DE4119207A1 - Hydraulikpumpe fuer eine servolenkanordnung - Google Patents

Description

Es wird Bezug genommen auf folgende Anmeldungen:
US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 07/5 72 894 von Nizuo Ohtaki et al., die am 24. August 1990 eingereicht wurde mit dem Titel "FLUID PUMP UNIT WITH FLOW CONTROL VALVE (Fluid­ pumpeneinheit mit Durchflußsteuerventil)" und auf die US-Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 07/6 67 427 von Kazuyoshi Hara et al., die am 11. März 1991 eingereicht wurde mit dem Titel "ROTARY-VANE PUMP (Rotationsflügelpum­ pe)". Diese US-Patentanmeldung entspricht der deutschen Pa­ tentanmeldung P 41 08 126.9, die am 13. März 1991 einge­ reicht wurde.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hydraulik­ pumpe und insbesondere auf eine Rotationsflügelpumpe für Servolenkanordnungen von Kraftfahrzeugen.

Für Servolenkanordnungen von schnellfahrenden Fahrzeugen besteht eine verstärkte Forderung darin, daß mit wachsender Fahrgeschwindigkeit die Lenkreaktion erhöht werden sollte. Diese Reaktionsweise ist beabsichtigt, um dem Fahrer des Fahrzeuges ein verläßliches Gefühl für die Straße auch bei hohen Geschwindigkeiten zu geben. Die erhöhte Förderleistung der Pumpe bei höheren Umlaufgeschwindigkeiten verstärkt jedoch die hydraulische Lenkhilfe, und das Verhältnis der vom Fahrer aufzuwendenden Kraft wird reduziert. Ein verläßliches Gefühl für die Straße geht daher verloren.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine Hydraulikpumpe zu schaffen, in der mit wachsender Umlaufgeschwindigkeit der Pumpe die Förderung des unter Druck stehenden Hydraulikfluiddurchflusses reduziert wird.

Im besonderen besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Hydraulikpumpe zu schaffen, die ohne irgendeine äußere Unterstützung die Förderung des unter Druck stehenden Hydraulikfluiddurchflusses bei höheren Umlaufgeschwindigkei­ ten der Pumpe reduziert.

Demgemäß schafft die vorliegende Erfindung eine Hydraulikpumpe mit einer Achse, einer Druckkammer der Pumpe, einem Förderkanal in Fluidverbindung mit der Druckkammer, einem Nockenring mit einer inneren Nockenfläche, einem Rotor, der innerhalb des Nockenrings angeordnet ist und der mit radialen Schlitzen ausgebildet ist, mit Flügeln, die in den Schlitzen des Rotors verschiebbar in direktem Kontakt mit der inneren Nockenfläche geführt werden und die sich in den radialen Schlitzen hin und her bewegen im Ansprechen auf eine Umlaufgeschwindigkeit des Rotors in Relation zum Nockenring, wobei eine hydraulische Fluideinrichtung vorgesehen ist, die wirksam ist, hydraulisches Fluid den radialen Schlitzen des Rotors zuzuführen und die eine Einrichtung zum Drosseln des Durchflusses der Hydraulikfluidförderung von jedem der Schlitze beim Förderhub eines zugeordneten Flügels der Flügel aufweist, und wobei eine variable Durchflußdrossel-Ventileinrichtung vorgesehen ist, die zumindest wirksam ist, im Ansprechen auf einen Flügelrückhaltedruck in jedem der Schlitze beim Förderhub eines zugeordneten Flügels der Flügel die hydraulische Fluiddurchflußverbindung zwischen der Druckkammer und dem Förderkanal zu drosseln.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Hydraulikpumpe ent­ sprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1 mit einer Abschlußplatte, die in gestrichelter Linie ge­ zeigt ist;

Fig. 3 einen Teilschnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2;

Fig. 4 ein Schema zur Erläuterung der Arbeitsweise; und

Fig. 5 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Förder­ durchfluß und der Umlaufgeschwindigkeit der Pumpe und die Beziehung zwischen unterschiedlichen Drücken und der Umlaufgeschwindigkeit der Pumpe zeigt.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 nimmt ein Gehäuse 18, das mittels einer Abdeckung 21 verschlossen wird, einen Nockenring 4 auf, der zwischen zwei Abschlußplatten 5 und 6 angeordnet ist. Der Nockenring 4 ist mit einer inneren Nockenfläche ausgebildet und mittels der Abschlußplatten 5 und 6 gegen Drehung gesichert. Ein mit radialen Schlitzen versehener zylindrischer Rotor 3 ist mit einer Antriebswelle 2 verbunden und in der Nockenwelle 4 angeordnet. In den Schlitzen 3b (siehe Fig. 4) des Rotors 3 werden Flügel 3a verschiebbar in direktem Kontakt mit der inneren Nockenfläche des Nockenrings 4 geführt und bewegen sich in den radialen Schlitzen 3b hin und her im Ansprechen auf die Umlaufgeschwindigkeit der Pumpe. Zwischen dem Außenumfang des Nockenrings 4 und der Abdeckung 21 ist in der Abdeckung 21 eine Druckkammer 8 ausgebildet, die das Druckmedium sammelt, das radial auswärts vorbei an dem Nockenring 4 durch Öffnungen, von denen nur eine als 1 gezeigt ist, gefördert wird. In Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit der Pumpe gestattet ein Durchflußsteuerventil 20 einem Druckmedium aus der Druckkammer 8 in ein Paar Auslaßkanäle, von denen nur einer mit 10 gezeigt ist, zu fließen. Das Durchflußsteuerventil 20 weist einen auf Druck ansprechenden Kolben 14 auf, der in einer Kolbenbohrung 9 des Gehäuses 18 aufgenommen ist. Die Bohrung 9 weist ein Ende auf, das direkt zur Druckkammer 8 hin geöffnet ist und weist ein entgegengesetztes Ende auf, das geschlossen ist. Der Kolben wird mittels einer Feder 15, die in einer Abstützkammer 16, die durch eine Bohrung 9 zwischen dem Kolben 14 und dem geschlossenen Ende der Bohrung 9 definiert wird, beaufschlagt. Eine Öffnung 17 öffnet sich zu der Abstützkammer 16 des Durchflußsteuerventils 20 hin. Ein Förderdruck wird in bekannter Art zu dieser Öffnung 17 aus einem Förderkanal bzw. einer Öffnung 13 übertragen. Von dieser Förderöffnung 13 wird das Druckmedium zu einem Verbraucher gefördert, der z. B. eine Servolenkanordnung ist. Wie man am besten in Fig. 3 sieht, steht die Förderöffnung 13 in Verbindung mit der Druckkammer 8 mittels einer ersten Drosselbohrung 23 und einer zweiten Drosselbohrung 24, die parallel zwischen der Druckkammer 8 und der Förderöffnung 13 angeordnet sind. Wie man am besten in Fig. 2 sieht, erstrecken sich die Ablaufkanäle 10 durch das Gehäuse 18 und kommuniszieren mit einem Zuführkanal 11.

Ein Druckmedium wird aus der Druckkammer 8 den Schlitzen 3b des Rotors 3 mittels einer hydraulischen Fluideinrichtung, die im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet ist, zugeführt. Wie man am besten in Fig. 3 sieht, weist die hydraulische Fluideinrichtung 30 zwei erste Nuten 31a und zwei zweite Nuten 31b auf. Zwischen einer der ersten Nuten 31a und einer der angrenzenden zweiten Nuten 31b ist eine Drosselnut 32 angeordnet. Ein Satz dieser Nuten 31a, 32b und 32 sind in der Abschlußplatte 6 ausgebildet. Die ersten Nuten 31a sind innerhalb des Einlaßbereichs des Nockenrings 4 angeordnet, und die zweiten Nuten sind innerhalb des Förderbereichs des Nockenrings 4 angeordnet. Die ersten Nuten 31a stehen in Fluidverbindung mit der Druckkammer 8 in bekannter Weise. Während des Umlaufens des Rotors 3 bewegt sich jeder der Flügel 3a solcherart hin und her, daß diese sich radial nach außen bewegen, während sie jede der Einlaßbereiche passieren und sich dann radial nach innen bewegen, während sie jede der Förderbereiche passieren. Solcherart kommunisziert jede der ersten Nuten 31a mit jeder der Schlitze 3b bein Einlaßhub des einen zugeordneten der Flügel 3a, und jede der zweiten Nuten 31b kommunisziert mit jedem der Schlitze 3b beim Förderhub des zugeordneten einem der Flügel 3a. Das Druckmedium, das den ersten Nuten 31a aus der Druckkammer 8 zugeführt wird, wird in jede der Nuten 3b beim Einlaßhub des zugeordneten einen der Flügel 3a angesaugt und danach in eine angrenzende der zweiten Nuten 31b gefördert. Infolge der Schaffung der Drosselnuten 32 wird die Förderung des Hydraulikfluids aus der zweiten Nut 31b begrenzt oder gedrosselt, so daß ein Druck innerhalb jeder der zweiten Nuten 31b immer höher ist, als ein Druck innerhalb der Druckkammer 8, und der Druck wächst im Ansprechen auf die Umlaufgeschwindigkeit der Pumpe.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 wird ein variables Durchflußdrosselventil erläutert. Dieses Ventil weist einen Ventilkolben 27 auf, der verschiebbar in einer Ventilbohrung 29, die in dem Gehäuse 18 ausgebildet ist, angeordnet ist. Wie man am besten in Fig. 3 sieht, kreuzt die Ventilbohrung 29 die erste Drosselbohrung 23 stromabwärts der Austrittsöffnung 25. Die Ventilbohrung weist ein Ende auf, das mittels einer Abschlußplatte 6 geschlossen ist, kommunisziert aber mit der angrenzenden zweiten Nut 31b über einen Drosselkanal 33, der durch die Abschlußplatte 6 hindurchgehend ausgebildet ist. Ein entgegengesetztes Ende der Ventilbohrung 29 kommunisziert mit der Förderöffnung 13. Der Ventilkolben 27 weist ein Ende auf, das einem Flügelrückhaltedruck in der zweiten Nut 31b ausgesetzt ist und weist ein entgegengesetztes Ende auf, das einem Förderdruck in der Förderöffnung 13 ausgesetzt ist. Eine Feder 28, die in der Ventilbohrung 29 angeordnet ist, drängt den Ventilkolben 27 in eine Federversatzposition, wie in Fig. 3 dargestellt ist. In dieser Federversatzposition öffnet der Ventilkolben 27 vollständig die erste Drosselbohrung 23. Da der Flügelrückhaltedruck wächst, wird der Ventilkolben 27 gegen die Feder 28 beaufschlagt, um den Öffnungsgrad der ersten Drosselbohrung 23 zu vermindern.

In Fig. 3 weist die erste Drosselbohrung 23 ein Ende auf, das mit der Austrittsöffnung 25, die sich zu der Druckkammer 8 hin öffnet, kommunisziert und weist ein entgegengesetztes Ende auf, das sich zu dem Förderkanal 13 hin öffnet, während die zweite Drosselbohrung 24 ein Ende aufweist, das sich zu der Druckkammer 8 hin öffnet und ein entgegengesetztes Ende aufweist, das mit der Austrittsöffnung 26, die sich zu dem Förderkanal 13 hin öffnet, kommunisziert. Auf diese Weise sind die ersten und zweiten Drosselbohrungen 23 und 24 parallel zwischen der Druckkammer 8 und dem Förderkanal 13 angeordnet.

Die Arbeitsweise wird anhand der Fig. 4 und 5 näher erläutert. In Fig. 4 zeigt das Bezugszeichen A einen Einlaßbereich des Nockenringes 4, während das Bezugszeichen B einen Förderbereich des Nockenringes 4 zeigt. Während der Drehung des Rotors 3 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn, wie in Fig. 4 zu sehen ist, saugt der Schlitz 3b beim Einlaßhub des Flügels 3a Druckmedium aus der ersten Nut 31a an, und der Schlitz 3b fördert beim Förderhub des Flügels 3a Druckmedium in die zweite Nut 31b. Wie man am besten in Fig. 4 sieht, ist jeder der Schlitze 3b am Nutboden vergrößert, wie durch das Bezugszeichen 30 gezeigt wird.

In Fig. 5 zeigt die gestrichelte Linie D einen Förderdruck in dem Förderkanal 13, die Punkt-Strich-Linie P zeigt einen Druck in der Druckkammer 8 und die Zweipunkt-Strichlinie zeigt einen Flügelrückhaltedruck V in der zweiten Nut 31b. Die voll ausgezogene Linie F zeigt eine Durchflußgeschwindigkeit des Druckmediums, das durch den Förderkanal 13 gefördert wird.

Wenn die Umlaufgeschwindigkeit der Pumpe niedriger als eine Geschwindigkeit N₁ ist, befinden sich sowohl das Durchflußsteuerventil 20 als auch das variable Durchflußdrosselventil 27 in den Federversatzpositionen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind. Somit wächst die Durchflußgeschwindigkeit mit wachsender Umlaufgeschwindigkeit. Bei der Geschwindigkeit N₁ erreicht eine Differenz zwischen dem Druck in der Druckkammer 8 und dem Förderdruck in dem Förderkanal 13 einen Wert P₁, der genügend hoch ist, um die Kraft der Feder 15 zu überwinden und den Kolben 14 des Durchflußsteuerventils 20 zu beaufschlagen, den Ablaufkanal 10 zu öffnen, um dem Druckmedium zu gestatten, aus der Druckkammer 8 in die Ablaufkanäle 10 zu fließen. Somit wächst die Durchflußgeschwindigkeit geringfügig mit wachsender Umlaufgeschwindigkeit. Bei einer Umlaufgeschwindigkeit N₂, die höher als N₁ ist, erreicht eine Differenz zwischen dem Flügelrückhaltedruck in der zweiten Nut 13b und dem Förderdruck in dem Förderkanal 13 einen Wert P₂, der genügend hoch ist, um die Kraft der Feder 28 des variablen Durchflußdrosselventils 27 zu überwinden. Danach schließt der Kolben 27 allmählich den Öffnungsgrad der ersten Drosselbohrung 23. Somit vermindert sich die Durchflußgeschwindigkeit mit wachsender Umlaufgeschwindigkeit. Bei einer Umlaufgeschwindigkeit N₃, die höher als N₂ ist, wird die Drosselbohrung 23 vollständig geschlossen. Danach verbleibt die Durchflußgeschwindigkeit mit wachsender Umlaufgeschwindigkeit über N₃ hinaus im wesentlichen konstant.

Claims (9)

1. Hydraulische Pumpe gekennzeichnet durch eine Achse, eine Druckkammer (8) der Pumpe, einen Förderkanal (13), der in Fluidverbindung mit der Druckkammer (8) steht, einen Nocken­ ring (4) mit einer inneren Nockenfläche, einen Rotor (3), der in dem Nockenring (8) angeordnet ist und mit radialen Schlitzen (3b) ausgebildet ist, Flügeln (3a), die in den Schlitzen (3b) des Rotors (3) verschiebbar im direkten Kon­ takt mit der inneren Nockenfläche geführt werden und sich in den radialen Schlitzen (3b) im Ansprechen auf eine Umlaufge­ schwindigkeit des Rotors (3) in Relation zum Nockenring (4) hin und her bewegen, wobei eine hydraulische Fluideinrich­ tung (30) vorgesehen ist, die wirksam ist, hydraulisches Fluid den radialen Schlitzen (3b) des Rotors (3b) zuzuführen und die eine Einrichtung (32) zum Drosseln des Durchflusses der hydraulischen Fluidförderung aus jedem der Schlitze (3b) beim Förderhub eines zugeordneten Flügels der Flügel (3a) aufweist, und wobei eine variable Durchflußdrosselventileinrichtung (27) vorgesehen ist, die zumindest wirksam ist im Ansprechen auf einen Flügelrückhal­ tedruck in jedem der Schlitze (3b) beim Förderhub eines zu­ geordneten der Flügel (3a), um die hydraulische Fluiddurch­ flußverbindung zwischen der Druckkammer (8) und dem Förder­ kanal (13) zu drosseln.

2. Hydraulikpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Fluideinrichtung (30) eine erste Nut­ einrichtung (31a) aufweist, die mit jeder der Schlitze (3b) beim Förderhub des zugeordneten einen der Flügel (3a) kommu­ nisziert und eine zweite Nuteinrichtung (31b) aufweist, die mit jedem der Schlitze (3b) beim Förderhub des zugeordneten einen der Flügel (3a) kommunisziert, und daß die Drosselein­ richtung (32) zwischen erster (31a) und zweiter (31b) Nut­ einrichtung angeordnet ist.

3. Hydraulikpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, wobei die erste Nuteinrichtung (31a) in Fluidverbindung mit der Druckkammer (8) steht.

4. Hydraulikpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Durchflußdrosselventileinrichtung (27) einen Ventilkolben (27) umfaßt, der ein Ende aufweist, das dem Flügelrückhaltedruck in der zweiten Nuteinrichtung (31b) ausgesetzt ist.

5. Hydraulikpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (27) ein entgegengesetztes Ende hat, das einem Hydraulikdruck in dem Förderkanal (13) ausgesetzt ist.

6. Hydraulikpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Drosselbohrung (23) und eine zweite Drosselbohrung (24) parallel zwischen der Druckkammer (8) und dem Förderkanal (13) angeordnet sind, und daß das Ventilkolbenelement (27) in die erste Drosselbohrung (23) hinein bewegbar ist, um deren Öffnungsgrad zu variieren.

7. Hydraulikpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Durchflußdrosselventileinrichtung (27) eine Ventilbohrung (29) aufweist, die die erste Drosselbohrung (23) kreuzt, daß die Ventilbohrung (29) ein Ende aufweist, das über eine Drosselöffnung (33) mit der zweiten Nuteinrichtung (31b) kommunisziert und ein entgegengesetztes Ende aufweist, das mit dem Förderkanal (13) kommunisziert.

8. Hydraulikpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (27) in der Ventilbohrung (29) angeordnet ist und elastisch gegen das eine Ende der Ventilbohrung (29) mittels einer Feder (28) beaufschlagt ist.

9. Hydraulikpumpe nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Durchflußsteuerventileinrichtung (20), die auf eine Diffe­ renz zwischen einem Hydraulikdruck in der Druckkammer (8) und dem Hydraulikdruck in dem Förderkanal (13) zum Fördern von Hydraulikfluid aus der Druckkammer (8) anspricht.