DE3909159A1

DE3909159A1 - Control device for positive-displacement pumps

Info

Publication number: DE3909159A1
Application number: DE19893909159
Authority: DE
Inventors: Richard Vogt
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1988-03-25
Filing date: 1989-03-21
Publication date: 1989-10-05

Abstract

The invention relates to a flow control piston (16), via which the useful flow of a pump is passed to a load. To this end, the flow control piston (16) has a control zone (25) which is sealed by collars (23 and 24) and has a hole (bore) (20) for supplying, and a further hole (21) for discharging the useful flow. Between the two collars (23 and 24) there is, e.g., a conical piston section. The holes (20 and 21), together with the annular cavity (26), form a variable restrictor. At these restrictors, a rotational speed-dependent differential pressure is formed which resets the flow control piston (16) in such a way that the useful flow drops with rotational speed. The excess branch stream is discharged via a control collar (17) to an inlet duct (13) of the pump (Fig. 1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für Verdrängerpumpen, insbesondere Flügelzellenpumpen, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a control device for Displacement pumps, in particular vane pumps, according to Preamble of claim 1.

Zur Druckölversorgung von Hilfskraftlenkungen setzt man häufig Flügelzellenpumpen ein. Damit der Förderstrom nicht mit der Antriebsdrehzahl des Fahrzeugmotors linear ansteigt, versieht man diese Pumpen mit einem Stromregelventil. Ein solches Stromregelventil läßt den Förderstrom beispielsweise bis zu einer Drehzahl von n= 1200 min^-1 ansteigen und regelt dann bei weiterem Anstieg der Drehzahl den Förderstrom kontinuierlich ab, so daß sich eine fallende Förderstrom-Kennlinie ergibt. Auf diese Weise läßt sich mit der Hilfskraftlenkung bei höheren Fahrgeschwindigkeiten ein besseres Lenkverhalten erzielen, d. h. die hydraulische Kraftunterstützung wird reduziert, so daß sich ein besseres Lenkgefühl einstellt.Vane pumps are often used to supply pressurized oil to power steering systems. To ensure that the flow rate does not increase linearly with the drive speed of the vehicle engine, these pumps are equipped with a flow control valve. Such a flow control valve allows the flow rate to rise, for example, up to a speed of n = 1200 min ⁻¹ and then regulates the flow rate continuously as the speed increases further, so that a falling flow rate characteristic curve results. In this way, the power steering can achieve better steering behavior at higher driving speeds, ie the hydraulic power assistance is reduced, so that a better steering feel is achieved.

Zur Regelung des Förderstromes ist es allgemein bekannt (z. B. DE-PS 35 06 485), einen Druckkanal im Pumpenausgang zu verengen, wodurch man vor der Verengung eine geringere Strömungsgeschwindigkeit und damit auch eine Erhöhung des statischen Druckes auf einer in einem Druckraum ragenden vorderen Stirnfläche eines Stromregelkolbens erhält. Damit erzielt man einen Differenzdruck zwischen dieser vorderen und einer hinteren Stirnfläche, die über eine Kammer stromabwärts der Verengung mit dem Druckkanal in Verbindung steht. Auf diese Weise erzeugt man am Stromregelkolben eine drehzahlabhängige Öffnungsbewegung, durch die sich der Druckraum an einen Rücklaufkanal anschließen läßt.It is generally known for regulating the flow rate (e.g. DE-PS 35 06 485), a pressure channel in the pump outlet constrict, making one less before narrowing Flow rate and thus an increase in static pressure on a protruding in a pressure chamber receives front face of a flow control piston. In order to you get a differential pressure between this front and a rear end face that is downstream via a chamber the constriction is connected to the pressure channel. To this In this way, a speed-dependent piston is generated on the flow control piston Opening movement through which the pressure chamber adjoins one Can connect the return duct.

Man regelt also in der Pumpe einen Teil des Förderstromes ab, so daß sich der Verbraucher-Nutzstrom verringert. Eine derartige Stromregelung mit einer fest installierten Verengung (Blende) erzeugt je nach Ausführung zwar einen konstanten oder fallenden Kennlinienverlauf, doch kann dieser Kennlinienverlauf noch nicht alle Anforderungen hinsichtlich der Variation der Charakteristik und der Genauigkeit bei unterschiedlichen Druck und Drehzahlverhältnissen erfüllen.So part of the flow is regulated in the pump from, so that the consumer useful current is reduced. A such current control with a fixed constriction (Aperture) produces a constant or depending on the version falling characteristic curve, but this characteristic curve can not yet all requirements regarding the variation of Characteristics and accuracy at different pressures and speed ratios.

Nach der DE-PS 32 11 948 versieht man daher die vordere Stirnfläche des Stromregelkolbens mit einem dünnen Bügel aus Blech, der in einem Einsatz des Druckkanals befindliche Drosselbohrungsquerschnitte in Abhängigkeit seiner Öffnungsbewegung weiter verkleinern kann. Damit läßt sich der Differenzdruck zwischen den beiden druckbeaufschlagten Stirnflächen des Stromregelkolbens erhöhen und eine progressive Öffnungsbewegung erzielen. Als Folge davon erhält man über den gesamten Drehzahlbereich eine stetig fallende Kennlinie. Außerdem läßt sich durch die Größe und Zahl der Drosselbohrungen leicht festlegen, auf welchen Wert der Förderstrom bei Höchstdrehzahl abfallen soll. Diese bekannte Einrichtung erfordert jedoch einen verhältnismäßig hohen Bauaufwand, da man die besonderen Bauteile in Form des Bügels und des Einsatzes für die Drosselbohrungen zusätzlich anfertigen und montieren muß.According to DE-PS 32 11 948 you therefore provide the front End face of the flow control piston with a thin bracket Sheet that is in use in the pressure channel Throttle bore cross sections depending on its Can further reduce opening movement. So that the Differential pressure between the two pressurized Increase the end faces of the flow control piston and one achieve progressive opening movement. As a result, receives a steadily falling over the entire speed range Curve. In addition, the size and number of Throttle bores easily determine the value of the Flow rate should drop at maximum speed. This well-known However, setup requires a relatively high level Construction effort because you have the special components in the form of the bracket and make the insert for the throttle bores and must assemble.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Stromregelung baulich zu vereinfachen, wobei der verbesserte Verlauf der fallenen Kennlinie erhalten bleiben soll.The invention is therefore based on the object Simplify current control structurally, with the improved The course of the falling characteristic curve should be retained.

Nach der Erfindung läßt sich diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 lösen.According to the invention, this object can be achieved through the Features of claim 1 solve.

Die Gehäusebohrung zur Aufnahme des Stromregelkolbens weist vorzugsweise zwei miteinander verbundene radiale Bohrungen für die Zu- bzw. Ableitung des Verbraucherstromes auf. Die Bohrung für die Zuleitung hat mit der Druckseite der Pumpe Verbindung. Die Bohrungen münden in einen durch Bunde des Stromregelkolbens abgeschlossenen Steuerbereich, wobei der Steuerbereich einen veränderlichen Verbindungsquerschnitt (Drosselstelle) zu den beiden radialen Bohrungen herstellt. Man führt also den Nutzstrom der Pumpe über den Steuerbereich des Stromregelkolbens, wobei die eine Bohrung am Eintritt in den Steuerbereich als erste Drosselstelle, und die andere Bohrung am Austritt aus dem Steuerbereich als zweite Drosselstelle wirksam ist. Durch die zweistufige Drosselung lassen sich die Verschneidungsquerschnitte an den Drosselstellen deutlich größer ausführen. Beim Durchfluß des Öls durch den Steuerbereich wird der Ventilkolben beidseitig umströmt. Dieses beidseitige Umströmen bewirkt infolge des großen Oberflächenanteils eine viskositätsabhängige Regelcharakteristik, die besonders während der Kaltstartphase das Geräuschverhalten verbessert. Die Viskositätsabhängigkeit läßt sich nach Anspruch 2 durch den Einschnürungsdurchmesser des Stromregelkolbens im Steuerbereich beeinflussen.The housing bore for receiving the flow control piston points preferably two interconnected radial bores for the supply and discharge of the consumer current. The hole for the supply line is connected to the pressure side of the pump. The holes open into a bundle of the flow control piston completed control area, the control area a variable connection cross-section (throttle point) to the produces two radial bores. So you run it Useful flow of the pump over the control range of the flow control piston, where a hole at the entrance to the control area as first throttle point, and the other hole at the outlet from the Control area is effective as a second throttle point. Through the two-stage throttling Intersection cross sections at the throttling points are significantly larger To run. When the oil flows through the control area the valve piston flows around on both sides. This two-sided Circulation flows due to the large surface area viscosity-dependent control characteristics, especially during the cold start phase improves the noise behavior. The Viscosity dependence can be according to claim 2 by Constriction diameter of the flow control piston in the control area influence.

Nach Anspruch 3 fluchten die beiden Bohrungen miteinander, so daß man beidseitig des Ventilkolbens gleich lange Strömungswege erhält.According to claim 3, the two holes are aligned, so that you have the same length on both sides of the valve piston Receives flow paths.

Da nach einem weiteren Merkmal des Anspruchs 4 der Steuerbereich des Stromregelkolbens konisch oder mit einer Kurvenform versehen ist, läßt sich bei seiner Öffnungsbewegung eine stärkere Drosselung des Nutzstroms erreichen, wodurch man einen zunehmend größeren Stromanteil in den Rücklaufkanal abregelt.Since according to a further feature of claim 4 Control range of the flow control piston conical or with a Curve shape is provided when opening achieve a greater throttling of the useful current, whereby one an increasingly larger proportion of electricity in the return channel curtailed.

Die erfindungsgemäße Stromregelung kommt ohne zusätzliche Bauteile aus, da sich die gewünschte Funktion nach Vornahme geringer Änderungen mit dem ohnehin vorhandenen Regelkolben erzielen läßt. Daraus ergibt sich eine hohe Betriebssicherheit.The current control according to the invention comes without additional Components, since the desired function after execution minor changes with the existing control piston can be achieved. This results in high operational reliability.

Anhand der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen Based on the drawing, several embodiments of the Invention explained in more detail. Show it

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine Flügelzellenpumpe mit der Regeleinrichtung nach der Erfindung in geschlossener Stellung des Stromregelkolbens, Fig. 1 shows a partial longitudinal section through a vane pump with the control device according to the invention in the closed position of the flow control piston,

Fig. 2 einen Ausschnitt entsprechend Fig. 1, jedoch in einer geöffneten Stellung des Stromregelkolbens, Fig. 2 shows a section corresponding to FIG. 1, but in an open position of the flow control piston,

Fig. 3 einen Teilquerschnitt nach der Linie III-III in Fig. 1, Fig. 3 is a partial cross-section along the line III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Stromregelkolbens und Fig. 4 shows another embodiment of the flow control piston and

Fig. 5A-5C verschiedene für die Viskositätsabhängigkeit maßgebende Einstichausführungen im Steuerbereich des Stromregelkolbens. Fig. 5A-5C show different authoritative for the viscosity dependence injection executions in the control area of the flow control piston.

Die Flügelzellenpumpe entspricht der allgemein bekannten Bauart, so daß nachfolgend nur die wesentlichen Teile beschrieben sind. Die Pumpe trägt auf einer Antriebswelle 1 einen Rotor 2, in welchem radial gleitende Flügel 3 geführt sind. Der Rotor 2 liegt zwischen einer vorderen Stirnplatte 4 und einer hinteren Druckplatte 5. Die Flügel 3 gleiten in einem Kurvenring 6. Hinter der Druckplatte 5 befindet sich ein Druckraum 7, der über Durchbrüche 8 und 10 mit den zwischen dem Rotor 2, dem Kurvenring 6 und den Flügeln 2 gebildeten druckführenden Förderräumen in Verbindung steht. Das Öl fließt den saugseitigen Förderräumen von einem nicht gezeichneten Tank über eine Zulaufbohrung 12, einen Einlaßkanal 13 und eine Ringkammer 11 zu. In einer an den Druckraum 7 anschließenden Gehäusebohrung 14 befindet sich ein durch eine Feder 15 belasteter Stromregelkolben 16. Dieser weist einen vorderen Steuerbund 17 auf, hinter welchem sich der Einlaßkanal 13 befindet. The vane pump corresponds to the generally known type, so that only the essential parts are described below. The pump carries a rotor 2 on a drive shaft 1 , in which radially sliding vanes 3 are guided. The rotor 2 lies between a front end plate 4 and a rear pressure plate 5 . The wings 3 slide in a curve ring 6 . Behind the pressure plate 5 there is a pressure chamber 7 , which is connected via openings 8 and 10 to the pressure-carrying delivery spaces formed between the rotor 2 , the cam ring 6 and the vanes 2 . The oil flows to the suction-side delivery chambers from a tank, not shown, via an inlet bore 12 , an inlet channel 13 and an annular chamber 11 . A current control piston 16 loaded by a spring 15 is located in a housing bore 14 adjoining the pressure chamber 7 . This has a front control collar 17 , behind which the inlet duct 13 is located.

An die Druckkammer 7 schließt außerdem eine Bohrung 18 für den Verbraucherstrom an. Nach der Erfindung steht diese Bohrung 18 über eine engere radiale Bohrung 20 mit der Gehäusebohrung 14 und über eine weitere, radiale Bohrung 21 mit einem Auslaßanschluß 22 in Verbindung. Die beiden Bohrungen 20 und 21 münden in einen durch Bunde 23 und 24 abgedichteten Steuerbereiche 25 des Stromregelkolbens 16. Innerhalb des Steuerbereichs 25 hat der Stromregelkolben 16 vorzugsweise eine konische Form. Für die Bearbeitung und die Umströmung ist es vorteilhaft, wenn die Bohrungen 20 und 21 miteinander fluchten. Es ist aber auch möglich, diese Bohrungen radial versetzt zueinander anzuordnen. Die Bohrungen können auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen.A bore 18 for the consumer flow also connects to the pressure chamber 7 . According to the invention, this bore 18 is connected to the housing bore 14 via a narrower radial bore 20 and to an outlet connection 22 via a further radial bore 21 . The two bores 20 and 21 open into a control region 25 of the flow control piston 16 which is sealed by collars 23 and 24 . The flow control piston 16 preferably has a conical shape within the control region 25 . For machining and flow around, it is advantageous if the bores 20 and 21 are aligned with one another. However, it is also possible to arrange these bores radially offset from one another. The bores can also have different diameters.

Mit wachsendem Verschiebeweg des Stromregelkolbens 16 gegen die Kraft der Feder 15 nach rechts, erfolgt daher eine zweistufige veränderbare Drosselung des Förderstromes. Die erste Drosselung erfolgt an der Mündung der radialen Bohrung 20 in einen Ringraum 26. Wie Fig. 3 zeigt, umströmt das Öl den Stromregelkolben 16 beidseitig und fließt über die radiale Bohrung 21 und den Auslaßanschluß 22 zu einem Verbraucher, z. B. einer Hilfskraftlenkung. Der Übertritt des Öls aus dem Ringraum 26 in die Mündung der radialen Bohrung 21 bildet hierbei die zweite Drosselstelle. Ein Kanal 27 verbindet eine federseitige Kammer 28 des Stromregelkolbens 16 mit dem Auslaßanschluß 22.With increasing displacement of the flow control piston 16 against the force of the spring 15 to the right, there is therefore a two-stage variable throttling of the delivery flow. The first throttling takes place at the mouth of the radial bore 20 in an annular space 26 . As Fig. 3 shows, the oil flows around the flow control piston 16 on both sides, and flows through the radial bore 21 and the outlet port 22 to a consumer, eg. B. a power steering system. The passage of the oil from the annular space 26 into the mouth of the radial bore 21 forms the second throttle point. A channel 27 connects a spring-side chamber 28 of the flow control piston 16 to the outlet connection 22 .

Das Stromregelventil 14, 16, wirkt in bekannter Weise als Druckwaage: das von den Flügeln 3 verdrängte Drucköl strömt in den Druckraum 7 und als Nutzstrom über die Bohrung 18 und die Drosseleinrichtung 20, 26, 21 und über den Auslaßanschluß 22 zum Verbraucher. Mit steigender Drehzahl (Fahrgeschwindigkeit) nimmt infolge der Drosseleinrichtung 20, 26, 21 der Differenzdruck auf die dem Druckraum 7 zugewandte Stirnfläche des Stromregelkolbens 16 zu. Der Kolben 16 verschiebt sich gegen die Kraft der Feder 15 und gegen die Kraft des in der Kammer 28 herrschenden Auslaßdruckes nach rechts (siehe Fig. 2).The flow control valve 14 , 16 acts in a known manner as a pressure compensator: the pressure oil displaced by the vanes 3 flows into the pressure chamber 7 and as a useful flow through the bore 18 and the throttle device 20 , 26 , 21 and via the outlet connection 22 to the consumer. With increasing speed (driving speed), the differential pressure on the end face of the flow control piston 16 facing the pressure chamber 7 increases due to the throttle device 20 , 26 , 21 . The piston 16 moves against the force of the spring 15 and against the force of the outlet pressure prevailing in the chamber 28 to the right (see Fig. 2).

Dabei öffnet der Steuerbund 17 den Einlaßkanal 13. Ein Teilstrom gelangt somit in die Ringkammer 11, also auf die Zulaufseite der Pumpe. Bei weiter steigender Drehzahl regelt die Drosseleinrichtung 20, 26, 21 wegen des immer kleiner werdenden Ringraumes 26 den Nutzstrom noch stärker ab, so daß sich der Teilstrom noch weiter vergrößert. Auf diese Weise erhält man den gewünschten fallenden Kennlinienverlauf des Förderstromes.The control collar 17 opens the inlet duct 13 . A partial flow thus enters the annular chamber 11 , that is to say on the inlet side of the pump. If the speed continues to increase, the throttle device 20 , 26 , 21 regulates the useful flow even more because of the ever smaller annular space 26 , so that the partial flow increases still further. In this way, the desired falling characteristic curve of the flow is obtained.

Fig. 4 zeigt einen Stromregelkolben 30, dessen Steuerbereich eine zylindrische und daran anschließend eine konische Kontur 31 bzw. 32 hat. Mit dieser Kontur läßt sich ein noch steileres Absinken der Förderstrom-Kennlinie über der Drehzahl erreichen. FIG. 4 shows a flow control piston 30 , the control region of which has a cylindrical and then a conical contour 31 or 32 . This contour enables the flow rate characteristic curve to drop even more steeply over the speed.

Die Fig. 5A bis 5C lassen am kleinsten im Steuerbereich 25 liegenden Durchmesser des Stromregelkolbens 16 verschiedene Einstichausführungen erkennen. Der Viskositätseinfluß steigt hierbei in der Reihenfolge von A nach C. Die geringste Viskositätsabhängigkeit erzielt man mit einer zylindrischen Vertiefung 33 der Ausführung Fig. 5A. Die größte Viskositätsabhängigkeit erhält man mit der Kurve 34 nach Ausführung Fig. 5C. FIGS. 5A to 5C show 16 different puncture designs at the smallest diameter of the flow control piston lying in the control region 25 . The influence of viscosity increases in the sequence from A to C. The lowest viscosity dependence is achieved with a cylindrical recess 33 of the embodiment in FIG. 5A. The greatest viscosity dependency is obtained with curve 34 according to FIG. 5C.

BezugszeichenReference numerals

1 Antriebswelle
2 Rotor
3 Flügel
4 Stirnplatte
5 Druckplatte
6 Kurvenring
7 Druckraum
8 Durchbruch
9 -
10 Durchbruch
11 Ringkammer
12 Zulaufbohrung
13 Einlaßkanal
14 Gehäusebohrung
15 Feder
16 Stromregelkolben
17 Steuerbund
18 Bohrung
19 -
20 Radiale Bohrung
21 Radiale Bohrung
22 Auslaßbohrung
23 Bund
24 Bund
25 Steuerbereich
26 Ringraum
27 Kanal
28 Kammer
30 Stromregelkolben
31 zylindrische Kontur
32 konische Kontur
33 zylindrische Vertiefung
34 Kurve 1 drive shaft
2 rotor
3 wings
4 face plate
5 pressure plate
6 curve ring
7 pressure chamber
8 breakthrough
9 -
10 breakthrough
11 ring chamber
12 inlet bore
13 inlet duct
14 housing bore
15 spring
16 flow control pistons
17 tax union
18 hole
19 -
20 radial bore
21 Radial bore
22 outlet bore
23 fret
24 fret
25 control area
26 annulus
27 channel
28 chamber
30 flow control pistons
31 cylindrical contour
32 conical contour
33 cylindrical recess
34 curve

Claims

1. Control device for positive displacement pumps, in particular vane pumps with the following features:

a front end face of a flow control piston displaceable in a housing bore projects into a pressure chamber of the pump,
a rear end face projects into a chamber which is connected downstream of a throttle device to an inlet duct leading to a consumer,
- the flow control piston releases a connection from the pressure chamber of the pump to a return line depending on a differential pressure,

characterized by the following features:

- The housing bore ( 14 ) for receiving the flow control piston ( 16 ) has interconnected radial bores ( 20 and 21 ) for the supply and discharge of the consumer current and
- The bores ( 20 and 21 ) open into a control area ( 25 ) of the control piston ( 16 ) closed by collars ( 23 and 24 ), and the control area ( 25 ) provides a connection to the two radial bores ( 20 and 21 ) in the form variable throttle bodies.

2. Control device according to claim 3, characterized in that the smallest diameter of the control region ( 25 ) lying between the collars ( 23 and 24 ) is designed according to the desired viscosity dependency with a cylindrical recess ( 33 ) or with a curve ( 34 ).

3. Control device according to claim 1, characterized in that the two radial bores ( 20 and 21 ) are aligned.

4. Control device according to claim 1, characterized in that the between the collars ( 23 and 24 ) of the flow control piston ( 16 ) lying control area ( 25 ) is conical or provided with a curved contour.