DE3313612C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationspumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Rotationspumpen dieser Art sind bekannt (US 30 25 802, US 35 89 841, US 30 29 794). Ein bei solchen Pumpen auftretendes Problem ist die Erzeugung von unerwünschten Druckimpulsen während des Pumpzyklus. Bei Verwendung der Pumpe in Kraftfahrzeuglenkanlagen können solche Impulse über die Hydraulikleitungen auf das Lenkgetriebe des Fahrzeugs übertragen werden, das seinerseits die Druckimpulse in für den Fahrer hörbare Geräusche umsetzen kann. Von der Pumpe ausgehende Druckimpulse und Geräusche können auf verschiedenartige Weise erzeugt werden, und man ist seit langem bestrebt, die Ursachen derartiger Geräusche und Druckimpulse zu identifizieren und zu beseitigen.

Es wurde seit langem erkannt, daß eine der Hauptursachen von Druckimpulsen eine ungenaue Taktgabe für die Arbeitsmittelverbindung zwischen den Arbeitsmittelkammern des Pumpkörpers sowie den Einlaß- und Auslaßöffnungen ist. Wenn beispielsweise in einer Arbeitsmittelkammer ein eingeschlossenes Volumen von unter Druck stehendem Arbeitsmittel verbleibt, während diese Kammer gerade mit der Einlaßöffnung in Verbindung zu kommen beginnt, kommt es zu einer Strömung von der Arbeitsmittelkammer in die Einlaßöffnung entgegengesetzt dem normalen Strömungsweg von der Einlaßöffnung in die sich vergrößernden Arbeitsmittelkammern. Dies hat Strömungsturbulenzen und Druckimpulse zur Folge.

Es wurden verschiedene Lösungen für die Beseitigung der Fehler hinsichtlich der Taktgabe der Arbeitsmittelverbindung vorgeschlagen (vergleiche beispielsweise US 30 25 802 und US 40 80 124). Viele solcher Lösungen erwiesen sich als nützlich und konnten sich auch in der Praxis durchsetzen.

Trotz solcher Versuche, alle Taktfehler und Geräuschquellen zu eliminieren, blieben Druckimpulse und Pumpengeräusche ein Problem.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bisher unerkannt gebliebene zusätzliche Quellen für Druckimpulse und Geräusche zu beseitigen und eine weitestgehend geräuschfrei arbeitende Rotationspumpe zu schaffen.

Diese Aufgabe wird bei einer Rotationspumpe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Auslaßöffnungen mit Bezug auf die Auslaßbogenfläche so angeordnet ist, daß die Verbindung mit der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer im wesentlichen an der Stelle beginnt, an welcher die Abnahme des Volumens der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer, verursacht durch den abnehmenden Radius der Auslaßbogenfläche, gleich der Zunahme des Volumens der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer, verursacht durch die radial einwärts gerichtete Bewegung des vorderen Schiebers, ist.

Diese spezielle Ausbildung und Anordnung der Auslaßöffnung verhindert im wesentlichen eine Verbindung zwischen der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer und der Auslaßöffnung, bis die sich verkleinernde Arbeitsmittelkammer bei fortgesetzter Drehung des Pumpelements eine resultierende Volumenabnahme erfahren hat, wodurch Arbeitsmittelturbulenzen und Druckimpulse erheblich vermindert werden.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen axialen Schnitt einer erfindungsgemäßen Rotationspumpe in Form einer Servolenkpumpe,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, der nur den Pumpkörper und den Nockenring veranschaulicht,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 1, in dem nur die Verteilerplatte sowie die Einlaß- und Auslaßöffnungen dargestellt sind,

Fig. 4, 5 und 6 in größerem Maßstab schematische Ansichten des Pumpkörpers in drei unterschiedlichen Stellungen mit Bezug auf den Nockenring und die Auslaßöffnungen, und

Fig. 7 eine graphische Darstellung, in der das Volumen jeder Arbeitsmittelkammer sowie der Fluß in jede und aus jeder Arbeitsmittelkammer als Funktion des Drehwinkels des Pumpkörpers dargestellt sind.

Die veranschaulichte Pumpe weist ein Gehäuseteil 11 und einen Deckel 13 auf. Das Gehäuseteil 11 bildet eine ringförmige Pumpkammer 15; in der Pumpkammer 15 befindet sich eine Pumpanordnung 17.

Zu der Pumpanordnung 17 gehört, wie auch aus Fig. 2 hervorgeht, ein Nockenring 19, der eine innere Nockenfläche 21 bildet. Der Nockenring 19 wird in Umfangsrichtung mit dem Gehäuseteil 11 mittels eines axialen Zapfens 23 ausgerichtet gehalten. Das Gehäuseteil 11 und der Deckel 13 sind mittels mehrerer Schrauben (nicht veranschaulicht) in dichtem Eingriff miteinander gehalten.

Innerhalb des Nockenrings 19 befindet sich ein drehbarer Pumpkörper 25 (Rotor), der mehrere radial gerichtete Schlitze 27 aufweist, von denen jeder in bekannter Weise einen Schieber in Form einer zylindrischen Rolle 29 aufnimmt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist ein relativ enger Sitz zwischen jedem Schlitz 27 und der betreffenden Rolle 29 vorgesehen. Infolgedessen kann Arbeitsmittel nicht ohne weiteres an der Rolle vorbei in Radialrichtung durch den Schlitz hindurchtreten.

Die Pumpe weist eine Antriebswelle 31 auf, die eine Drehbewegung, beispielsweise von dem Fahrzeugmotor, über eine Keilverbindung 33 auf den Rotor 25 übertragen kann. Die Antriebswelle 31 ist im Gehäuseteil 11 über ein Lager 35 sowie im Deckel 13 über eine Buchse 37 drehbar abgestützt. Wenn sich der Rotor 25 dreht, bleiben die Rollen 29 in Eingriff mit der Nockenfläche 21, die so gestaltet ist, daß sie jede der Rollen 29 veranlaßt, sich radial nach außen und nach innen zu bewegen, während die Pumpanordnung 17 ihren Saughub bzw. ihren Druckhub ausführt.

Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, weist die Pumpanordnung 17 eine flexible Abschlußplatte (Verteilerplatte) 39 auf, die benachbart dem linken Ende des Nockenringes 19 und des Rotors 25 sitzt. Benachbart der Abschlußplatte 39 ist eine Stützplatte 41 angeordnet, die zwei nierenförmige Druckkammern 43 (von denen in Fig. 1 nur eine dargestellt ist) und zwei Ausschnitte 45 (von denen in Fig. 1 ebenfalls nur einer veranschaulicht ist) bildet. Es versteht sich, daß in Fig. 1 nicht alle Abschnitte in der gleichen Ebene liegen, sondern die verschiedenen Elemente in Fig. 1 so angeordnet sind, daß sich sämtliche wesentlichen Elemente der Pumpe in einer einzigen Ansicht veranschaulichen lassen.

Das Gehäuseteil 11 bildet zwei einander diametral gegenüberliegende Einlaßkammern 47, von denen jede mit einem Arbeitsmittelbehälter über einen Behälteranschluß 49 in Verbindung steht, der in einer abgestuften Bohrung 51 des Gehäuseteils 11 sitzt. Einströmendes Arbeitsmittel gelangt von dem Arbeitsmittelbehälter über den Behälteranschluß 49 in die Einlaßkammern 47 und von dort über die betreffenden Ausschnitte 45 und zwei Paare voneinander diametral gegenüberliegenden Einlaßöffnungen 53 in die sich vergrößernden Arbeitsmittelkammern 55. Gleichzeitig wird unter Druck stehendes Arbeitsmittel von den sich verkleinernden Arbeitsmittelkammern 57 über ein Paar voneinander diametral gegenüberliegenden Auslaßöffnungen 59, 59′, in eine Auslaßkammer 61 gepumpt, die mit einem vom Deckel 13 gebildeten Auslaß 63 in Verbindung steht. Nur der Einfachheit halber sind die Einlaß- und Auslaßöffnungen 53 und 59, 59′ nur in Verbindung mit Fig. 3 erläutert. Der Deckel 13 weist die gleiche Öffnungsanordnung wie die Abschlußplatte 39 auf.

Die Fig. 2 und 3 lassen den sich verändernden Radius der verschiedenen Abschnitte der Nockenfläche 21 sowie den relativen Umfangsabstand dieser Wandabschnitte und die Einlaß- und Auslaßöffnungen 53 und 59 sowie 59′ erkennen. Die spezielle geometrische Gestalt der Nockenfläche 21, des Rotors 25 und der Schlitze 27 usw. sind nicht im einzelnen erläutert, da sie für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich und aus den US-PS 30 25 802 und 40 80 124 grundsätzlich bekannt sind.

Vorliegend von Bedeutung ist in erster Linie gemäß den Fig. 4 bis 6 der Auslaßabschnitt der Pumpanordnung 17, d. h. die Ausgestaltung und der Ort der Auslaßöffnungen 59 mit Bezug auf den Nockenring 19, wenn die Rollen 29 den Auslaßbogen in Eingriff mit einer Auslaßbogenfläche 65 durchlaufen.

Fig. 7 zeigt in Form der Kurve "A" das Volumen jeder der Arbeitsmittelkammern 55 und 57 als Funktion der Winkellage des Rotors 25. Aus der gleichfalls in Fig. 7 dargestellten Kurve "B" folgt der Strom von Arbeitsmittel in die und aus den Arbeitsmittelkammern 55 und 57, wiederum als Funktion der Winkelstellung des Rotors 25. Weil es sich bei der vorliegend beschriebenen Ausführungsform um eine symmetrisch aufgebaute Pumpe handelt, stellt der in Fig. 7 veranschaulichte Drehbewegungsbereich (180°) einen vollständigen Pumpenzyklus dar. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung nicht auf einen symmetrischen Pumpenaufbau beschränkt ist, sondern mit Vorteil auch bei unsymmetrisch aufgebauten Pumpen eingesetzt werden kann, d. h. einer Pumpe, bei der nur ein Pumpzyklus je Umdrehung des Rotors vorliegt.

Entsprechend der Kurve B der Fig. 7 stellt der über der waagrechten Achse liegende Teil zwischen etwa 20° und 90° der Drehbewegung einen Arbeitsmittelstrom in eine sich vergrößernde Arbeitsmittelkammer 55 hinein dar. Dagegen stellt der unterhalb der waagrechten Achse liegende Abschnitt der Kurve B zwischen etwa 120° und etwa 180° einen Strom aus der Kammer heraus dar, wenn diese Kammer zu einer sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer 57 wird.

Theoretisch sollte der Teil der Kurve B zwischen den gerade genannten oberhalb und unterhalb der waagrechten Achse liegenden Abschnitten mit der waagrechten Achse für die Drehbewegung von etwa 90° bis etwa 102° zusammenfallen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Radius der Nockenfläche 21 innerhalb dieses Drehbewegungsbereiches konstant ist, was bedeutet, daß das Volumen der Arbeitsmittelkammer konstant bleibt und kein Strom in die oder aus der Arbeitsmittelkammer auftritt. Jenseits von etwa 102° beginnt der Radius der Auslaßbogenfläche 65 abzunehmen, wenn die Kammer zu einer sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer 57 wird. Das Volumen der Kammer 57 sollte infolgedessen geringer werden, d. h. die Kurve B in Fig. 7 sollte von etwa 102° an unterhalb der waagrechten Achse verlaufen.

Wie eingangs geschildert ist, wurde jedoch während der Entwicklung der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung beobachtet, daß die Kurve B in Fig. 7 in dem Bereich von etwa 102 bis 120° über die waagrechte Achse ansteigt, statt, wie erwartet, unterhalb der waagrechten Achse zu verlaufen. Es sei festgehalten, daß sowohl die Kurve A als auch die Kurve B in Fig. 7 Computersimulationen darstellen, wobei als Eingangswerte sämtliche Abmessungen der verschiedenen Teile der Pumpanordnung 17 benutzt sind.

Die Kurve B in Fig. 7 läßt also erkennen, daß von etwa 102° an, wenn das Volumen der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer 57 abnehmen sollte, was bewirken würde, daß unter Druck stehendes Arbeitsmittel von der Kammer 57 in eine Auslaßöffnung strömt, das Volumen der Kammer 57 tatsächlich zunimmt. Typischerweise beginnt die Auslaßöffnung mit der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer in Verbindung zu kommen, sobald der Nockenabfall einsetzt (d. h. bei der vorliegenden Ausführungsform bei etwa 102°). Die leichte Volumenzunahme, nachdem die Kammer mit der Auslaßöffnung in Verbindung zu kommen beginnt, läßt einen geringen Strom von der Auslaßöffnung in die Kammer 57 zu oder gestattet mit anderen Worten einen Strom in der der beabsichtigten Richtung entgegengesetzten Richtung. Die Folge sind Strömungsturbulenzen, Druckimpulse und schließlich unerwünschte Geräusche.

Anhand der Fig. 4 bis 6 seien nunmehr die wesentlichen Merkmale der Erfindung erläutert.

Wichtig ist die Erkenntnis, daß die zeitweise geringe Volumenzunahme der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer 57 durch die radial einwärts gerichtete Bewegung der Rolle 29 verursacht wird, wenn diese beginnt, sich entlang der Auslaßbogenfläche 65 zu bewegen. Die Auswirkung der Einwärtsbewegung der Rolle 29 und die Anordnung der Auslaßöffnungen 59 und 59′ sind in den Fig. 4 bis 6 dargestellt.

In Fig. 4 hat die Rolle 29 gerade begonnen, mit der Auslaßbogenfläche 65 in Berührung zu kommen, d. h. die Rolle 29 ist gerade auf den "Nockenabfall"-Abschnitt der Nockenfläche 21 aufgelaufen. In jeder der Fig. 4 bis 6 ist zusätzlich zu der Auslaßbogenfläche 65 eine imaginäre Linie 67 von konstantem Radius dargestellt. Die Linie 67 ist vorgesehen, um Volumenänderungen der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer 57 während des Nockenabfalls deutlich zu machen. Vorliegend geht es nur um die sich verkleinernde Arbeitsmittelkammer 57, die, im Uhrzeigersinn, benachbart der in den Fig. 4 bis 6 veranschaulichten Rolle 29 liegt. Die in den Fig. 4 bis 6 dargestellte Rolle 29 kann daher als die "vordere" Rolle betrachtet werden, während die im Uhrzeigersinn nächste Rolle als "hintere" Rolle anzusprechen ist.

Aus Fig. 4 folgt, daß dann, wenn die vordere Rolle 29 am Anfang des Nockenabfalls steht, noch keine Änderung des Volumens der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer 57 erfolgt. Dies wird durch die graphische Darstellung der Fig. 7 bestätigt, die erkennen läßt, daß dann, wenn der Rotor eine Drehbewegung von etwa 102° ausgeführt hat und die vordere Rolle die in Fig. 4 veranschaulichte Lage einnimmt, keine Volumenänderung der Arbeitsmittelkammer 57 erfolgt und kein Arbeitsmittel in die Arbeitsmittelkammer 57 hinein oder aus dieser heraus strömt.

In Fig. 5 hat sich der Rotor 25 um einen Winkel von etwa 111° gedreht. In dieser Position des Rotors 25 und der vorderen Rolle 29 hat die einwärtsgerichtete Verschiebung der Rolle das Volumen der benachbarten, sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer 57 um einen Betrag erhöht, der durch eine schraffierte Fläche 71 dargestellt ist. Die schraffierte Fläche 71 entspricht der Differenz zwischen der in Fig. 5 dargestellten Position der Rolle und der Position, welche die Rolle eingenommen hätte (gestrichelte Linie) falls kein Nockenabfall vorhanden wäre, d. h. keine Abnahme des Radius der Auslaßbogenfläche 65. Gleichzeitig nimmt das Volumen der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer 57 ab, was durch den Nockenabfall selbst veranlaßt wird. Diese Volumenabnahme ist durch eine schraffierte Fläche 73 dargestellt. Wie aus Fig. 5 zu erkennen ist, ist die schraffierte Fläche 71 (Zunahme) eindeutig größer als die schraffierte Fläche 73 (Abnahme), so daß eine resultierende Zunahme des Volumens der Kammer 57 vorliegt, was durch die Kurven A und B in Fig. 7 bestätigt wird. Wegen dieser resultierenden Zunahme des Volumens der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer 57 und weil erfindungsgemäß die Kammer 57 noch nicht mit der Auslaßöffnung 59 in Verbindung steht, tritt in der Kammer 57 ein leichter Unterdruck auf, der dazu beiträgt, die Rolle 29 in Dichteingriff mit der Nockenfläche 21 zu halten.

In Fig. 6 ist der Rotor 25 um etwa 120° gedreht, und die vordere Rolle 29 hat sich weiter radial nach innen bewegt. Die darauf zurückzuführende Zunahme des Volumens der Kammer 57 ist, wie durch die schraffierte Fläche 75 dargestellt ist, jetzt noch größer. Gleichzeitig ist die Abnahme des Volumens der Kammer 57, veranlaßt durch den Nockenabfall und als schraffierte Fläche 77 dargestellt, so weit fortgeschritten, daß die Fläche 77 im wesentlichen gleich der schraffierten Fläche 75, d. h. der durch die Rollenbewegung verursachten Volumenzunahme, ist.

Der Zustand der gleich großen Flächen 75 und 77 gemäß Fig. 6 ergibt sich aus Fig. 7 in der Kurve A dort, wo das maximale Volumen der Kammer 57 erreicht ist, sowie aus der Kurve B, wo der Strom in die oder aus der Kammer 57 wieder zu Null geworden ist.

Erfindungsgemäß liegt der Anfang der Auslaßöffnung 59 im wesentlichen an der abgeglichenen Position der Fig. 6. Mit anderen Worten, solange das Volumen der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer 57 tatsächlich zunimmt, muß eine Arbeitsmittelverbindung zwischen der Kammer 57 und der Auslaßöffnung 59 verhindert werden, weil eine solche Verbindung zu einem Strom von der Auslaßöffnung 59 in die Kammer 57 führen und in der zuvor erläuterten Weise Turbulenzen und Geräusche verursachen würde. Daher wird die Verbindung zwischen der Kammer 57 und der Auslaßöffnung 59 erst zugelassen, nachdem das Volumen der Kammer 57 aufgehört hat, sich zu vergrößern, und einen Maximalwert erreicht hat. Anders ausgedrückt, die Auslaßöffnung 59 ist derart angeordnet, daß sie mit der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer 57 erst dann in Verbindung kommen kann, wenn das Volumen der Kammer 57 tatsächlich abzunehmen beginnt, d. h. bei der vorliegenden Ausführungsform nach 120°.

Claims (5)

1. Rotationspumpe mit einer eine Pumpkammer begrenzenden Gehäuseanordnung und einem Pumpkörper, der in der Pumpkammer drehbar angeordnet ist und sich vergrößernde sowie sich verkleinernde Arbeitsmittelkammer bildet, wobei die Gehäuseanordnung einen mit den sich vergrößernden Arbeitsmittelkammern in Verbindung stehenden Arbeitsmitteleinlaß und einen mit den sich verkleinernden Arbeitsmittelkammern in Verbindung stehenden Arbeitsmittelauslaß bildet, wobei der Pumpkörper einen sich zusammen mit einer Antriebswelle drehenden Rotor mit einer Mehrzahl von Schlitzen aufweist, von denen jeder einen radial bewegbaren Schieber aufnimmt, der so ausgestaltet ist, daß seine Radialbewegung das Volumen der benachbarten Arbeitsmittelkammer ändert, wobei die Pumpkammer von einer durchgehenden gekrümmten Wandfläche begrenzt ist, die eine Einlaßbogenfläche mit in der Drehrichtung des Rotors fortschreitend zunehmendem Radius sowie eine Auslaßbogenfläche mit fortschreitend abnehmendem Radius aufweist, wobei jeder Schieber beim Vorbeilaufen an der Auslaßbogenfläche einen vorderen Schieber bildet, der zusammen mit einem hinteren Schieber und der Auslaßbogenfläche die sich verkleinernde Arbeitsmittelkammer begrenzt, wobei das Volumen der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer gleichzeitig durch die radial einwärts gerichtete Bewegung des vorderen Schiebers vergrößert und durch den fortschreitend abnehmenden Radius der Auslaßbogenfläche verkleinert wird, und wobei die Gehäuseanordnung eine Auslaßöffnung bildet, die derart angeordnet ist, daß sie eine Arbeitsmittelverbindung zwischen der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer und dem Arbeitsmittelauslaß zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (59) mit Bezug auf die Auslaßbogenfläche (65) so angeordnet ist, daß die Verbindung mit der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer (57) im wesentlichen an der Stelle beginnt, an welcher die Abnahme (77) des Volumens der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer, verursacht durch den abnehmenden Radius der Auslaßbogenfläche, gleich der Zunahme (75) des Volumens der sich verkleinernden Arbeitsmittelkammer, verursacht durch die radial einwärts gerichtete Bewegung des vorderen Schiebers (29), ist.

2. Rotationspumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zusätzlich zu der Auslaßöffnung (59) vorgesehene weitere Auslaßöffnung (59′), die radial weiter innen als die Auslaßöffnung (59) liegt und die mit dem benachbarten Rotorschlitz (27) in Verbindung tritt.

3. Rotationspumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem der Rotorschlitze (27) und dem zugehörigen Schieber (29) eine relativ enge Passung vorgesehen ist, die eine Arbeitsmittelverbindung zwischen der Auslaßöffnung (59) und der weiteren Auslaßöffnung (59′) über die Rotorschlitze an dem Schieber vorbei drosselt oder im wesentlichen verhindert.

4. Rotationspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schieber (29) so ausgebildet ist, daß er mit der Auslaßbogenfläche (65) im wesentlichen in Linienkontakt steht.

5. Rotationspumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Schieber von der Rolle (29) gebildet ist, die einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat.