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Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe
zum Erzeugen eines Druckmittelstroms zu einem Verbraucher gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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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 Auslaßkam mer 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.
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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.
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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.
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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 an liegt. Hierzu muß ein hoher Volumenstrom gefördert werden,
der entsprechend Leistung erfordert und eine nicht erwünschte Wärmeentwicklung
verursacht.
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Eine vorteilhafte Leistungsregelung
und eine genaue Volumenstromregelung ist mit der gattungsgemäßen Schrift
nicht möglich.
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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.
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Die bekannten Flügelzellenpumpen fördern 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 Drükken
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.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde eine Flügelzellenpumpe
zu schaffen, die die vorgenann ten 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.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden
Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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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.
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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.
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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.
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Bei den bisher bekannten Flügelzellenpumpen
wurde aus Gründen
der Querkraftabstützung auch
bei hohen Pumpendrehzahlen 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 Arbeitskammern (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.
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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.
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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.
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Das Elektroventil optimiert den Wirkungsgrad
der Flügelzellenpumpe
und ermöglicht
eine kompakte und kostengünstige
Bauweise.
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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.
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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.
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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.
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Das Elektroventil ermöglicht eine
besonders einfache und kompakte Bauform, da zur Steuerung des Elektroventils
keine druckmittelfördernden
Leitungen oder der gleichen verbaut werden müssen.
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Von Vorteil ist es, wenn das Elektroventil
als elektromagnetisches Ventil mit einer Auf/Zu-Schaltung ausgebildet
ist.
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Durch eine Ausgestaltung als elektromagnetisches
Ventil mit im wesentlichen zwei Schaltstellungen läßt sich
die erfindungsgemäße Lösung in
besonders einfacher und kostengünstiger
Weise realisieren.
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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.
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Vorgesehen ist, daß die Zu-Schaltstellung des
Elektroventils bei niedrigen Pumpendrehzahlen bzw. analog dazu bei
großen
Lenkmomenten, großen Lenkbewegungen oder anderen derartigen Parametern
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.
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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 Saugan schlusses
einspritzbar ist.
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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.
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In einer konstruktiven Ausgestaltung
der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, daß das Elektroventil in einem
Pumpendeckel integriert ist.
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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.
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Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein,
daß das
Rückschlagventil
in einer Stirnplatte angeordnet und vorzugsweise als Membranventil ausgebildet
ist.
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Eine Anordnung des Rückschlagventils
in einer Stirnplatte, durch die die Arbeitskammern der Flügelzellenpumpe
stirnseitig 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.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und
aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten
Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt:
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1 ein
hydraulisches Schaubild der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe;
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2 eine
Prinzipdarstellung eines Querschnittes durch die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe;
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3 ein
Volumenstrom/Drehzahl und ein Druck/Drehzahl-Schaubild gemäß dem Stand
der Technik; und
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4 ein
Volumenstrom/Drehzahl und ein Druck/Drehzahl-Schaubild der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe.
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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.
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Die Flügelzellenpumpe weist, wie in 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.
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In einem aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten
Pumpengehäuse
ist (wie aus 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.
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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 Arbeitskammern 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.
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Wie aus 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.
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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.
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Wie in 1 und 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, verwen det werden.
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Wie sich aus 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.
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Das Rückschlagventil 19 verhindert
ein Abfließen
des Druckmittelstroms aus der zweiten Arbeitskammer 13 und
dem Druckraum bzw. der Hauptdruckleitung 14.
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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.
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Der rückgeführte bzw. kurzgeschlossene 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.
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Wie aus 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 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.
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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.
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Daraus resultieren die bereits erwähnten energetischen
Vorteile, da die Energie bzw. der Druck des rückge führten Druckmittelstroms für den Aufladevorgang
der Flügelzellenpumpe
genutzt wird.
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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.
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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.
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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.
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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 Stromregel kolben 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.
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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.
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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.
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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.
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Die 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 4a und 4b ein
Schaubild des Volumenstroms in Ab hängigkeit der Drehzahl und ein Schaubild
des Drucks im System in Abhängigkeit
zur Drehzahl für
die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe.
nL bezeichnet hierbei die Leerlaufdrehzahl. Wie
sich aus einem Vergleich der 3a und 3b und den 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 (VNorm). 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
VNorm (d.h. schnelle Lenkbewegungen müssen möglich sein)
gewährleisten.
Der Volumenstrom für
den Normalbetrieb (VNorm) ist in den Schaubildern 3a bzw. 4a durch
die horizontale Linie dargestellt.
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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 (VNorm)
bei der Leerlaufdrehzahl nL 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 Volumen stroms zu der Hilfskraftlenkung
verhindert. Analog dazu ergibt sich das in 3b dargestellte Schaubild, bei dem der
Druck im System proportional zur Drehzahl bzw. zum Volumenstrom
ansteigt, bis dieser bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl nL der herkömmlichen Flügelzellenpumpe durch die Regelblende 27 in
Richtung auf den Verbraucher begrenzt wird.
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Im Unterschied dazu ergibt sich aus
dem Schaubild der 4a,
daß der
von der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe
geförderte
Volumenstrom bei der Leerlaufdrehzahl nL der
Flügelzellenpumpe deutlich
geringer ist. Folglich ist auch der in 4b dargestellte Druck im System deutlich
geringer. 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 4a ergibt,
liegt der für
den Normalbetrieb erforderliche Volumenstrom VNorm im
Bereich der Leerlaufdrehzahl nL 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 (4b) ergibt. Wie sich aus 4a und 4b ergibt, liegt der für den Normalbetrieb
erforderliche Volumenstrom VNorm bzw. der entsprechende
Druck (der dem Leerlauf druck gemäß 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 VNorm erst
bei einer Pumpendrehzahl erreicht, die dem Doppelten der Leerlaufdrehzahl
der Pumpe entspricht. Bei einer asymmetrischen Ausbildung der Arbeitskammern 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.
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Der Volumenstrom im Normalbetrieb
VNorm 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 3b und 4b).
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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.
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- 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