EP0220187A1 - Stromregeleinrichtung für eine rotationskolbenpumpe. - Google Patents

Stromregeleinrichtung für eine rotationskolbenpumpe.

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EP0220187A1
EP0220187A1 EP85903836A EP85903836A EP0220187A1 EP 0220187 A1 EP0220187 A1 EP 0220187A1 EP 85903836 A EP85903836 A EP 85903836A EP 85903836 A EP85903836 A EP 85903836A EP 0220187 A1 EP0220187 A1 EP 0220187A1
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flow
throttle
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current control
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ZF Friedrichshafen AG
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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 flow control device for rotary piston pumps for controlling a useful current, with a bypass flow control valve in which a measuring throttle is arranged.
  • Such a current control device is known from DE-PS 24 02 017.
  • a rotary piston pump which is provided with such a current control device, has the disadvantage that when the pump starts up, especially at low temperatures, undesirable noises occur.
  • the object of the invention is to avoid such start-up noises in rotary piston pumps.
  • the bypass flow reclaimed by the flow control valve to the suction side of the pump is only 1 1 / min.
  • the pump 7 1 In order to continue to be able to convey 8 1, the pump 7 1 must suck up from the container. At low temperatures, the injector effect of the bypass flow is not sufficient due to the thick liquid of the oil to replenish the required 7 1. The resulting cavitation leads to the undesirable noises.
  • a flow control valve with a viscosity-dependent measuring throttle is used according to the invention, so that the cutoff occurs earlier at low temperatures, so that less oil is conveyed to the outside of the consumer. As a result, only a small amount of oil is pumped outwards to the consumer, while the main amount in the bypass flow is fed back to the suction side of the pump. The result is that only a very small amount of oil has to be sucked out of the container, so that no cavitation and no associated noises occur.
  • the viscosity dependence of the measuring throttle is achieved in that the flow cross-section of the measuring throttle is small in relation to the surface in the measuring throttle wetted by the oil flow conveyed.
  • the wetted surface is determined by the circumference of the flow cross-sectional area and by the length of the Measuring choke. Because of the thicker boundary layer with viscous oil, the influence of the surface is greater than with viscous oil.
  • a viscosity-independent orifice is connected upstream of the viscosity-dependent measuring throttle.
  • the orifice is used to achieve fine control / while the viscosity-dependent measuring throttle achieves the advantages of noise prevention described above.
  • the invention can be implemented particularly simply in that the measuring throttle is designed as a bore with a cross-section which approximately corresponds to the cross-section of the diaphragm and whose length is long compared to the length of the diaphragm and versus the diameter of the hole. This can be achieved particularly easily by means of an angled bore of constant cross-section, the first piece of the bore having a relatively short length and the second, angled piece of the bore having a relatively large length.
  • a rod with a polygonal cross section for example a square rod, is inserted into the bore of the measuring throttle, the edges of which lie against the inner wall of the bore.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a rotary piston pump with the inventive 'SEN current control means
  • FIG. 5 shows a diagram with the dependence of the delivery flow on the oil temperature and on the pump speed.
  • a cam ring 5 is arranged between two end plates 3 and 4.
  • a pin 6 secures the cam ring 5 and the two end plates 3 and 4 against rotation.
  • In the cam ring 5 there is a cylindrical rotor 8 connected to a drive shaft 7 stored.
  • Working slides or vanes 9 are guided in radially movable fashion in slots of the rotor 8.
  • a pressure chamber 10 is formed in the housing 1 between the second end plate 4 and the cover 2 and is connected to a pressure channel 13 via passages 11 and 12 in the end plates 4 and 3.
  • a flow control valve 14 directs excess pressure medium from the pressure channel 13 into an intake channel 15 depending on the speed.
  • a cylindrical throttle insert 16 is arranged with a removal and throttling orifice 17, in the further description called orifice 17.
  • the throttle insert 16 in the exemplary embodiment lies transversely to the axis of the pressure channel 13.
  • the position of the throttle insert 16 with respect to the axis of the pressure channel 13 is not essential to the invention and can also be selected differently according to the requirements.
  • the screen 17 can be arranged directly in the housing 1.
  • pressure medium is passed from the pump to a consumer 18, which is formed, for example, by a power steering system.
  • a damping throttle Via a damping throttle, not shown in the drawing, a reduced pressure is transmitted in a known manner through a control line 19 from a pressure line 20 leading to the consumer 18 to the rear of the flow control valve 14.
  • a measuring throttle 21 connects to the orifice 17 for a viscosity-dependent delivery rate.
  • the measuring throttle 21 is designed as a bore 22, the cross section of which corresponds approximately to the cross section of the diaphragm 17.
  • the length of the measuring throttle 21 is large compared to the length of the measuring orifice and compared to the diameter of the bore 22.
  • the cross-sectional area of the diaphragm 17 is larger than approximately 20: 1.
  • the measuring throttle is designed as a bore 23 into which a square rod 24 is inserted, the longitudinal edges of which bear against the inner wall of the bore 23.
  • four circular section surfaces 25 are formed between the bore 23 and the square rod 24 and determine the flow cross section through the measuring throttle 21.
  • the use of a square rod has proven to be particularly advantageous because the viscosity-dependent friction in relation to the size of the throttle is even more favorable than in the first exemplary embodiment.
  • a round rod an annular flow-through surface being formed between the outer circumferential surface of the round rod and the inner wall of the bore 23.
  • the reduction of the flow rate begins earlier at low temperatures, i. H. even at a lower volume than at higher temperatures.
  • the regulation is always carried out with the same pressure difference. Because a smaller amount is conveyed to the outside of the consumer 18, less oil has to be drawn in from the oil container. The injector effect of the bypass flow is sufficient for this lower oil quantity, so that cavitation is almost completely prevented.
  • Fig. 5 The influence of the flow control device according to the invention on the flow is shown in Fig. 5. This shows to what extent the flow rate V is regulated earlier at a temperature of 20 ° C than at a temperature of 80 ° C. As a result, a large part of the oil produced is circulated in the pump at low temperatures.

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Description

Stromregeleinrichtung für eine Rotationskolbenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Stromregeleinrichtung für Rota¬ tionskolbenpumpen zur Regelung eines Nutzstromes, mit einem By- pass-Stromregelventil, in dem eine Meßdrossel angeordnet ist.
Aus der DE-PS 24 02 017 ist eine derartige Stromregelein¬ richtung bekannt. Eine Rotationskolbenpumpe, die mit einer sol¬ chen Stromregeleinrichtung versehen ist, weist den Nachteil auf, daß beim Anlauf der Pumpe, insbesondere bei tiefen Temperaturen, unerwünschte Geräusche entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Anlauf- geräusche bei Rotationskolbenpumpen zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Stromregelein¬ richtung der Rotationskolbenpumpe mit einer viskositätsabhängigen Meßdrossel ausgestattet wird.
Bei bisher bekannten Rotationskolbenpumpen (z. B. DE-Patent- anmeldung P 34 23 812.3, US-PS 33 49 714) wurde eine Meßdrossel angestrebt, die als Blende ausgebildet ist, und damit viskosi¬ tätsunabhängig ist. Dies bedeutet, daß die zu einem Verbraucher geförderte ölmenge unabhängig von der Temperatur des Öles bei tiefen und hohen Temperaturen gleiche Werte einnimmt. Dies wurde dadurch erreicht, daß die Länge der Drosselstelle möglichst kurz ausgeführt wurde. Der Abgriff des reduzierten Druckes für die Stromregelung erfolgt hierbei direkt hinter der Blende.
Werden bei einer bekannten Pumpe, deren Förderleistung bei¬ spielsweise 8 1/min beträgt, 7 1 zu dem Verbraucher gefördert, so beträgt der durch das Stromregelventil zur Saugseite der Pumpe zurückgeforderte Bypass-Strom nur 1 1/min. Um weiterhin 8 1 för¬ dern zu können, muß die Pumpe 7 1 aus dem Behälter nachsaugen. Bei niedrigen Temperaturen reicht die Injektorwirkung des By- pass-Stromes wegen der Dickflüssigkeit des Öles nicht aus, um die geforderten 7 1 nachzusaugen. Die dadurch entstehende Kavi¬ tation führt zu den unerwünschten Geräuschen.
Wird dagegen erfindungsgemäß ein Stromregelventil mit einer viskositätsabhängigen Meßdrossel verwendet, so tritt bei tiefen Temperaturen die Abregelung bereits früher ein, so daß weniger öl nach außen zu dem Verbraucher gefördert wird. Dadurch wird nur noch eine kleine ölmenge nach außen zu dem Verbraucher ge¬ fördert, während die Hauptmenge im Bypass-Strom wieder der Saug¬ seite der Pumpe zugeführt wird. Die Folge ist, daß nur eine sehr geringe ölmenge aus dem Behälter nachgesaugt werden muß, so daß keine Kavitation und keine damit verbundenen Geräusche auftreten.
Die Viskositätsabhängigkeit der Meßdrossel wird dadurch er¬ reicht, daß der Durchflußquerschnitt der Meßdrossel klein ist im Verhältnis zu der von dem geförderten ölstrom benetzten Ober¬ fläche in der Meßdrossel.. Die benetzte Oberfläche wird dabei bestimmt durch den Umfang der Durchflußquerschnittsfläche und durch die Länge der Meßdrossel. Wegen der bei dickflüssigem öl dickeren Grenzschicht ist der Einfluß der Oberfläche größer als bei dünnflüssigem öl.
Um eine genaue Feinregelung des ölstromes zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn vor der viskositätsabhängigen Meßdros¬ sel eine viskositätsunabhängige Blende vorgeschaltet ist. Dabei wird durch die Blende die Feinregelung erreicht/ während durch die viskositätsabhängige Meßdrossel die oben beschriebenen Vor¬ teile der Geräuschverhinderung erreicht werden.
Besonders einfach läßt sich die Erfindung verwirklichen, dadurch, daß die Meßdrossel als Bohrung ausgebildet ist mit einem Querschnitt, der ungefähr dem Querschnitt der Blende ent¬ spricht und deren Länge groß ist gegenüber der Länge der Blende und gegenüber dem Durchmesser der Bohrung. Besonders einfach läßt sich dies durch eine abgewinkelte Bohrung von konstantem Querschnitt erreichen, wobei das erste Stück der Bohrung eine relativ kurze Länge und das zweite, abgewinkelte Stück der Boh¬ rung eine relativ große Länge aufweisen.
Eine andere Art der vorteilhaften Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß in die Bohrung der Meßdrossel ein Stab mit polygonförmigem Querschnitt, beispielsweise ein Vierkant-Stab, eingesetzt ist, dessen Kanten an der Innenwand der Bohrung an¬ liegen.
Nachstehend wird die Erfindung anhand zweier, in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Rotationskolbenpumpe mit der erfindungsgemä'ßen Stromregeleinrichtung,
Fig. 2 einen Teilschnitt entsprechend der Linie II-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Teilschnitt entsprechend der Linie II-II, jedoch mit einem anderen Ausführungsbeispiel,
Fig. 4 einen Querschnitt entsprechend der Linie IV-IV, in in Fig. 3,
Fig. 5 ein Diagramm mit der Abhängigkeit des Förder¬ stromes von der öltemperatur und von der Pumpen¬ drehzahl.
In einem Gehäuse 1, das durch einen Deckel 2 abgeschlossen wird, ist zwischen zwei Stirnplatten 3 und 4 ein Kurvenring 5 angeordnet. Ein Stift 6 sichert den Kurvenring 5 und die beiden Stirnplatten 3 und 4 gegen Verdrehen. In dem Kurvenring 5 ist ein mit einer Antriebswelle 7 verbundener, zylindrischer Rotor 8 gelagert. In Schlitzen des Rotors 8 sind Arbeitsschieber bzw. Flügel 9 radial beweglich geführt. Zwischen der zweiten Stirn¬ platte 4 und dem Deckel 2 ist in dem Gehäuse 1 eine Druckkam¬ mer 10 gebildet, die über Durchlässe 11 und 12 in den Stirnplat- teri 4 und 3 mit einem Druckkanal 13 verbunden ist. Ein Strom¬ regelventil 14 leitet je nach Drehzahl überschüssiges Druck¬ mittel von dem Druckkanal 13 in einen Ansaugkanal 15.
In dem Druckkanal 13 ist zwischen der Druckkammer 10 bzw. dem Durchlaß 12 und dem Stromregelventil 14 ein zylindrischer Drosseleinsatz 16 mit einer Entnahme- und Drosselblende 17, in der weiteren Beschreibung kurz Blende 17 genannt, angeordnet. Der Drosseleinsatz 16 liegt in dem Ausführungsbeispiel quer zur Achse des Druckkanals 13. Die Lage des Drosseleinsatzes 16 in bezug auf die Achse des Druckkanals 13 ist jedoch nicht erfiϊi- dungswesentlich und kann entsprechend den Erfordernissen auch anders ausgewählt werden. Ebenso kann die Blende 17 direkt in dem Gehäuse 1 angeordnet sein. Durch die Blende 17 wird Druck¬ mittel von der Pumpe zu einem Verbraucher 18 geleitet, der bei¬ spielsweise durch eine Servolenkung gebildet ist. über eine, in der Zeichnung nicht dargestellte Dämpfungsdrossel wird in be¬ kannter Weise ein reduzierter Druck durch eine Steuerleitung 19 von einer zu dem Verbraucher 18 führenden Druckleitung 20 an die Rückseite des Stromregelventils 14 übertragen.
An die Blende 17 schließt sich eine Meßdrossel 21 für eine viskositätsabhängige Fördermenge an. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ist die Meßdrossel 21 als Bohrung 22 ausgebil¬ det, deren Querschnitt etwa dem Querschnitt der Blende 17 ent¬ spricht. Die Länge der Meßdrossel 21 ist dabei groß gegenüber der Länge der Meßblende und gegenüber dem Durchmesser der Boh¬ rung 22. Das Verhältnis der durch die Länge und den Querschnitt der Meßdrossel bestimmten, von dem zu dem Verbraucher 18 geför¬ derten ölstrom benetzten Oberfläche zu der Querschnittsfläche der Blende 17 ist dabei größer als etwa 20 : 1. In einem zweiten, in den Figuren 3 und 4 dargestellten Aus¬ führungsbeispiel ist die Meßdrossel als Bohrung 23 ausgebildet, in die ein Vierkant-Stab 24 eingesetzt ist, dessen Längskanten an der Innenwand der Bohrung 23 anliegen. Zwischen der Bohrung 23 und dem Vierkant-Stab 24 werden dadurch vier Kreisabschnittsflä¬ chen 25 gebildet, die den Durchflußquerschnitt durch die Me߬ drossel 21 bestimmen. Die Verwendung eines Vierkant-Stabes hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da die viskosi¬ tätsabhängige Reibung im Verhältnis zur Baugrδße der Drossel noch günstiger als im ersten Ausführungsbeispiel ist. Für andere Anwendungsfälle ist jedoch auch die Verwendung eines Stabes mit einem anderen Polygonprofil möglich. Ebenso ist die Verwendung eines Rundstabes möglich, wobei sich zwischen der äußeren Um- fangsfläche des Rundstabes und der Innenwand der Bohrung 23 eine kreisringförmige Durchströmfläche bildet.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Meßdrossel setzt die Abregelung des Förderstromes bei tiefen Temperaturen früher ein, d. h. bereits bei einem niedrigerem Volumen als bei höheren Temperaturen. Die Abregelung erfolgt hierbei immer bei gleicher Druckdifferenz. Weil eine geringere Menge nach außen zu dem Ver¬ braucher 18 gefördert wird, muß auch weniger l aus dem Ölbehäl¬ ter nachgesaugt werden. Für diese geringere lmenge ist die In- jektorWirkung des Bypass-Stromes ausreichend, so daß Kavitation- nahezu vollständig verhindert wird.
Der Einfluß der erfindungsgemäßen Stromregeleinrichtung auf den Förderstrom ist in Fig. 5 dargestellt. Daraus wird deutlich, in welchem Maße der Förderstrom V bei einer Temperatur von 20 °C früher abgeregelt wird als bei einer Temperatur von 80 °C. Da¬ durch wird bei niedrigen Temperaturen ein größerer Teil des ge¬ förderten Öles in der Pumpe umgewälzt.
Mit der Verhinderung der Kavitation wird auch die Ursache für das Entstehen der unerwünschten Geräusche beseitigt. Bezugszeichen
1 Gehäuse
2 Deckel
3 Stirnplatte
4 Stirnplatte
5 Kurvenring
6 Stift
7 Antriebswelle
8 Rotor
9 Flügel
10 Druckkammer
11 Durchlaß
12 Durchlaß
13 Druckkanal
14 Stromregelventil
15 •Ansaugkanal
16 Drosseleinsatz
17 Blende
18 Verbraucher
19 Steuerleitung
20 Druckleitung
21 Meßdrossel
22 Bohrung
23 Bohrung
24 Vierkant-Stab
25 Kreisabschnittsfläche

Claims

A n s p r ü c h e
1. Stromregeleinrichtung für eine Rotationskolbenpumpe zur Regelung eines Nutzstromes, insbesondere für Servolenkungen von Kraftfahrzeugen, mit einem Bypass-Stromregelventil, in dem eine Meßdrossel angeordnet ist, dadurch g e k e n n z e i c h ¬ n e t , daß die Meßdrossel (21) viskositätsabhängig ist.
2. Stromregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Durchströmquerschnitt der Meßdrossel (21) klein ist im Verhältnis zu der von dem geför¬ derten ölstrom benetzten Oberfläche.
3. Stromregeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Meßdrossel (21) eine Blende (17) vorgeschaltet ist.
4. Stromregeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Meßdrossel (21) als Boh¬ rung (22) ausgebildet ist, deren Querschnitt etwa dem Quer¬ schnitt der Blende (17) entspricht und deren Länge groß ist gegenüber der Länge der Blende (17) und gegenüber dem Durch¬ messer der Bohrung (22) .
5. Stromregeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Meßdrossel (21) als Boh¬ rung (23) ausgebildet ist, in der ein Stab (24) eingesetzt ist, zwischen dessen äußerer Umfangsfläche und der Innenwand der Boh¬ rung (23) der Durchströmquerschnitt für den geförderten ölstrom gebildet ist.
6. Stromregeleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Stab (24) einen polygonförmi- gen Querschnitt aufweist, und daß die Längskanten des Stabes an der Innenwand der Bohrung (23) anliegen.
7. Stromregeleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der Stab (24) ein Vierkant-Stab ist.
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