JP3616808B2 - ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提概念に記載のポンプに関する。
この種のポンプは、例えば操舵補助システムに使用され、特殊な液体またはオイルを搬送して、例えば自動車のハンドルに操舵力を発生させるためのものである。本発明によるポンプは、特に翼区画構成型ポンプ

である。この翼区画構成型ポンプは、ポンプの外側に設けられる備蓄部、例えばタンクからオイルを吸い込む。この種のポンプは、流動調節弁と呼ばれる弁を備え、この弁を介してオイルを高圧領域からポンプの吸い込み領域へ誘導させることができる。弁は、搬送量が一定に設定されているときに、且つ一定のポンプ回転数を起点にして、流出穴を開口させる。この流出穴に、高圧にあるオイルを流出させることができる。オイルは、搬送装置の吸い込み室内へ達する。しばしば、ポンプが液圧オイルで十分に充填されないことがある。さらに、オイルを案内しているダクト内に、キャビテーションによる損傷が発生する。
米国特許第2724335号公報から知られている流体搬送 ポンプでは、高圧の流体でインジェクターを付勢可能で あり、インジェクターを介して流体を供給ダクトから搬 送装置の吸い込み領域へ搬送させることができる。しか し、この場合、特に圧力の変動時に、搬送装置の吸い込 み領域へ十分な量の流体が常に搬送されることがインジ ェクターにより保証されていないのが欠点である。
さらにフランス特許公開第2074206号公報及びフラン ス特許公開第2443598号公報から知られているインジェ クターの構成では、備蓄容器から高圧で流出する流体に より、別の流体を搬送装置の吸い込み領域へ搬送させる ことができる。しかしこの場合も、圧力の変動時に十分 な量の流体が吸い込み領域へ誘導されないのが欠点であ る。
このように、上記公知のインジェクターを用いて、搬 送装置の搬送量が異なっているときにポンプをキャビテ ーションが発生しないように作動させることは不可能で ある。
本発明の課題は、搬送量が異なっていても、全回転数範囲でキャビテーションのないポンプの作動を可能にし、その際ポンプが液圧オイルで十分に充填されることを保証することである。
上記の課題は、請求項１の前提概念に記載のポンプでは、この請求項１の特徴部分に記載の構成により解決される。
インジェクターの本体が、供給ダクトに連通している リングダクトにより取り囲まれていることにより、流体 の最適な案内が保証されており、その結果ポンプの搬送 量が変化しても、キャビテーションが避けられる。ポン プの外側に設けられたオイル備蓄部、例えばタンクから 供給されるオイルは、リングダクトによりインジェクタ ーの周囲を周回するように案内され、その結果特に好適 な吸い込み作用が保証されている。この場合、インジェ クターから流出する流体は、その全周面または全表面に おいて最適に利用される。
さらに本発明によれば、インジェクターには、固定ス リーブとして構成された位置固定要素が付設されてい る。位置固定要素は、ポンプのケーシング内で支持さ れ、且つインジェクターで支持されている。固定スリー ブの付設により、特にポンプのサイズが小さいときに、 インジェクターを十分確実にポンプのケーシング内に固 定することができる。従って、インジェクターの機能安 定性は、特にポンプが比較的小型であるときに向上す る。なぜなら、インジェクターにたいして提供される固 定面積は小さいけれども、インジェクターはすべての作 動条件で確実にその取付け位置に保持されるからであ る。
本発明によるポンプの他の構成は、他の請求項から明らかである。
次に、本発明の実施例を添付の図面を用いて説明する。
図１は 本発明によるポンプの基本構成を説明するための縦断面図、
図２は 図１に図示したインジェクターの拡大縦断面図、
図３は 本発明によるポンプの実施例の縦断面図、
図４は 図３の断面に垂直に切断した、図３のポンプのインジェクターの断面図、
である。
まず、図３と図４に図示した本発明によるポンプの実施例を説明する前に、本発明によるポンプの基本構成を図１と図２を用いて説明する。以下では、図面に図示したポンプ１が搬送装置３として翼区画構成部を有していることを前提とする。翼区画構成部は、ポンプ１のケーシング５の下方に配置されている。
ポンプ１は、支持フランジ７を備えている。支持フランジ７は、任意に構成されている。よって、ここでは支持フランジ７を単に破線で示した。
図面において水平方向に延びている駆動軸９は支持フランジ７を貫通し、支持フランジ７で適当な軸受により保持されている。支持フランジ７は、ポンプケーシング５の内部に配置された右端において押圧板担持体11で回転可能に支持されていることができる。押圧板担持体11は、適当な圧縮ばね13によって押圧板15にたいして押圧される。圧縮ばね13は、片側を押圧板担持体11で支持され、他の側をケーシング５で支持されている。押圧板15は、翼17を収容しているロータ19に接している。翼17は、半径方向へ移動可能に、ロータ19に形成されている適当なスリットで支持されている。
駆動軸９に相対回転不能に連結されているロータ19の左側には、側板21が接している。側板21は、ロータ19とは逆の側で支持フランジ７で支持されている。
翼17は、ロータ19の外側の端部によってリング23に接している。その結果個々の翼17の間で閉止される体積部が形成される。リング23の内面は、リング23の周方向に見て、ポンプ１の回転軸線25にたいしてことなる間隔を有している。その結果、翼17の間で閉止されている空間は、ロータ19が回転するとより大きくなり、且つ小さくなる。従って流体がポンプ１の吸い込み室27から圧力室29内へ搬送される。この場合流体は押圧板15を貫通する。圧縮ばね13により押圧板担持体11は、よって押圧板15はリング23にたいして押圧され、リング23は側板21にたいして押圧される。
ポンプ１によって搬送される流体は、外部の備蓄容器、例えばタンクから送られて来る。タンクは、ケーシング５内の上部に設けられる吸い込み接続部材31に連結されている。吸い込み接続部材31は、オイルを吸い込み室27へ搬送するための供給ダクト33の一部分を形成している。
供給ダクト33は、湾曲部の下方に延在している領域35を有している。領域35は、吸い込み室27に直接連通しているダクト部分37に通じている。
ダクト部分37の中心軸線39は、ケーシング５の壁を貫通している穴43の中心軸線41と整列している。即ちダクト部分37は、ケーシング５に形成される穴によって形成させることができる。穴43は、カバー45によって、圧力がもれないように密閉されている。
図示の例では、図面に垂直に、流動調節弁と呼ばれる調節弁47が配置されている。調節弁47は、その長手軸線の方向に、即ち図面に垂直に、弁穴49の内部で変位可能である。この変位は、圧力室29内の圧力により、図面には図示していない圧縮ばねの力に抗して行われる。即ち弁穴49は、ポンプケーシング内の適当なダクトにより圧力室29に連通している。この種の流動調節弁の機能は公知であり、よってこれ以上詳細に説明しない。
調節弁47の位置は、ポンプの圧力と回転数に応じて変化する。一定のポンプ回転数の、あらかじめ決められる一定の搬送量を起点にして、調節弁47が開弁する。その結果、高圧にある流体が流出穴51内へ侵入する。流出穴51は非常に短く選定されており、直接インジェクター53に通じている。インジェクター53は、長く延びたほぼ管状の本体55を有している。本体55は、耐食性の材料から製造するのが有利である。本体55の横断面は、本体55の壁の厚さが流入口57から流出口59のほうへ減縮していることを示している。この場合本体55の外面は、切頭円錐面の形状を有し、一方、インジェクター53の内部において貫通している流動領域61はほぼ筒状に、または切頭円錐状に構成されている。
インジェクター53の中心軸線63は、ダクト部分37の中心軸線39と一致しており、また流出穴51の中心軸線65とも一致している。
インジェクター53は、リングダクト67によって取り囲まれている。リングダクト67は、供給ダクト33の湾曲領域35と連通し、且つダクト部分37とも連通している。
ポンプ１のケーシング５は、適当な方法で支持フランジ７に固定されている。図の例では、例えば両部分を結合させるためねじ69が設けられている。ケーシング５の内部は、押圧板担持体11が回転軸線25の方向へ移動可能であるように構成されている。押圧板担持体11とケーシング５の間には、吸い込み室27を圧力室29から切り離すため、周回するパッキン69'が設けられている。圧力室29は、周回するように構成するのが有利である。圧力室29からは、押圧板担持体11を貫通している穴80が出ている。穴80は押圧板15を貫通して、ロータ19の翼17の流動領域に通じている。このようにして、翼17の半径方向外側への運動を容易にするための翼17の付勢が可能になる。
断面図からわかるように、供給ダクト33は、流出穴51に侵入する流出流のすぐそばを通過するように案内することができる。流出流は、インジェクター53またはその本体55によって捕捉され、その結果ポンプ１のケーシング５の侵食が確実に回避される。同時に、特に流出口59が流入口57に比べて先細りになっている場合には、インジェクター53を貫流する流体はさらに付勢され、その結果、低圧にあるオイルは非常に好適に砕かれる。リングダクト67により、供給ダクト33内の流体は、インジェクター53を離れる流体の全周領域のそばを通過し、その結果その作用は特に著しいものになる。即ち、インジェクター53を離れる流体により、リングダクト内にある流体が非常に細かく砕かれ、その結果吸い込み室27が非常に好適に充填される。従って、搬送装置の吸い込み力が高い場合も、キャビテーションが確実に回避される。
図示の例では、流出穴51の中心軸線と、インジェクター53の中心軸線と、ダクト部分37の中心軸線とは、一直線状に位置するように方向づけられている。しかし、インジェクター53の中心軸線を他の二つの中心軸線にたいして回動させることも可能である。その結果インジェクター53の流出口59は、図示した断面図のように直接下方へ向けられず、例えば右側へ回動されている。即ちインジェクター53により、弁穴49から来る流体の案内と、一緒に連れ去られるオイルとの案内が可能になり、その結果ポンプの吸い込み領域は、個々の部品の配置がずれていても、搬送される流体により最適に充填される。
図示したインジェクター53の特徴は、流入口57を取り囲んでいるカラー71が設けられていることである。カラー71はインジェクター53の補強に用いられ、ケーシング壁へのこの部分の圧入を可能にする。カラー71は、他の取り付け態様にたいしては、図２に図示したよりも大きく構成してもよい。
穴43の中心軸線とダクト部分37の中心軸線とが整列しているという事実を考慮して、両領域を、ケーシング５の材料に形成したただ一つの穴によって形成してもよい。ダクト部分37にたいして同心に延びているリングダクト67は、ケーシング５の本体55の中に鋳込むのが有利である。さらに穴43により、リング状の凹部をケーシング５の本体に形成してもよい。この凹部は、カラー71を収容するために用いる。カラー71の外径は、穴43及びダクト部分37の内径よりも小さい。従ってインジェクター53は、穴43とダクト部分37とを通って外側からケーシング５内へ容易に挿入することができる。よって、ポンプ１のケーシング５内へインジェクター53を挿入する際の自動化も可能である。
流出穴51は、穿孔機を用いて形成される。穿孔機は穴43を通るように案内され、その際ダクト部分37を通過する。従って、ケーシング５にインジェクター53を組み込むことは非常に簡単であり、この場合、インジェクター53と協働する流体案内ダクトの形成も可能であり、即ち流出穴51、ダクト部分37、及びリングダクト67の形成が簡単であり、よって安価に実現可能である。
インジェクター53は安価に製造することができる。なぜなら、その本体55はほぼ管状のスリーブとして実現可能だからである。インジェクター53の場所需要は極めて狭く、その結果ポンプ１を非常にコンパクトに構成される。
インジェクター53の機能にとって、断面図で示したように流動調節弁が駆動軸９の回転軸線25に垂直に延びていることは重要でない。重要なことは、流出流体ができるだけ調節弁47の近くでインジェクター53によって受容され、直接この領域で、そばを通過する流体がリングダクト67を介して吸い込まれることである。
リングダクトは、インジェクターを貫流する流体を好適に利用することを保証している。なぜならリングダクトは、本体55を完全に取り囲んでいるからである。リングダクトの直径と、インジェクター53の流出口59の直径とは、使用する流体の粘性、ポンプの搬送量、インジェクターを離れる流体の流動速度に応じて適当に選定することができる。このようにして常に吸い込み室27の最適な充填が保証されており、よって搬送効率がまったく異なっていてもキャビテーションのないポンプの作動が保証されている。
図示した例では、インジェクター53の本体55を取り囲んでいるリングダクト67の高さは、低圧にある流体の最適な吸い込みが生じるように、インジェクター53の長さに適合している。この場合、インジェクターの有効長さは、リングダクトの高さの1.5倍である。流体が供給ダクト33及び湾曲したダクト35からリングダクト67内へ渦なしに流入することを保証するため、湾曲した領域35の直径は、この領域の開口部がリングダクトの高さに相当する直径を有するように選定されている。リングダクト67の外径は、ダクト部分37の直径よりもいくぶん大きいように選定されている。リングダクト67のサイズをこのように選定することにより、インジェクター53の表面の周囲での特に好適な流動が達成され、その結果、インジェクター53を離れる流体の吸い込み作用を好適に活用することができる。
さらに断面図からわかるように、インジェクター53内へ流出流体をロスなく流入させるため、流出穴51の内径は流入穴57の直径と等しい大きさであるように選定されている。
次に、インジェクター53の拡大縦断面図を示す図２を用いて、インジェクターの領域でのサイズ比を詳細に説明する。
図中ａはリングダクト67の直径、ｂはダクト部分37の直径、ｃは流出口59の直径、ｄはインジェクター53を離れる流体のためにダクト部分37の内部にある自由距離、ｅはダクト部分37内部でのインジェクター53の部分長、ｆはリングダクト67の高さである。
上記のことから、インジェクターの機能のための基本条件が明らかになる。インジェクターの機能は、十分に大きな体積流が外側から、即ち備蓄容器から追加的に吸い込まれる場合にだけ保証されている。これによってポンプ内のキャビテーションが阻止される。即ち、インジェクターから流出する流体により、図面には図示していないタンクから吸い込み接続部材31と、供給ダクト33と、その湾曲した領域35と、リングダクト67とを介して流体を吸い込まねばならない。
ポンプが作動しているときには、さしあたりポンプの搬送量が低下することによってのみキャビテーションが発生する。しかし最後には、吸い込み上の問題が大きくなるとポンプの作動騒音が次第に大きくなる。
インジェクターは、搬送量のわずかな低下でも阻止されるように構成する必要がある。基本的には、インジェクターは14ないし28cm³/Uの搬送流にたいして設計されている。従って、インジェクター及びこれを取り囲んでいる領域のサイズの変化は特に問題である。よって、図示した実施例では、ダクト部分37の直径ｂ、流出口59の直径ｃ、自由距離ｄ、部分長ｅは、インジェクターを最適に機能させるために、非常にわずかしか変化するようでなければならない。この変化は、特に1/10mmの範囲である。特に、ｃ＝１を前提とすると、インジェクターを次のように設計するのが好ましい。
a:b:c＝3.7:2.3:1
d:e:f＝1.6:0.86:1.1
以上説明した、インジェクターと他の構成要素とのサイズ比は、以下に図３と図４とを用いて説明する本発明の実施例としてのポンプにも適用される。図３に図示した本発明の実施例が図１に図示した基本構成例と異なっているのは、インジェクター53が位置固定要素として用いられる固定スリーブ73によりポンプ１のケーシング５内で保持されることである。図３では、図１及び図２の構成要素に一致している構成要素には同一の符号を付し、よってその詳細な説明は省略することにする。
固定スリーブ73は、ダクト部分37内に配置されている固定リング75を有している。固定リング75の外径は、ポンプ１の使用時に発生するすべての温度で固定スリーブ73が確実に保持されるように、ダクト部分37の内径に適合されている。固定リング75の高さは、該固定リングが上流側に配置されるリングダクト67内へ突出せず、或いは実質的に突出せず、よってポンプによって搬送される媒体がそこで支障なく流動できるように選定されている。固定リング75は、反対側においても吸い込み室27内へ突出せず、或いは実質的に突出せず、よって固定リング75はポンプによって吸い込まれた媒体をここでも阻止しない。
固定リング75は、直径方向に対向している少なくとも一つの、有利には二つの保持細条部77を備えている。この保持細条部は、リングダクト67を通って上方へインジェクター53のカラー73まで延びている。保持細条部77は、カラー71の下面を押圧し、よってインジェクター53をその取付け位置で確実に保持する。特にポンプ１のサイズが小さい場合には、ポンプ１のケーシング５内でのカラー71の安定性はあまりよくなく、その結果、固定スリーブ73を使用することにより機能の安定性がかなり向上する。インジェクター53は、ポンプ１の使用温度範囲全体にわたって確実に所望の取付け位置で保持される。
この場合、固定スリーブ73を、プレスばめによってダクト部分73内で保持することが可能である。また、ダクト部分の内面に波形部を形成し、且つ固定スリーブまたは固定リングの外面にも適当な波形部を形成することにより、固定スリーブとポンプの本体とを形状拘束的に結合させることも可能である。最後に、ダクト部分37の内面にねじ山を設け、このねじ山を、固定リングの外面に設けた雄ねじに噛み合わせるようにしてもよい。即ち固定スリーブ73はポンプの本体にねじ止めされ、よってインジェクターをそのホームポジションで確実に保持することができる。
吸い込み接続部材31から環状室67内へ流入する媒体が保持細条部77によって実際に阻害されないことは明白である。さらに媒体は、支障なく固定スリーブ73の内部空間を通って、即ち固定リング75の内部を通って吸い込み室27へ達することができる。この場合、インジェクター53の流出口59（図４を参照）から高圧で射出される媒体は、ダクト部分37または固定リング75の内部にある媒体を一緒に連れさる。その結果、吸い込み室27は最適に充填される。
固定スリーブ73は、湾曲した領域35からリングダクト67内へ氾濫していく流体が保持細条部77によって阻害されないように配置するのが有利である。即ち、湾曲した領域35とリングダクト67の間の連通領域には、保持細条部77は存在していない。
固定スリーブ73の配置構成は、図４の断面図から明らかである。図４の切断面は、図３で選定した切断面にたいして垂直な面である。図１から図３までに図示した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付したので、その詳細な説明は省略する。図４の図示では、固定スリーブ73の取付け位置を説明するたためには役立たないような、ポンプ１の部分を広範囲に割愛した。
図４からわかるように、固定スリーブ73は、その命名から明らかなように内部を中空に構成されている。固定スリーブ73の内径は、ポンプによって搬送される媒体がリングダクト67から支障なく吸い込み室27に達することができるように選定されている。インジェクター53の流出口57は、固定リング75の高さのほぼ半分の位置にある。インジェクター53と固定スリーブ73のサイズは、図２において設定されたサイズと同様に選定することができる。この場合、固定リング75または固定スリーブ73の内径としては、参照量ｂが設定される。
さらに図４からわかるように、固定スリーブ73の、固定リング75からでている保持細条部77は、リングダクト67を通って延びており、インジェクター53のカラー71の下面で終わっている。このようにして保持細条部77は、ポンプ１のケーシング５内に固定スリーブ73をしっかりと取り付けた場合、インジェクター53をその取付け位置で確実に保持する。このように、ポンプの作動時に発生するすべての温度でインジェクター53がポンプ１の内部で確実に保持されることが保証されている。特にポンプ１のサイズが小さい場合には、カラー71の高さは低く、従ってケーシング５内部でのインジェクター53の保持力は小さい。この保持力は、図３と図４の説明から明らかなように、ケーシング５内部での固定スリーブ73の通常の加圧のほかに、固定スリーブとケーシング間の形状拘束が選定されるならば、固定スリーブ73により著しく増大する。
保持細条部77は、固定スリーブ73が湾曲しているため高い形状安定性を有しているので、その幅を比較的狭くすることができる。固定スリーブ73は全体的に中空体として構成され、その内面及び外面は円筒形に形成されている。従って保持細条部77も次のように湾曲されており、即ち保持細条部77が垂直方向に作用する力、つまり中心軸線39（固定スリーブ73の中心軸線でもある）の方向に作用する力を確実に捕捉するように湾曲している。
総じて明らかなことは、簡単に製造可能で、有利には金属から成っている固定スリーブにより、ポンプの高い機能安定性が達成されることである。というのも、取付けの容積が小さくてもインジェクター53は取付け位置で確実に保持されるからである。この場合ポンプの製造コストは実質的に増大しない。なぜなら、インジェクター53と同様に簡単に固定スリーブ73を穴543を通ってポンプ１のケーシング５の内部に挿入して、ダクト部分37の領域に固定することができるからである。
固定スリーブ73がもっぱらインジェクター53の位置固定に用いられるので、固定スリーブ73はポンプによって搬送される媒体の流動を妨害しない。固定スリーブ73の内径を次のように選定するのが有利であり、即ち媒体がインジェクター53の流出口59に最適に供給され、これにより高速度でインジェクター53から流出する媒体によって連れ去られるように選定するのが有利である。リングダクト67の領域では、流入する媒体ができるだけ妨害されないようにするべきである。このため、固定スリーブ73はリングダクト67の領域で長穴として構成されていてもよい。しかし、特に図３から明らかなように、保持細条部77の幅を狭くすることにより、流動抵抗を特に小さくするのが有利である。
基本的には、保持細条部77がいくぶんインジェクター53の方向へ傾斜し、インジェクター53の外面で支持されていることも可能である。これによりインジェクター53はその取付け位置で確実に保持される。この場合には、インジェクター53の、保持細条部77から自由になった内径と外径とを、保持細条部77とインジェクター53の外面とが係合する領域において同調させることが必要である。固定スリーブ73を構成上で最も安価な構成は、保持細条部77がいわば固定リング75の壁の延長部を形成し、固定スリーブ73またはインジェクター53の中心軸線に平行にインジェクター53のカラー71まで延び、これをポンプ１の本体55内で確実に保持することである。

Claims (5)

1. ポンプケーシング内に収納される搬送装置（３）と、ポンプケーシング内に延在している、流体用の供給ダクト（33）と、搬送装置（３）の加圧領域と吸い込み領域（27）の間に配置されている調節弁と、高圧の流体で付勢可能で、流体を供給ダクト（33）から搬送装置（３）の吸い込み領域（27）へ搬送するインジェクター（53）とを有し、インジェクター（53）の本体（5 5）が、供給ダクト（33）に連通しているリングダクト （67）によって取り囲まれている流体搬送ポンプにおいて、
   インジェクター（53）に、固定スリーブ（73）として構 成される位置固定要素が付設され、該位置固定要素が、 ポンプ（１）のケーシング（５）内で支持され、且つイ ンジェクター（53）で支持されていることを特徴とする流体搬送ポンプ。
2. リングダクト（67）の直径をａ、ダクト部分（37）の直径をｂ、流出口の直径をｃとしたとき、その比がa:b:c＝3.7:2.3:1のように選定され、及び（または）インジェクター（53）を貫流する流体の自由距離をｄ、インジェクター（53）の部分長をｅ、リングダクト（67）の高さをｆとしたとき、その比がd:e:f＝1.6:0.85:1.1のように選定され、その際値ｃ＝１を前提としていることを特徴とする、請求項１に記載の流体搬送ポンプ。
3. 固定スリーブ（73）が、ポンプ（１）のケーシング（５）内に固定可能な固定リング（75）を有し、該固定リング（75）から、インジェクター（53）で支持される、有利にはそのカラー（71）で支持される保持細条部（77）が出ていることを特徴とする、請求項１ または２に記載の流体搬送ポンプ。
4. 固定スリーブ（73）が、固定リング（75）から出ている二つの保持細条部（77）を有していることを特徴とする、請求項３に記載の流体搬送ポンプ。
5. ポンプ（１）によって吸い込まれる流体が固定スリーブ（73）の内部へ支障なく流入できるように保持細条部（77）が配置されていることを特徴とする、請求項３または４に記載の流体搬送ポンプ。

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