EP1378665A1

EP1378665A1 - Flügelzellenpumpe

Info

Publication number: EP1378665A1
Application number: EP03013008A
Authority: EP
Inventors: Johann Merz
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2004-01-07
Anticipated expiration: 2023-06-10
Also published as: ES2250787T3; DE50301288D1; DE10229809A1; EP1378665B1

Abstract

Eine Flügelzellenpumpe zum Erzeugen eines Druckmittelstromes zu einem Verbraucher, insbesondere einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeuges, weist zwei Arbeitskammern (9;9) auf. Die zwei Arbeitskammern weisen zur Ausbildung einer Pumpensaugseite je eine Einlaßkammer (10;11) und zur Ausbildung einer Pumpendruckseite je eine Auslaßkammer (12;13) auf. Die Einlaßkammern (10;11) sind über einen Sauganschluß (2) mit einem Druckmittel versorgbar. Die Druckmittelströme aus den Auslaßkammern (12;13) sind einem Druckraum bzw. einer mit dem Verbraucher verbindbaren Hauptdruckleitung (14) zuführbar. Der Druckmittelstrom aus einer ersten Auslaßkammer ist mittels einem Elektroventil (16) derart steuerbar, daß der Druckmittelstrom direkt der Pumpensaugseite (1) oder dem Druckraum bzw. der Hauptdruckleitung (14) zuführbar ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe zum Erzeugen eines Druckmittelstroms zu einem Verbraucher gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine gattungsgemäße Flügelzellenpumpe ist aus der DE 41 36 150 A1 bekannt.

Die gattungsgemäße Flügelzellenpumpe weist in einem Pumpengehäuse einen drehfest gelagerten Kurvenring auf. Im Inneren des Kurvenrings ist ein Rotor angeordnet, der mehrere Schlitze aufweist, die im wesentlichen radial nach außen gerichtet sind. In den Schlitzen sind Flügel beweglich geführt, deren Bewegung bei einer Drehung des Rotors durch die Innenkontur des Kurvenrings gesteuert wird. Zwischen dem Kurvenring, dem Rotor und den Stirnseiten von seitlich anliegenden Gehäuseteilen sind Arbeitskammern gebildet. Die Arbeitskammern weisen dabei je eine Saug- und Druckzone auf. In jeder der beiden Saugzonen ist eine Einlaßkammer und in jeder der beiden Druckzonen eine Auslaßkammer angeordnet. Durch ein mit drei Steuerkantenpaaren ausgestattetes Stromregelventil werden die beiden Druckmittelströme aus den beiden Auslaßkammern bei niedrigen Pumpendrehzahlen parallel und bei höheren Pumpendrehzahlen in Reihe geschaltet.

Die aus der DE 41 36 150 A1 bekannte Pumpe wird beispielsweise für eine Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Um die sehr unterschiedlichen Drehzahlen des Antriebsmotors an den Druckmittelbedarf des Verbrauchers anzupassen, werden derartige Flügelzellenpumpen mit einem Stromregelventil ausgestattet. Dadurch soll erreicht werden, daß der Flüssigkeitsstrom zur Hilfskraftlenkung bei einer hohen Pumpendrehzahl dem Flüssigkeitsstrom bei einer niedrigen Pumpendrehzahl entspricht.

Da die Leerlaufdrehzahlen eines Fahrzeugmotors sehr niedrig liegen, muß das Verdrängungsvolumen der Flügelzellenpumpe entsprechend groß gewählt werden, um den Mindeststrombedarf des Verbrauchers sicherzustellen. Die Folge davon ist, daß bei hohen Motordrehzahlen ein entsprechend hoher Förderstrom ungenutzt umgewälzt wird, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Anlage verschlechtert wird.

Die gattungsgemäße Schrift beschreibt hierzu eine Flügelzellenpumpe bei der die Druckmittelströme aus den beiden Auslaßkammern bei hohen Drehzahlen in Reihe geschaltet werden. In nachteilhafter Weise ist der Aufbau der Flügelzellenpumpe mit dem speziellen Stromregelventil relativ aufwendig. Darüber hinaus wird eine Betätigung des Stromregelventils erst erreicht, wenn ein entsprechender Widerstand an der Drosselstelle anliegt. Hierzu muß ein hoher Volumenstrom gefördert werden, der entsprechend Leistung erfordert und eine nicht erwünschte Wärmeentwicklung verursacht.

Eine vorteilhafte Leistungsregelung und eine genaue Volumenstromregelung ist mit der gattungsgemäßen Schrift nicht möglich.

Aus dem weiteren Stand der Technik sind zweiflüglige Flügelzellenpumpen bekannt, die meist jedoch nicht geregelt sind oder eine Bypassregelung aufweisen. Es sind auch Flügelzellenpumpen bekannt, bei denen eine Flügelseite kurzgeschlossen ist. Der Wirkungsgrad dieser Flügelzellenpumpen ist jedoch geringer und die Volumenstromregelung zu einem Verbraucher noch ungenauer, als bei der gattungsgemäßen Flügelzellenpumpe, die hierfür bereits Verbesserungen vorgeschlagen hat.

Die bekannten Flügelzellenpumpen fördem zumeist ein hohes Volumen, das gegen eine Drossel bzw. gegen einen Widerstand geführt wird und gegebenenfalls durch ein Stromregelventil und eine Bypassleitung rückführbar ist. Die Verluste gehen dabei unmittelbar in Temperatur über und erwärmen den Druckmittelkreislauf deutlich. Dies macht den Einsatz von entsprechenden Kühlern notwendig, deren Größe proportional mit den Drücken ansteigt. Da insbesondere im Automobilbereich immer mehr hydraulische Leistung erforderlich ist, steigen die aus den bisher bekannten Flügelzellenpumpen resultierenden Leistungsverluste, die sich direkt im Kraftstoffverbrauch niederschlagen, deutlich an.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Flügelzellenpumpe zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik löst, insbesondere den Wirkungsgrad bei hohen Drehzahlen deutlich verbessert und bei einer kostengünstigen, kompakten Bauform eine einfache Leistungsregelung und eine genaue Volumenstromregelung zu einem Verbraucher ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Dadurch, daß der Druckmittelstrom aus einer ersten Auslaßkammer durch ein Elektroventil direkt der Pumpensaugseite zuführbar ist (kurzgeschlossen), läßt sich eine vorteilhafte Leistungsregelung erzielen. Das Elektroventil kann dabei in einfacher Weise anhand der Pumpendrehzahl und/oder des Lenkmomentes und/oder des Lenkwinkels und/oder anderer Parameter, die eine Energieeinsparung bewirken, gesteuert werden.

Die Steuerung des Elektromagnetventiles mittels der Pumpendrehzahl, dem Lenkwinkel und dem Lenkmoment ist vorteilhaft, da somit auch die Stärke der Auslenkung sowie des Lenkwinkels berücksichtigt werden können. Bei einer mittleren Pumpendrehzahl und einer geringen Lenkbewegung ist ein geringeres Volumen des Druckmittelstromes ausreichend, während bei derselben Pumpendrehzahl eine starke Auslenkung der Fahrzeugräder ein erhöhtes Volumen des Druckmittelstromes erfordert. Eine derartige Steuerung anhand von verschiedenen Parametern, wobei keine Beschränkung auf die Parameter Lenkmoment und Lenkbewegung notwendig ist, läßt sich mit einem Elektroventil vorteilhaft realisieren.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es auch möglich, die Flügelzellenpumpe unabhängig von der Pumpendrehzahl zu steuern oder ergänzend zu der Pumpendrehzahl das Lenkmoment, den Lenkwinkel bzw. ein Lenkwunsch zu berücksichtigen. Die Größe der gewünschten Auslenkung der Fahrzeugräder kann somit berücksichtigt werden. Die relevanten Daten können sich in einfacher Weise aus dem Lenkwinkelsignal beispielsweise des ZSP-Signals ergeben bzw. errechnet werden. Wie der Erfinder festgestellt hat, ist in über 90% der Fahrsituationen keine Lenkbewegung notwendig. D.h. unabhängig von der Pumpendrehzahl kann in diesem Fall eine erste Auslaßkammer kurzgeschlossen werden, d.h. der Druckmittelstrom direkt zur Pumpensaugseite zurückgefördert werden, da die Hilfskraftlenkung keinen Druckmittelstrom zur Ansteuerung der Fahrzeugräder benötigt.

Bei den bisher bekannten Flügelzellenpumpen wurde aus Gründen der Querkraftabstützung auch bei hohen Pumpendrehzahien aus beiden Auslaßkammern in den Druckraum bzw. in die Hauptdruckleitung gefördert. Bei der Abschaltung einer Auslaßkammer ist bei hohen Pumpendrehzahlen davon ausgegangen worden, daß die Abstützung der Querkräfte nur noch einseitig (durch eine Arbeitskammer) erfolgt und es somit zu Beschädigungen, Verschiebungen oder dergleichen der Flügelzellenpumpe kommt. Der Erfinder hat nunmehr erkannt, daß eine Abstützung der Querkräfte durch eine beidseitige Druckbelastung der Arbeitskammem (bzw. Auslaßkammern) nicht notwendig ist, wenn kein Lenkmoment anliegt. Dies liegt jedoch in 90% der Fälle nicht an. Daher kann, gesteuert durch das Elektroventil in Abhängigkeit des Lenkmoments, des Lenkwinkels oder eines Lenkwunsches des Fahrers die erste Auslaßkammer in energetisch günstiger Weise problemlos abgeschaltet werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist es dabei auch möglich, die Auslaßkammern asymmetrisch auszubilden. Vorgesehen sein kann dabei, daß die kleinere Auslaßkammer permanent fördert und somit eine Minimalförderung, insbesondere wenn kein Lenkmoment anliegt, gewährleistet. Die große Auslaßkammer stellt somit die durch das Elektroventil gesteuerte erste Auslaßkammer dar. Beispielsweise beim Anliegen eines entsprechenden Lenkmomentes bzw. bei Rangiervorgängen mit geringen Pumpendrehzahlen kann die große Auslaßkammer durch das Elektroventil zugeschaltet werden.

Durch den Einsatz eines Elektroventils läßt sich das zu einem Verbraucher zu fördernde Volumen des Druckmittelstromes durch die direkte Rückführung des Druckmittelstromes aus der ersten Auslaßkammer deutlich reduzieren, so daß die Leistungsverluste minimiert werden. In vorteilhafter Weise reduziert sich somit auch die Wärmeentwicklung.

Das Elektroventil optimiert den Wirkungsgrad der Flügelzellenpumpe und ermöglicht eine kompakte und kostengünstige Bauweise.

Die energetischen Vorteile durch die erfindungsgemäße Lösung resultieren im wesentlichen daraus, daß ein geringerer Volumenstrom durch das System gefördert wird. Dadurch, daß der Volumenstrom abgesenkt wird, entsteht ein geringerer Leerlaufdruck. Allgemein entsteht der Leerlaufdruck, d.h. der Druck im System bei der Leerlaufdrehzahl der Pumpe, durch die Meßblende, die Blende im Dehnschlauch, das Lenkventil (wirkt wie eine Blende), die Rücklaufblende, den Ölkühler sowie den Rücklauffilter. Wird der Regelstrom der Pumpe abgesenkt, sinkt der Leerlaufdruck und damit die Leistungsaufnahme der Pumpe.

Energetisch vorteilhaft ist außerdem, daß der Volumenstrom der abgeschalteten Seite nicht durch die Regeldrossel bzw. die Meßblende fließt. Auch daraus resultiert ein geringerer Leerlaufdruck. Ein weiterer Grund für die energetischen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß die Strömungsquerschnitte der Pumpe im allgemeinen sehr klein sind. Durch die erfindungsgemäße Steuerung des Druckmittelstromes und die zusätzlichen Kanäle entstehen geringere Strömungswiderstände.

Das Elektroventil kann im wesentlichen zwei Schaltstellungen aufweisen, wobei in einer Schaltstellung über ein Rückschlagventil in den Druckraum gefördert wird und in der anderen Schaltstellung das Druckmittel drucklos zur Pumpensaugseite fließt. Dabei ist es im Hinblick auf eine kompakte Bauform besonders vorteilhaft, wenn das Druckmittel auf kürzestem Weg zur Pumpensaugseite geführt wird und mit dem Sauganschluß bzw. einem Saugstutzen einen Injektor bildet. Der Einsatz des Elektroventils ermöglicht in vorteilhafter Weise, daß die Umschaltung zwischen den Schaltstellungen durch beliebige Parameter erfolgen kann. Darüber hinaus lassen sich kürzeste Schaltzeiten realisieren, ohne das vorher ein "Schaltdruck" angestaut werden muß.

Das Elektroventil ermöglicht eine besonders einfache und kompakte Bauform, da zur Steuerung des Elektroventils keine druckmittelfördernden Leitungen oder dergleichen verbaut werden müssen.

Von Vorteil ist es, wenn das Elektroventil als elektromagnetisches Ventil mit einer Auf/Zu-Schaltung ausgebildet ist.

Durch eine Ausgestaltung als elektromagnetisches Ventil mit im wesentlichen zwei Schaltstellungen läßt sich die erfindungsgemäße Lösung in besonders einfacher und kostengünstiger Weise realisieren.

Von Vorteil ist es, wenn der Druckmittelstrom aus der ersten Auslaßkammer in einer Zu-Schaltstellung des Elektroventils über ein Rückschlagventil dem Druckraum bzw. der Hauptdruckleitung und in einer Auf-Schaltstellung des Elektroventils direkt der Pumpensaugseite bzw. dem Sauganschluß zuführbar ist.

Vorgesehen ist, daß die Zu-Schaltstellung des Elektroventils bei niedrigen Pumpendrehzahlen bzw. analog dazu bei großen Lenkmomenten, großen Lenkbewegungen oder anderen derartigen Parametem anliegt. Die Auf-Schaltstellung, bei der der Druckmittelstrom der ersten Auslaßkammer kurzgeschlossen bzw. direkt der Pumpensaugseite zugeführt wird, liegt vorzugsweise bei hohen Pumpendrehzahlen an bzw. wenn kein oder ein nur geringes Lenkmoment anliegt bzw. keine oder nur eine geringe Lenkbewegung erforderlich ist.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß der in einer Auf-Schaltstellung des Elektroventils rückgeführte bzw. kurzgeschlossene Druckmittelstrom aus der ersten Auslaßkammer mittels einer als Injektor ausgebildeten Verschneidung in den Druckmittelstrom des Sauganschlusses einspritzbar ist.

Die Energie, die der kurzgeschlossene bzw. rückgeführte Druckmittelstrom mit sich bringt, kann somit zum Aufladen des Druckmittelstromes des Sauganschlusses verwendet werden. Der aus dem Sauganschluß und der Verschneidung gebildete Injektor bewirkt, daß der rückgeführte Druckmittelstrom optimal der Pumpensaugseite zugeführt wird, ohne daß der Druckmittelzufluß von außen behindert wird. Daraus ergeben sich weitere energetische Vorteile für die Flügelzellenpumpe.

In einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, daß das Elektroventil in einem Pumpendeckel integriert ist.

In Versuchen hat sich herausgestellt, daß sich somit eine besonders einfache und kompakte Bauform realisieren läßt. Darüber hinaus können die bereits in diesem Bereich vorhandenen Kanäle und Bohrungen zum Anschluß des Elektroventils verwendet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bekannte und günstige Serienbauteile verwendet werden können.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, daß das Rückschlagventil in einer Stirnplatte angeordnet und vorzugsweise als Membranventil ausgebildet ist.

Eine Anordnung des Rückschlagventils in einer Stirnplatte, durch die die Arbeitskammern der Flügelzellenpumpe stimseitig begrenzt werden, hat sich ebenfalls als besonders vorteilhaft hinsichtlich einer einfachen und kompakten Bauform herausgestellt. Bereits vorhandene Kanäle und Bohrungen in der Stirnplatte können verwendet werden. Eine Ausgestaltung des Rückschlagventils als Membranventil hat sich als besonders geeignet herausgestellt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigt:

Fig. 1: ein hydraulisches Schaubild der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe;
Fig. 2: eine Prinzipdarstellung eines Querschnittes durch die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe;
Fig. 3: ein Volumenstrom/Drehzahl und ein Druck/Drehzahi-Schaubild gemäß dem Stand der Technik; und
Fig. 4: ein Volumenstrom/Drehzahl und ein Druck/Drehzahl-Schaubild der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe.

Der Aufbau einer Flügelzellenpumpe ist grundsätzlich, beispielsweise aus der DE 41 36 150 A1, bekannt. Nachfolgend werden deshalb nur die für die Erfindung notwendigen Merkmale näher beschrieben.

Die Flügelzellenpumpe weist, wie in Fig. 1 erkennbar, eine Pumpensaugseite 1 mit einem Sauganschluß 2 und eine Pumpendruckseite 3, die zu einem nicht näher dargestellten Verbraucher führt, auf. In besonderer Weise eignet sich die Flügelzellenpumpe zur Versorgung einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeuges.

In einem aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten Pumpengehäuse ist (wie aus Fig. 2 ersichtlich), eine Antriebswelle 4 gelagert, die mit einem auf ihr befindlichen Rotor 5 verbunden ist. Der Rotor 5 weist radial angeordnete Schlitze 6 auf, in denen Flügel 7 verschiebbar geführt sind. Hierbei können beispielsweise acht Flügel 7 vorgesehen sein.

Die Flügel 7 bzw. der Rotor 5 werden von einem Kurvenring 8, der verdrehsicher mit dem Pumpengehäuse verbunden ist, umschlossen. Zwischen der zylindrischen Umfangsfläche des Rotors 5 und der ellipsenartigen Bohrung des Kurvenringes 8 befinden sich zwei Arbeitskammern 9. Die Arbeitskammern 9 sind dabei im allgemeinen sichelförmig ausgestaltet. Das Fördervolumen ergibt sich aus dem größtmöglichen Sichelsegment zwischen zwei Flügeln 7 und der Breite des Rotors 5 bzw. der Flügel 7. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Arbeitskammem 9 gleich groß ausgebildet. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Arbeitskammern 9 asymmetrisch ausgebildet sind und somit eine große und eine kleine Arbeitskammer 9 vorgesehen ist.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist jede Arbeitskammer 9 eine Einlaßkammer 10 bzw. 11 und eine Auslaßkammer 12 bzw. 13 auf. Die Druckmittelströme aus den Auslaßkammern 12, 13 sind in einen bekannten und aus Übersichtlichkeitsgründen in der Zeichnung nicht dargestellten Druckraum bzw. eine Hauptdruckleitung 14 zu dem Verbraucher führbar.

Die Flügelzellenpumpe weist einen Hinterflügelölkanal 15 auf, der über nur prinzipmäßig dargestellte Kanäle 15a, 15b bzw. Bohrungen und Nuten mit der Pumpendruckseite 3 bzw. dem Druckraum verbunden ist. Die Funktion des Hinterflügelölkanals 15 ist hinlänglich bekannt und deshalb nachfolgend nicht näher beschrieben.

Wie in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, ist der Druckmittelstrom aus der ersten Auslaßkammer 12 mittels einem Elektroventil 16, welches vorzugsweise in einem nicht dargestellten Pumpendeckel integriert ist, steuerbar. Der Druckmittelstrom kann dabei anhand von bestimmten Werten, wie z.B. der Pumpendrehzahl, einem Lenkmoment, einem Lenkwinkel bzw. allgemein einem Lenkwunsch derart gesteuert werden, daß der Druckmittelstrom dem Druckraum bzw. der Hauptdruckleitung 14 oder der Pumpensaugseite 1 (kurzgeschlossen) zugeführt wird. Anhand der Pumpendrehzahl läßt sich in einfacher Weise ermitteln, wie hoch das zur Verfügung stehende Volumen einer oder beider Auslaßkammern 12, 13 ist. Anhand der Werte "Lenkmoment" bzw. "Lenkwinkel" läßt sich feststellen, ob ein Auslenken der Fahrzeugräder gewünscht ist und wie hoch das Volumen des Druckmittels in der Hauptdruckleitung 14 bzw. dem Druckraum sein sollte. In Abhängigkeit dieser Werte bzw. in einfachen Ausgestaltungen auch in Abhängigkeit von einzelnen Werten (beispielsweise nur der Pumpendrehzahl) kann damit die Steuerung des Elektroventiles 16 derart erfolgen, daß die erste Auslaßkammer 12 den Druckmittelstrom direkt der Pumpensaugseite 1 oder dem Druckraum bzw. der Hauptdruckleitung 14 zuführt. Zur Steuerung des Elektroventils 16 können auch weitere Parameter, die zur Energieeinsparung geeignet sind, verwendet werden.

Wie sich aus Fig. 2 ergibt, kann das Elektroventil 16 mit einer Auf/Zu-Schaltung ausgebildet sein und einen Kolben 17 aufweisen. Vorzugsweise ist das Elektroventil 16 als elektromagnetisches Ventil ausgebildet. Das Elektroventil 16 weist außerdem eine Feder 18 auf. Elektroventile mit einer Auf/Zu-Schaltung sind hinlänglich bekannt, weshalb auf die verschiedenen möglichen Ausführungsformen nicht näher eingegangen wird. In dem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Druckmittelstrom aus der ersten Auslaßkammer 12 in einer Zu-Schaltstellung des Elektroventils 16 über ein Rückschlagventil 19 dem Druckraum bzw. der Hauptdruckleitung 14 zuführbar ist. Das Rückschlagventil 19 kann in vorteilhafter Weise in einer Stirnplatte, die die Arbeitskammern 9 stirnseitig begrenzt, angeordnet sein. Das Rückschlagventil 19 kann vorzugsweise als Membranventil ausgebildet sein.

Das Rückschlagventil 19 verhindert ein Abfließen des Druckmittelstroms aus der zweiten Arbeitskammer 13 und dem Druckraum bzw. der Hauptdruckleitung 14.

In dem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Druckmittelstrom aus der ersten Auslaßkammer 12 in einer Auf-Schaltstellung des Elektroventils 16 direkt der Pumpensaugseite 1 bzw. dem Sauganschluß 2 zuführbar ist.

Der rückgeführte bzw. kurzgeschiossene Druckmittelstrom aus der ersten Auslaßkammer 12 wird mittels einer Verschneidung 20 in den Druckmittelstrom des Sauganschlusses 2 eingespritzt. Die Verschneidung ist dabei als Injektor 20 ausgebildet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, werden die Einlaßkammern 10, 11 durch zwei Einlaßkammerleitungen 21 mit einem Druckmittelstrom versorgt. Durch die Drehung des Rotors 5 (in Pfeilrichtung) wird dieses Druckmittel von den Einlaßkammern 10, 11 zu den Auslaßkammern 12, 13 befördert. Von der zweiten Auslaßkammer 13 wird das Druckmittel in eine ungesteuerte Auslaßleitung 22 in Richtung der Hauptdruckleitung 14 abgelassen. Der Druckmittelstrom aus der ersten Auslaßkammer 12 wird in eine gesteuerte Auslaßleitung 23 abgelassen, die sich in Richtung auf das Elektroventil 16 verzweigt. Ist das Elektroventil 16 geschlossen (wie in Fig. 2 dargestellt), so strömt der Druckmittelstrom von der gesteuerten Auslaßleitung 23 durch das Rückschlagventil 19 in die Hauptdruckleitung 14. Wenn das Elektroventil 16 geöffnet ist, fließt der Druckmittelstrom aus der ersten Auslaßkammer 12 bzw. der gesteuerten Auslaßleitung 23 zu der Pumpensaugseite 1. Das Rückschlagventil 19 verhindert in diesem Fall ein Abfließen des Druckmittelstromes aus der zweiten Auslaßkammer 13 bzw. aus der Hauptdruckleitung 14 zurück zur Pumpensaugseite 1.

Der Druckmittelstrom aus der ersten Auslaßkammer 12 strömt nach Verlassen des Elektroventils 16 durch eine Rückführleitung 24 zu dem Injektor 20. Mittels des Injektors 20 wird der Druckmittelstrom der ersten Auslaßkammer 12 in einen Druckmittelstrom aus einer Ölbehälterleitung 25 eines Ölbehälters 26 eingespritzt.

Daraus resultieren die bereits erwähnten energetischen Vorteile, da die Energie bzw. der Druck des rückgeführten Druckmittelstroms für den Aufladevorgang der Flügelzellenpumpe genutzt wird.

In der zum Verbraucher führenden Hauptdruckleitung 14 ist eine Regelblende 27 angeordnet, die zur Steuerung einer Bypassleitung 28 mit einem Stromregelkolben 29 korrespondiert. Die Bypassleitung 28 soll einen überschüssigen Druckmittelstrom zurück zur Pumpensaugseite 1 leiten. Somit ist sichergestellt, daß ein konstant geregelter Druckmittelstrom zu dem Verbraucher gelangt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn durch das Elektroventil 16 bzw. den Stromregelkolben 29 bei ansteigender Pumpendrehzahl ein gerader oder fallender Verlauf des Druckmittelstroms zu dem Verbraucher realisierbar ist.

Insbesondere wenn es sich bei dem Verbraucher um eine Hilfskraftlenkung handelt, ist ein fallender Verlauf des Druckmittelstromes zu dem Verbraucher sinnvoll, da bei einer höheren Pumpendrehzahl auch die Fahrgeschwindigkeit entsprechend höher ist, so daß ein höherer Lenkwiderstand die Fahrdynamik und das Fahrgefühl verbessert.

Der Stromregelkolben 29 ist derart ausgestaltet, daß der Stromregelkolben 29 die Bypassleitung 28 erst ab einem bestimmten, vorgegebenen Druck öffnet. Der Druck, der den Stromregelkolben 29 geschlossen hält, wird dabei durch eine Stromregelkolbenfeder 30 und eine Stromregelleitung 31 aufgebaut. Die Stromregelleitung 31 ist mit dem Druck des Druckmittels zu dem Verbraucher beaufschlagt. Der Druck, der den Stromregelkolben 29 öffnet, wird durch die Hauptdruckleitung 14 aufgebracht bzw. es wird ein Differenzdruck beim Durchströmen der Regelblende 27 erzeugt, wobei der reduzierte Druck auf die Seite mit der Stromregelkolbenfeder 30 wirkt. Bei steigendem Volumenstrom steigt der Differenzdruck und öffnet die Bypassleitung 28.

Die Bypassleitung 28 bildet mit einer Saugleitung 32, in die gegebenenfalls bereits vorher das Druckmittel aus der Rückführleitung 24 eingespritzt wurde, einen Bypassinjektor 33. Die Bypassleitung 28 kann beispielsweise als Verschneidung in die Saugleitung 32 eingeführt werden.

Falls in einer alternativen Ausführungsform eine asymmetrische Ausgestaltung der Arbeitskammern 9 vorgesehen ist, erscheint es zweckmäßig, die größere Arbeitskammer 9, d.h. die größere Auslaßkammer 12 mittels dem Elektroventil 16 zu steuern.

Die Arbeitskammern 9 der Flügelzellenpumpe können, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt, über eine gemeinsame Pumpensaugseite 1 mit Druckmittel versorgt werden. In alternativen Ausführungsformen kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Arbeitskammern 9 durch zwei getrennte Pumpensaugseiten 1 mit Druckmittel versorgt werden.

Die Figuren 3a und 3b zeigen ein Schaubild des Volumenstroms in Abhängigkeit der Drehzahl und ein Schaubild des Drucks im System in Abhängigkeit zur Drehzahl für eine herkömmliche Flügelzellenpumpe gemäß dem Stand der Technik. Im Vergleich hierzu zeigen die Figuren 4a und 4b ein Schaubild des Volumenstroms in Abhängigkeit der Drehzahl und ein Schaubild des Drucks im System in Abhängigkeit zur Drehzahl für die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe. n_L bezeichnet hierbei die Leerlaufdrehzahl. Wie sich aus einem Vergleich der Figuren 3a und 3b und den Figuren 4a und 4b ergibt, ist der Druck im System bei der Leerlaufdrehzahl der Pumpe, der sogenannte Leerlaufdruck, bei der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe wesentlich geringer als bei den herkömmlichen Flügelzellenpumpen. Bei den herkömmlichen Flügelzellenpumpen wird, zur Aufrechterhaltung der Auslenkbarkeit der Fahrzeugräder, auch im Leerlauf der Pumpe bereits bei dieser Pumpendrehzahl ein Volumenstrom gefördert, der hierfür ausreichend ist (V_Norm). Ein Ansteigen des Drucks im System bzw. ein zu großer Volumenstrom wird dabei ab dieser Drehzahl durch die Regelblende 27, die die Bypassleitung 28 steuert, verhindert. Die herkömmlichen Flügelzellenpumpen müssen jedoch bereits bei Leerlaufdrehzahl einen Volumenstrom für den Normalbetrieb V_Norm (d.h. schnelle Lenkbewegungen müssen möglich sein) gewährleisten. Der Volumenstrom für den Normalbetrieb (V_Norm)ist in den Schaubildern 3a bzw. 4a durch die horizontale Linie dargestellt.

Fig. 3a zeigt, daß der Volumenstrom, den die herkömmliche Flügelzellenpumpe fördert, im wesentlichen proportional zur Drehzahl steigt. Die herkömmliche Flügelzellenpumpe ist dabei derart ausgelegt, daß der für den Normalbetrieb erforderliche Volumenstrom (V_Norm)bei der Leerlaufdrehzahl n_L der herkömmlichen Flügelzellenpumpe erreicht wird. Der von der Flügelzellenpumpe geförderte Volumenstrom steigt selbstverständlich weiter an, wenn sich die Drehzahl erhöht, durch die Regelblende 27 wird jedoch ein Ansteigen des Volumenstroms zu der Hilfskraftlenkung verhindert. Analog dazu ergibt sich das in Fig. 3b dargestellte Schaubild, bei dem der Druck im System proportional zur Drehzahl bzw. zum Volumenstrom ansteigt, bis dieser bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl n_L der herkömmlichen Flügelzellenpumpe durch die Regelblende 27 in Richtung auf den Verbraucher begrenzt wird.

Im Unterschied dazu ergibt sich aus dem Schaubild der Fig. 4a, daß der von der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe geförderte Volumenstrom bei der Leerlaufdrehzahl n_L der Flügelzellenpumpe deutlich geringer ist. Folglich ist auch der in Fig. 4b dargestellte Druck im System deutlich geringer. Fig. 4a zeigt dabei zwei proportional zur Drehzahl ansteigende Linien, wobei die flachere Linie die Förderung des Volumenstromes aus nur einer Auslaßkammer 13 (der ungeregelten Auslaßkammer) darstellt, während die steil ansteigende Linie den Volumenstrom zeigt, den die Flügelzellenpumpe in Richtung auf den Verbraucher erzeugt, wenn die erste, d.h. die gesteuerte Auslaßkammer 12 zugeschaltet ist. Wie sich aus Fig. 4a ergibt, liegt der für den Normalbetrieb erforderliche Volumenstrom V_Norm im Bereich der Leerlaufdrehzahl n_L an, wenn beide Auslaßkammern 12, 13 in Richtung auf den Verbraucher fördern, d.h. die erste Auslaßkammer 12 nicht kurzgeschaltet ist. Im Regelfall jedoch, d.h. bei ca. 90% aller Fahrsituationen, werden die Fahrzeugräder nicht ausgesteuert, so daß die erste Auslaßkammer 12 abgeschaltet werden kann und sich somit der mittels der flachen Linie dargestellte geringere Volumenstrom mit dem daraus resultierenden Druck (Fig. 4b) ergibt. Wie sich aus Fig. 4a und 4b ergibt, liegt der für den Normalbetrieb erforderliche Volumenstrom V_Norm bzw. der entsprechende Druck (der dem Leerlaufdruck gemäß Fig. 3b entspricht) erst bei wesentlich höheren Drehzahlen an, wenn die erste Auslaßkammer 12 kurzgeschlossen ist. Bei einer identischen Größe der Arbeitskammer 9 bzw. der ersten Auslaßkammer 12 und der zweiten Auslaßkammer 13 wird der für den Normalbetrieb erforderliche Volumenstrom V_Norm erst bei einer Pumpendrehzahl erreicht, die dem Doppelten der Leerlaufdrehzahl der Pumpe entspricht. Bei einer asymmetrischen Ausbildung der Arbeitskammem 9 bzw. der Auslaßkammern 12,13 kann dieser Wert beliebig verändert werden. Vorstellbar ist beispielsweise eine Flügelzellenpumpe mit einem Fördervolumen von 11 ccm/U, bei der die ungesteuerte Arbeitskammer 3 cmm/U fördert und die gesteuerte Arbeitskammer 8 ccm/U. Wenn man dabei von einer Leerlaufdrehzahl der Flügelzellenpumpe von 730 Umdrehungen ausgeht, erreicht die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe erst bei ca. 2.660 Umdrehungen den für den normalen Betriebszustand erforderlichen Volumenstrom und somit den entsprechenden Druck. Die volle Funktionsfähigkeit der Lenkung bei der Leerlaufdrehzahl der Flügelzellenpumpe wird bei Bedarf durch das Zuschalten der ersten (gesteuerten) Arbeitskammer 9 bzw. der ersten Auslaßkammer 12 ermöglicht. Hieraus resultieren erhebliche energetische Vorteile, die eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs von 0,1 bis 0,3 l ermöglichen.

Der Volumenstrom im Normalbetrieb V_Norm kann beispielsweise einen Volumenstrom von 8 l/min darstellen. Analog dazu kann der max. Druck im System (zum Verbraucher) beispielsweise 7 bar betragen (horizontale Linie der Figuren 3b und 4b).

Der erfindungsgemäße Gedanke kann in gleicher Weise auch allgemein für Drehschieberpumpen, insbesondere für Rollenzellenpumpen umgesetzt werden. Die beschriebene Flügelzellenpumpe kann folglich auch eine Rollenzellenpumpe darstellen.

Bezugszeichen

1: Pumpensaugseite
2: Sauganschluß
3: Pumpendruckseite
4: Antriebswelle
5: Rotor
6: Schlitze
7: Flügel
8: Kurvenring
9: Arbeitskammern
10: erste Einlaßkammer
11: zweite Einlaßkammer
12: erste Auslaßkammer
13: zweite Auslaßkammer
14: Hauptdruckleitung
15: Hinterflügelölkanal
15a: Kanal zum Hinterflügelölkanal
15b: Kanal zum Hinterflügelölkanal
16: Elektroventil
17: Kolben
18: Feder
19: Rückschlagventil
20: Verschneidung, Injektor
21: Einlaßkammerleitung
22: Auslaßleitung (ungesteuert)
23: Auslaßleitung (gesteuert)
24: Rückführleitung
25: Ölbehälterleitung
26: Ölbehälter
27: Regelblende
28: Bypassleitung
29: Stromregelkolben
30: Stromregelkolbenfeder
31: Stromregelkolbenleitung
32: Saugleitung
33: Bypassinjektor

Claims

Flügelzellenpumpe zum Erzeugen eines Druckmittelstromes zu einem Verbraucher, insbesondere einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeuges, mit zwei Arbeitskammern die zur Ausbildung einer Pumpensaugseite je eine Einlaßkammer und zur Ausbildung einer Pumpendruckseite je eine Auslaßkammer aufweisen, wobei die Einlaßkammern über einen Sauganschluß mit einem Druckmittel versorgbar sind und wobei die Druckmittelströme aus den Auslaßkammern in einen Druckraum bzw. eine mit dem Verbraucher verbindbare Hauptdruckleitung führbar sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

der Druckmittelstrom aus einer ersten Auslaßkammer (12) ist derart mittels einem Elektroventil (16) steuerbar, daß der Druckmittelstrom direkt der Pumpensaugseite (1) oder dem Druckraum bzw. der Hauptdruckleitung (14) zuführbar ist;

in der zu dem Verbraucher führenden Hauptdruckleitung (14) ist eine Regelblende (27) angeordnet, die zur Steuerung einer Bypassleitung (28) mit einem Stromregelkolben (29) korrespondiert.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Elektroventil (16) als elektromagnetisches Ventil mit einer Auf/Zu-Schaltung ausgebildet ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Steuerung des Elektroventils (16) die Pumpendrehzahl und/oder ein Lenkmoment und/oder ein Lenkwinkel und/oder weitere Parameter die zur Energieeinsparung geeignet sind, verwendbar sind.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Druckmittelstrom aus der ersten Auslaßkammer (12) in einer Zu-Schaltstellung des Elektroventils (16) über ein Rückschlagventil (19) dem Druckraum bzw. der Hauptdruckleitung (14) zuführbar ist.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Druckmittelstrom aus der ersten Auslaßkammer (12) in einer Auf-Schaltstellung des Elektroventils (16) direkt der Pumpensaugseite (1) bzw. dem Sauganschluß (2) zuführbar ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Rückschlagventil (19) ein Abfließen des Druckmittelstromes aus der zweiten Auslaßkammer (13) und dem Druckraum bzw. der Hauptdruckleitung (14) verhindert.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
der rückgeführte bzw. kurzgeschlossene Druckmittelstrom aus der ersten Auslaßkammer (12) mittels einer Verschneidung (20) in den Druckmittelstrom des Sauganschlusses (2) einspritzbar ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verschneidung als Injektor (20) ausgebildet ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Stromregelkolben (29) bzw. die Regelblende (27) einen Bypassdruckmittelstrom derart regeln, daß ein konstanter, geregelter Druckmittelstrom zu dem Verbraucher gelangt.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
durch den Stromregelkolben (29) und/oder das Elektroventil (16) bei steigender Pumpendrehzahl ein gerader oder fallender Verlauf des Druckmittelstromes zu dem Verbraucher realisierbar ist.
Flügelzellenpumpe nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Bypassdruckmittelstrom durch eine zweite, als Bypassinjektor (33) ausgebildete Verschneidung dem Druckmittelstrom zu den Einlaßkammern (10,11) zuführbar ist.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Elektroventil (16) in einem Pumpendeckel integriert ist.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Rückschlagventil (19) in einer Stirnplatte angeordnet und vorzugsweise als Membranventil ausgebildet ist.
Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 4 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Arbeitskammem (9) asymmetrisch ausgebildet sind und die größere Arbeitskammer (9) bzw. die größere Auslaßkammer (12) mittels dem Elektroventil (16) steuerbar ist.