DE3211948A1

DE3211948A1 - Regelbare fluegelzellenpumpe

Info

Publication number: DE3211948A1
Application number: DE3211948A
Authority: DE
Inventors: Günther Ing. Seidl (grad.), 7072 Heubach
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1982-03-31
Publication date: 1983-10-20
Also published as: GB2117449A; IT1160501B; GB8308653D0; JPS58200091A; DE3211948C2; IT8319917A0; GB2117449B

Description

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Heidenheim, 02.03.1982 - ph Akte: ZF 871 6/82

Anmelder:

Zahnradfabrik Friedrichshafen

Aktiengesellschaft

7990 Friedrichshafen

Regelbare Flügelzellenpumpe

Die Erfindung betrifft eine regelbare Flügelzellenpumpe nach der im Oberbegriff des Anspruches 1 näher beschriebenen Art.

Flügelzellenpumpen dieser Art werden sehr häufig zur Druckölversorgung von Hilfskraftlenkungen verwendet. Zur Regelung des Förderstromes zur Hilfskraftlenkung ist es bekannt den Druckkanal im Bereich der Entnahmestelle zu verengen, wodurch deutlich eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und damit auch eine Verringerung des statischesn Druckes auf der hinteren Seite des Stromregelkolbens auftritt. Damit wird der Differenzdruck zwischen den beiden

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Kolbenflächen größer und der Stromregelkolben erfährt eine drehzahlabhängige Öffnungstendenz, womit entsprechend die Einlaßöffnung in die Förderstromrücklaufleitung freigegeben wird. Auf diese Weise wird in der Pumpe mehr Hydraulikflüssigkeit umgewälzt und der Förderstrom zu dem Verbraucher nimmt ab. Damit wird eine "fallende" Kennlinie der Flügelzellenpumpe erreicht; d.h., der Volumendurchsatz wird ab einem bestimmten Abregelpunkt nicht weiter entsprechend der Leistung der Flügelzellenpumpe erhöht, sondern reduziert.

Zur Förderstromregelung ist es nun bekannt in den Stromregelkolben einen profilierten Stift einzupressen, der in eine Drosselbohrung hineinragt. Durch den veränderlichen Durchmesser des Stiftes ergibt sich bei Bewegung des Stromregelkolbens eine im Querschnitt veränderliche Ringdrossel. Über das Profil des Regelstiftes läßt sich damit der Verlauf der Förderstromkennlinie nach dem Abregelbeginn beeinflußen.

Unterschiedliche Kennlinienvarianten sind aus verschiedenen Gründen erwünscht. So ergibt z.B. eine fallende Kennlinie bei einer Hilfskraftlenkung bei hohen Drehzahlen ein besseres Lenkungsverhalten. Außerdem nimmt der Durchlaufdruck in der Lenkanlage bei einer fallenden Förderstromkennlinie bei steigenden Drehzahlen ab. Die Folge ist eine geringere Leistungsaufnahme der Pumpe, was zu Temperaturabsenkungen führt.

Nachteilig bei den bekannten Flügelzellenpumpen ist jedoch, daß die Variationsmöglichkeiten bezüglich Kennlinienänderungen beschränkt sind.

Ein weiterer sehr großer Nachteil besteht darin, daß aufgrund der einseitigen Querschnittsverengung nach einer Abregelung der Pumpe nur die Fördermenge eines Hubes für die Regelung herangezogen wird. Auf diese Weise entsteht je nach Kanalverengung bzw. Förderstromabfall eine Druckdifferenz zwischen den beiden Drucknieren der Pumpe bis zu 7 bar. Wegen dieser Druckdifferenz ist der Läufer der Pumpe radial nicht ausgeglichen, was zu einer erhöhten Lagerbelastung führt.

Weiterhin ist die Streubreite bei Serienfertigung bezüglich des Kennlinienverlaufes bei den bekannten Lösungen sehr breit.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine regelbare Flügelzellenpumpe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, mit der bei einer weitgehend gleichmäßigen Belastung der Pumpe viele Variationsmöglichkeiten bezüglich des Kennlinienverlaufes gegeben sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst .

Erfindungsgemäß ist nun keine einseitige Engstelle hinter einer Druckniere vorhanden. Vielmehr kann vor dem Drosseleinsatz mit der oder den Drosselbohrungen ein genügend großer Druckraum angeordnet werden, mit dem beide Drucknieren ohne eine Engstelle verbunden sind.

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Damit werden beide Drucknieren gleichmäßig zur Förderung bzw. Förderstromregelung herangezogen, was zu ausgeglichenen Drücken zwischen den beiden Drucknieren führt. Dies wiederum ergibt keine einseitige Lagerbelastung.

Bei der Öffnungsbewegung des Stromregelkolbens mit höherer Drehzahl deckt das Absperrelement entsprechend die Drosselbohrung_w(en) ab. Damit wird der Differenzdruck zwischen den beiden beaufschlagten Kolbenflächen erhöht und der Förderstromregelkolben erfährt somit eine pro- . cjressive Üffnungsbewegung. Die Folge davon ist nach dem Abregelpunkt über den gesamten Drehzahlbereich eine abfallende Förderstromkennlinie.

Auf welchen Wert der genutzte Förderstrom bei maximaler Drehzahl abfallen soll, kann durch die Größe und Anordnung der Drosselbohrung(en) beeinflußt werden. Eine einfache und sehr vorteilhafte Ausgestaltung des Absperrelementes besteht darin, daß es aus einem blattfederartigen Bügel besteht. Hierzu kann in Weiterbildung vorgesehen sein, daß der Bügel zu seinem freien Ende hin in Richtung auf die Drosseleinrichtung gebogen ist.

Durch diese Maßnahme kann eine kontinuierliche Schließbewegung erreicht werden, denn wenn der Bügel aufgrund der Öffnungsbewegung des Stromregelkolbens an der Drosselbohrung zur Anlage kommt, überstreicht er während der weiteren Öffnungsbewegung des Stromregelkolbens die öffnung der Drosselbohrung aufgrund des sich vergrößernden Radius des Bügels zunehmend.

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Hierzu ist es von Vorteil, wenn das freie Ende des Bügels eine Planfläche besitzt. Auf diese Weise kann der Bügel satt auf der Drosselbohrung aufliegen. Die Anzahl und die Anordnung der Drosselbohrungen richtet sich je nach dem Einsatzfall. So können z.B. 2,3 oder mehrere Drosselbohrungen 'verwendet werden, die entsprechend teilweise oder ganz durch das Absperrelement abdeckbar sind.

Von Vorteil ist es, wenn die Drosselbohrung(en) in einem in eine Gehäusebohrung eingesetzten Drosseleinsatz angeordnet sind. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich die Drosseleinrichtung direkt in das Pumpengehäuse einzuformen. Aus konstruktiven Gründen wird man jedoch im allgemeinen einen gesonderten Drosseleinsatz mit Drosselbohrungen hierfür verwenden.

Da die Gefahr besteht, daß sich der Stroraregelkolben verdreht, kann vorgesehen sein, daß der Bügel als Absperrelement gegen ein Verdrehen gesichert ist.

Hierzu können seitlich neben dem Bügel in dem Gehäuse oder einem feststehenden Pumpenteil Führungsanschläge vorgesehen sein.

Eine einfache Lösung hierfür ergibt sich, wenn die Drosselbohrung(en) in der Stirnseite des Drosseleinsatzes angeordnet sind und wenn die Stirnseite mit seitlichen Stegen versehen ist, die einen derartigen Abstand voneinander aufweisen, daß der Bügel mit geringem Spiel dazwischen geführt ist.

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Durch diese Maßnahme ist der Bügel sicher zwischen den beiden Stegen gegen ein Verdrehen geführt.

Statt einer Anordnung der beiden Stege in dem Drosseleinsatz können entsprechend auch Stege, Anschläge, Nocken oder dgl. in einem Teil des Pumpengehäuses zwischen den Drosselbohrungen und dem Stromregelkolben angeordnet sein.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 Ausschnittsweise einen Längsschnitt durch

die erfindungsgemäße Flügelzellenpumpe mit einem Stromregelkolben in geschlossenem Zustand ;

Fig. 2 Einen Längsschnitt, entsprechend dem nach

der Fig. 1 mit dem Stromregelkolben in Offenstellung ;

Fig. 3-7 Draufsichten auf den Stromregelkolben und die

Drosseleinrichtung mit unterschiedlichen Drosselbohrungen;

Fig. 8 Prinzipdiagramm mit verschiedenen Förderstromkennlinien.

Die Flügelzellenpumpe ist im wesentlichen von bekanntem Aufbau, weshalb hier nur die für die Erfindung wesentlichen Teile dargestellt und beschrieben sind.

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Die Pumpe weist einen Läufer 1 mit Flügeln 2 auf. Der Läufer 1 ist zwischen einer vorderen Stirnplatte 3 (nur teilweise dargestellt) und einer hinteren Druckplatte 4 angeordnet. Der Läufer 1 und die Flügeln 2 sind von einem Kurvenring 5 umgeben. Hinter der Druckplatte 4 befindet sich ein Drucksammelraum 6, der über Druckbohrungen 7 und 8 (Drucknieren) mit dem von dem Läufer 1 und dem Kurvenring 5 gebildeten Raum druckseitig in Verbindung steht. Die Zuführung des Druckmittels erfolgt über eine Saugleitung (nicht dargestellt) in eine Ringkammer 9. Der Läufer 1 ist über eine Keilwellenverzahnung mit der Flügelzellenpumpenwelle 10 verbunden.

Über eine Bohrung 11 gelangt das unter Druck gesetzte Druckmittel nach Durchgang durch eine Drosseleinrichtung zu einer Austrittsöffnung 13, von der aus eine Leitung zu einem Verbraucher, z.B. zu einer Hilfskraftlenkung, abgeht.

Die Drosseleinrichtung 12 weist einen Drosseleinsatz in Form einer Hülse mit einem Deckel an einer Stirnseite auf. In dem stirnseitigen Deckel der Hülse sind Drosselbohrungen 14 und 15 angeordnet, über die Drosselbohrungen 14 und 15 erfolgt die Verbindung von der Bohrung 11 aus zu der Auslaßöffnung 13.

In den Druckraum 6 ragt ein Stromregelkolben 16 mit seiner vorderen Stirnseite, wobei die Rückseite der DRuckplatte 4 dabei gleichzeitig auch einen Endanschlag bildet. Der Stromregelkolben 16 ist in einer Bohrung in dem Gehäuse oder dem Deckel der Flügelzellenpumpe verschieblich angeordnet. Die hintere Kolbenfläche des Stromregelkolbens 16

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liegt in einem Federraum 17 der Bohrung, in welcher eine Feder 18 angeordnet ist, die auf den Stromregelkolben 16 eine Schließkraft in Richtung auf die Druckplatte 4 hin ausübt. Der Federraum 17 ist über eine Querbohrung 19 mit einem Druckraum 20 in Verbindung, der sich hinter der Drosseleinrichtung 12 befindet.

Der Stromregelkolben 16 ist mit einer Steuerkante 21 versehen, hinter der sich eine Einlaßöffnung 22 mit einer sich daran anschließenden Förderstromrücklaufleitung 23 befindet. An der vorderen Stirnfläche des Stromregelkolbens 16 ist ein Absperrelement 24 befestigt, das als blattfederartiger Bügel ausgebildet ist. Der Bügel 24 ist zu seinem freien Ende hin in Richtung auf die Drosseleinrichtung 12 gebogen, wobei das freie Ende des Bügels eine Planfläche 25 besitzt. Die Länge des Bügels 24 ist so gewählt, daß er sich wenigstens teilweise bis vor eine Drosselbohrung 14 bzw. 15 erstreckt. Die Befestigung des Bügels 24 auf der Stirnfläche des Stromrenelkolbens 16 kann auf beliebige Weise erfolgen. Als Material für den Bügel kann z.B. Federstahl oder ein entsprechend elastischer Kunststoff verwendet werden.

In den Figuren 3 bis 7 sind verschiedene Anordnungen und Anzahlen von Drosselbohrungen in der Stirnseite des Drosseleinsatzes 12 dargestellt.

Nach dem in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine kleinere Drosselbohrung 14 und eine qrößere Urosselbohrunn 15 vorgesehen. In Offenstellung des Stromregelkolbens 16 ist dabei die größere Drosselbohrung 15

abgedeckt, so daß das Druckmittel nur durch die Drosselbohrung 14 strömen kann.

In der Fig. 4 ist eine Ausführungsart dargestellt, bei der nur eine einzige Bohrung 14 vorgesehen ist, die durch den Bügel- 24 als Absperrelement teilweise abdeckbar ist.

In der Fig. 5 ist eine Lösung dargestellt, wobei eine Drosselbohrung 15 vollständig und die zweite Drosselbohrung 14 teilweise durch den Bügel 24 abgedeckt ist.

In der Fig. 6 sind zwei neben einander angeordnete Drosselbohrungen 14 und 15 dargestellt, die jeweils teilweise durch den Bügel 24 abgedeckt sind.

In der Fig. 7 ist eine Lösung dargestellt, wobei zwei Drosselbohrungen 14 und 15 vollständig abgesperrt sind und eine dritte Drosselbohrung 15' offen/bleibt.

Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Variationsmöglichkeiten für die Drosselbohrungen gegeben, womit sich entsprechend zahlreiche Möglichkeiten für den Kennlinienverlauf des Förderstromes einstellen lassen.

Aus den Figuren 3 bis 7 ist auch ersichtlich, daß von der vorderen Stirnfläche der Hülse 12, in der sich die Drosselbohrungen 14 und 15 befinden, seitlich zwei Stege 26 und 27 nach oben vorstehen. Auf diese Weise wird der Bügel an einer Verdrehung gehindert; vielmehr ist er mit geringem Spiel zwischen den beiden Stegen 26 und 27 geführt. Statt den beiden Stegen 26 und 27 in dem Drosseleinsatz können selbstverständlich auch noch andere Führungsteile

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für den Bügel verwendet werden. So kann z.B. in der Gehäusewand zwischen dem Drosseleinsatz 12 und dem Stromregelkolben 16 eine entsprechende Seitenführung angeordnet sein.

In der Fig. 8 sind prinzipmäQig die Verläufe von drei Förderstromkennlinien dargestellt. Auf der Ordinate ist der Volumendurchsatz pro Zeiteinheit und auf der Abszisse die Drehzahl der Pumpe dargestellt. Bis zu einem Abregelpunkt 28 steigt der Volumendurchsatz mit steigender Drehzahl entsprechend an. Statt dem gestrichelt dargestellten Verlauf findet jedoch aufgrund der Abdeckung von ein oder mehreren Drosselbohrungen durch den Bügel 24 eine entsprechende Abregelung statt. So kann z.B. wie mit "29" dargestellt eine horizontale Abregelung, z.B. bei einem Betriebsdruck der Lenkung von 50 bar, mit "30" und "31" bei einem Betriebsdruck von 10 bzw. 3 bar eine entsprechende Senkung des Volumendurchsatzes sogar erreicht werden.

Dieser Kennlinienverlauf wird nun durch die erfindungsgemäße Lösung durch folgende Wirkungsweise erreicht: Beim Anlaufen der Flügelzellenpumpe und bis zum Abregelpunkt 28 befindet sich der Stromregelkolben 16 in der in der Fig. 1 dargestellten geschlossenen Position, d.h., der Druckraum 6 ist aufgrund der Lage der Steuerkante 21 des Stromregelkolbens 16 nicht mit der Einlaßöffnung 22 zur Förderstromrücklaufleitung 23 verbunden. Das aus den Drucknieren 7 und 8 kommende Druckmittel, im allgemeinen Öl, fließt ü+5er alle offenen Drosselbohrungen 14 und 15 in den Drossel einsatz 12 und den Druckraum 20 über die AuslaQöffnung 13 zu der Hilfskraftlenkung. Gegenüber dem

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Druckraum 6 liegt zu dem Federraum 17 eine entsprechende Druckdifferenz vor. Nach Überschreiten des Abregelpunktes 28, dessen Größe und Anordnung z.B. durch die Drosselbohrung(en) beeinflußt wird, erfährt der Stromregelkolben 16 eine Öffnungsbewegung. Damit wird eine Verbindung zwischen dem Druckraum 6 und der Rücklaufleitung 23 geschaffen und das überschüssige Druckmittel kann aus beiden Drucknieren 7 und 8 in entsprechendem Maße abfließen und wieder zur Saugseite der Pumpe zurückgeführt werden.

Durch die Öffnungsbewegung des Stromregelkolbens 16 nähert sich jedoch der Bügel 24 den Drosselbohrungen an. Dabei.kann - je nach Ausbildung des vorderen Endes des Bügels - bereits kurz vor der Auflage an der oder den Drosselbohrungen eine entsprechende Drosselung aufgrund einer Spaltströmung zwischen dem Ende des Bügels und der Drosselbohrung entstehen oder es wird wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine seitliche Schließbewegung erreicht. Dies wird aufgrund der gebogenen Form des Bügels 24 und seiner Planfläche 25 am Ende bewirkt. Während der Öffnungsbewegung des Stromregelkolbens 16 kommt - bei einer entsprechenden Wahl der Anordnung und der Länge des Bügels 24 - zuerst die vordere Spitze der Planfläche 25 an der oder den abzudeckenden Drosselbohrungen zur Anlage. Diese Zwischenposition ist in der Fig. 1 gestrichelt dargestellt. Wird nun der Stromregelkolben 16 weiter geöffnet, so schiebt sich die Planfläche 25 aufgrund der Elastizität des Bügels (in Pfeilrichtung nach de"r Fig. 2)von der Seite her über die Drosselbohrung (en Auf diese Weise wird eine allmähliche Drosselung erreicht.

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Sobald nun die hydraulische Lenkung betätigt wird, erfährt der Stromregelkolben 16 aufgrund des damit bewirkten Rückdruckes aus der Leitung eine relative Schließbewegung und zwar aufgrund des höheren Druckes in dem Federraum 17. Dies führt wiederum zu einem ganzen oder teilweisen Öffnen der Drosselbohrung(en). Somit steht vor allem beim Lenken im oberen Drehzahlbereich eine größere ölmenge zur Verfügung, die eine ausreichende Lenkgeschwindigkeit gewährleistet (siehe Fig. 8).

Wie aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel weiter ersichtlich ist, kann der Drosseleinsatz 12 im Vergleich zu den bekannten Lösungen wesentlich tiefer in dem Pumpengehäuse sitzen, d.h., im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen kann das Druckmittel aus beiden Drucknieren ungehindert zu dem Drosseleinsatz strömen.

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Claims

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Heidenheim, 02.03.1982 - ph Akte: ZF 871 6/82

Anmelder:

Zahnradfabrik Friedrichshafen

Aktiengesellschaft

Friedrichshafen

PATENTANSPRÜCHE

Regelbare Flügelzellenpumpe mit einer Drosseleinrichtung mit wenigstens einer Drosselbohrung vor dem Druckleitungsauslaß, mit einem Stromregelkolben, dessen vordere Kolbenfläche mit einem Druckraum vor der Drosseleinrichtung und dessen hintere Kolbenfläche mit einem Druckraum hinter der Drosseleinrichtung in Verbindung steht, und mit einer Förderstromrücklaufleitung, deren Einlaßöffnung in Abhängigkeit von der Stellung des Stromregelkolbens freigegeben wird

dadurch gekennzeichnet, daß an der vorderen in den Druckraum (6) ragenden Seite des Stromregelkolbens (16) ein Absperrelement (24)

befestigt ist, das sich wenigstens bis vor eine Drosselbohrung (14,15) erstreckt und das bei einer die Einlaßöffnung (22) der Förderstromrücklaufleitung /23) öffnenden Bewegung des Stromregelkolbens (16) die Drosselbohrung (14,15) wenigstens teilweise abdeckt.
2) Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrelement einen blattfederartigen Bügel (24) aufweist.
3) Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Bügel (24) zu seinem freien Ende hin in Richtung auf die Drosseleinrichtung gebogen ist.
4) Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Bügels (24) eine Planfläche (25) besi tzt.
5) Regelbare Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 - 4

dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drosselbohrungen (14,15) vorgesehen sind, wobei beide Drosselbohrungen durch das Absperrelement (24) teilweise abdeckbar oder eine Drosselbohrung vollständig und die andere Drosselbohrung teilweise oder überhaupt nicht abdeckbar ist.

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6). Regelbare Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1-4

dadurch gekennzeichnet, daß

drei Drosselbohrungen (14,15,15') vorgesehen sind, wobei ein oder zwei Drosselbohrungen teilweise oder vollständig durch das Absperrelement (24) abdeckbar sind.
7) Regelbare Flügelzellempumpe nach einem der Ansprüche 1-6

dadurch gekennzeichnet, daß

das Absperrelement (24) an der vorderen Stirnseite des Stromregelkolbens (16) befestigt ist.
8) Regelbare Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 1 - 7

dadurch gekennzeichnet, daß

die Drosselbohrung (en) (14,15) in einem in eine Gehäusebohrung eingesetzten Drosseleinsatz (12) angeordnet sind.
9) Regelbare Flügelzellenpumpe nach einem der Ansprüche 2-8

dadurch gekennzeichnet, daß

der Bügel (24) gegen ein Verdrehen gesichert ist.
10) Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß seitlich neben dem Bügel (24) Führungsanschläge (26, 27) in dem Gehäuse oder einem feststehenden Pumpenteil vorgesehen sind.
11) Regelbare Flügelzellenpumpe nach Anspruch 8 und dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselbohrung (en) (14,15) in der Stirnseite des Drosseleinsatzes (12) angeordnet sind und daß die Stirnseite mit seitlichen Stegen (26,27) versehen ist, die einen derartigen Abstand von einander aufweisen, daß der Bügel (24) mit geringem Spiel dazwischen geführt ist.