommt, führt dies zwar zu einer Deformation des Aluminiumgehäuses und damit zu erheblichen Pressungen zwischen den Wangenplatten und dem Rotor, was zum Trockenlauf dieser Teile führen kann, jedoch werden solche Pressungen kurzzeitig (etwa 1 Minute lang) ertragen, ohne daß die Pumpe zu Bruch geht.

Nach einem Merkmal der Erfindung sind die Dichtungen zur Abdichtung der Einlaßöffnungen in axialer Richtung der Maschine zusammenpreßbar und ausdehnbar, ohne ihre Dichtwirkung zu verlieren. Auf diese Weise kann sich der Einsatz gegenüber dem Maschinengehäuse um das Maß der Zusammendrückbarkeit der Dichtungen verschieben, wenn es zur Überhitzung und Aufwölbung des Gehäusedeckels kommt. Auf diese Weise werden die auftretenden Drücke vermindert und damit auch die Gefahr des Festfressens verringert.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine Lenkhilfpumpe gemäß I-I in Fig. 2,

Fig. 2 einen horizontalen Längsschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 und 3,

Fig. 3 einen vertikalen Querschnitt durch die Lenkhilfpumpe entlang der Linie III-III in Fig. 1, jedoch mit angegossenem Tank,

Fig. 4 eine abgewandelte Einzelheit aus Fig, 1,

Fig. 5 bis 8 je Ansichten und Schnitte der Druckplatte und der Verschleißplatte.

Die Lenkhilfpumpe ist als Flügelzellenpumpe ausgebildet und weist ein Gehäusehauptteil 1 und einen flanschartigen Gehäusedeckel 2, beide aus Aluminium, auf, die einen Innenraum 1a druckmitteldicht einschließen. Im Innenraum 1a sitzen eine Verschleißplatte 3 und eine Druckplatte 4 als Wangenplatten sowie ein Nockenring 5, die durch Stifte 6 drehgesichert und mit dem Gehäuse 1, 2 verbunden sind. Innerhalb des Nockenrings 5 und zwischen den Wangenplatten 3, 4 ist ein Rotor 7 angeordnet, der (Fig. 3) eine Reihe von radialen Führungsschlitzen besitzt. Innerhalb dieser Führungsschlitze sind Flügel 8 radial verschieblich gelagert. Die Wangenplatten 3, 4, der Nockenring 5 und der Rotor 7 mit seinen Flügeln 8 bilden eine Einheit, die entlang der Stifte 6 um ein gewisses Maß von wenigstens 20 bis 100 µm axial verschiebbar ist.

Der Rotor 7 ist über eine Welle 9 antreibbar, die in einer Lagerbohrung des Gehäusedeckels 2 gelagert ist.

Der Rotor 7 ist zylindrisch geformt, während der Nockenring 5 einen angenähert ovalen Innenumriß aufweist, dessen kleine Achse etwa dem Durchmesser des Rotors entspricht, während die große Achse die Auszugslänge der Flügel 8 bestimmt. Auf diese Weise liegen zwischen dem Nockenring 5 und dem Rotor 7 zwei sichelförmige Verdrängerbereiche 11, 12, die von den Flügeln 8 in eine Anzahl von Zellenräumen unterteilt werden. Bei der Saugseite des Systems vergrößern sich die Zellenräume, und bei der Druckseite verkleinern sie sich, wenn sich der Rotor 7 dreht.

Die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit erfolgt von einem Tank 14 (Fig. 3) über ein Filter 15 in einen Verteilbereich 16 und weiter über zwei in etwa lotrechte Bohrungen 17a, 17b (Fig. 1, 2), gekrümmte Zuführkanäle 18a, 18b (Fig. 2) in Durchgangsöffnungen 20 der Druckplatte 4 und von dort über Einlässe 25, 26, 27 bzw. 28 in die jeweiligen Verdrängerbereiche der Pumpe. Die gekrümmten Zuführkanäle 18a, 18b weisen jedoch einen radialen Schenkel auf, der in einen Entladekanal 19a, 19b einmündet und nach außen durch einen Stopfen 62 verschlossen ist. Die Durchgangsöffnungen 20 sind durch umlaufende Dichtungen 21 (O-Ringe) abgedichtet. Die O-Ringe 21 können einen Stützring aufweisen, um das axiale Spiel s von dem Minimalbetrag von 20 bis 100 µm auf etwa 0,3 mm zu vergrößern. Weitere Dichtungen 22 dichten den Spalt zwischen den Gehäuseteilen 1, 2 ab.

Beidseitig der Flügel 8 sind bogenförmige Nuten 31, 32 in den Wangenplatten 3, 4 vorgesehen, wobei sich die Nuten 31 im Gehäusedeckel 2 fortsetzen können. Die Abfuhr der Hydraulikflüssigkeit erfolgt über diese Nuten 31, 32 und Auslaßöffnungen 33 (Fig. 1) durch die Druckplatte 4 hindurch auf deren Rückseite in einen Druckraum 35, der mit einem Verteilraum 36 verbunden ist. Infolge eines kombinierten Stromregel- und Druckbegrenzungsventils 40 teilt sich der Pumpenförderstrom auf in einen geregelten Nutzstrom zum äußeren Pumpenauslaß 37 (Fig. 1) und einen abgeregelten Bypass-Strom in die Entladekanäle 19a, 19b (Fig. 2). Der geregelte Nutzstrom gelangt durch eine Meßblende 38a eines Drosselkörpers 38 zum Pumpenauslaß 37, dessen Druck über eine Dämpfungsdrossel 38b und einen Kanal 39 mit dem Steuerraum 47 des Ventils 40 in Verbindung steht. Das Ventil 40 ist in einer Ventilbohrung 55 untergebracht, dessen Ende benachbart dem Druckraum 35 eine Venturidüse als Verteilraum 36 aufnehmen kann. Die Meßblende 38a ist dann als Querbohrung der Venturidüse ausgebildet. Das innere Ende 48 des Ventils 40 kann alternativ wie in EP 85 105 181 beschrieben gestaltet sein.

Das kombinierte Ventil 40 weist einen Schieberkolben 41 (Fig. 4) auf, der durch die Kraft einer Feder 42 in Richtung auf den Druckraum 35 gedrängt und gegebenenfalls zur Anlage gebracht wird. Der Schieberkolben 41 weist den Räumen 35, 47 zugewandte, druckbeaufschlagte Kolbenflächen 53, 54 sowie zwei bundförmige Abdichtbereiche 43, 44 auf, zwischen denen sich eine Ringnut 45 erstreckt. Bei geschlossenem Ventil 40 treffen die Entladekanäle 19a,19b auf die Ringnut 45. Wenn am äußeren Pumpenauslaß 37 Fluid abgenommen wird, entsteht eine Druckdifferenz an der Meßblende 38a und damit auch an den Kolbenflächen 53, 54, wodurch der Schieberkolben 41 des Ventils 40 so verschoben wird, daß ein Teil der gepumpten Hydraulikflüssigkeit über die Entladekanäle 19a, 19b abfließt (Betrieb als Stromregelventil). Der Bund 43 ist schmäler als der Durchmesser der Entladekanäle 19a, 19b, so daß diese mit der Ringnut 45 verbunden bleiben.

Von der Ringnut 45 führt ein teilweise radial und teilweise axial sich erstreckender Kanal 46 durch den Schieberkolben 41 in den Steuerraum 47, und der Kanal 46 wird von einem Kegelventil 49 (Fig. 4) beherrscht, welches beim Überschreiten eines bestimmten zulässigen Druckes im Steuerraum 47 anspricht und diesen Raum druckentlädt, so daß der Schieberkolben 41 den Weg zu den Entladekanälen 19a, 19b freigibt (Betrieb als vorgesteuertes Druckbe­ grenzungsventil).

Der Auslaß 37 ist über eine Pumpenleitung 67 (Fig. 1) mit einer hydraulischen Lenkeinrichtung 70 verbunden, die ein Lenkventil 71 und Lenkzylinder 72, 73 aufweist. Die Lenkzylinder 72, 73 sind über jeweilige Arbeitsleitungen 74, 75 mit dem Lenkventil 71 verbunden, welches wiederum eine Tankleitung 76 zum Tank 14 aufweist. Das Lenkventil 71 steuert den Zufluß der Hydraulikflüssigkeit in die Arbeitsleitungen 74 bzw. 75 und damit zu den entsprechen­ den Seiten der hier doppelt wirkend gezeichneten Lenkzylinder 72, 73 und durch die jeweilige Rücklauf­ leitung zurück zum Tank 14. Wenn der Kolben des Lenk­ zylinders 72 oder 73 auf Anschlag steht, kann keine weitere Hydraulikflüssigkeit zufließen, und der Druck steigt in der Leitung 67 stark an und somit auch im Ventilsteuerraum 47. Das Druckbegrenzungsventil 49 spricht an, und der Schieberkolben 41 nimmt eine Stellung an, wie sie etwa in Fig. 2 dargestellt ist. Der gesamte geförderte Hydraulikstrom gelangt unmittelbar in die Entladekanäle 19a, 19b, wobei der Druck schlagartig abnimmt. Die von der Pumpe aufgebrachte Leistung wird innerhalb des Pumpengehäuses in Wärme umgesetzt, so daß sich die Hydraulikflüssigkeit innerhalb weniger Sekunden auf 250°C und darüber erhitzt und dementsprechend das Gehäuse 1, 2 aufheizt. Der flanschartige Gehäusedeckel 2 besitzt zwischen den Nuten 26, 31 einen Bereich 2b, der sich durch die Wärmedehnung in Richtung auf die Verschleißplatte 3 wölbt und diese gegen den Rotor 7 preßt. Die Einheit aus den beiden Wangenplatten 3, 4 und dem Nockenring 5 sowie dem Rotor 7 wird entlang der Stifte 6 axial verschoben, gleichzeitig jedoch auch die Wangenplatten 3, 4 stärker an den Rotor 7 angepreßt, d. h. das Flankenspiel zwischen Wangenplatten und Rotor wird praktisch aufgezehrt. Die sich der Verschiebung der Einheit entgegenstemmende Kraft wird durch den hydraulischen Druck im Druckraum 35 und die Rückstellkraft der zusammengepreßten Dichtungen 21 erzeugt. Dieser durch die Dichtungen 21 erzeugte Anpreßdruck hängt von deren Zusammenpressung ab, also auch von der Vorwölbung des Gehäusedeckelbereiches 2b infolge Wärmedehnung. Wenn die Pumpe mit einem höheren Druck (100 bis 170 bar) als bisher üblich (100 bar) betrieben wird, ist eine größere Wärmeentwicklung und damit auch Zusammenpressung der Dichtung 21 zu erwarten, womit auch der Anpreßdruck der Druckplatte 4 am Rotor 7 entsprechend ansteigt. Bei diesen hohen Drücken kann der Ölfilm zwischen dem Rotor und den Wangenplatten weggequetscht werden, so daß es stellenweise zu trockenem Lauf kommt.

In Fig. 5 und 6 ist die Druckplatte 4 und in Fig. 7 und 8 die Verschleißplatte 3 dargestellt. Diese Wangen­ platten 3, 4 weisen jeweils eine Schicht 81, 82 aus Lagermetall auf. Der Grundkörper 83 der Verschleißplatte 3 und der Grundkörper 84 der Druckplatte 4 bestehen aus Stahlblech und weisen eine mittlere Dicke von 2 bis 4 mm, vorzugsweise 3 mm bzw. 5 bis 9 mm, vorzugsweise 7 mm, auf. Die Dicke der Lagermetallschicht beträgt 0,5 mm. Als Lagermetall wird Bronze bevorzugt, das auf die Träger­ schicht aufgewalzt oder gesintert ist. Bronze der Zusammensetzung 80 Cu, 10 Sn, 10 Pb hat sich für den vorgesehenen Zweck als günstig herausgestellt.

Die Druckplatte ist ziemlich steif ausgeführt, damit sie sich möglichst wenig durchbiegt und das Flankenspiel zum Rotor hin möglichst lange erhalten bleibt.

Die umlaufende Dichtung 21 besteht aus Gummi hoher Elastizität, welches die Formänderungen bei der gering­ fügigen Verschiebung der Druckplatte 4 ohne Schaden hinsichtlich der Rückstellkraft aushält.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß der obenerwähnte Trockenlauf des Rotors auf den beschichteten Wangenplatten 3, 4 kurzzeitig ohne Schaden vertragen wird. Erfahrungsgemäß wird während des Ein- und Ausparkens ein extremer Lenkeinschlag bei laufendem Motor nicht über eine Minute lang beibehalten. Deshalb kann das Wagnis unternommen werden, eine Lenkhilfpumpe für über 100 bis 170 bar zu konstruieren, deren Gehäuse aus Aluminium besteht.

Claims (5)

1. Lenkhilfeinrichtung mit folgenden Merkmalen: eine Flügelzellenpumpe weist ein Gehäusehauptteil (1) und einen flanschartigen Gehäusedeckel (2) aus Aluminium sowie einen mit Flügeln (8) versehenen, angetriebenen Rotor (7) auf, der mit feststehenden Pumpenteilen, darunter einer Druckplatte (4) und einem Nockenring (5) wenigstens einen Verdrängerbereich (11, 12) bildet, zu dem Einlaßöffnungen (20, 25 bis 28) und Auslaßöffnungen (31 bis 33) führen;
die Druckplatte (4) weist wenigstens eine Durchgangs­ öffnung (20) auf, die an der Rückseite der Druckplatte - benachbart einem Druckraum (35) - mit umlaufenden Dichtungen (21) gegenüber Hochdruck abgedichtet ist;
die Einlaßöffnungen (20, 25 bis 28) jedes Verdränger­ bereiches sind mit einem Zufuhrsystem (16, 17a, 17b, 18a, 18b) und die Auslaßöffnungen (31 bis 33) jedes Verdrängerbereichs mit einem Abfuhrsystem (35 bis 39) verbunden;
das Abfuhrsystem (35 bis 39) und das Zufuhrsystem (16, 17a, 17b, 18a, 18b) stehen über ein kombiniertes Stromregel- und Druckbegrenzungsventil (40) miteinander in Verbindung, das einen Schieberkolben (41) mit einer ersten druckhöheren Kolbenfläche (53) und einer zweiten druckniedrigeren Kolbenfläche (54) sowie eine Ventilfeder (42) enthält, mit einer Meßblende (38a) zusammenwirkt und als Stromregelventil einen abgeregelten Förderstrom in einen Entladekanal (19a, 19b) und in das Zufuhrsystem (17, 18) entlädt sowie einen geregelten Nutzstrom an einen äußeren Pumpenauslaß (37) abgibt;
das Ventil (40) enthält eine Vorsteuerstufe (49), die beim Überschreiten eines Grenzdrucks anspricht und den Schieber­ kolben (41) in eine Stellung zur Verbindung des Abfuhrsystems (35 bis 39) mit dem Zuführsystem (16, 17a, 17b, 18a, 18b) steuert;
der äußere Pumpenauslaß (37) steht mit einer hydraulischen Lenkeinrichtung (70) in Verbindung, die bei extremem Lenkeinschlag in eine nahezu sperrende Stellung gelangen kann;
gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen:
die Druckplatte (4) und eine Verschleißplatte (3) umgeben den Nockenring (5) und den Rotor (4), um eine axial verschiebbare Einheit zu bilden, die infolge der Dichtungen (21), welche die Einlaßöffnungen (20, 25 bis 38) umgeben, gegen den flanschartigen Gehäusedeckel (2) gepreßt wird;
die Druckplatte (4) und die Verschleißplatte (3) weisen Beschichtungen (81, 82) aus Lagermetall zur Seite des Rotors (7) auf;
die Dichtungen (21) der Einlaßöffnungen (20, 25 bis 28) überbrücken einen zwischen Druckplatte (4) und Gehäuse­ hauptteil (1) gelegenen Spalt (s), der wenigstens 20 bis 100 µm weit ist.

2. Lenkhilfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Druckplatte (4) 5 bis 9, vorzugsweise 7 mm beträgt.

3. Lenkhilfeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Verschleißplatte (3) 2 bis 4, vorzugsweise 3 mm beträgt.

4. Lenkhilfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Lagermetall­ schicht (81, 82) 0,5 mm beträgt.

5. Lenkhilfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagermetallschicht (81, 82) aus Bronze besteht.