EP0151657A1 - Flügelzellenpumpe, insbesondere zur Lenkhilfe - Google Patents

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EP0151657A1
EP0151657A1 EP84101136A EP84101136A EP0151657A1 EP 0151657 A1 EP0151657 A1 EP 0151657A1 EP 84101136 A EP84101136 A EP 84101136A EP 84101136 A EP84101136 A EP 84101136A EP 0151657 A1 EP0151657 A1 EP 0151657A1
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EP
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venturi nozzle
flow
pump
vane pump
hydraulic fluid
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EP84101136A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz Teubler
René Schulz
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Vickers Systems GmbH
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Vickers Systems GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C14/00—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations
    • F04C14/24—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves
    • F04C14/26—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, machines, pumps or pumping installations characterised by using valves controlling pressure or flow rate, e.g. discharge valves or unloading valves using bypass channels

Definitions

  • the invention relates to a vane pump with the features of the preamble of claim 1.
  • the hydraulic fluid discharge system contains a space arranged behind the pressure plate, into which the slide piston of the flow control valve projects, the spring or control chamber of which is connected to the pressure space via a channel including the throttle. If the hydraulic fluid flows through this throttle or outflow bore, depending on the quantity flowing through, a pressure drop arises which is used to control the flow control v & r.tils is used. If the hydraulic flow delivered by the pump is greater than the set quantity of the flow control valve, the differential current is reduced and reaches the pump delivery system. It has been shown, however, that the useful current delivered by the pump is not independent of the drive speed of the pump, namely that the delivered useful current increases with increasing speed.
  • the power steering pump has two working areas, each of which is connected to the liquid drainage system via outlet openings in the pressure plate, a plug-like throttle insert being arranged in front of the one outlet opening, which contains the outflow bore for the regulated flow (useful flow) and depending on the flow through the hydraulic fluid conveys different pressure drop values to the flow control valve, whereby the falling characteristic curve is generated.
  • a certain degree of randomness of the flow around the throttle insert is disadvantageous since the entire pump delivery flow cannot be recorded.
  • the useful power is directed back to the tank via the steering valve.
  • the hydraulic fluid under the so-called dynamic pressure relaxes, which leads to a corresponding loss of performance if the power is not absorbed by the steering.
  • Such a high power consumption does not occur practically in the high speed range because you cannot turn sharply when driving fast.
  • a constant readiness to perform is maintained, the level of which is not required and thus leads to an unnecessary loss of performance.
  • the invention is therefore based on the object of designing a vane pump of the type specified at the outset in such a way that the size of the dispensed is reduced N utzstroms in dependence on the speed range of the pump with respect to a desired course can influence, and in particular that at a higher rotational speed of the consideredussie useful current is reduced.
  • the entire pump flow which increases in proportion to the speed of the pump, is passed through the Venturi nozzle and is divided there into the delivered useful flow, which flows through the throttle, and the regulated flow, which reaches the pump feed system.
  • the regulated current at higher speeds is significantly greater than the usable current delivered, the pressure at the narrowest point of the Venturi nozzle drops more and more and thus the pressure in the control chamber of the flow control valve. This opens it relatively more, and the regulated flow increases more than it corresponds to the increase in the pump flow due to the increase in speed.
  • Due to the reduced useful current delivered with increasing speed the dynamic pressure in the steering valve is also reduced, so that the power loss decreases both because of the reduced current and because of the reduced pressure loss compared to previously known pumps.
  • the vane pump has a main housing part 1 and a housing cover 2, which enclose an interior pressure-tight. Sitting in the interior - arranged fixed to the housing - a pressure plate 4 and a cam ring 5, which are secured against rotation by pins 6.
  • a rotor 7 is arranged within the cam ring 5 and between the housing cover 2 and the pressure plate 4 and has a number of radial guide slots. Wings 8 are radially displaceably mounted within these guide slots.
  • the rotor 7 can be driven via a shaft 9 which is mounted in a bearing bore in the housing cover 2.
  • the rotor 7 is cylindrically shaped, while the cam ring 5 has an approximately oval inner contour, the small axis of which corresponds approximately to the diameter of the rotor, while the large axis determines the extension length of the vanes 8.
  • the cam ring 5 and the rotor 7 there are two crescent-shaped working areas which are divided by the vanes 8 into a number of cell spaces.
  • the cell spaces increase on the suction side of the system and decrease on the pressure side.
  • Hydraulic fluid is supplied from a distribution area (not shown) via two approximately vertical bores 17 (FIGS. 2 and 3), knee-shaped feed channel sections 18 (FIG. 2) and through openings 20 into the respective working areas of the pump.
  • the knee-shaped feed channel sections 18 (FIG. 2) each have a radial leg which opens into an unloading channel 19 (FIGS. 2 and 3).
  • the hydraulic fluid is discharged via channels 33 (FIG. 1) through the pressure plate 4 on its rear side into a pressure chamber 35 and from there into a Venturi nozzle 36.
  • the pump delivery flow is divided into a regulated useful flow to the outer pump outlet 37 and a delivery flow regulated by a flow control valve 40 into the discharge channels 19 (FIG. 3).
  • the regulated N utzstrom passes through an orifice or Throttle 38 in a discharge channel 39 which is connected to the control chamber 47 of the valve 40.
  • the flow control valve 4 0 includes a spool 41 which is urged by the force of a spring 42 in the direction of the venturi 36 and brought to rest there, if appropriate.
  • the slide piston 41 has two collar-shaped sealing areas 43 and 44, between which an annular groove 45 extends.
  • the discharge channels 19 (FIG. 2) meet the annular groove 45.
  • a channel 46 which extends partially radially and partially axially, leads through the slide piston 41 into the control chamber 47, and the channel 46 becomes a cone valve masters, which responds when a certain allowable pressure in the control chamber 47 is exceeded and vented this space, so that the spool 41 acts as a controlled pressure relief valve, as is known.
  • the valve 40 assumes the position shown in FIG.
  • the throttle 38 is arranged at the narrowest point or at least close to this narrowest point of the Venturi nozzle 36.
  • the throttle 38 is designed as a bore and perpendicular to the axis of the venturi 36.
  • the angle a between the axis of the venturi (calculated in the direction of the valve 40) and the axis of the throttle 38 can be changed depending on the desired control characteristic. If a descending characteristic curve (FIG. 4) is desired, an angular range a between 90 and 150 ° can be considered. With increasing angle a, the characteristic curve drops more.
  • the Venturi nozzle 36 can be rotationally symmetrical with respect to its axis; however, one can also choose a shape in which there are as far as possible no dead spots in the flow, ie the Venturi nozzle can be flattened into the plane of the discharge channels 19.
  • the venturi 36 should have a width at its outlet that is almost equal to the diameter of the spool 41. This can be achieved by arranging the Venturi nozzle 36 and the spool 41 in the same bore (here corresponding to the control chamber 47).
  • FIG. 4 shows a diagram of the regulated useful current versus the pump speed, specifically the dot-dash area indicates the control behavior without a Venturi nozzle 36, while the extended region applies to the Venturi nozzle 36.
  • the flow rate initially increases linearly until the response value of the valve 40 is reached at approximately 750 l / min, after which the valve 40 regulates most of the flow rate.
  • the regulated useful current as the rest is offered to the steering valve and leads to a constant loss of performance. With the invention it is possible to safely reduce the regulated useful current with increasing pump speed and thus to achieve a favorable power ratio.

Abstract

Flügelzellenpumpe mit Stromregelventil (40), dem eine Venturidüse (36) vorgeschaltet ist, so daß der gesamte Förderstrom der Pumpe durch die Venturidüse (36) gelangt. Die Meßblende (38) des Stromregelventils (40) ist als Drosselbohrung quer zur Achse der Venturidüse (36) ausgebildet, wobei ein Winkel α zwischen 90° und 150° gewählt wird, je nachdem, wie stärk die Kennlinie des abgegebenen Nutzstromes abfallen soll.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Flügelzellenpumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Bei einer bekannten Flügelzellenpumpe dieser Art (GB 2 019 940 A) durchströmt der Nutzstrom zum Verbraucher die Venturidüse, so daß in dieser ein Druckabfall stattfindet, dessen Größe vom Nutzstrom abhängt. Der Druckabfall wird über einen Kanal dem Schieberkolben zugeführt, so daß dessen Stellung bei höherem Nutzstrom stärker ausgelenkt wird als bei niedrigerem Nutzstrom. Demgemäß wird bei stärkerer Auslenkung des Schieberkolbens immer mehr Hydraulikflüssigkeit in den Einlaß zur Pumpe abgeregelt, und der Nutzstrom kann nicht in dem Maße zunehmen, wie dies aufgrund höherer Drehzahl der HydrauJikpumpe der Fall wäre. Es wird also das Maß der Zunahme des Nutzstromes bei einer gegebenen Zunahme der Pumpengeschwindigkeit reduziert, wodurch bei höheren Pumpengeschwindigkeiten der Nutzstrom relativ konstant bleibt, auch wenn die Umdrehungszahl der Pumpe weiter zunimmt.
  • Bei einer bekannten Flügelzellenpumpe (US-A-2 880 674) enthält das Hydraulikflüssigkeits-Abfuhrsystem einen hinter der Druckplatte angeordneten Raum, in den der Schieberkolben des Stromregelventils hineinragt, dessen Feder- oder Steuerkammer über einen Kanal einschließlich der Drossel mit dem Druckraum verbunden ist. Wenn diese Drossel oder Abströmbohrung von der Hydraulikflüssigkeit durchflossen wird, entsteht je nach der durchströmenden Menge ein Druckabfall, der zur Steuerung des Stromregel- v&r.tils verwendet wird. Wenn der von der Pumpe geförderte Hydraulikstrom größer als die eingestellte Menge des Stromregelventils ist, wird der Differenzstrom abgeregelt und gelangt in das Zufuhrsystem der Pumpe. Es hat sich jedoch gezeigt, daß der abgegebene Nutzstrom der Pumpe nicht unabhängig von der Antriebsdrehzahl der Pumpe ist, und zwar nimmt der abgegebene Nutzstrom mit steigender Drehzahl zu.
  • Es ist auch schon bekannt, für einen Druckbereich von 0 bis 10 bar eine fallende Kennlinie des geregelten Förderstromes zu erzielen (Lenkhilfpumpe der ZF Typ 7681). Die Lenkhilfpumpe weist zwei Arbeitsbereiche auf, die jeweils über Auslaßöffnungen in der Druckplatte mit dem Flüssigkeitsabfuhrsystem in Verbindung stehen, wobei vor der einen Auslaßöffnung ein stopfenartiger Drosseleinsatz angeordnet ist, der die Abströmbohrung für den geregelten Förderstrom (Nutzstrom) enthält und in Abhängigkeit von der Umströmung durch die Hydraulikflüssigkeit unterschiedliche Druckabfallwerte an das Stromregelventil vermittelt, wodurch die fallende Kennlinie erzeugt wird. Nachteilig ist ein gewisses Maß an Zufälligkeit der Umströmung des Drosseleinsatzes, da nicht der gesamte Pumpenförderstrom erfaßt werden kann.
  • Bei der Lenkhilfe wird der Nutzstrom über das Lenkventil zurück zum Tank geleitet. Dabei entspannt sich die unter dem sogenannten Staudruck stehende Hydraulikflüssigkeit, was zu einem entsprechenden Leistungsverlust führt, wenn die Leistung nicht von der Lenkung aufgenommen wird. Eine derartig hohe Leistungsaufnahme kommt praktisch im hohen Drehzahlbereich nicht vor, weil man bei rascher Fahrt nicht scharf einlenken kann. Im hohen Drehzahlbereich der Pumpe wird demnach eine ständige Leistungsbereitschaft aufrechterhalten, die in ihrer Höhe nicht benötigt wird und somit zu einem unnötigen Leistungsverlust führt.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Flügelzellenpumpe der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß man auf die Größe des abgegebenen Nutzstroms in Abhängigkeit vom Drehzahlbereich der Pumpe im Hinblick auf einen gewünschten Verlauf Einfluß nehmen kann und insbesondere daß bei höherer Drehzahl der abgegegene Nutzstrom reduziert wird.
  • Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Der gesamte Pumpenförderstrom, der proportional zur Drehzahl der Pumpe steigt, wird durch die Venturidüse geleitet und teilt sich dort auf in den abgegebenen Nutzstrom, der durch die Drossel fließt, und den abgeregelten Förderstrom, der in das Zufuhrsystem der Pumpe gelangt. Wenn der abgeregelte Strom bei höheren Drehzahlen wesentlich größer ist als der abgegebene Nutzstrom, fällt der Druck an der engsten Stelle der Venturidüse immer stärker ab und damit der Druck im Steuerraum des Stromregelventils. Damit öffnet sich dieses verhältnismäßig stärker, und der abgeregelte Förderstrom nimmt stärker zu, als es der Zunahme des Pumpenförderstroms infolge Drehzahlzunahme entspricht. Durch den mit steigender Drehzahl verringerten abgegebenen Nutzstrom wird zudem der Staudruck im Lenkventil gesenkt, so daß der Leistungsverlust sowohl wegen verringerten Stromes als auchwegen verringerten Druckverlustes gegenüber bisher bekannten Pumpen abnimmt.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
    • Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch eine Flügelzellenpumpe;
    • Fig. 2 einen horizontalen Längsschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1:
    • Fig. 3 eine vergrößerte Einzelheit aus Fig. 2 und
    • Fig. 4 ein Diagramm des abgegebenen Nutzstromes über der Pumpendrehzahl.
  • Die Flügelzellenpumpe weist ein Gehäusehauptteil 1 und einen Gehäusedeckel 2 auf, die einen Innenraum druckmitteldicht einschließen. Im Innenraum sitzen - gehäusefest angeordnet - eine Druckplatte 4 und ein Nockenring 5, die durch Stifte 6 drehgesichert sind. Innerhalb des Nockenringes 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 Gehäusedeckels 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 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, die von den Flügeln 8 in eine Anzahl von Zellenräunen unterteilt werden. Bei der Saugseite des Systems vergrößern sich die Zellenräume und bei der Druckseite verkleinern sie sich.
  • Die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit erfolgt von einem nicht dargestellten Verteilbereich über zwei in etwa senkrechte Bohrungen 17 (Fig. 2 und 3), knieförmzge Zufuhrkanalabschnitte 18 (Fig. 2) und Durchgangsöffnungen 20 in die jeweiligen Arbeitsbereiche der Pumpe. Die knieförmigen Zuführkanalabschnitte 18 (Fig. 2) weisen jeweils einen radialen Schenkel auf, der in einen Entladekanal 19 (Fig. 2 und 3) einmündet.
  • Die Abfuhr der Hydraulikflüssigkeit erfolgt über Kanäle 33 (Fig. 1) durch die Druckplatte 4 hindurch auf deren Rückseite in einen Druckraum 35 und von dort in eine Venturidüse 36. In der Venturidüse 36 teilt sich der Pumpenförderstrom auf in einen geregelten Nutzstrom zum äußeren Pumpenauslaß 37 und einen durch ein Stromregelventil 40 abqeregelten Förderstrom in die Entladekanäle 19 (Fig. 3). Der geregelte Nutzstrom gelangt durch eine Meßblende oder Drossel 38 in einen Abfuhrkanal 39, der mit dem Steuerraum 47 des Ventils 40 in Verbindung steht. Das Stromregelventil 40 weist einen Schieberkolben 41 auf, der durch die Kraft einer Feder 42 in Richtung auf die Venturidüse 36 gedrängt und gegebenenfalls dort zur Anlage gebracht wird. Der Schieberkolben 41 weist zwei bundförmige Abdichtbereiche 43 und 44 auf, zwischen denen sich eine Ringnut 45 erstreckt. Bei geschlossenem Ventil 40 treffen die Entladekanäle 19 (Fig.2) auf die Ringnut 45. Von der Ringnut 45 führt ein teilweise radial und teilweise axial sich erstreckender Kanal 46 durch den Schieberkolben 41 in den Steuerraum 47, und der Kanal 46 wird von einem Kegelventil beherrscht, welches beim Überschreiten eines bestimmten zulässigen Druckes im Steuerraum 47 anspricht und diesen Raum entlüftet, so daß der Schieberkolben 41 als gesteuertes Druckbegrenzungsventil wirkt, wie es bekannt ist. Ob als Stromregelventil oder als Druckbegrenzungsventil, beim Ansprechen nimmt das Ventil 40 die in Fig.3 dargestellte Lage ein. Zur besseren Stromlenkung kann es dabei vorteilhaft sein, wenn der Ventilschieber 41 einen Fortsatz 48 in die Venturidüse 36 hinein aufweist.
  • Die Drossel 38 ist an der engsten Stelle oder wenigstens nahe an dieser engsten Stelle der Venturidüse 36 angeordnet. Die Drossel 38 ist als Bohrung ausgebildet und trifft senkrecht auf die Achse der Venturidüse 36. Der Winkel a zwischen der Achse der Venturidüse (gerechnet in Richtung auf das Ventil 40) und der Achse der Drossel 38 kann je nach der gewünschten Regelcharakteristik geändert werden. Wenn man eine abfallende Kennlinie (Fig. 4) wünscht, kommt ein Winkelbereich a zwischen 90 und 150° in Betracht. Mit steigendem Winkel a fällt die Kennlinie stärker ab.
  • Die Venturidüse 36 kann rotationssymmetrisch hinsichtlich ihrer Achse ausgebildet sein; man kann aber auch eine Form wählen, bei der möglichst keine Strömungstoträume entstehen, d.h. die Venturidüse kann in die Ebene der Entladekanäle 19 abgeplattet sein. Um eine günstige Abströmung zu erzielen, sollte die Venturidüse 36 eine Weite an ihrem Auslaß aufweisen, die dem Durchmesser des Schieberkolbens 41 nahezu gleichkommt. Man kann dies erreichen, indem die Venturidüse 36 und der Schieberkolben 41 in der gleichen Bohrung (hier übereinstimmend mit dem Steuerraum 47) angeordnet sind.
  • Fig. 4 zeigt ein Diagramm des geregelten Nutzstromes gegenüber der Pumpendrehzahl, und zwar kennzeichnet der strichpunktierte Bereich das Regelverhalten ohne Venturidüse 36, während der ausgezogene Bereich für die Venturidüse 36 gilt. Bei höheren Drücken (bis 150 bar) werden im allgemeinen höhere Werte innerhalb der jeweiligen Bereiche eingenommen. Beim Anlauf der Pumpe nimmt der Förderstrom zunächst linear zu, bis der Ansprechwert des Ventils 40 bei etwa 750 l/min erreicht ist, wonach das Ventil 40 den größten Teil des Förderstromes abregelt. Der geregelte Nutzstrom als verbleibender Rest wird dem Lenkventil angeboten und führt zu einem ständigen Leistungsverlust. Mit der Erfindung gelingt es, in sicherer Weise den geregelten Nutzstrom mit zunehmender Pumpendrehzahl zu verringern und damit zu einem günstigen Leistungsverhältnis zu gelangen.

Claims (5)

1. Hydraulikpumpe, insbesondere zur Lenkhilfe, mit folgenden Merkmalen:
die Hydraulikpumpe weist wenigstens einen Arbeitsbereich mit Einlaßöffnungen (20) und Auslaßöffnungen (33) auf;
die Einlaßöffnungen (20) jedes Arbeitsbereichs sind mit einem Hydraulikflüssigkeitszufuhrsystem (17, 18) und die Auslaßöffnungen (33) jedes Arbeitsbereichs mit einem Hydraulikflüssigkeitsabfuhrsystem (35, 36, 38, 39, 37) verbunden, die untereinander über ein Stromregelventil (40) in Verbindung stehen, das einen abgeregelten Förderstrom in das Zufuhrsystem (17, 18) entlädt ;
das Stromregelventil (40) enthält einen Schieberkolben (41) mit zwei Seiten (43, 44), eine Ventilfeder (42) sowie eine Venturidüse (36) mit einer Querbohrung (38), wobei ein Druckabfall abgegriffen und den beiden Seiten (43, 44) des Schieberkolbens (41) zugeführt wird;

dadurch gekennzeichnet, daß
die Venturidüse (36) den gesamten Förderstrom der Pumpe aufnimmt und daß die Querbohrung (38) als Meßblende oder Drossel für den geregelten Nutzstrom verwendet und im Hydraulikflüssigkeitsabfuhrsystem (35 bis 39) angeordnet ist.
2. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Venturidüse (36) eine Weite an ihrem Auslaß aufweist, der dem Durchmesser des Schieberkolbens (41) nahezu gleich kommt.
3. Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkolben (41 ) einen in die Venturidüse hineinreichenden Fortsatz (48) aufweist.
4. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturidüse (36) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
5. Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (38) als Bohrung ausgebildet und in einem Winkelbereich von 90° bis 150° zur Achse der Venturidüse (36) angeordnet ist.
EP84101136A 1984-02-04 1984-02-04 Flügelzellenpumpe, insbesondere zur Lenkhilfe Withdrawn EP0151657A1 (de)

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