EP0220187B1 - Stromregeleinrichtung für eine rotationskolbenpumpe - Google Patents

Stromregeleinrichtung für eine rotationskolbenpumpe Download PDF

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EP0220187B1
EP0220187B1 EP85903836A EP85903836A EP0220187B1 EP 0220187 B1 EP0220187 B1 EP 0220187B1 EP 85903836 A EP85903836 A EP 85903836A EP 85903836 A EP85903836 A EP 85903836A EP 0220187 B1 EP0220187 B1 EP 0220187B1
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EP
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flow
bore
measuring throttle
flow control
control device
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Johann Merz
Günther SEIDL
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ZF Friedrichshafen AG
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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 flow control device, has the disadvantage that undesirable noises occur when the pump starts, particularly at low temperatures.
  • the invention has for its object to avoid such start-up noise in rotary piston pumps.
  • the bypass flow returned to the suction side of the pump by the flow control valve is only 1 1 / min.
  • the pump In order to continue to be able to pump 8 l, the pump must draw 7 l out of the container.
  • 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 being pumped.
  • the wetted surface is determined by the circumference of the flow cross-sectional area and by the length of the measuring throttle. 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 large compared to the length of the diaphragm and compared to the diameter of the bore. 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 bear against the inner wall of the bore.
  • 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.
  • a cylindrical rotor 8 connected to a drive shaft 7 is mounted in the cam ring 5.
  • 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.
  • a cylindrical throttle is located in the pressure channel 13 between the pressure chamber 10 or the passage 12 and the flow control valve 14 set 16 with a removal and throttling orifice 17, in the further description called aperture 17, arranged.
  • the throttle insert 16 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. Through the orifice 17, pressure medium is passed from the pump to a consumer 18, which is formed, for example, by power steering. 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. 1 and 2, 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 ratio of the surface determined by the length and cross section of the measuring throttle and wetted by the oil flow conveyed to the consumer 18 to the cross-sectional area of the orifice 17 is larger than about 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. Between the bore 23 and the square rod 24, four circular section surfaces 25 are thereby formed, which determine the flow cross section through the measuring throttle 21.
  • the use of a square rod has proven to be particularly advantageous since the viscosity-dependent friction is even more favorable in relation to the size of the throttle than in the first exemplary embodiment.
  • the flow rate is cut off earlier at low temperatures, i.e. 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 smaller amount of oil, 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

  • Die Erfindung betrifft eine Stromregeleinrichtung für Rotationskolbenpumpen zur Regelung eines Nutzstromes, mit einem Bypass-Stromregelventil, in dem eine Meßdrossel angeordnet ist.
  • Aus der DE-PS 24 02 017 ist eine derartige Stromregeleinrichtung bekannt. Eine Rotationskolbenpumpe, die mit einer solchen 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 Anlaufgeräusche bei Rotationskolbenpumpen zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Stromregeleinrichtung der Rotationskolbenpumpe mit einer viskositätsabhängigen Meßdrossel und den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 ausgestattet wird.
  • Bei bisher bekannten Rotationskolbenpumpen (z.B. US-PS 33 49 714) wurde eine Meßdrossel angestrebt, die als Blende ausgebildet ist, und damit weitgehend viskositätsunabhängig 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 beispielsweise 8 1/min beträgt, 7 I zu dem Verbraucher gefördert, so beträgt der durch das Stromregelventil zur Saugseite der Pumpe zurückgeförderte Bypass-Strom nur 1 1/min. Um weiterhin 8 I fördern zu können, muß die Pumpe 7 I aus dem Behälter nachsaugen.
  • Bei niedrigen Temperaturen reicht die Injektorwirkung des Bypass-Stromes wegen der Dickflüssigkeit des Öles nicht aus, um die geforderten 7 I nachzusaugen. Die dadurch entstehende Kavitation 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 Olmenge nach außen zu dem Verbraucher gefördert, während die Hauptmenge im Bypass-Strom wieder der Saugseite 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 erreicht, daß der Durchflußquerschnitt der Meßdrossel klein ist im Verhältnis zu der von dem geförderten Ölstrom benetzten Oberfläche 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 Meßdrossel eine viskositätsunabhängige Blende vorgeschaltet ist. Dabei wird durch die Blende die Feinregelung erreicht, während durch die viskositätsabhängige Meßdrossel die oben beschriebenen Vorteile 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 entspricht 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 Bohrung 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 anliegen.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand zweier, in einer Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Rotationskolbenpumpe mit der erfindungsgemäßen Stromregeleinrichtung,
    • Fig. 2 einen Teilschnitt entsprechend der Linie 11-11 in Fig. 1,
    • Fig. 3 einen Teilschnitt entsprechend der Linie 11-11, 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 Förderstromes von der Öltemperatur und von der Pumpendrehzahl.
  • 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 Stirnplatte 4 und dem Deckel 2 ist in dem Gehäuse 1 eine Druckkammer 10 gebildet, die über Durchlässe 11 und 12 in den Stirnplatten 4 und 3 mit einem Druckkanal 13 verbunden ist. Ein Stromregelventil 14 leitet je nach Drehzahl überschüssiges Druckmittel 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 erfindungswesentlich 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 Druckmittel von der Pumpe zu einem Verbraucher 18 geleitet, der beispielsweise durch eine Servolenkung gebildet ist. Über eine, in der Zeichnung nicht dargestellte Dämpfungsdrossel wird in bekannter 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 ausgebildet, deren Querschnitt etwa dem Querschnitt der Blende 17 entspricht. Die Länge der Meßdrossel 21 ist dabei groß gegenüber der Länge der Meßblende und gegenüber dem Durchmesser der Bohrung 22. Das Verhältnis der durch die Länge und den Querschnitt der Meßdrossel bestimmten, von dem zu dem Verbraucher 18 geförderten 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 Ausführungsbeispiel 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 Kreisabschnittsflächen 25 gebildet, die den Durchflußquerschnitt durch die Meßdrossel 21 bestimmen. Die Verwendung eines Vierkant-Stabes hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da die viskositätsabhängige Reibung im Verhältnis zur Baugröße 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 Umfangsfläche 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 Verbraucher 18 gefördert wird, muß auch weniger Öl aus dem Ölbehälter nachgesaugt werden. Für diese geringere Ölmenge ist die InjektorWirkung 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. Dadurch wird bei niedrigen Temperaturen ein größerer Teil des geförderten 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 (5)

1. Stromregeleinrichtung für eine Rotationskolbenpumpe zur Regelung eines Nutzstromes für Servolenkungen von Kraftfahrzeugen, mit einem Bypass-Stromregelventil, dem eine Meßdrossel zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchströmquerschnitt der Meßdrossel (21) klein ist im Verhältnis zu der von dem geförderten Ölstrom benetzten Oberfläche, so daß die Meßdrossel (21) eine Viskositätsabhängigkeit aufweist, durch die im ganzen Betriebstemperaturbereich der Rotationskolbenpumpe eine ausreichende Füllung der Pumpe ohne Kavitation gewährleistet ist, daß der Meßdrossel (21) eine Blende (17) vorgeschaltet ist und daß die Meßdrossel (21) als Bohrung (22) ausgebildet ist, deren Durchströmquerschnitt etwa gleich groß ist wie der Querschnitt der Blende (17) und deren Länge groß ist gegenüber der Länge der Blende (17) und gegenüber dem Durchmesser der Bohrung (22).
2. Stromregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der durch die Länge und den Querschnitt der Meßdrossel (21) bestimmten, von dem zu dem Verbraucher (18) geförderten Ölstrom benetzten Oberfläche zu der Querschnittsfläche der Blende (17) größer ist als etwa 20:1.
3. Stromregeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßdrossel (21) als Bohrung (23) ausgebildet ist, in der ein Stab (24) eingesetzt ist, zwischen dessen äußerer Umfangfläche und der Innenwand der Bohrung (23) der Durchströmquerschnitt für den geförderten Ölstrom gebildet ist.
4. Stromregeleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (24) einen polygonförmigen Querschnitt aufweist und daß die Längskanten des Stabes an der Innenwand der Bohrung (23) anliegen.
5. Stromregeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (24) ein Vierkant-Stab ist.
EP85903836A 1984-08-11 1985-07-30 Stromregeleinrichtung für eine rotationskolbenpumpe Expired - Lifetime EP0220187B1 (de)

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