EP1944512A1 - Verdrängerpumpe mit Pulsationsdämpfer - Google Patents

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Publication number
EP1944512A1
EP1944512A1 EP08100144A EP08100144A EP1944512A1 EP 1944512 A1 EP1944512 A1 EP 1944512A1 EP 08100144 A EP08100144 A EP 08100144A EP 08100144 A EP08100144 A EP 08100144A EP 1944512 A1 EP1944512 A1 EP 1944512A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pulsation damper
positive displacement
displacement pump
pump according
pulsation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08100144A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reiner Mayer
Johann Merz
Edgar Motzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Original Assignee
ZF Lenksysteme GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Lenksysteme GmbH filed Critical ZF Lenksysteme GmbH
Publication of EP1944512A1 publication Critical patent/EP1944512A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/30—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C2/34—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C2/344—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C2/3441—Rotary-piston machines or pumps having the characteristics covered by two or more groups F04C2/02, F04C2/08, F04C2/22, F04C2/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in groups F04C2/08 or F04C2/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • 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
    • F04C15/00—Component parts, details or accessories of machines, pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C2/00 - F04C14/00
    • F04C15/0042—Systems for the equilibration of forces acting on the machines or pump
    • F04C15/0049—Equalization of pressure pulses
    • 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
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/082—Details specially related to intermeshing engagement type machines or pumps
    • F04C2/086—Carter

Definitions

  • the invention relates to a displacement pump, in particular for motor vehicles, with a pump suction side and a pump pressure side, wherein a pulsation damper is arranged in at least one fluid-flow element of the pump pressure side.
  • a generic positive displacement pump is from the DE 41 12 476 A1 known.
  • Displacement pumps in particular in one embodiment as a single-stroke, adjustable vane pumps whose delivery volume is adjustable, are used regularly in power steering devices of motor vehicles. This is only on the example DE 199 42 466 A1 directed.
  • the from the DE 199 42 466 A1 known vane pump has a housing in which a set of rotors, consisting essentially of a rotor, rotor elements and a cam ring is mounted.
  • a set of rotors consisting essentially of a rotor, rotor elements and a cam ring is mounted.
  • an outer ring is inserted between the inner wall of the housing and the rotor set.
  • the rotor is enclosed by the cam ring.
  • a working space is formed, which is divided by the rotor elements in working cells.
  • the volume of the working cells can be adjusted by changing the eccentricity between the rotor and the cam ring.
  • the term "geometric delivery volume” refers to the volume of the positive displacement pump delivered per revolution.
  • the working space is laterally or at its end sides by two side plates (also referred to as control plates or end plates) or alternatively directly through the housing or a housing cover limited.
  • the side plates, the housing and the housing cover can have in a known manner a pump suction and a pump pressure opening, which serve to suck fluid into the working space or to discharge from the working space.
  • the area of the working space which faces the pump suction opening is called the suction chamber.
  • the area of the working space associated with the pump pressure opening is called the pressure chamber.
  • Between the suction and the pressure chamber is the so-called delivery chamber, in which the pressure medium is promoted.
  • a disadvantage of the transition from the delivery chamber into the pressure chamber or the pump pressure side are the pressure pulsations occurring and the resulting noise.
  • Displacement pumps in particular single-stroke vane pumps, have a relatively high pressure pulsation due to their function.
  • the respective work cell is brought abruptly at the transition to the pressure range to the pressure level that prevails in this area.
  • the DE 199 17 506 B4 it is known to provide the pump pressure opening with at least one notch.
  • the notch extends against the direction of rotation of the rotor in the direction of the pump suction.
  • the notch makes it possible that the pressure level in the corresponding work cell is slowly brought to the pressure level of the pressure chamber.
  • the notch thus reduces the pressure pulsations.
  • a further improvement or reduction of the pressure pulsations is desirable.
  • a pulsation damper in the form of a closed Insert the chamber into the pump so that it is exposed to the flow in the pump outlet.
  • the closed chamber has thin, flexible walls and an internal pressure greater than the atmospheric pressure to reduce the pulses in the outlet and the resulting pump noise.
  • the closed chamber can be formed from a flexible plastic.
  • the material may be formed into a sealed chamber by a blowing process, the internal pressure being controlled to be greater than the atmospheric pressure.
  • the pressurized chamber may also be formed as a thin-walled hose. In this case, one end of the tube is closed and the tube is compressed between rollers in the direction of the closed end in order to increase the pressure exerted on the closed end.
  • the from the DE 41 12 476 A1 known fuel pump has several disadvantages. On the one hand, it has proven in practice to be less effective to damp pulsations by being absorbed by a pressurized gas. On the other hand, there is the disadvantage that the pulsation damper only responds when the pulsations reach a pressure which is higher than the pressure of the gas, otherwise the shell is not pressed against the gas pressure. Furthermore, such a pulsation damper is effective only when the internal pressure is higher than the ambient atmospheric pressure. It must therefore be generated during manufacture of the Pulsationsdämpfers an increased internal pressure. However, during operation of the pump, it is unavoidable that the gas will diffuse through the flexible walls, thus reducing the internal pressure over time and equalizing it to the atmospheric pressure. The function of the pulsation damper, which is based on the fact that an increased internal pressure is present, which is to enable the gas to absorb pulsations, thus deteriorates.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a positive displacement pump, are largely attenuated in the pressure pulsations.
  • the pulsations which occur are essentially damped or lowered by an elastic deformation or a resilient and / or damping property of the material of the pulsation damper.
  • the damping takes place in that the material of the pulsation damper is displaced, with part of the pulsations or the energy in the material being converted into heat.
  • the heat-converted part of the energy is not reversible - it is therefore not returned as a phase-shifted pulse - resulting in a particularly suitable attenuation of the pulsations.
  • Another part of the energy is resiliently absorbed by the material by the deformation and discharged again by the recovery.
  • the Pulsationsdämpfer can be compressed.
  • the cavity thus forms an escape surface for the material.
  • the elastically deformable material penetrates into the cavity. The pulsations or their energy are absorbed by the material itself and thereby damped.
  • pulsations can be much better absorbed by an elastically deformable material, so by a resilient action of a gas (as in the DE 41 12 476 A1 ), since an elastically deformable material, for. As rubber, can store more energy than a gas, eg. For example, air.
  • a gas eg. For example, air.
  • the absorption of the pulsations by an elastic deformation of the material has the advantage that the pulsations do not first have to have a certain size, but that the material is already immediately deformed by small pulsations or shrinks back into the cavity.
  • the solution according to the invention is independent of a pressure within a cavity, so that there are no disadvantages due to diffusion to adjust. With regard to the most cost-effective production of the pulsation damper according to the invention, provision is made for the atmospheric pressure to be present in the cavity.
  • the solution according to the invention provides to absorb and damp the pulsations by an elastic deformation of the material, while according to the DE 41 12 476 A1 is provided to absorb the pulsations by a sheath is compressed against a gas under high pressure.
  • the flexible walls according to the DE 41 12 476 A1 have only the function to spring against the gas and to keep the gas in the interior with an increased pressure together. A recording of pulsations or energy through the wall itself is neither provided nor possible, the energy is absorbed exclusively by the gas. As soon as the increased internal pressure has escaped by diffusion, the pulsation damper loses according to the DE 41 12 476 A1 its effect and can no longer absorb the pulsations in the desired manner.
  • the solution according to the invention absorbs the pulsations by the deformable material, from which the pulsation damper is formed substantially, preferably completely.
  • the material itself for example in a rubber embodiment, is not compressible itself, the inventor has created a cavity or space in the interior of the material into which the material can retreat or penetrate, if a corresponding load (eg. Pulsation) from the outside acts on the pulsation damper.
  • a corresponding load eg. Pulsation
  • the pulsations act on all sides of the pulsation damper.
  • the pulsation damper can thus not be bulged laterally outward like a conventional rubber mount, for example in bridge construction, when a force acts from above. For this reason, the inventors have created in the interior of the material a cavity through which it is possible that the material shrinks inwards and is thus compressed.
  • the pulsation damper can thus due to an external action according to energy (Pulsations) record and return to its original position, when the external impact decreases.
  • a recording of pulsations by a deformable material was hitherto known only through the expansion tubes, which have expanded with an increase in pressure or the occurrence of pulsations to the outside, so that the inner diameter has increased.
  • the inventors instead of a retreat area in the outer area (as in the expansion hoses), the inventors have now created a retreat space in the interior of the material.
  • the volume of the pulsation damper is at least 50%, preferably at least 80%, formed from the elastically deformable material.
  • the envelope formed by the elastically deformable material is thus relatively thick in relation to the cavity. Since the recording of pulsations based on the deformation of the material and this is a relatively small cavity in the interior is sufficient, the pulsation damper in contrast to the DE 41 12 476 A1 Considered in volume to be formed essentially by the deformable material.
  • rubber as a deformable material for the pulsation damper has proven to be particularly suitable because rubber is oil-resistant, has resilient properties and is suitable for energy absorption.
  • the preferably used rubber compound can be tuned to the frequency of the pulsations to be damped.
  • a rubber compound that is stiff and hard is preferable because the rubber compound is to absorb the energy of the pulsations.
  • the pulsation damper can in principle be arranged or introduced in any fluid-flow element of the pump pressure side. Also conceivable is the arrangement of several pulsation dampers.
  • a substantially elongated shape of the pulsation damper has been found suitable for placement in most fluid flow elements.
  • the pulsation damper may be a substantially circular one Have cross-section. This has been found to be particularly suitable with regard to the conditions, namely that the pressure acts on the pulsation damper essentially uniformly from the outside and deforms it.
  • the cavity extends as possible in the center or centrally within the Pulsationsdämpfers.
  • the at least one cavity extends substantially in the longitudinal direction of the pulsation damper.
  • the thickness of the material and the at least one cavity can be tuned to the frequency of the pulsations to be damped.
  • the deformable material is provided on its outside for fixing in the respective fluid-flow element with fixing elements or spacer elements, by which a distance between the outside of the deformable material and the inner wall of the element is definable ,
  • the pulsation damper can be positioned in a particularly simple and reliable manner at the desired location in the fluid-flow element.
  • the fixing elements are designed as knobs or ribs.
  • the pulsation damper has only one coherent and outwardly closed cavity.
  • the cavity thus represents a continuous inner bore.
  • the easiest way to produce such a pulsation damper is that the deformable material is vulcanized.
  • Fig. 1 an exploded view of a positive displacement pump according to the invention
  • Fig. 2 an end view of a pressure accumulation chamber of a positive displacement pump, in which the pulsation damper according to the invention is introduced;
  • Fig. 3 a section along the line III-III of Fig. 2 ;
  • Fig. 4 a longitudinal section through a pulsation damper according to the invention
  • Fig. 5 a cross section through a pulsation damper according to the line VV of Fig. 4 ;
  • Fig. 6 a longitudinal section through a second pulsation damper according to the invention.
  • Fig. 7 a longitudinal section through a third pulsation damper according to the invention.
  • Positive displacement pumps are well known from the general state of the art, for which reason only the features essential to the invention will be described in more detail below. This is done in the embodiment using a single-stroke vane pump with variable displacement. Such a vane pump results z. B. from the DE 199 42 466 A1 , which is hereby incorporated by reference.
  • the in the Fig. 1 illustrated positive displacement pump is designed as a vane pump and has a housing 1 with a set of rotors 2, which consists essentially of a rotor 3, rotor elements 4 and a cam ring 5.
  • an outer ring 6 is used for receiving the rotor set 2 in a bore of the housing 1. The outer ring 6 ensures the free movement of the cam ring 5 and transmits lateral forces from the cam ring 5 in the housing first
  • a working space 7 is formed, which is divided by the rotor elements 4 in working cells 8.
  • the volume of the working cells 8 by a change in the eccentricity between the rotor 3 and cam ring. 5 be set.
  • the rotor elements are formed in the embodiment as a wing 4.
  • positive displacement pumps including the vane pump shown, have a pump suction side 9 and a pump pressure side 10.
  • the pump suction side 9 and the pump pressure side 10 are each assigned a plurality of fluid-flow elements 11, at which, according to their assignment, the pressure of the pump suction side 9 or the pressure of the pump pressure side 10 is applied.
  • the vane pump shown in the embodiment further comprises two side plates 12a, 12b, which limit the rotor set 2 laterally in a known manner and the one (in Fig. 1 not shown) Pumpensaugö réelle (suction kidney) and a pump pressure port (Druckniere) have.
  • One of the side plates 12a, 12b can also be omitted as a separate part, in which case the housing wall of the housing 1 adjoining the set of rotors 2 or a wall of a housing cover 13 are correspondingly formed.
  • Fig. 2 shows a possible, advantageous arrangement of a pulsation damper 14 according to the invention in the vane pump.
  • the pulsation damper 14 is arranged in a fluid-flow element 11 designed as a pressure collecting space.
  • the pressure accumulator 11 is located on the pump pressure side and is therefore subjected to the pressure of the pump pressure side.
  • the pulsation damper 14 is adapted to the contour of the interior of the pressure accumulation chamber 11.
  • the pulsation damper 14 has for this purpose a substantially elongated, arcuate shape.
  • the pulsation damper 14 is, as is apparent 4 and FIG. 5 results, provided with a cavity 15 in the embodiment of an inner bore.
  • the cavity 15 extends substantially in the longitudinal direction of the pulsation damper 14 and has a substantially circular cross-section.
  • the pulsation damper 14 is formed in the embodiment of a deformable material under pressure 16. In the embodiment is this is rubber or a suitable rubber compound. The formed in the interior of the pulsation damper 14 and the material 16 cavity 15 is closed to the outside. Pulsation of the fluid pumped by the positive displacement pump is damped or absorbed by the material 16 by elastic deformation of the material 16, with the material 16 penetrating into the cavity 15.
  • the volume of the pulsation damper 14 is due to the material 16 and the cavity 15.
  • the pulsation of the fluid is thereby damped in that the deformable material has a suitable thickness and the cavity 15 has a suitable volume to deform by a deformation of the material 16 to dampen the pulsation.
  • the material already occupies over 80% of the volume of the pulsation damper in the unloaded state.
  • Fig. 6 shows one to the FIGS. 2 to 5 alternative representation of a Pulsationsdämpfers 14, which has an unbent, elongated shape.
  • Fig. 7 shows a likewise elongated design of a Pulsationsdämpfers 14, wherein a plurality of cavities 15 is provided.
  • the cavities 15 may have a spherical shape.
  • the pulsation damper 14 has, as out 4 and FIG. 5 it can be seen on its outer side for fixing in the pressure accumulation chamber 11 fixing elements 17, through which a distance between the outside of the pulsation damper 14 and the inner wall of the pressure accumulation chamber 11 can be defined.
  • the fixing elements 17 are formed as knobs.
  • the solution according to the invention is particularly suitable for positive displacement pumps which are used in power steering devices of vehicles, in particular passenger cars and commercial vehicles.

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Abstract

Eine Verdrängerpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Pumpensaugseite und einer Pumpendruckseite weist in wenigstens einem fluiddurchströmten Element (11) der Pumpendruckseite einen Pulsationsdämpfer (14) auf. Der Pulsationsdämpfer ist im wesentlichen aus einem unter Druck verformbaren Material gebildet, wobei im Inneren des Pulsationsdämpfers wenigstens ein nach außen abgeschlossener Hohlraum (15) ausgebildet ist. Eine Pulsation des Fluids wird im wesentlichen durch eine elastische Verformung des Materials gedämpft, wobei das Material in den wenigstens einen Hohlraum eindringt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Pumpensaugseite und einer Pumpendruckseite, wobei in wenigstens einem fluiddurchströmten Element der Pumpendruckseite ein Pulsationsdämpfer angeordnet ist.
    • Stand der Technik
  • Eine gattungsgemäße Verdrängerpumpe ist aus der DE 41 12 476 A1 bekannt.
  • Verdrängerpumpen, insbesondere in einer Ausgestaltung als einhubige, verstellbare Flügelzellenpumpen, deren Fördervolumen verstellbar ist, werden regelmäßig bei Servolenkvorrichtungen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Hierzu wird nur beispielsweise auf die DE 199 42 466 A1 verwiesen.
  • Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind darüber hinaus auch zahlreiche einhubige und zweihubige Verdrängerpumpen bekannt, deren Fördervolumen nicht verstellbar ist.
  • Die aus der DE 199 42 466 A1 bekannte Flügelzellenpumpe weist ein Gehäuse auf, in welchem ein Rotorensatz, im wesentlichen bestehend aus einem Rotor, Rotorenelemente und einem Kurvenring gelagert ist. Zwischen der Innenwandung des Gehäuses und dem Rotorensatz ist dabei ein Außenring eingesetzt. Der Rotor wird von dem Kurvenring umschlossen. Zwischen dem Kurvenring und dem Rotor ist ein Arbeitsraum ausgebildet, welcher durch die Rotorenelemente in Arbeitszellen unterteilt ist. Das Volumen der Arbeitszellen kann durch eine Veränderung der Exzentrität zwischen Rotor und Kurvenring eingestellt werden. Somit kann das geometrische Fördervolumen der Arbeitszelle vergrößert bzw. verkleinert werden. Der Begriff "geometrisches Fördervolumen" bezeichnet das pro Umdrehung geförderte Volumen der Verdrängerpumpe.
  • Der Arbeitsraum ist seitlich bzw. an seinen Stirnseiten durch zwei Seitenplatten (auch als Steuerplatten oder Stirnplatten bezeichnet) bzw. alternativ dazu direkt durch das Gehäuse oder einen Gehäusedeckel begrenzt. Die Seitenplatten, das Gehäuse und der Gehäusedeckel können dabei in bekannter Weise eine Pumpensaugöffnung und eine Pumpendrucköffnung aufweisen, die dazu dienen, Fluid in den Arbeitsraum zu saugen bzw. aus dem Arbeitsraum auszulassen. Der Bereich des Arbeitsraums, welcher der Pumpensaugöffnung zugewandt ist, wird als Saugkammer bezeichnet. Der Bereich des Arbeitsraums, der der Pumpendrucköffnung zugeordnet ist, wird als Druckkammer bezeichnet. Zwischen der Saug- und der Druckkammer befindet sich die sogenannte Förderkammer, in welcher das Druckmittel gefördert wird.
  • Von Nachteil bei dem Übergang von der Förderkammer in die Druckkammer bzw. die Pumpendruckseite sind die auftretenden Druckpulsationen sowie die daraus resultierenden Geräusche. Verdrängerpumpen, insbesondere einhubige Flügelzellenpumpen, weisen funktionsbedingt eine relativ hohe Druckpulsation auf. Die jeweilige Arbeitszelle wird beim Übergang in den Druckbereich schlagartig auf das Druckniveau, das in diesem Bereich herrscht, gebracht. Aus dem allgemeinen Stand der Technik, z. B. der DE 199 17 506 B4 , ist es bekannt, die Pumpendrucköffnung mit wenigstens einer Kerbe zu versehen. Die Kerbe erstreckt sich dabei entgegen der Drehrichtung des Rotors in Richtung auf die Pumpensaugöffnung. In bekannter Weise ermöglicht es die Kerbe dabei, dass das Druckniveau in der entsprechenden Arbeitszelle langsam auf das Druckniveau der Druckkammer gebracht wird. Die Kerbe vermindert somit die Druckpulsationen. Eine weitere Verbesserung bzw. Minderung der Druckpulsationen ist jedoch wünschenswert.
  • Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es zur Pulsationsdämpfung bekannt, Tilgerräume in der Pumpe zu schaffen oder die Druckleitungen auf der Pumpendruckseite als Dehnschlauch auszubilden. Von Nachteil ist jedoch, dass die Tilgerräume relativ viel Platz benötigen und Dehnschläuche teuer sind.
  • Aus der DE 41 12 476 A1 ist eine weitere Möglichkeit bekannt, von der Verdrängerpumpe erzeugte Impulse zu verringern. Dabei wird vorgeschlagen, einen Pulsationsdämpfer in Form einer geschlossenen Kammer so in die Pumpe einzusetzen, dass dieser der Strömung im Pumpenauslass ausgesetzt ist. Die geschlossene Kammer hat dünne, flexible Wände und einen Innendruck, der größer ist als der Atmosphärendruck, um die Impulse im Auslass und das daraus resultierende Pumpengeräusch zu verringern. Die geschlossene Kammer kann dabei aus einem flexiblen Kunststoff gebildet sein. Das Material kann durch einen Blasvorgang zu einer abgedichteten Kammer geformt werden, wobei der Innendruck so gesteuert wird, dass er größer ist als der Atmosphärendruck. Alternativ kann die unter Druck gesetzte Kammer auch als dünnwandiger Schlauch ausgebildet werden. Dabei wird ein Ende des Schlauches verschlossen und der Schlauch zwischen Rollen in Richtung auf das verschlossene Ende hin zusammengedrückt, um den auf das geschlossene Ende ausgeübten Druck zu erhöhen.
  • Die aus der DE 41 12 476 A1 bekannte Kraftstoffpumpe weist mehrere Nachteile auf. Zum Einen hat es sich in der Praxis als wenig effektiv herausgestellt, Pulsationen dadurch zu dämpfen, dass diese von einem unter Druck gesetzten Gas aufgenommen werden. Zum Anderen besteht der Nachteil, dass der Pulsationsdämpfer erst dann anspricht, wenn die Pulsationen einen Druck erreichen, der höher ist als der Druck des Gases, andernfalls wird die Hülle nicht gegen den Gasdruck eingedrückt. Des weiteren ist ein derartiger Pulsationsdämpfer nur wirksam, wenn der Innendruck höher ist als der umgebende Atmosphärendruck. Es muss also beim Herstellen des Pulsationsdämpfers ein erhöhter Innendruck erzeugt werden. Während des Betriebs der Pumpe lässt es sich jedoch nicht vermeiden, dass das Gas durch die flexiblen Wände diffundiert und somit der Innendruck im Laufe der Zeit immer geringer wird und sich dem Atmosphärendruck angleicht. Die Funktion des Pulsationsdämpfers, die darauf beruht, dass ein erhöhter Innendruck vorhanden ist, der es ermöglichen soll, dass das Gas Pulsationen aufnimmt, verschlechtert sich somit.
    • Offenbarung der Erfindung Technische Aufgabe
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängerpumpe zu schaffen, bei der Druckpulsationen weitgehend gedämpft werden.
    • Technische Lösung
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Anspruch 1 gelöst.
  • Durch die erfindungsgemäße Lösung werden die auftretenden Pulsationen im wesentlichen durch eine elastische Verformung bzw. eine federnde und/oder dämpfende Eigenschaft des Materials des Pulsationsdämpfers gedämpft bzw. abgesenkt. Die Dämpfung erfolgt dadurch, dass das Material des Pulsationsdämpfers verdrängt wird, wobei ein Teil der Pulsationen bzw. der Energie in dem Material in Wärme umgewandelt wird. Der in Wärme umgewandelte Teil der Energie ist nicht reversibel - er wird folglich nicht als phasenversetzter Impuls zurückgegeben -, woraus sich eine besonders geeignete Dämpfung der Pulsationen ergibt. Ein anderer Teil der Energie wird von dem Material durch dessen Verformung federnd aufgenommen und durch die Rückformung wieder abgegeben. Dadurch, dass im Inneren des Pulsationsdämpfers wenigstens ein nach außen abgeschlossener Hohlraum ausgebildet ist, kann der Pulsationsdämpfer komprimiert werden. Der Hohlraum bildet somit eine Ausweichfläche für das Material. Dabei dringt das elastisch verformbare Material in den Hohlraum ein. Die Pulsationen bzw. deren Energie werden von dem Material selbst aufgenommen und dadurch gedämpft.
  • Es hat sich herausgestellt, dass Pulsationen wesentlich besser durch ein elastisch verformbares Material aufgenommen werden können, also durch eine federnde Wirkung eines Gases (wie bei der DE 41 12 476 A1 ), da ein elastisch verformbares Material, z. B. Gummi, mehr Energie abspeichern kann als ein Gas, z. B. Luft. Zudem hat die Aufnahme der Pulsationen durch eine elastische Verformung des Materials den Vorteil, dass die Pulsationen nicht erst eine gewisse Größe aufweisen müssen, sondern dass das Material sofort bereits durch kleine Pulsationen verformt wird bzw. in den Hohlraum zurückweicht. Des weiteren ist die erfindungsgemäße Lösung unabhängig von einem Druck innerhalb eines Hohlraums, so dass sich durch eine Diffusion auch keine Nachteile einstellen. Im Hinblick auf eine möglichst kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Pulsationsdämpfers ist vorgesehen, dass in dem Hohlraum der Atmosphärendruck anliegt.
  • Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, die Pulsationen durch eine elastische Verformung des Materials aufzunehmen und zu dämpfen, während gemäß der DE 41 12 476 A1 vorgesehen ist, die Pulsationen dadurch aufzunehmen, dass eine Hülle gegen ein unter Hochdruck stehendes Gas eingefedert wird. Die flexiblen Wände gemäß der DE 41 12 476 A1 haben lediglich die Funktion gegen das Gas einzufedern und das Gas im Innenraum mit einem erhöhten Druck zusammen zu halten. Eine Aufnahme von Pulsationen oder Energie durch die Wand an sich ist weder vorgesehen noch möglich, die Energie wird ausschließlich durch das Gas aufgenommen. Sobald der erhöhte Innendruck durch Diffusion entwichen ist, verliert der Pulsationsdämpfer gemäß der DE 41 12 476 A1 seine Wirkung und kann die Pulsationen nicht mehr in der gewünschten Weise aufnehmen. Im Unterschied dazu nimmt die erfindungsgemäße Lösung die Pulsationen durch das verformbare Material auf, aus dem der Pulsationsdämpfer im wesentlichen - vorzugsweise vollständig - gebildet ist. Nachdem das Material, beispielsweise in einer Ausgestaltung aus Gummi, selbst nicht komprimierbar ist, hat der Erfinder im Inneren des Materials einen Hohlraum bzw. einen Freiraum geschaffen, in den das Material zurückweichen bzw. eindringen kann, wenn eine entsprechende Belastung (z. B. Pulsation) von außen auf den Pulsationsdämpfer einwirkt. Hierbei gilt es zu beachten, dass bei einer Anordnung des Pulsationsdämpfers in fluiddurchströmten Elementen der Pumpendruckseite die Pulsationen von allen Seiten auf den Pulsationsdämpfer einwirken. Der Pulsationsdämpfer kann somit nicht wie ein herkömmliches Gummilager, beispielsweise beim Brückenbau, seitlich nach außen ausgebeult werden, wenn von oben eine Kraft einwirkt. Aus diesem Grund haben die Erfinder im Inneren des Materials einen Hohlraum geschaffen, durch den es möglich ist, dass das Material nach innen zurückweicht und folglich komprimiert wird. Der Pulsationsdämpfer kann somit aufgrund einer äußeren Einwirkung entsprechend Energie (Pulsationen) aufnehmen und in seine Ausgangslage zurückkehren, wenn die Einwirkung von außen nachlässt.
  • Eine Aufnahme von Pulsationen durch ein verformbares Material war bislang lediglich durch die Dehnschläuche bekannt, welche sich bei einem Ansteigen des Drucks bzw. beim Auftreten von Pulsationen nach außen gedehnt haben, so dass sich der Innendurchmesser vergrößert hat. Anstelle eines Rückzugsraumes im Außenbereich (wie bei den Dehnschläuchen) haben die Erfinder nunmehr einen Rückzugsraum im Inneren des Materials geschaffen.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Volumen des Pulsationsdämpfers zu mindestens 50 %, vorzugsweise zu mindestens 80 %, aus dem elastisch verformbaren Material gebildet ist. Die durch das elastisch verformbare Material gebildete Hülle ist somit relativ dick im Verhältnis zu dem Hohlraum. Da die Aufnahme von Pulsationen auf der Verformung des Materials beruht und hierfür ein verhältnismäßig geringer Hohlraum im Inneren ausreichend ist, kann der Pulsationsdämpfer im Unterschied zu der DE 41 12 476 A1 im Volumen betrachtet im wesentlichen durch das verformbare Material gebildet sein.
  • Ein Einsatz von Gummi als verformbares Material für den Pulsationsdämpfer hat sich als besonders geeignet herausgestellt, da Gummi ölbeständig ist, federnde Eigenschaften aufweist und sich zur Energieaufnahme eignet. Die vorzugsweise zu verwendende Gummimischung kann auf die Frequenz der zu dämpfenden Pulsationen abgestimmt werden. Im Allgemeinen ist eine Gummimischung zu bevorzugen, die steif und hart ist, da die Gummimischung die Energie der Pulsationen aufnehmen soll.
  • Der Pulsationsdämpfer kann grundsätzlich in einem beliebigen fluiddurchströmten Element der Pumpendruckseite angeordnet bzw. eingebracht sein. Vorstellbar ist auch die Anordnung von mehreren Pulsationsdämpfern. Eine im wesentlichen längliche Form des Pulsationsdämpfers hat sich für die Anordnung in den meisten fluiddurchströmten Elementen als geeignet herausgestellt. Vorzugsweise kann der Pulsationsdämpfer einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Dies hat sich hinsichtlich der Gegebenheiten, nämlich dass der Druck im wesentlichen gleichmäßig von außen auf den Pulsationsdämpfer einwirkt und diesen verformt, als besonders geeignet herausgestellt. Vorteilhaft ist dabei auch, wenn der Hohlraum möglichst im Zentrum bzw. mittig innerhalb des Pulsationsdämpfers verläuft. Vorteilhaft ist es des weiteren, wenn sich der wenigstens eine Hohlraum im wesentlichen in Längsrichtung des Pulsationsdämpfers erstreckt.
  • Die Stärke des Materials und der wenigstens eine Hohlraum kann auf die Frequenz der zu dämpfenden Pulsationen abgestimmt werden.
  • In einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass das verformbare Material an seiner Außenseite zur Fixierung in dem jeweiligen fluiddurchströmten Element mit Fixierelementen bzw. Distanzelementen versehen ist, durch welche ein Abstand zwischen der Außenseite des verformbaren Materials und der Innenwand des Elements definierbar ist. Somit lässt sich der Pulsationsdämpfer in besonders einfacher und zuverlässiger Weise an der gewünschten Stelle in dem fluiddurchströmten Element positionieren. Gleichzeitig wird durch die Fixierelemente sichergestellt, dass das Fluid weiterhin das Element durchströmen kann.
  • Von Vorteil ist es, wenn die Fixierelemente als Noppen oder Rippen ausgebildet sind.
  • Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Pulsationsdämpfer lediglich einen zusammenhängenden und nach außen abgeschlossenen Hohlraum aufweist. Der Hohlraum stellt somit eine durchgehende Innenbohrung dar. Am einfachsten lässt sich ein derartiger Pulsationsdämpfer dadurch herstellen, dass das verformbare Material vulkanisiert wird.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig dargestellt. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigt:
  • Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe;
  • Fig. 2 eine stirnseitige Ansicht auf einen Drucksammelraum einer Verdrängerpumpe, in welchen der erfindungsgemäße Pulsationsdämpfer eingebracht ist;
  • Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III der Fig. 2;
  • Fig. 4 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Pulsationsdämpfer;
  • Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Pulsationsdämpfer gemäß der Linie V-V der Fig. 4;
  • Fig. 6 einen Längsschnitt durch einen zweiten erfindungsgemäßen Pulsationsdämpfer; und
  • Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen dritten erfindungsgemäßen Pulsationsdämpfer.
  • Verdrängerpumpen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt, weshalb nachfolgend lediglich die für die Erfindung wesentlichen Merkmale näher beschrieben werden. Dies erfolgt im Ausführungsbeispiel anhand einer einhubigen Flügelzellenpumpe mit variablem Fördervolumen. Eine derartige Flügelzellenpumpe ergibt sich z. B. aus der DE 199 42 466 A1 , auf die hiermit Bezug genommen wird.
  • Die in der Fig. 1 dargestellte Verdrängerpumpe ist als Flügelzellenpumpe ausgebildet und weist ein Gehäuse 1 mit einem Rotorensatz 2 auf, der im Wesentlichen aus einem Rotor 3, Rotorenelementen 4 und einem Kurvenring 5 besteht. Im Ausführungsbeispiel ist in einer Bohrung des Gehäuses 1 ein Außenring 6 zur Aufnahme des Rotorensatzes 2 eingesetzt. Der Außenring 6 stellt dabei die Freigängigkeit des Kurvenringes 5 sicher und überträgt Querkräfte aus dem Kurvenring 5 in das Gehäuse 1.
  • Zwischen dem Kurvenring 5 und dem Rotor 3 ist ein Arbeitsraum 7 ausgebildet, welcher durch die Rotorenelemente 4 in Arbeitszellen 8 unterteilt ist.
  • Im Ausführungsbeispiel kann das Volumen der Arbeitszellen 8 durch eine Veränderung der Exzentrität zwischen Rotor 3 und Kurvenring 5 eingestellt werden. Die Rotorenelemente sind im Ausführungsbeispiel als Flügel 4 ausgebildet.
  • Allgemein weisen Verdrängerpumpen, so auch die dargestellte Flügelzellenpumpe, eine Pumpensaugseite 9 und eine Pumpendruckseite 10 auf. Der Pumpensaugseite 9 sowie der Pumpendruckseite 10 sind jeweils eine Mehrzahl fluiddurchströmte Elemente 11 zugeordnet, an denen entsprechend ihrer Zuordnung der Druck der Pumpensaugseite 9 oder der Druck der Pumpendruckseite 10 anliegt.
  • Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Flügelzellenpumpe weist ferner zwei Seitenplatten 12a, 12b auf, welche in bekannter Weise den Rotorensatz 2 seitlich begrenzen und die eine (in Fig. 1 nicht dargestellte) Pumpensaugöffnung (Saugniere) und eine Pumpendrucköffnung (Druckniere) aufweisen. Eine der Seitenplatten 12a, 12b kann als separates Teil auch entfallen, wobei dann die an den Rotorensatz 2 angrenzende Gehäusewand des Gehäuses 1 oder eine Wand eines Gehäusedeckels 13 entsprechend ausgebildet sind.
  • Fig. 2 zeigt eine mögliche, vorteilhafte Anordnung eines erfindungsgemäßen Pulsationsdämpfers 14 in der Flügelzellenpumpe. Der Pulsationsdämpfer 14 ist dabei in einem als Drucksammelraum ausgebildeten fluiddurchströmten Element 11 angeordnet. Der Drucksammelraum 11 befindet sich auf der Pumpendruckseite und ist folglich mit dem Druck der Pumpendruckseite beaufschlagt. Wie aus Fig. 2 und Fig. 3 ersichtlich ist, ist der Pulsationsdämpfer 14 an die Kontur des Innenraums des Drucksammelraums 11 angepasst. Der Pulsationsdämpfer 14 weist hierzu eine im wesentlichen längliche, bogenförmige Form auf.
  • Der Pulsationsdämpfer 14 ist, wie sich aus Fig. 4 und Fig. 5 ergibt, mit einem Hohlraum 15 in Ausgestaltung einer Innenbohrung versehen. Der Hohlraum 15 erstreckt sich dabei im wesentlichen in Längsrichtung des Pulsationsdämpfers 14 und weist einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf.
  • Der Pulsationsdämpfer 14 ist im Ausführungsbeispiel aus einem unter Druck verformbaren Material 16 gebildet. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich hierbei um Gummi bzw. um eine geeignete Gummimischung. Der im Inneren des Pulsationsdämpfers 14 bzw. des Materials 16 ausgebildete Hohlraum 15 ist nach außen abgeschlossen. Eine Pulsation des durch die Verdrängerpumpe gepumpten Fluids wird durch eine elastische Verformung des Materials 16 gedämpft bzw. von dem Material 16 aufgenommen, wobei das Material 16 in den Hohlraum 15 eindringt.
  • Wie insbesondere aus den Darstellungen gemäß Fig. 4 und Fig. 5 sowie den Figuren 6 und 7 ersichtlich ist, ergibt sich das Volumen des Pulsationsdämpfers 14 durch das Material 16 und den Hohlraum 15. Die Pulsation des Fluids wird dabei dadurch gedämpft, dass das verformbare Material eine geeignete Stärke und der Hohlraum 15 ein geeignetes Volumen aufweist, um durch eine Verformung des Materials 16 die Pulsation zu dämpfen. Im Ausführungsbeispiel nimmt das Material bereits im unbelasteten Zustand über 80 % des Volumens des Pulsationsdämpfers ein.
  • Fig. 6 zeigt eine zu den Figuren 2 bis 5 alternative Darstellung eines Pulsationsdämpfers 14, der eine ungebogene, längliche Form aufweist. Fig. 7 zeigt eine ebenfalls längliche Ausbildung eines Pulsationsdämpfers 14, wobei eine Mehrzahl von Hohlräumen 15 vorgesehen ist. Die Hohlräume 15 können dabei eine Kugelform aufweisen.
  • Der Pulsationsdämpfer 14 weist, wie aus Fig. 4 und Fig. 5 ersichtlich ist, an seiner Außenseite zur Fixierung in dem Drucksammelraum 11 Fixierelemente 17 auf, durch welche ein Abstand zwischen der Außenseite des Pulsationsdämpfers 14 und der Innenwand des Drucksammelraums 11 definierbar ist. Im Ausführungsbeispiel sind die Fixierelemente 17 als Noppen ausgebildet.
  • Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonderer Weise für Verdrängerpumpen, die bei Servolenkvorrichtungen von Fahrzeugen, insbesondere von Personenfahrzeugen und Nutzfahrzeugen zum Einsatz kommen.

Claims (13)

  1. Verdrängerpumpe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer Pumpensaugseite und einer Pumpendruckseite, wobei in wenigstens einem fluiddurchströmten Element der Pumpendruckseite ein Pulsationsdämpfer angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsationsdämpfer (14) im wesentlichen aus einem unter Druck verformbaren Material (16) gebildet ist, wobei im Inneren des Pulsationsdämpfers (14) wenigstens ein nach außen abgeschlossener Hohlraum (15) ausgebildet ist, und wobei eine Pulsation des Fluids im wesentlichen durch eine elastische Verformung des Materials (16) gedämpft wird, wobei das Material (16) in den wenigstens einen Hohlraum (15) eindringt.
  2. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulsation des Fluids dadurch gedämpft wird, dass das Material (16) eine geeignete Stärke und der Hohlraum ein geeignetes Volumen aufweist, um durch eine Verformung des Materials (16) die Pulsation zu dämpfen.
  3. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Materials (16) und der wenigstens eine Hohlraum (15) auf die Frequenz der zu dämpfenden Pulsation abgestimmt sind.
  4. Verdrängerpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsationsdämpfer (14) an die Kontur des Innenraums des fluiddurchströmten Elements (11) angepasst ist.
  5. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsationsdämpfer (14) eine im wesentlichen längliche Form aufweist.
  6. Verdrängerpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der wenigstens eine Hohlraum (15) im wesentlichen in Längsrichtung des Pulsationsdämpfers (14) erstreckt.
  7. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsationsdämpfer (14) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
  8. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsationsdämpfer (14) an seiner Außenseite zur Fixierung in dem fluiddurchströmten Element (11) mit Fixierelementen (17) versehen ist, durch welche ein Abstand zwischen der Außenseite des Pulsationsdämpfers (14) und der Innenwand des Elements (11) definierbar ist.
  9. Verdrängerpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente (17) als Noppen oder Rippen ausgebildet sind.
  10. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsationsdämpfer (14) in einem Drucksammelraum (11) eingebracht ist.
  11. Verdrängerpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsationsdämpfer (14) bogenförmig ausgebildet ist.
  12. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das verformbare Material (16) Gummi bzw. eine Gummimischung ist.
  13. Verdrängerpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsationsdämpfer (14) durch Vulkanisieren hergestellt ist.
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