DE4124583C2 - Flügelzellenpumpe mit variabler Leistung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flügelzellenpumpe mit variabler Leistung zur Verwendung in einer Servolenkungs­ einheit oder ähnlichem, gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei Kraftfahrzeugen werden Flügelrad- oder Flügelzellenpumpen mit variabler Leistung verwendet, bei welchen das Abgabevolumen in Ab­ hängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Pumpe variabel ist, um die Servolenkungssteuerung zu regeln. Die japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung 59-1 59 793 zeigt beispiels­ weise eine bekannte Flügelradpumpe mit variabler Leistung. Die Flügelradpumpe wird nachfolgend in Zusammenhang mit Fig. 7 beschrieben.

Die bekannte Flügelradpumpe, welche in Fig. 7 gezeigt ist, umfaßt ein Pumpengehäuse A, in welchem eine Antriebswelle B gelagert ist, sowie einen Kurvenring C und einen Rotor D, welcher an der Antriebswelle B zur gemeinsamen Drehung mit dieser innerhalb des Kurvenringes C befestigt ist. Die Antriebswelle B ist antriebsmäßig mit dem Rotor verbunden, um sich in Gegenuhrzeigerrichtung zu drehen, sowie dies in Fig. 7 durch den Pfeil dargestellt ist. Der Rotor D weist eine Anzahl von Flügeln E auf, welche jeweils in einem radialen Schlitz, welche gleichmäßig beabstandet am Umfang des Rotors D angeordnet sind, radial bewegbar gelagert sind. Bei einer Drehung der Antriebswelle B dreht sich der Rotor D, wobei die Flügel in gleitendem Kontakt mit der inneren Kurvenfläche des Kurvenringes C gehalten werden, um Öl durch einen Einlaßkanal G in die Pumpe einzuführen und druckbeaufschlagtes Öl durch einen Auslaßkanal H von der Flügelpumpe abzuführen. Das druckbeaufschlagte Öl wird über eine Auslaßleitung I, welche mit einer Drossel J versehen ist, einem Servolenkungs-Regelventil zugeführt.

Ein Steuermechanismus K dient zur Steuerung des exzentri­ schen Betrages e des Zentrums 02 des Kurvenringes C bezüg­ lich des Zentrums 01 des Rotors D, um die Verdrängung der Flügelpumpe zu variieren. Diese Steuerung erfolgt aufgrund eines Öldruckdifferentials an der Drossel J. Zu diesem Zwecke nimmt der Steuermechanismus K einen Öldruck P1 auf, welcher diesem durch eine Leitung L zugeführt wird, welche mit der Auslaßleitung I an einer Stelle stromauf der Drossel J verbunden ist, sowie einen Öldruck P2, welcher dem Steuer­ mechanismus K durch eine Leitung M zugeführt wird, welche mit der Auslaßleitung I an einer Stelle stromab der Drossel J verbunden ist. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Antriebs­ welle B zunimmt, steigt die durch den Auslaßkanal H abge­ gebene Ölmenge, um den Druckunterschied (P1-P2) an der Drossel J zu steigern. Wenn der Druckunterschied an der Drossel J einen vorbestimmten Wert erreicht, schwenkt der Steuermechanismus K den Kurvenring C aus seiner maximal ex­ zentrischen Stellung (Fig. 7) in eine Richtung, in welcher der Betrag e der Exzentrizität abnimmt, um die durch den Auslaßkanal H abgegebene Ölmenge zu vermindern.

Bei der bekannten Flügelradpumpe bleibt jedoch der Fluid­ druck P1 wesentlich größer als der Fluiddruck P2. Dies führt zu einem Anstieg des inneren Druckes der Flügelradpumpe, welcher wiederum zu einem Leistungsverlust und einem Anstieg der Öltemperatur führt. Dieser Effekt tritt auf, da die Drossel J in der Auslaßleitung I angeordnet ist.

Die DE-OS 28 06 956 beschreibt eine Flügelradpumpe mit variabler Leistung, bei welcher der Bodenbereich zumindest eines der Schlitze, in welchem ein Flügel angeordnet ist, welcher nach innen bewegbar ist, über eine mit einer Drosselöffnung versehene Leitung mit dem Auslaßkanal verbunden ist. Ein weiterer Bodenbereich zumindest eines der Schlitze ist mit einer Ansaugleitung verbunden. Der Nachteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß ein relativ großer Druckunterschied an der Einrichtung zur Bewegung des Kurvenringes erforderlich ist, welcher den Wirkungsgrad der Pumpe erheblich beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flügelradpumpe der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und einfacher Betriebsweise einen Anstieg des inneren Druckes der Flügelradpumpe vermeidet und sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmalskombina­ tion des Hauptanspruches gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird eine Flügelradpumpe mit variabler Leistung geschaffen. Diese Flügelradpumpe umfaßt einen Kurvenring, einen Rotor, welcher drehbar in dem Ring ange­ ordnet ist und eine Anzahl von radialen Schlitzen aufweist, sowie Flügel, welche in den jeweiligen Schlitzen radial nach innen und nach außen bewegbar sind, wobei die Schlitze je­ weils einen Boden aufweisen. Weiterhin ist eine Pumpkammer vorgesehen, welche zwischen dem Kurvenring und dem Rotor gebildet wird, wobei die Pumpkammer einen Auslaßkanal und einen Einlaßkanal aufweist. Weiterhin sind Mittel vorge­ sehen, um den Boden zumindest eines der Schlitze, welche Flügel aufweisen, welche sich nach innen in dem jeweiligen Schlitz bewegen, mit dem Auslaßkanal der Pumpkammer über eine Leitung zu verbinden, wobei in der Leitung eine Drossel angeordnet ist. Weiterhin sind Mittel zur Bewegung des Kurvenringes bezüglich des Rotors vorgesehen, um die Leistung der Pumpe in Abhängigkeit von einem Druckdifferen­ tial an der Drossel zu variieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Aus­ führungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Flügel­ radpumpe mit variabler Leistung,

Fig. 2 eine Längs-Schnittansicht der in Fig. 1 gezeigten Pumpe,

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III von Fig. 2,

Fig. 4 und Fig. 5 schematische Darstellungen eines weiteren Aus­ führungsbeispieles der erfindungsgemäßen Flügelradpumpe mit variabler Leistung,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Flügel­ radpumpe, und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Flügelradpumpe nach dem Stand der Technik.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flügelradpumpe mit variabler Leistung. Die Flügelradpumpe, welche allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist, umfaßt ein Pumpengehäuse 11, welches aus einem Pumpenkörper 11a und einer Rückplatte 11b besteht, welche parallel und beabstandet zueinander angeordnet sind, wie in Fig. 2 dargestellt. Das Pumpengehäuse 11 nimmt eine Antriebswelle 12, einen Rotor 14 und einen Kurvenring 20 auf. Die Antriebswelle 12 erstreckt sich durch das Pumpenge­ häuse 11. Der Rotor 14 ist an der Antriebswelle 12 zur gleichzeitigen Drehung mit dieser innerhalb des Kurvenringes 20 befestigt. Eine Pumpkammer 24, welche zwischen dem Rotor 14 und dem Kurvenring 20 ausgebildet ist, weist einen Ein­ laßkanal 25 auf, welcher an ihrem unteren Bereich ausgebil­ det ist, sowie einen Auslaßkanal 26, welcher an ihrem oberen Bereich vorgesehen ist. Die Auslaß- und Einlaßkanäle 25 und 26 sind auf einer vertikalen diagonalen Linie angeordnet, welche sich durch das Zentrum 01 des Rotors 14 erstreckt. Der Rotor 14 weist eine Anzahl von Flügeln 15 auf, welche zur radialen Bewegung jeweils in radialen Schlitzen 16 an­ geordnet sind, welche gleichmäßig um den Umfang des Rotors 14 beabstandet angeordnet sind. Der Kurvenring 20 umfaßt einen Betätigungsarm 22, welcher einstückig mit diesem ausgebildet ist und ist bei 23 schwenkbar an dem Pumpenge­ häuse 11 so gelagert, daß er um den Schwenkpunkt 23 in Uhrzeigerrichtung und Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkbar ist.

Unterhalb des Pumpengehäuses 11 ist ein Steuermechanismus 30 vorgesehen, um den Betätigungsarm 22 zu bewegen, um auf diese Weise den Kurvenring 20 um den Schwenkpunkt 23 über einen Winkel R bezüglich seiner neutralen Stellung zu schwenken, um den Betrag e der Exzentrizität des Zentrums 02 des Kurvenrings 20 bezüglich des Zentrums 01 des Rotors 14 zu variieren. Der Steuermechanismus 30 umfaßt ein zylin­ drisches Gehäuse 31, welches einstückig mit dem Pumpenge­ häuse 11 ausgebildet ist. Das zylindrische Gehäuse 31 ist an seinen gegenüberliegenden Enden geschlossen, um erste und zweite geschlossene Druckkammern 32 und 36 an den gegenüberliegenden Seiten des Betätigungsarmes 22 zu bilden. Die erste Druckkammer 32 nimmt einen ersten Kolben 33 auf, welcher in der ersten Druckkammer hin und her bewegbar gelagert ist. Eine Druckfeder 34 ist in der ersten Druckkammer 32 angeordnet, um den ersten Kolben 33 in einer Richtung vorzuspannen, welche ein elastisches Bauteil 35 gegen eine Seite des Betätigungsarmes 22 drückt, um den Kurvenring 20 in Uhrzeigerrichtung, wie in Fig. 1 gezeigt zu drehen. Die zweite Druckkammer 36 nimmt einen zweiten Kolben 37 auf, welcher zu einer hin und her gehenden Bewegung in der zweiten Druckkammer 36 angeordnet ist. Eine Druckfeder 38 ist in der zweiten Druckkammer 36 eingesetzt, um den zweiten Kolben 37 in einer Richtung vorzuspannen, in welcher ein elastisches Bauteil 39 gegen die gegenüberliegende Seite des Betätigungsarmes 22 gedrückt wird, um den Kurvenring 20 gegen die Uhrzeigerrichtung, wie in Fig. 1 gezeigt, zu drehen. Die Druck-Spiralfeder 38 weist die gleiche Federkraft auf, wie die Druck-Spiralfeder 34.

Bei einer Drehung der Antriebswelle 12 dreht sich der Rotor 14 in Gegenuhrzeigerrichtung, gemäß der Darstellung von Fig. 1, wobei die äußeren Enden der Flügel 15 in gleitendem Kontakt mit der inneren Kurvenfläche 21 des Kurvenringes 20 gehalten werden, um das durch den Einlaßkanal 25 eingeführte Öl zu dem Auslaßkanal 26 zu pumpen. Die Flügel 15, welche oberhalb einer horizontalen Linie angeordnet sind, welche sich durch das Zentrum 01 des Rotors 14 erstreckt, das heißt auf der Saugseite der Pumpkammer 24, bewegen sich radial nach außen in ihren jeweiligen Schlitzen 16, bedingt durch die auf sie aufgebrachten Zentrifugalkräfte, während die Flügel 15, welche unterhalb der horizontalen Linie ange­ bracht sind, das heißt an der Auslaßseite der Pumpkammer 24, sich in den jeweiligen Schlitzen 16 radial nach innen bewegen.

In dem Pumpkörper 11a und/oder der Rückplatte 11b ist eine im wesentlichen halbkreisförmige Nut 18 ausgebildet, um die Böden 17 der Schlitze 16, welche an der Auslaßseite der Pumpkammer 24 angeordnet sind, in der sich die jeweiligen Flügel 15 radial nach innen bewegen, zu verbinden. In ähnlicher Weise ist eine weitere halbkreisförmige Nut 19 in dem Pumpenkörper 11a und/oder der Rückplatte 11b ausgebil­ det, um die Böden 17 der Schlitze 16, welche sich auf der Ansaugseite der Pumpkammer 24 befinden, bei welcher sich die jeweiligen Flügel 15 radial nach innen bewegen zu verbinden.

Das druckbeaufschlagte Öl, welches von der Pumpkammer 24 durch den Auslaßkanal 26 abgegeben wird, wird durch eine Auslaßleitung 40 in eine nicht dargestellte Servolenkungs- Steuereinheit geleitet, sowie durch eine Leitung 41 in die zweite Druckkammer 36. Die Leitung 41 ist über eine Leitung 42 mit der Nut 19 verbunden, um den abgegebenen Öldruck den Bodenbereichen 17 der Flügel 15 zuzuführen, welche sich radial nach außen in den jeweiligen Schlitzen 16 bewegen. Die Nut 18 ist durch eine Leitung 43 mit der ersten Druck­ kammer 32 verbunden. Die Leitung 43 ist auch mit der Auslaß­ leitung 40 über eine Leitung 44, die mit einer Drossel 45 versehen ist, verbunden.

Im nachfolgenden wird die Betriebsweise der oben beschrie­ benen Flügelradpumpe erläutert:
Jedem Schlitz 16 wird an dessen Boden 17 durch die Nut 19 ein Öldruck von dem Auslaßkanal 26 zugeführt, wenn er sich an der Saugseite der Pumpkammer 24 befindet. Der zugeführte Öldruck wird durch die radial nach innen gerichtete Bewegung des zugeordneten Flügels 15 in dem Schlitz 16 mit Druck beaufschlagt, wenn sich der Schlitz 16 in der Abgabeseite der Pumpkammer 24 befindet. Der druckbeaufschlagte Öldruck wird durch die Nut 18 zu der Leitung 43 abgegeben. Dies führt zu dem Ergebnis, daß der Öldruck P1 in der Leitung 43, welche stromauf der Drossel 45 angeordnet ist, höher ist, als der Öldruck P2 in der Leitung 40, welche stromab der Drossel 45 angebracht ist. Das Druckdifferential (P1-P2) steigt wie die von der Nut 18 abgegebene Ölmenge an, das heißt, so wie die Pumpen-Drehgeschwindigkeit ansteigt. Wenn das Druckdifferential (P1-P2) einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird die Kraft, welche auf den Betätigungsarm 22 von dem Kolben 33 wirkt, größer als die Kraft, welche von dem Kolben 37 auf den Betätigungsarm 22 einwirkt, um den Kurvenring 20 aus seiner maximal exzentrischen Stellung (Fig. 1 und 3) in Uhrzeigerrichtung zu drehen, wie in Fig. 1 gezeigt, um das Maß e der Exzentrizität zu verringern, um die Menge des durch den Auslaßkanal 26 abgegebenen Öles zu reduzieren.

In den Fig. 4 und 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Flügelradpumpe mit variabler Leistung gezeigt. Bei dieser Abwandlung ist ein einstellbares Ablaß­ ventil 50 in einer Leitung 51 vorgesehen, welche zwischen der Leitung 41 und dem Auslaßkanal 25 der Flügelpumpe zwischengeschaltet ist. Das Auslaßventil 50 antwortet auf den Druck P2 an dem Auslaßkanal 26 durch Ablassen oder Entlasten des Druckes in der Leitung 41, um den Druck in dem Zylinder 36 an den Druck an dem Auslaßkanal 25 anzugleichen, wenn der Druck P2 an dem Auslaßkanal 26 einen vorbestimmten Wert übersteigt. Das führt zu dem Ergebnis, daß die Kraft, welche auf den Betätigungsarm 22 von dem Kolben 33 wirkt, die Kraft übersteigt, welche von dem Kolben 37 auf den Betätigungsarm 22 wirkt, um den Kurvenring 20 in Uhrzeigerrichtung, gemäß der Darstellung in Fig. 4, in dessen neutrale Stellung (5) zu drehen, in welcher der Betrag e der Exzentrizität null ist. Hieraus ergibt sich die Wirkung, daß verhindert wird, daß die Flügelpumpe unnötiger Weise arbeitet. Es ist deshalb möglich, den Energieverbrauch der Pumpe weiter zu reduzieren und weiterhin einen Anstieg der Öltemperatur zu unter­ drücken. Bevorzugterweise ist in der Leitung 41 an einer Stelle zwischen den Leitungen 28 und 51 eine Drossel 52 vor­ gesehen, um den Druck P2 an dem Auslaßkanal 26 der Flügel­ pumpe zu regulieren.

Die Fig. 6 zeigt ein weiteres modifiziertes Ausführungsbei­ spiel der erfindungsgemäßen Flügelradpumpe mit variabler Leistung. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Drossel 45 durch eine Drossel 60 ersetzt, welche eine Bauart mit einem variablen wirksamen Querschnittsbereich aufweist. Die Drossel 60 mit dem variablen Querschnittsbereich umfaßt ein Gehäuse 61 mit einer festen Dosieröffnung 62. Ein Kolben 63 ist in dem Gehäuse 61 so gelagert, daß er in die feste Öffnung 62 hineinbewegbar und aus dieser herausbewegbar ist.

Eine Vorspannfeder 64 ist zwischen dem rückseitigen Ende des Kolbens 63 und dem Gehäuse 61 eingesetzt, um den Kolben 63 in Richtung auf seine Stellung, in welcher er die Öffnung 62 vollständig öffnet vorzuspannen. Eine elektrische Windung 65 ist elektromagnetisch mit dem Kolben 63 gekoppelt. Wenn die elektrische Windung 65 durch Anlegen einer elektrischen Spannung mit Energie beaufschlagt wird, bewegt sich der Kolben 63 in die Öffnung 62, um den wirksamen Querschnitts­ bereich der Öffnung 62 zu reduzieren. Der elektrische Strom wird von einer nicht dargestellten Steuereinheit auf die elektrische Windung 65 aufgebracht, welche den wirksamen Querschnittsbereich der Öffnung 62 in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Fahrzeuges, insbesondere der Fahr­ zeuggeschwindigkeit und ähnlichem variiert, um die Flügel­ pumpe mit höherem Wirkungsgrad zu betreiben.

Erfindungsgemäß ist in einer Leitung, welche zwischen dem Auslaßkanal der Flügelpumpe und dem Steuerventil für die Servolenkung zwischengeschaltet ist, keine Drossel vorge­ sehen. Dies führt dazu, daß ein interner Druckanstieg in der Pumpe vermieden wird, daß ein Anstieg der Öltemperatur unterdrückt wird und daß Energieverluste minimiert werden. Wenn die erfindungsgemäße Flügelradpumpe mit variabler Leistung bei einer Kraftfahrzeug-Servolenkungseinheit ver­ wendet wird, wird die Antriebswelle 12 durch den Kraftfahr­ zeugmotor angetrieben. Es ist deshalb möglich, den Öldruck, welcher der Servolenkungseinheit zugeführt wurde, in Über­ einstimmung mit der Drehzahl des Kraftfahrzeugsmotors ein­ zustellen.

Claims (3)

1. Flügelzellenpumpe mit variabler Leistung mit einem Kurvenring (20), mit einem Rotor (14), welcher drehbar in dem Kurvenring (20) angeordnet ist und der mehrere radiale Schlitze (16) aufweist, welche jeweils mit einem Bodenbereich (17) versehen sind und in welchen jeweils Flügel (15) radial nach innen und nach außen bewegbar angeordnet sind, mit einer Pumpkammer (11), welche einen Einlaßkanal (25) und einen Auslaßkanal (26) umfaßt, mit einer Einrichtung (18) um den Bodenbereich (17) zumindest eines der Schlitze (16) auf der Auslaßseite der Pumpkammer (11) über eine Leitung (44) und eine in dieser Leitung angeordnete Drosselöffnung (45, 60) mit dem Auslaßkanal (26) der Pumpkammer (11) zu verbinden, und mit einer Steuereinrichtung (30) zur Bewegung des Kurvenringes (20) relativ zu dem Rotor (14) zur Veränderung der Leistung der Flügelradpumpe (10) in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz (P1-P2) an der Drosselöffnung (19, 42) um den Bodenbereich zumindest eines der Schlitze (16) auf der Ansaugseite der Pumpkammer (11) mit dem Auslaßkanal (26) der Pumpkammer (11) zu verbinden.

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnung (60) einen veränderbaren Querschnittsbereich aufweist, und daß die Drosselöffnung (60) eine Einrichtung zur Veränderung des Querschnittsbereiches der Drosselöffnung (60) in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal umfaßt.

3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Druckentlastungseinrichtung (50), welche in Abhängigkeit vom Druck im Auslaßkanal (26) zum Verbinden des Einlaßkanals (25) mit dem Auslaßkanal (26) betätigbar ist, wenn der Druck einen vorgegebenen Wert überschreitet.