EP0068035B1

EP0068035B1 - Flügelzellenpumpe, insbesondere zur Lenkhilfe

Info

Publication number: EP0068035B1
Application number: EP19810104981
Authority: EP
Inventors: Erwin Konz
Original assignee: Vickers Systems GmbH
Current assignee: Cessione luk Fahrzeug - Hidraulik & Co KG GmbH
Priority date: 1981-06-26
Filing date: 1981-06-26
Publication date: 1986-04-02
Also published as: EP0068035A1; DE3174238D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen a) bis d) des Anspruchs 1.
Bei einer Flügelzellenpumpe dieser Art (US-PS 2880674) bildet der Nockenring auch einen äusseren Teil des Gehäuses und weist zwei Durchgangsbohrungen jenseits des Durchmesserbereiches der Druckplatte auf. Jede Durchgangsbohrung wird von zwei Taschen flankiert, die sich in jeweils einer Gehäusehälfte radial nach innen erstrecken und deren jeweiliges vorderes Ende die erste bzw. zweite Einlassöffnung zu den Arbeitsbereichen der Pumpe bilden. Dabei bildet die in Strömungsrichtung vordere Tasche in ihrem radial äusseren Bereich einen Stromaufteilungsraum, während der radial innere Bereich einen Fortführungs- und Umlenkkanal bildet, an dessen Ende die erste Einlassöffnung liegt. Der Stromaufteilungsraum mündet somit nicht unmittelbar in die erste Einlassöffnung. Der Fortführungs- und Umlenkkanal berührt die Druckplatte in einer Randaussparung. Solange die Pumpe im niedrigen Drehzahlbereich läuft und die Saugwirkung überwiegt, werden jeweils gleiche Zweigströme über jede der Einlassöffnungen in den zugehörigen Arbeitsbereich strömen. Wenn jedoch die Einlasskanäle aufgeladen werden, wird sich die Trägheit strömender Flüssigkeit bemerkbar machen, und die in Strömungsrichtung hintere Tasche wird strömungsmässig bevorzugt werden. Nachteilig ist ferner die ausladende Konstruktion, um Raum für die Taschen und die Durchgangsbohrungen zur Aufteilung der beiden Einlasskanäle an ihren Enden zu gewinnen. Die knieförmigen Abschnitte der Zuführkanäle sind im übrigen durch eine radiale und zwei axiale Bohrungen erzeugt, die sich an einer sacklochartigen und einer bohrerspitzenartigen Umlenkstelle treffen, so dass an diesen Stellen erhöhte hydraulische Umlenkverluste entstehen. Die Strömungsumlenkung der betreffenden Teilströme ist nicht vollständig symmetrisch. Dadurch wird die gleichmässige Füllung der beiden Arbeitsbereiche beeinträchtigt.
Bei einer weiteren bekannten Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen a), b) und c) von Patentanspruch 1 (US-A-2 800 083) ist ein Zufuhrkanal vom Ölvorratsraum zu sich verzweigenden Zuführkanälen vorgesehen, die an ihren Enden in Einlassnieren münden, in welchen eine Stromaufteilung dergestalt stattfindet, dass ein Teilstrom durch einen Nockenringkanal und eine Blindbohrung in der Druckplatte auf die der Einlassniere gegenüberliegende Seite des Rotors gelangt und zur Füllung des jeweiligen Arbeitsbereichs beitragen kann. Nachteilig bei der bekannten Ausbildung ist die unsymmetrische Zuführung der Hydraulikflüssigkeit zu den beiden Einlassnieren, deren eine von der Trägheit des Einlassstroms begünstigt, während die andere benachteiligt ist. Dies hat zur Folge, dass die Drehzahl der Pumpe nicht sehr hoch sein kann, um der Gefahr der Kavitation und der übermässigen Geräuschentwicklung zu entgehen.
Bei zur Zeit gebauten, auf dem Markt befindlichen Lenkhilfspumpen begünstigen die Zuführkanäle den einen Arbeitsbereich und lassen den anderen Arbeitsbereich im Strömungsschatten, so dass bei einer Steigerung der Umdrehungszahl die Gefahr der Kavitation und der übermässigen Geräuschentwicklung auftreten.
Die Erfindung löst die Aufgabe, eine Flügelzellenpumpe der eingangs angegebenen Art mit kleinerem Bauvolumen bereitzustellen, wobei eine noch gleichmässigere Füllung der beiden Arbeitsbereiche erzielt wird.
Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Massnahmen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Eine gemäss der Erfindung gebaute Lenkhilfpumpe für Drücke im Bereich von 65 bis 82 bar hatte ein um 400 bis 450 g geringeres Gesamtgewicht gegenüber einer am Markt befindlichen Lenkhilfpumpe der gleichen Leistung. Infolge der gleichmässigen Füllung der Arbeitsräume und der besseren Abschirmung der geräuscherzeugenden Teile konnte das abgegebene Geräusch deutlich vermindert und die maximale Drehzahl angehoben werden.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Lenkhilfpumpe,
Fig. 2 einen Schnitt eintlang der Linie 11-11 der Fig.1,
Fig. 3 eine vergrösserte Einzelheit aus Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 1 und
Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4.

Die Flügelzellenpumpe weist ein Gehäusehauptteil 1 und einen Gehäusedeckel 2 auf, die einen Innenraum 1a druckmitteldicht einschliessen. Im Innenraum 1a sitzen - gehäusefest angeordnet - eine Druckplatte 4 und ein Nockenring 5, die durch Stifte 6 drehgesichert sind. Innerhalb des Nockenrings 5 und zwischen dem Gehäusedeckel 2 und der Druckplatte 4 ist ein Rotor 7 angeordnet, der eine Reihe von radialen Führungsschlitzen besitzt. Innerhalb dieser Führungsschlitze sind Flügel 8 radial verschieblich gelagert. Der Rotor 7 ist über eine Welle 9 antreibbar, die in einer Lagerbohrung des Gehäusedekkels 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 7 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 Arbeitsbereiche 11 und 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.
Die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zur jeweiligen Saugseite ist wie folgt: Rückgeführte Hydraulikflüssigkeit wird unterhalb eines Vorratsbehälters 14 in einen Filterraum 15 geleitet, von wo aus die Flüssigkeit in einen Ölvorratsraum 16 gelangt, der den Nockenring 5, den Rotor 7, die Druckplatte 4 sowie deren Gehäusestützwände halbkreisförmig umgibt. Zwei Zuführkanäle 17a, 18a und 17b, 18b umfassen je einen senkrechten Abschnitt, gebildet durch Bohrungen 17a bzw. 17b, und je einen waagrechten, knieförmigen Abschnitt 18a bzw. 18b. Die Zuführkanäle liegen mit ihren knieförmigen Abschnitten 18a, 18b im wesentlichen in der waagrechten Achsebene (Fig. 2) und sind symmetrisch zueinander angeordnet. Die radialen Schenkel der Zuführkanäle 18a, 18b münden in einen zur Welle 9 fluchtenden Ventilraum 19, während die axialen Schenkel jeweils auf Durchgangsöffnungen 20 der Druckplatte 4 stossen. Umlaufende Dichtungen 21 dichten den Spalt zwischen der Rückseite der Druckplatte 4 und der Gehäusewandung 1 ab. Die Durchgangsöffnungen 20 erweitern sich zur Vorderseite der Druckplatte 4 und bilden einen gebogenen länglichen Stromaufteilungsraum 22, der sich in Umfangsrichtung erstreckt und in dem eine Stromaufteilung erfolgt. Ein radial innerer Zweigstrom 23 gelangt durch den radial inneren Teil der Durchgangsöffnung 20 und den Stromaufteilungsraum 22 unmittelbar über einen ersten Einlass 27 in den Arbeitsbereich 11 oder 12 zwischen Nockenring 5 und Rotor 7, während ein radial äusserer Zweigstrom 24 durch den radial äusseren Teil der Durchgangsöffnung 20 und des Stromaufteilungsraums 22 fliesst. Drei Bohrungen 25 im Nockenring bilden einen Nokkenringkanal, der in axialer Richtung verläuft und auf eine Gehäusenut 26 stösst, welche den Zweigstrom 24 radial nach innen lenkt. Die Gehäusenut 26 ist an ihrem radial inneren Ende in Umfangsrichtung ausgeweitet und bildet dort einen zweiten Einlass 28 in den Arbeitsbereich der Pumpe. Beidseitig der Flügel 8 sind bogenförmige Nuten 31, 32 im Gehäusedeckel 2 bzw. in der Druckplatte 4 vorgesehen. Die Nuten 31 sind jeweils über Bohrungen 33 (Fig. 4) durch den Nockenring 5 mit den Nuten 32 (Fig. 1) verbunden. Die Nuten 32 umfassen jeweils eine Bohrung durch die Druckplatte 4 hindurch. Auf der Rückseite der Druckplatte 4 ist ein Druckraum 35 gebildet, der für eine gute Anlage der Druckplatte am Rotor 7 und dem Nockenring 5 sorgt und über einen Förderkanal 36 mit einem äusseren Pumpenauslass 37 verbunden ist. In der Förderleitung 36 sitzt ein Drosselkörper 38 mit einer Messblende 38a und einer Hilfsdrossel 38b. Die Hilfsdrossel 38b ist über einen Kanal 39 mit einem Stromregelventil 40 verbunden. Das Stromregelventil 40 weist einen Schieberkolben 41 auf, der durch die Kraft einer Feder 42 in Richtung auf die Rückseite der Druckplatte 4 gedrängt wird. Der Schieberkolben weist zwei Abdichtungsbereiche 43, 44 auf, zwischen denen eine Ringnut 45 liegt, in welche die Zuführkanäle 17a, 18a bzw. 17b, 18b normalerweise einmünden. Von der Ringnut 45 führt ein teilweise radial und teilweise axial sich erstreckender Kanal 46 durch den Schieberkolben 41 in einen Ventilraum 47, in welchen der Kanal 39 einmündet und in welchem die Feder 42 liegt. Innerhalb des Kanals 46 sind eine Feder 48 und ein Ventilkegel 49 angeordnet.
Der Betrieb der Lenkhilfpumpe geht wie folgt vor sich: Durch Antrieb der Welle 9 wird der Rotor 7 gedreht und damit die Flügel 8 durch die sichelförmigen Arbeitsbereiche 11, 12 hindurchgeführt. Es wird Hydraulikflüssigkeit angesaugt, die zu beiden Flanken der Flügel 8 eintreten kann, wie durch die Zweigströme 23 und 24 in Fig. 3 dargestellt. Die Zuführung erfolgt in gleicher Weise für beide Arbeitsbereiche 11, 12 über die im wesentlichen symmetrischen Zuführkanäle 17a, 18a bzw. 17b, 18b. Infolge dieser «parallelen Zuführung» wird eine gleiche Verteilung des Fülldrucks in beide Arbeitsbereiche 11, 17 erzielt. Dies wirkt geräuschvermindernd infolge der Vermeidung von Kavitation. Die angesaugte Hydraulikflüssigkeit wird durch die Flügel 8 in den Druckbereich verschoben und gelangt über die Auslasskanäle 31, 32 in den Druckraum 35 und von dort über den Förderkanal 36 und den Drosselkörper 38 zum äusseren Pumpenauslass 37. Wenn mehr Hydraulikflüssigkeit gefördert wird, als die Messblende 38a bewältigt, steigt der Druck im Druckraum 35, und der Schieberkolben 41 wird entgegen der Kraft der Feder 42 solange verschoben, bis die Abdichtfläche 43 teilweise bis jenseits der Einmündung der Zuführkanäle 17a, 18a, 17b, 18b gelangt. Bei dieser Stromregelung wird eine direkte Verbindung zwischen dem Druckraum 35 und den Zuführkanälen geschaffen, die ausserordentlich kurz ist, so dass die abgeregelte Hydraulikflüssigkeit mit wenig Energieverlust umgewälzt wird. Wenn bei blockierter Arbeitsleitung der Druck im Pumpenauslass 37 ansteigt, hebt der Ventilkegel 49 ab, so dass der Druck im Ventilraum 47 abfällt und der Schieberkolben 41 in der Zeichnung nach rechts verschoben wird. Dadurch wird wiederum die direkte Verbindung zwischen dem Druckraum 35 und den Zuführkanälen 17a, 18a, 17b, 18b geschaffen (Funktion als Druckbegrenzungsventil).
Durch die Anordnung des Druckraums 35 zentral im Gehäuse 1 wirken die umgebenden Wandteile gut schalldämmend, insbesondere weil zudem noch das Stromregelventil 40 fluchtend zur Achse des Rotors 7 und der Druckplatte 4 vorgesehen ist.
Der Gehäusedeckel 2 besteht aus Aluminium, um einerseits an Gewicht zu sparen und andererseits eine gute Lauffläche zu bieten. Eine Versteifungsrippe 3 wird dazu ausgenutzt, eine Leckölbohrung 3a aufzunehmen, die das entlang der Welle 9 kriechende Lecköl in den Vorratsraum 16 zurückführt. Durch die Existenz des Vorratsraums 16 kann die Grösse des Vorratsbehälters 14 entsprechend verringert werden, wodurch weiterhin an Grösse und Gewicht der Gesamtpumpe eingespart werden kann.

Claims

1. Flügelzellenpumpe für eine Hydraulikflüssigkeit, insbesondere zur Lenkhilfe, mit folgenden Merkmalen:

a) ein Gehäuse (1, 2) mit daran befestigtem Nockenring (5) umschliesst eine Druckplatte (4) und einen die Pumpenachse bestimmenden Rotor (7) unter Freilassung zweier Arbeitsbereiche (11, 12), die durch Flügel (8) in Zellenräume aufgeteilt sind, welche infolge des Antriebs des Rotors (7) durch eine Welle (9) zwischen einer ersten und einer zweiten, auf unterschiedlichen Seiten des Rotors angeordneten Einlassöffnungen (27, 28) und Auslassöffnungen (31, 32) für jeden der Arbeitsbereiche (11, 12) wandern;

b) zu jedem Arbeitsbereich (11, 12) führt ein Einlasskanal, der sich über einen Stromaufteilungsraum (22) zur ersten (27) und zweiten Einlassöffnung (28) hin gabelt, wobei jeder Stromaufteilungsraum einen radial äusseren und inneren Bereich aufweist und der radial äussere Bereich über einen Nockenringkanal (25) und einen Umlenkkanal (26) zur zweiten Einlassöffnung (28) führt;

c) von den Arbeitsbereichen (11, 12) führen die Auslassöffnungen (31, 32) auf die dem Rotor abgewandte Rückseite der Druckplatte (4) in einen Druckraum (35), wobei die dem Rotor zugewandte Vorderseite der Druckplatte (4) dichtend am Rotor (7) und dem Nockenring (5) anliegt;

d) die Einlasskanäle sind im wesentlichen symmetrisch zueinander angeordnet, wobei jeder Einlasskanal einen ersten Zuführkanalabschnitt (17a, 17b) und einen zweiten, mit axialen und radialen Schenkeln ausgestatteten, knieförmigen Zuführkanalabschnitt (18a, 18b) aufweist, die ersten Zuführkanalabschnitte (17a, 17b) in einer Ebene liegen, die in etwa senkrecht zur Pumpenachse verläuft, und die zweiten Zuführkanalabschnitte (18a, 18b) sich in einer Pumpenachsenebene erstrekken und mit ihren axialen Schenkeln in die Stromaufteilungsräume (22) sowie mit ihren radialen Schenkeln in einen Ventilraum (19) münden, von dem aus, beim Ansprechen eines Ventils (40), eine Abströmung der Hydraulikflüssigkeit erfolgt; gekennzeichnet durch folgende Massnahmen:

e) jeder knieförmige Zuführkanalabschnitt (18a, 18b) mündet mit seinem axialen Schenkel jeweils in einer zugehörigen, die Druckplatte (4) durchsetzenden Durchgangsöffnung (20), die auf der Rückseite der Druckplatte (4) durch umlaufende Dichtungen (21) gegenüber dem Druckraum (35) abgedichtet ist und je einen der Stromaufteilungsräume (22) beherbergt,

f) jeder Stromaufteilungsraum (22) mündet mit seinem radial inneren Bereich unmittelbar in die erste Einlassöffnung (27).

2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Nockenringkanal (25) durch nebeneinander angeordnete, sich in axialer Richtung erstreckende Bohrungen durch den Nockenring (5) gebildet ist.

3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten, knieförmigen Zuführkanalabschnitte (18a, 18b) so ausgebildet sind, dass eine gleiche Verteilung des Fülldruckes in die beiden Arbeitsbereiche (11, 12) erzielt wird.

4. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnungen (31, 32) eines Arbeitsbereiches (11 bzw. 12) über eine Bohrung (33) im Nockenring (5) miteinander verbunden sind, wobei die eine Auslassöffnung (32) als Stromvereinigungsraum gestaltet ist.