DE4138516A1 - Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Pumpen der hier angesprochenen Art werden bei­ spielsweise in Lenkhilfsystemen eingesetzt und för­ dern ein spezielles Fluid beziehungsweise Öl, um eine Unterstützung der am Lenkrad beispielsweise eines Kraftfahrzeugs aufzubringenden Lenkkrafte zu bewirken. Vorzugsweise handelt es sich bei den hier angesprochenen Pumpen um Flügelzellenkumpen, die aus einem außerhalb der Pumpe vorgesehenen Vorrat, beispielsweise aus einem Tank, Öl nachsaugen. Der­ artige Pumpen sind mit einem als Stromregelventil bezeichneten Ventil ausgestattet, über das Öl aus dem Hochdruckbereich in den Ansaugbereich der Pumpe geleitet werden kann. Ab einer bestimmten Pumpen­ drehzahl und bei einer fest einstellbaren Förder­ menge öffnet das Ventil eine Abströmbohrung, in die unter hohem Druck stehendes Öl austreten kann. Das Öl gelangt in den Ansaugraum der Fördereinrichtung. Häufig ist eine ausreichende Füllung der Pumpe mit Hydrauliköl nicht gegeben. Überdies treten in den Öl führenden Kanalen aufgrund von Kavitation Schä­ den auf.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei unter­ schiedlichen Fördermengen einen kavitationfreien Betrieb der Pumpe zu ermöglichen, wobei eine aus­ reichende Füllung der Pumpe mit Hydrauliköl gewähr­ leistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Pumpe gemäß Oberbe­ griff des Anspruchs 1 mit Hilfe der in diesem An­ spruch genannten Merkmale gelöst. Durch den Injek­ tor, der einerseits mit unter hohem Druck stehenden Fluid beaufschlagt wird und andererseits Öl aus dem Zufuhrkanal in den Ansaugbereich der Fördereinrich­ tung fördert, wird für alle Betriebszustände eine ausreichende Füllung des Ansaugbereichs gesorgt. Andererseits werden aufgrund der guten Versorgung des Ansaugbereichs mit Hydrauliköl auf Kavitation beruhende Schaden vermieden.

Bevorzugt wird eine Ausführungsform der Pumpe, bei welcher der Einlaßbereich des Injektors nahe des Auslasses des Regelventils angeordnet ist, welches gegebenenfalls unter hohem Druck stehendes Fluid in eine Abströmbohrung austreten laßt. Das ener­ giereiche Fluid wird somit von dem Injektor aufge­ fangen, so daß Schaden innerhalb des Pumpengehäuses vermieden werden. Aufgrund der Tatsache, daß die Mündung des Injektors im Zufuhrkanal unmittelbar vor dem Ansaugbereich der Fördereinrichtung ange­ ordnet ist, wird eine optimale Heranführung des Fluids sichergestellt, so daß auch bei hohen För­ derleistungen der Pumpe Kavitationen vermieden wer­ den.

Des weiteren wird eine Ausführungsform der Pumpe bevorzugt, bei welcher der Grundkörper des Injek­ tors von einem Ringkanal umgeben ist, der mit dem Zufuhrkanal in Verbindung steht. Öl aus einem außerhalb der Pumpe vorgesehenen Ölvorrat, bei­ spielsweise aus einem Tank, wird durch den Ring­ kanal um den Injektor herumgeleitet, so daß eine besonders gute Ansaugwirkung sichergestellt ist, wobei der aus dem Injektor austretende Strahl an seiner gesamten Umfangs- beziehungsweise Mantel­ fläche optimal genutzt wird.

Weiterhin wird eine Ausführungsform der Pumpe be­ vorzugt, bei welcher der Grundkörper des Injektors als im wesentlichen rohrförmige Hülse ausgebildet ist. Ihre Eintrittsöffnung ist dem aus dem Re­ gelventil austretenden unter hohem Druck stehenden Fluid zugeordnet, ihre Austrittsöffnung der Ansaug­ kammer der Fördereinrichtung. Sowohl das aus dem Ventil austretende Öl als auch das mitgerissene Fluid aus dem Zulaufkanal werden in eine vorge­ gebene Richtung gelenkt, nämlich in den Ansaugbe­ reich der Fördereinrichtung. Dies gewährleistet eine gute Füllung des Ansaugbereichs, so daß Kavi­ tationen sicher vermieden werden.

Weitere Ausgestaltungen der Pumpe ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisierten Längsschnitt durch eine Pumpe und

Fig. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Injektor.

Im folgenden wird davon ausgegangen, daß die in der Figur dargestellte Pumpe 1 als Fördereinrichtung 3 eine Flügelzellenanordnung aufweist, die innerhalb des Gehäuses 5 der Pumpe angeordnet ist.

Die Pumpe 1 kann mit einem Lagerflansch 7 versehen sein, der beliebig ausgestaltet ist. Er ist hier daher lediglich gestrichelt umrissen.

Die in der Darstellung horizontal verlaufende An­ triebswelle 9 durchdringt den Lagerflansch 7 und wird dort von geeigneten Lagern gehalten. Er ist auf seinem im Inneren des Pumpengehäuses 5 angeord­ neten rechten Ende in einem Druckplattenträger 11 drehbar gelagert. Letzterer wird durch eine ge­ eignete Druckfeder 13, die sich einerseits an dem Druckplattenträger 11 und andererseits am Gehäuse 5 abstützt, gegen eine Druckplatte 15 gedrückt, die ihrerseits gegen einen Flügel 17 aufnehmenden Rotor 19 anliegt. Die Flügel sind radial verschiebbar in entsprechenden Schlitzen gelagert, die in den Rotor 19 eingebracht sind.

An der linken Seite des drehfest mit der Antriebs­ welle 9 verbundenen Rotors 19 liegt eine Seiten­ platte 21 an, die sich auf ihrer dem Rotor abge­ wandten Seite am Lagerflansch 7 abstützt.

Die Flügel 17 liegen mit ihren außerhalb des Rotors 19 liegenden Enden an einem Ring 23 an, so daß zwi­ schen den einzelnen Flügeln abgeschlossene Volumina gebildet werden. Die Innenfläche des Rings 23 weist über den Umfang des Rings gesehen verschiedene Ab­ stände zur Drehachse 25 der Pumpe 1 auf, so daß die zwischen den Flügeln 17 eingeschlossenen Raume bei einer Drehung des Rotors größer und kleiner werden, so daß Fluid aus einem Ansaugraum 27 der Pumpe 1 in einen Druckraum 29 gefördert wird. Dabei durch­ dringt das Fluid die Druckplatte 15.

Das von der Pumpe 1 geförderte Fluid wird von einem externen Vorratsbehalter, beispielsweise einem Tank geliefert, der mit einem oben im Gehäuse 5 vorge­ sehenen Sauganschluß 31 verbunden ist. Der Saugan­ schluß bildet einen Teil eines Zufuhrkanals 33, über den das Öl zum Ansaugraum 27 gelangt.

Der Zufuhrkanal 33 weist einen unter einem Bogen verlaufenden Bereich 35 auf, der zu einem unmittel­ bar in den Ansaugraum 27 mündenden Kanalabschnitt 37 führt.

Die Mittelachse 39 des Kanalabschnitts 37 fluchtet mit der Mittelachse 41 einer die Wandung des Gehäu­ ses 5 durchdringenden Bohrung 43. Das heißt, der Kanalabschnitt 37 kann durch eine in das Gehäuse 5 eingebrachte Bohrung hergestellt werden. Die Boh­ rung 43 ist durch einen Deckel 45 druckdicht abge­ schlossen.

Senkrecht zur Bildachse ist hier ein als Strom­ regelventil bezeichnetes Regelventil 47 angeordnet, welches in Richtung seiner Längsachse, also senk­ recht zur Bildebene, innerhalb einer Ventilbohrung 49 verlagerbar ist. Die Verlagerung erfolgt in Ab­ hängigkeit von dem im Druckraum 29 herrschenden Druck gegen die Kraft einer hier nicht dargestell­ ten Druckfeder. Die Ventilbohrung 49 ist also durch geeignete Kanäle im Pumpengehäuse mit dem Druckraum 29 verbunden. Die Funktion eines derartigen Strom­ regelventils ist bekannt, so daß hier nicht weiter darauf eingegangen wird.

Die Stellung des Ventils ändert sich in Abhängig­ keit vom Druck und von der Drehzahl der Pumpe. Ab einer bestimmten Pumpendrehzahl und damit einer fe­ sten vorgebbaren Fördermenge öffnet sich das Regel­ ventil, so daß ein unter hohem Druck stehender Fluidstrahl in eine Abströmbohrung 51 eintritt. Diese ist sehr kurz gewählt und mündet unmittelbar in einen Injektor 53, der einen langgestreckten, im wesentlichen rohrförmigen Grundkörper 55 aufweist. Dieser ist vorzugsweise aus errosionsfestem Ma­ terial hergestellt. Der Querschnitt durch den Grundkörper zeigt, daß die Dicke seiner Wandung von der Eintrittsöffnung 57 aus zur Austrittsöffnung 59 abnimmt, wobei einerseits die Außenflache des Grundkörpers die Form eines Kegelstumpfmantels auf­ weisen kann, während der im Innern des Injektors 53 durchgehende Strömungsbereich 61 etwa zylindrisch oder seinerseits kegelstumpfförmig ausgebildet ist.

Die Mittelachse 63 des Injektors 53 fällt hier zu­ sammen mit der Mittelachse 39 des Kanalabschnitts 37 und auch mit der Mittelachse 65 der Abströmboh­ rung 51.

Der Injektor 53 ist umgeben von einem Ringkanal 67, der einerseits mit dem gebogenen Bereich 35 des Zu­ fuhrkanals 33 und andererseits mit dem Kanalab­ schnitt 37 in Verbindung steht.

Das Gehäuse 5 der Pumpe 1 ist auf geeignete Weise mit dem Lagerflansch 7 befestigt. Hier ist bei­ spielhaft eine Schraube 69 zur Verbindung der bei­ den Teile angedeutet. Das Innere des Gehäuses 5 ist so ausgestaltet, daß der Druckplattenträger 11 in Richtung der Drehachse 25 verschiebbar ist. Zwi­ schen diesem und dem Gehäuse 5 ist zur Trennung des Ansaugraums 27 vom Druckraum 29 eine umlaufende Dichtung 69′ vorgesehen. Der Druckraum 29 ist vor­ zugsweise umlaufend ausgebildet. Von diesem geht eine den Druckplattenträger 11 durchlaufende Boh­ rung 71 aus, die die Druckplatte 15 durchdringt und im Fußbereich der Flügel 17 am Rotor 19 mündet. Auf diese Weise ist eine Druckbeaufschlagung der Flügel zur Erleichterung der radialen Auswärtsbewegung möglich.

Aus der Schnittdarstellung ist ersichtlich, daß der Zufuhrkanal 33 unmittelbar an den in die Abström­ bohrung 51 eintretenden Abströmstrahl herangeführt werden kann. Der Abströmstrahl wird von dem Injek­ tor 53 beziehungsweise von dessen Grundkörper 55 aufgefangen, so daß eine Erosion des Gehäuses 5 der Pumpe 1 sicher vermieden wird. Gleichzeitig wird, insbesondere bei einer Verjüngung der Aus­ trittsöffnung 59 gegenüber der Eintrittsöffnung 57 der den Injektor durchlaufende Strahl des unter ho­ hem Druck stehenden Fluids noch beschleunigt, so daß das unter niedrigen Druck stehende Öl sehr gut mitgerissen wird. Aufgrund des Ringkanals 57 wird das Fluid im Zufuhrkanal an dem gesamten Umfangsbe­ reich des den Injektor 53 verlassenden Strahls herangeführt, so daß dessen Wirkung besonders aus­ geprägt ist. Es wird also von dem den Injektor ver­ lassenden Strahl sehr viel von dem im Ringkanal be­ findlichen Fluid mitgerissen, so daß eine sehr gute Füllung des Ansaugraums 27 sichergestellt ist. Auch bei einer hohen Ansaugleistung der Fördereinrich­ tung werden daher Kavitationen sicher vermieden.

Bei der Darstellung sind die Mittelachse 65 der Ab­ strömbohrung 61, die Mittelachse 63 des Injektors 53 sowie die Mittelachse 39 des Kanalabschnitts 37 in einer Linie ausgerichtet. Es ist aber auch mög­ lich, die Mittelachse des Injektors 53 gegenüber den beiden anderen Achsen zu verschwenken, so daß die Austrittsöffnung 59 des Injektors nicht, wie in der Schnittdarstellung gezeigt, direkt nach unten weist, sondern beispielsweise nach rechts ver­ schwenkt ist. Der Injektor 53 erlaubt also eine Führung sowohl des unter hohem Druck stehenden Fluids als auch des mitgerissenen Öls, so daß der Ansaugbereich der Pumpe auch bei einer abweichenden Anordnung der Einzelteile optimal mit dem zu för­ dernden Fluid gefüllt wird.

Der hier dargestellte Injektor 53 zeichnet sich durch einen dessen Eintrittsöffnung 57 umgebenden Kragen 71 aus, der zu einer Verstärkung des Injek­ tors führt und eine Einpressung dieses Teils in die Gehäusewandung ermöglicht.

Angesichts der Tatsache, daß die Mittelachse 41 der Bohrung 43 und die Mittelachse 39 des Kanalab­ schnitts 37 fluchtet, können beide Bereiche durch eine einzige Bohrung in das Material des Gehäuses 5 hergestellt werden. Dabei kann dann auch der kon­ zentrisch zum Kanalabschnitt 37 verlaufende Ring­ kanal 67 in den Grundkörper des Gehäuses 5 einge­ bracht werden. Darüber hinaus kann durch die Boh­ rung 43 eine ringförmige Ausnehmung in den Grund­ körper des Gehäuses 5 eingebracht werden, die dann der Aufnahme des Kragens 71 dient. Der Außendurch­ messer des Kragens 71 ist kleiner als der Innen­ durchmesser der Bohrung 43 aber auch des Kanalab­ schnitts 37. Der Injektor kann also ohne weiteres durch die Bohrung 43 und durch den Kanalabschnitt 37 von außen in das Gehäuse 5 eingesetzt werden. Es ist also auch eine Automatisierung bei der Einbrin­ gung des Injektors in das Gehäuse 5 der Pumpe 1 möglich.

Die Abströmbohrung 51 wird ihrerseits mit Hilfe ei­ nes Bohrers eingebracht, der durch die Bohrung 43 geführt wird und dabei durch den Kanalabschnitt 37 verläuft. Es zeigt sich also, daß der Einbau des Injektors 53 in das Gehäuse 5 sehr einfach ist, wo­ bei auch die Einbringung der mit dem Injektor zu­ sammenwirkenden Fluid-Führungskanäle, das heißt, der Abströmbohrung 51, des Kanalabschnitts 37 und des Ringkanals 67, einfach und damit kostengünstig realisierbar ist.

Der Injektor 53 kann seinerseits preiswert herge­ stellt werden, da sein Grundkörper 55 als im we­ sentlichen rohrförmige Hülse realisierbar ist. Der Platzbedarf des Injektors ist außerordentlich ge­ ring, so daß die Pumpe 1 sehr kompakt aufgebaut ist.

Für die Funktion des Injektors 53 ist es letztlich belanglos, daß das Stromregelventil, wie in der Schnittdarstellung gezeigt, senkrecht zur Drehachse 25 der Antriebswelle 9 verläuft. Wesentlich ist, daß der Abströmstrahl möglichst nahe an dem Regel­ ventil 47 von dem Injektor 53 aufgenommen und un­ mittelbar in diesem Bereich eine Ansaugung des heranzuführenden Fluids über den Ringkanal 67 be­ werkstelligt wird.

Der Ringkanal gewährleistet eine gute Ausnutzung des den Injektor durchdringenden Fluidstrahls, da er den Grundkörper 55 vollständig umgibt. Der Durchmesser des Ringkanals und der der Austritts­ öffnung 59 des Injektors 53 können in Abhängigkeit von der Viskosität des verwendeten Fluids von der Fördermenge der Pumpe und von der Strömungsge­ schwindigkeit des den Injektor verlassenden Fluids angepaßt werden. Auf diese Weise ist immer eine op­ timale Füllung des Ansaugraums 27 zu gewährleisten, so daß ein kavitationsfreier Betrieb der Pumpe bei verschiedensten Förderleistungen sichergestellt ist.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Höhe des den Grundkörper 55 des Injektor 53 um­ gebenden Ringkanals 67 so auf die Länge des Injek­ tors 53 abgestimmt, daß sich eine optimale Ansau­ gung des unter niedrigen Druck stehenden Fluids er­ gibt. Hier beträgt die wirksame Länge des Injektors etwa die anderthalbfache Höhe des Ringkanals. Um eine verwirblungsfreie Einströmung des Fluids aus dem Zufuhrkanal 33 und aus dem gebogenen Kanal 35 in den Ringkanal 67 sicherzustellen, ist der Durch­ messer des gebogenen Bereichs 35 so gewählt, daß die Mündung dieses Bereichs einen Durchmesser auf­ weist, der der Höhe des Ringkanals entspricht. Der Außendurchmesser des Ringkanals 67 ist etwas größer gewählt als der Durchmesser des Kanalabschnitts 37. Durch diese Dimensionierung des Ringkanals ist eine besonders gute Umströmung des Mantels des Injektors 53 zu erreichen, so daß die Ansaugwirkung des den Injektor 53 verlassenden Strahls besonders gut aus­ genutzt werden kann.

Die Schnittdarstellung zeigt darüber hinaus, daß ein wirbelarmer Eintritt des Abströmstrahls in den Injektor 53 dadurch ermöglicht wird, daß der Innen­ durchmesser der Abströmbohrung 51 gleich groß ge­ wählt ist wie der Durchmesser der Eintrittsöffnung 57.

Anhand von Fig. 2, die einen vergrößerten Längs­ schnitt durch den Injektor 53 zeigt, sollen die Größenverhältnisse im Bereich des Injektors genauer dargestellt werden.

Mit a wird der Durchmesser des Ringkanals 67, mit b der Durchmesser des Kanalabschnitts 37, mit c der Durchmesser der Austrittsöffnung 59, mit d die freie Strecke, die für den den Injektor 53 verlas­ senden Strahl innerhalb des Kanalabschnitts 37 ver­ bleibt, mit e die Teillänge des Injektors 53 in­ nerhalb des Kanalabschnitts 37 und mit f die Höhe des Ringkanals 67 bezeichnet.

Aus dem oben Gesagten ergibt sich die Grundbedin­ gung für die Funktion des Injektors, die nur dann gewahrleistet ist, wenn ein ausreichend großer Vo­ lumenstrom von außen, das heißt aus dem Vorratsbe­ hälter, nachgesaugt werden kann. Nur damit ist eine Kavitation in der Pumpe zu verhindern. Durch den aus dem Injektor strömenden Strahl muß also Fluid aus dem hier nicht dargestellten Tank über den Sauganschluß 31, den Zufuhrkanal 33, dessen geboge­ nen Bereich 35 und über den Ringkanal 67 angesaugt werden.

Im Betrieb der Pumpe äußert sich eine Kavitation zunächst nur durch einen Abfall der Fördermenge der Pumpe, schließlich werden jedoch bei größer werden­ den Ansaugproblemen die Betriebsgeräusche der Pumpe immer lauter.

Der Injektor ist so auszulegen, daß bereits eine Absenkung der Fördermenge verhindert wird. Grund­ sätzlich ist der Injektor für einen Förderstrom ausgelegt, der in einem Bereich von 14 bis 28 cm³/U liegt. Änderungen der Abmessungen des Injektors und des ihn umgebenden Bereichs sind daher besonders kritisch. Bei dem hier dargestellten Ausführungs­ beispiel dürfen daher die Maße für den Durchmes­ ser b des Kanalabschnitts 37 und für den Durchmes­ ser c der Austrittsöffnung 59 sowie für die freie Strecke d und die Teillänge e nur ganz geringfügig geändert werden, vorzugsweise im Bereich von 1/10 mm, um eine optimale Funktion des Injektors zu ge­ währleisten. Besonders bewährt hat sich - ausgehend von der Dimensionierung c = 1 - die folgende Ausle­ gung eines Injektors:

a : b : c = 3,7 : 2,3 : 1
d : e : f = 1,6 : 0,86 : 1,1

Claims (10)

1. Pumpe zum Fördern eines Fluids mit

• - einer in einem Pumpengehäuse untergebrachten För­ dereinrichtung (3),
• - einem im Pumpengehäuse verlaufenden Zufuhrkanal (33) für das Fluid und mit
• - einem zwischen Druck- und Ansaugbereich (27) der Fördereinrichtung (3) angeordneten Regelventil, gekennzeichnet durch einen mit unter hohem Druck stehenden Fluid beaufschagbaren, Fluid aus dem Zu­ fuhrkanal (33) in den Ansaugbereich (27) der For­ dereinrichtung (3) fördernden Injektor (53).

2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßbereich (57) des Injektors (53) in unmittelbarer Nähe des Auslasses (51) des Regelven­ tils (47) angeordnet ist, und daß die Mündung (59) des Injektors (53) im Zufuhrkanal (33; 37) unmit­ telbar vor dem Ansaugbereich (27) der Förderein­ richtung (3) angeordnet ist.

3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Grundkörper (55) des Injektors (53) von einem Ringkanal (67) umgeben ist, der mit dem Zufuhrkanal (33) in Verbindung steht.

4. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (55) des Injek­ tors (53) im wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist, daß dessen Eintrittsöffnung (57) dem unter Druck stehenden Fluid und dessen Austrittsöffnung (59) dem Ansaugraum (27) der Fördereinrichtung (3) zugeordnet ist, und daß sowohl das unter hohem Druck stehende Fluid als auch das mitgerissene Fluid aus dem Zufuhrkanal (33) in eine vorgegebene Richtung gelenkt wird.

5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (63) des Injektors (53) mit der Mittelachse (65) der das Regelventil (47) ver­ lassende Fluid aufnehmenden Abströmbohrung (51) zu­ sammenfällt, gegenüber dieser parallel versetzt ist oder mit dieser einen Winkel (α) einschließt.

6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) in einem Bereich zwischen 0° und 80°, vorzugsweise in einem Bereich von 0° bis 20°, insbesondere ca. 5° bis 10° liegt.

7. Pumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Grundkörpers (55) von der Eintrittsöffnung (57) zur Austritts­ öffnung (59) abnimmt, und daß die Innenfläche und/oder die Außenfläche des Grundkörpers (55) des Injektors (53) konisch ausgebildet ist, wobei an der Eintrittsöffnung der Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser.

8. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (55) des Injek­ tors (53) aus errosionsfestem Material besteht.

9. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (3) der Pumpe (1) als Flügelzellenanordnung ausgebildet ist.

10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für den Durchmesser a des Ring­ kanals (67), den Durchmesser b des Kanalabschnitts (37), den Durchmesser c der Austrittsöffnung, die Verhältnisse a : b : c = 3,7 : 2,3 : 1 gewählt werden und/oder für eine freie Strecke d des den Injektor (53) durchströmenden Strahls, eine Teillange e des Injektors und für die Höhe f des Ringkanals (67) die Verhältnisse d : e : f = 1,6 : 0,85 : 1,1, wobei als Grundlage der Wert c = 1 gewählt ist.