DE2655589A1

DE2655589A1 - Pumpe

Info

Publication number: DE2655589A1
Application number: DE19762655589
Authority: DE
Inventors: Gilbert Henry Drutchas
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1975-12-09
Filing date: 1976-12-08
Publication date: 1977-06-16
Also published as: DK553176A; AR210923A1; CA1066950A; AT350401B; LU76334A1; ATA908676A; MX143744A; DK142628C; JPS5276708A; BR7608091A; BE849198A; NL7613534A; FR2334849B1; DK142628B; GB1552367A; JPS5843596B2; FR2334849A1; IT1065530B; DE2655589C2

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser 2655589

Ernsborgerstrasse-19

8 München 60

TRW INC. 7. Dezember 1976

23555 Euclid Avenue
Cleveland, Ohio /Y.St.A.

Unser Zeichen: T 2115

Pumpe

Die Erfindung bezieht sich auf Pumpen und insbesondere auf Servolenkungspumpen, die in Pahrzeuglenksysteinen verwendet werden und auf Steuerungen für diese Pumpen.

Servolenkungspumpen für Pahrzeuglenksysteme sind bekannt, und es gibt zahlreiche Pumpenkonstruktionen. Diese Pumpen weisen Einrichtungen zur Steuerung der Druckmittelströmung zum Lenksystem gemäß einem Druckbedarf des Lenksystems auf. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, um die Fördermengenströmung von der Pumpe derart zu steuern, daß eine überschüssige Menge an Druckmitteln bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten nicht in das System abgegeben wird.

Wie die US-PS 3 200 752 zeigt, werden diese Funktionen durch einen Bypaß-Schieber erzeugt, der auf auf diesen einwirkende Drucke anspricht und die Pumpenausgangsströmung

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zum Pumpeneinlaß parallel ableitet. Durch eine Steuerung der Ausgangsströmung zum System durch einen Bypaß-Schieber wird dieser Pumpenauslaß gesteuert und aufrechterhalten, so daß eine richtige Druckmittelströmung zum System erfolgt, um den Lenkbedarf zu befriedigen, wobei eine übermäßig große Strömung zum System bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten verhindert wird. Bei dem in der US-PS 3 200 752 beschriebenen System muß der Bypaß-Schieber ganz erhebliche Druckmittelvolumina parallel ableiten, um den richtigen Betrieb der Pumpe im System sicherzustellen. Beispielsweise kann die Menge an Flüssigkeit, die parallel bei extrem hohen Geschwindigkeiten oder Drehzahlen abgeleitet wird, in der Größenordnung von Sk,6 l/min liegen und dies macht sehr große Schieber zum Ableiten des Druckmittels erforderlich.

Durch die in der US-PS 3 822 965 beschriebene Vorrichtung wurde ein erheblicher Durchbruch bei Servolenkungspumpen erzielt. Bei der Vorrichtung nach dieser US-Patentschrift wird der Bypaß-Schieber, der üblicherweise in Servolenkungspumpen verwendet wird, ausgeschaltet. Anstelle der Verwendung eines Bypaß-Schiebers zum Ableiten von übermäßig grossen Strömungsmengen aus der Pumpe wurde ein Pumpenaufbau und eine Steuerung entwickelt, bei der die Pumpe durch die Bewegung einer Druckplatte entlastet wird. Diese Druckplatte begrenzt einen Teil der Pumpenkammer, in der Pumpenverdrängungselemente arbeiten. Wenn diese Druckplatte sich bewegt, so werden die Arbeitskammern, die mit dem Einlaß verbunden sind, und die Arbeitskammern, die mit dem Auslaß verbunden sind, direkt verbunden, um eine Strömung vom Auslaß zum Einlaß der Pumpe an den Verdrängerelementen und an der Druckplatte vorbei zu erzeugen.

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Bei dieser bekannten Vorrichtung wird die Druckplatte durch Druckmitteldrucke bewegt, die auf diese einwirken. Insbesondere ist eine Druckkammer auf einer Seite der Druckplatte gegenüber der Seite vorgesehen, die zum Verdränge rmechanismus hinweist. Ein Steuerschieber ist in dem System vorgesehen, der den Druck in dieser Kammer steuert. Der Steuerschieber, der den Druck in der Kammer steuert, ist ein relativ kleiner Schieber, verglichen mit den Bypaß-Schiebern, die bisher verwendet wurden und dieser Schieber arbeitet nicht als Hauptbypaß für das Druckmittel. Der Hauptbypaß erfolgt über die Stirnseite der Druckplatte.

Die Erfindung bezieht sich auf Systeme von der Art, wie sie in der US-PS 3 822 965 verwendet werden und die nach dem Prinzip der Druckplattenentlastung in einer Pumpe arbeiten, um Druckmittel direkt vom Auslaß zum Einlaß der Pumpe abzuleiten, wodurch die Druckmittelströmung zum System, welches von der Pumpe gespeist wird, gesteuert wird, um die Strömung des Druckmittels zum System in gewünschter Weise abzuändern und aufrechtzuerhalten. Die Druckplatte bewegt sich ansprechend auf Ander· -en de"" Drucke, die auf die Druckplatte einwirken, wobei diese Änderungen der Drucke durch einen Steuerschieber gesteuert werden, der auf zahlreiche verschiedene Bedingungen anspricht, einschließlich einer übermäßig großen Strömung im System oder eines hohen Druckes im System.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Problem der Stabilisierung des Steuerschiebers, der den Druck in der Kammer steuert, um die Stellung der Druckplatte zu steuern. Die Strecke, durch die hindurch sich der Steuerschieber bewegt, um die Druckplatte in eine volle öf'fnungsstellung zu bewegen, ist relativ klein. Beispiels-

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weise beträgt die Totalstrecke, über die sich der Schieber bewegt, etwa 0,15 cm. Irgendeine Instabilität, die auch in geringer Weise die Stellung des Steuerschiebers beeinflußt, beeinflußt den Druck in der Druckplattenkammer und beeinflußt somit die Stellung der Druckplatte und damit die Arbeitsweise und Leistung. Für eine gleichförmige und genaue Steuerung des Druckes in der Druckplattenkammer ist es erwünscht - wenn nicht sogar erforderlich -, den Steuerschieber in einer stabilen Stellung zu halten und diesen nicht äußeren Kräften auszusetzen, die den Schieber bewegen wollen.

Es wurde festgestellt, daß zahlreiche verschiedene Konstruktionen verwendet werden können, um den Steuerschieber, der den Druck steuert, der auf die Druckplatte einwirkt, zu stabilisieren. Bei der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausbildung wird jedoch nur eine geringe Stabilisierungsströmung erzeugt, die am Steuerschieber vorbeigeführt wird und die eine Stabilisierung des Steuerschiebers hervorruft.

Wenn sich bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Steuerschieber in eine Stellung bewegt, in der die Druckplattenkammer entlastet wird, um eine Steuerbewegung der Druckplatte zu erzeugen, so öffnet der Schieber zuerst eine Verbindung zur Druckplattenkammer, um eine Entlastung des Druckes in dieser Kammer einzuleiten und danach wird eine geringe Stabilisierungsströmung vom Pumpenauslaß am Steuerschieber vorbei erzeugt, welche den Schieber stabilisiert. Diese Stabilisierungsströmung ist eine geringe Leckströmung und die hauptsächliche parallele Ableitung des Druckmittels aus dem System erfolgt über die Druckplatte hinweg. Es ist von Bedeutung, daß die Strömung, die zur Schieberstabilisierung verwendet wird, lediglich eine

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Leckströmung ist und nicht eine Bypaß-Strömung nach Art der bekannten Vorrichtungen, die verwendet wird, um die Strömung zum System auf dem richtigen Pegel zu halten.

Die Erfindung betrifft somit eine Pumpe, die ein Gehäuse mit Einlaß und Auslaß hat. Das Gehäuse umschließt eine Pumpenkammer und Pumpeinrichtungen sind in dieser Kammer angeordnet und wirksam, um Druckmittel vom Einlaß zum Auslaß zu pumpen. Die Pumpeinrichtungen haben Pumpenelemente, die mehrere Arbeitskammern begrenzen, die sich zum Pumpen ausdehnen und zusammenziehen. Es ist eine Druckplatte vorgesehen, deren eine Stirnseite neben den Pumpeinrichtungen liegt und zu diesen hinweist und die im Gehäuse angeordnet ist. Die Druckplatte nimmt eine Abdichtungsstellung ein, in der eine Strömungsverbindung zwischen den Arbeitskammern blockiert wird und diese Platte ist aus dieser Stellung heraus bewegbar, um eine Strömung direkt zwischen den Arbeitskammern zu ermöglichen. Im Gehäuse ist auf der anderen Stirnseite der Druckplatte eine Kammer vorgesehen. Ein Kanal leitet Druckmittel aus der Pumpe in die Kammer, um die Druckplatte in die Dichtungslage zu drücken. Eine Dichtung ist zwischen der Druckplatte und dem Gehäuse vorgesehen, um eine Strömung in die Kammer hinein zu verhindern. Eine Drosselstelle ist im Pumpenauslaß vorgesehen. Es ist ferner ein Schieber vorgesehen, mit dem der Druck in der Kammer entlastet wird, damit sich die Druckplatte von den Pumpeinrichtungen fortbewegen kann, um Druckmittel vom Pumpenauslaß zum Einlaß über die Druckplatte hinweg abzuleiten. Der Schieber weist einen beweglichen Schieberkolben auf, der Oberflächen aufweist, die von Druckmitteldrucken zu beiden Seiten der Drosselstelle beaufschlagt werden, wobei dieser Schieberkolben ansprechend auf Änderungen dieser Drucke beweglich ist, um den Druck in der Kammer zu steuern, damit die

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Stellung der Druckplatte gesteuert werden kann. Der Schieberkolben wird durch eine Strömung an diesem vorbei stabilisiert, wobei diese Strömung erzeugt wird, nachdem sich der Schieberkolben anfangs bewegt hat, wodurch die Kammer entlastet wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sollen in der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Axialschnittansicht einer Servolenkungspumpe gemäß der Erfindung, wobei Teile fortgelassen sind,

Fig. 2 eine Schnittansicht eines Teiles der in Fig. 1 gezeigten Pumpe in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 und 4 weitere Schnittansuchten des in Fig. 2 gezeigten Teiles der Pumpe in verschiedenen Stellungen,

Fig. 5 bis 7 grafische Darstellungen der Betriebscharakteristiken bekannter Pumpen und

Fig. 8 eine grafische Darstellung der BetriebsCharakteristiken der erfindungsgemäßen Pumpe.

Die Erfindung wird vorzugsweise bei ihrer Anwendung in einer Servolenkungspumpe 10 dargestellt. Die Servolenkungspumpe 10 weist eine Baugruppe 11 auf, die aus einem Bauteil 12 und aus einem äußeren Gehäuse 13, welches mit dem Bauteil 12 bei Ik verschraubt ist. Teile der Baugruppe bilden eine Pumpenkammer 15, in der die Pumpelemente des

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Verdrängungsmechanismus 16 gelagert sind, mn das Pumpen des Druckmittels durchzuführen.

Der Verdrängungsmechanismus kann irgendeinen üblichen Aufbau haben und weist, wie dargestellt, einen Kammerring 20 auf, der in geeigneter Weise radial relativ zum Bauteil 12 der Baugruppe 11 durch Stifte 21 angeordnet ist.Der Kammerring 20 weist eine Innenbohrung auf und mehrere Gleitkolben 22 sind drehbar in dieser Bohrung gelagert. Die Gleitkolben sind in Schlitzen montiert, die in einem Rotor 23 angeordnet sind. Der Rotor 23 wird durch eine Eingangswelle 24 angetrieben, die eine verkeilte Antriebsverbindung mit dem Innenumfang des Rotors 23 hat, wie es bei 25 gezeigt ist. Die Gleitkolben 22 sind nach außen in Anlage gegen den Innenumfang des Kammerringes 20 durch mehrere Federn 26 vorgespannt. Benachbarte Kammern begrenzen Pumptaschen, die sich ausdehnen und zusammenziehen, wenn sich der Rotor dreht und zwar durch die Führungswirkung des Kammerringes. Diese spezielle Art einer Pumpe ist eine Gleitkolbenpumpe und da deren Aufbau bekannt ist, soll eine eingehende Beschreibung hier nicht durchgeführt werden.

Bei einer Drehung der Eingangswelle 24 wird der Rotor 23 gedreht und führt die Gleitkolben 22 am inneren Umfang des Kammerringes 20 herum. Wenn sich die Gleitkolben am inneren Umfang des Kammerringes 20 entlangbewegen, so arbeiten diese mit nichtdargestellten Einlaß- und Auslaßöffnungen zusammen, die in einer Platte 29 ausgebildet sind. Wenn sich die Gleitkolben an den Einlaß- und Auslaßöffnungen vorbeibewegen, werden die Pumpentaschen, die sich zwischen zwei Gleitkolben befinden, entweder ausgedehnt oder zusammengezogen. Druckmittel wird in diejenigen Pumpentaschen eingesaugt, die sich ausdehnen,und Druckmittel wird aus denjenigen Taschen herausgedrückt, die sich zusammenziehen.

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Die Ausbildung der Einlaß- und Auslaßöffnungen bilden keinen Teil der Erfindung und sind deshalb im einzelnen nicht dargestellt. Vorzugsweise ist die Pumpe eine Doppelkammerpumpe und zwei Einlaßöffnungen und zwei Auslaßöffnungen auf. Weiterhin sind die speziellen Kanäle, die die Einlaßöffnungen mit einer Druckmittelquelle zeigen, nicht dargestellt, und es sind auch die Auslaßkanäle nicht dargestellt, die mit den Auslaßöffnungen in Verbindung stehen.

Wie die in der US-PS 3 822 965 dargestellte Pumpe weist die Pumpe 10 das Merkmal einer Druckplattenentlastung auf. Die Pumpe 10 hat eine Druckplatte 30, die einen Teil der Pumpenkammer 15 begrenzt, in der das Pumpen stattfindet. Die Druckplatte 30 besteht aus mehreren gestanzten Metallplatten, deren Einzelheiten hier nicht beschrieben werden sollen. Die Druckplatte 30 ist durch eine Feder 31 in Anlage gegen den PumpenVerdrängermechanismus vorgespannt. Die Stirnseite 32 der Druckplatte 30 liegt gegen die benachbarte Stirnseite des Kammerringes und des Rotors an und dient dazu, eine Strömung aus den Pumpenarbeitsr kammern oder Pumpentaschen, die mit dem Einlaß in Verbindung stehen, in die Pumpenarbeitskammern, die mit dem Auslaß in Verbindung stehen, zu verhindern. Wenn die Druckplatte 20 sich in der in Fig.l dargestellten Stellung befindet, wird die gesamte Fördermenge der Pumpe dem Servolenkgetriebe zugeführt, da kein Bypaß des Druckmittels zwischen den einlassenden Arbeitskammern und den auslassenden Arbeitskammern stattfindet. Wenn jedoch die Druckplatte 30 aus der in Fig. 1 dargestellten Stellung nach rechts bewegt wird, so kann Druckmittel in den Raum zwischen der Druckplatte 30 und dem Rotor 23 fließen, so daß Druckmittel direkt vom Auslaß in den Einlaß geleitet wird. Dies vermindert ganz erheblich irgendwelche Druckmittel-

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strömung zu dem System, welches von der Pumpe gespeist wird. Je größer die Bewegung der Druckplatte 30 ist", umso größer ist die Menge des Druckmittels, welches parallel geleitet wird. Es ist klar, daß durch eine genaue Steuerung oder Einstellung der Stellung der Stellung der Platte 30 eine genaue Steuerung der Strömung zu dem gespeisten System erzielt werden kann.

Um eine genaue Einstellung der Druckplatte zu erzielen, weist die Pumpe 10 eine Druckkammer 35 auf, die auf der rechten Seite der Druckplatte 30 angeordnet ist. Es sei bemerkt, daß irgendein Druck in der Kammer 35 die Druckplatte 30 in Anlage gegen den Pumpenverdrängermechanismus 16 drückt, wodurch die Druckplatte nach links bewegt wird, um die Fördermenge der Pumpe zu vergrößern. Der Druckmitteldruck in der Kammer 35 wird dieser Kannner 35 über einen Kanal ¹IO in der Druckplatte zugeführt. Der Kanal 40 steht mit dem Auslaß der Pumpe in Verbindung."Demzufolge wird Druck der Kammer 35 zugeführt, um die Druckplatte in die in Fig. 1 dargestellte Lage zu drücken.

Die Druckplatte ist mit einer O-Ringdichtung 48 ausgerüstet, welche die Druckplatte umgibt. Die O-Ringdichtung 48 ist so ausgebildet, daß eine Abdichtung zwischen dem äußeren Umfang der Druckplatte und dem inneren Umfang des Gehäuses 13 aufrechterhalten wird. Es- findet also keine Leckage des Druckmittels zwischen dem Gehäuse 13 und dem äußeren Umfang der Druckplatte 30 statt. Die einzige Strömung in die Kammer 35 hinein erfolgt durch die Drosselstelle 40, deren Größe genau bestimmt werden muß, wie es noch beschrieben werden soll.

Aus dem Vorstehenden ist zu entnehmen, daß die Kräfte, die auf die Druckplatte 30 einwirken, den Förderdruck der

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Pumpe umfassen, der auf die Stirnseite 32 der Druckplatte 30 einwirkt, wodurch die Neigung entsteht, die Druckplatte 30 nach rechts zu bewegen für die Kräfte, die wirksam sind, um die Druckplatte 30 nach links zu bewegen und die die Kraft der Feder 31 umfassen und den Druck in der Kammer 35. Es ist zu erkennen, daß durch eine Einstellung des Druckes in der Kammer 35 es möglich ist, die Lage der Druckplatte einzustellen.

Die Pumpe 10 weist einen Steuerschieber 50 auf, mit dem der Druck in der Kammer 35 gesteuert wird. Der Steuerschieber 50 ist in einer Bohrung 51 des Gehäusebauteiles 12 gelagert. Die Bohrung 51 und der Steuerschieber 50 stehen mit der Kammer 35 über einen Kanal 52 im Gehäusebauteil 12 und einen hohlen Paßstift 53 in Verbindung. Der Paßstift 53 ist mit dem Gehäusebauteil 12 verbunden und erstreckt sich durch die Platte 29 hindurch, ferner durch den Kammerring 20 und in die Druckplatte 30 hinein. Es ist zu erkennen, daß der hohle Paßstift mit seinem einen Ende mit dem Kanal 52 in Verbindung steht und mit seinem anderen Ende mit der Kammer 35· Es sei ferner bemerkt, daß der Paßstift eine axiale Bewegung der Druckplatte führt. Die Druckplatte ist nicht drehbar gelagert und der Paßstift trägt zur Verhinderung irgendeiner Drehung bei.

Der Schieber 50 spricht einmal auf eine augenblickliche Erhöhung des Druckbedarfes des Systems und eine verminderte Strömung zum System an. In diesem Fall sorgt der Schieber 50 für eine Erhöhung des Druckes in der Kammer 35 und deshalb für eine Bewegung der Druckplatte nach links, um die Fördermenge der Pumpe zu erhöhen, damit der Druck und Strömungsbedarf des Systems befriedigt werden kann. Weiterhin ist der Schieber 50 im Falle einer übermäßig großen Strömung zum System wirksam, wie beispielsweise bei

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hohen Pumpendrehzahlen, um den Druck in der Kammer 35 zu vermindern, wodurch sich die Druckplatte 30 unter der Einwirkung der Kräfte, die auf die Stirnseite 32 einwirken, bewegt, um Druckmittel vom System parallel abzuleiten. Die Pumpe 10, die den Schieber 50 aufweist, arbeitet so, daß die Strömung zum Servolenksystem in der Weise verhindert v/erden kann, wie es in der US-PS 3 822 beschrieben wird.

Der Schieber 50 weist einen Schieberkolben 60 auf (s. Fig. 2) Der Schieberkolben 60 ist in einer Hülse 6l gelagert, die ihrerseits in der Bohrung 51 angeordnet ist. Die Hülse weist mehrere Schieberkanten 62, 63 und 63a auf. Diese Kanten sind axial im Abstand voneinander entlang der Schieberhülse 6l angeordnet und begrenzen zwischen sich zusammen mit der Bohrung 51 zwei in Umfangsrichtung verlaufende Nuten 6^, 65. Am rechten Ende liegt die Hülse 6l gegen eine Schulter 70 im Gehäusebauteil· 12 an. Am linken Ende liegt die Hülse 61, wie Fig. 2 zeigte gegen ein Gitter oder einen Filter 71 an (schematisch dargestellt), wobei dieses Gitter zwischen dem linken Ende der Hülse 6l und einem eingepreßten Stopfen 73 angeordnet ist, welcher eine öffnung 7^ aufweist, durch die Druckmittel zum System strömt.

Ein Hochdruckentspannungsventil 80 wird vom rechten Ende der Hülse 6l getragen. Dieses Entspannungsventil ist vorzugsweise so ausgebildet, wie es in der US-PS 3 822 965 gezeigt wird und soll hier nicht weiter beschrieben werden. Eine Feder 81 ist zwischen dem Entspannungsventil 80 und dem Schieberkolben 60 wirksam und drückt den Schieberkolben bei der Darstellung in der Zeichnung nach links. Der Schieberkolben weist eine ringförmige Kante 82 auf, die gegen einen Sprengring 83 anliegt, der vom inneren Umfang der Hülse 61 getragen wird. Gegen diesen Sprengring wird die Kante 82 durch die Feder 81 gedrückt, wie·es Fig. 2 zeigt.

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4h

Die Kammer 64 steht mit dem Einlaß der Pumpe über einen Kanal 95 in Verbindung und die Kammer 65 steht mit dem Kanal 52 in Verbindung und dadurch mit der Kammer 35·

Der Schieberkolben 60 weist einen Anlaß 100 auf, der sich durch den Kanal 7^ hindurcherstreckt. Eine Drosselstelle 91 wird zwischen der äußeren Oberfläche des Ansatzes 100 und dem Stopfen 73 gebildet. Der Pumpenauslaß ist schematisch bei 90 in Fig. 2 dargestellt und die Strömung vom Auslaß der Pumpe strömt durch das Sieb 71» durch die Drosselstelle 91 und durch den Kanal 7k zum Servolenkgetriebe.

Der Schieberkolben 60 weist ferner einen Kanal 101 auf, der sich durch diesen hindurcherstreckt und der am äusseren Ende des Ansatzes 100 mit der Auslaßleitung in Verbindung steht und am inneren Ende mit der Kammer 8la, in welcher die Feder 81 angeordnet ist. Bei der in Fig. 2 dargestellten Stellung wirkt ein Druckmitteldruck auf die Stirnseite 110 des Ansatzes 100 ein, sowie auf die Stirnseite 111 der Schieberkante 82. Diese Drucke haben die Neigung, die Schieberkolben 60 bei der Darstellung in Fig. 2 nach rechts zu bewegen. Die Feder 81 und der Druck in der Kammer 8la wirken auf die Stirnseite 112 des Schieberkolbens ein und haben die Neigung, den Schieberkolben bei der Darstellung in Fig. 2 nach links zu bewegen.

Vor der Inbetriebnahme der Pumpe befindet sich die Druckplatte 30 in der in Fig. 1 dargestellten Stellung, in welche sie durch die Feder 31 gedrückt wird. Wenn der Rotor 23 anfangs gedreht wird, wird Druckmittel in die Pumpe eingesaugt und aus der Pumpe durch den Auslaß 90, die Drosselstelle 91 und den Kanal 7k zum System gedrückt. Wenn das System ein System mit offener Mittelstellung ist, wie es üblich ist, wird das Druckmittel zum Vorratsbehälter

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zurückgeleitet und aus dem Vorratsbehälter zurück in die Pumpe, wie es an sich bekannt ist. Vor der Inbetriebnahme befindet sich der Schieberkolben 60 in der in Fig. 2 dargestellten Stellung, die der in Fig. 3 dargestellten Stellung entspricht und in der der Körper 120 des Schieberkolbens eine öffnung 121 in der Hülse 61 abdeckt. Die öffnung 121 verbindet die Nute 65 mit der Innenbohrung der Hülse 6l. Wenn der Kolbenabschnitt 120 die Verbindung zwischen der Nute 65 und der Innenbohrung der Hülse 61 blockiert, wird die Kammer 35 zum Schieberkolben blockiert und der Druck in der Kammer 35 wälzt sich durch die Strömung in die Kammer 35 durch die Drosselstelle *10a. Wenn sich die Teile in dieser Stellung befinden, d.h. in der in den Fig. 1 und 3 gezeigten, nimmt, wenn die Pumpendrehzahl zunimmt, die Fördermenge proportional zu. Diese proportionale Strömung tritt in einem ersten Pumpendrehzahlbereich oder in einem relativ niedrigen Drehzahlbereich auf.

Wenn jedoch die Pumpendrehzahl zunimmt, wobei die Strömung zum System zunimmt, werden die Drucke, die auf die Flächen des Schieberkolbens 60 einwirken, wirksam, um den Schieberkolben nach rechts zu bewegen. Es sei jedoch bemerkt, daß der Druck, der auf die Stirnfläche 111 einwirkt, größer ist (Auslaßdruck) als der Druck,der auf die Stirnseiten 110, 112 einwirkt und zwar durch den Druckabfall, der durch die Strömung durch die Drosselstelle 91 hindurch erzeugt wird. Diese Stirnseiten oder Oberflächen sind so bemessen, daß sich der Schieberkolben aus der in Fig. 3 dargestellten Stellung in die in Fig. 4 dargestellte Stellung nach rechts bewegt, wenn die Pumpendrehzahl einen zweiten Bereich erreicht, der oberhalb des Bereiches mit relativ niedriger Drehzahl liegt.

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ΑΪ

Wenn sich der Schieberkolben nach rechts in die in Fig. 4 dargestellte Lage bewegt, so bewegt sich der Abschnitt in eine Stellung, in der die öffnung 121 freigegeben wird und Druckmittel kann aus der Nute 65 durch die öffnung in die Bohrung der Hülse 61 hineinfließen. Wegen der konischen Ausbildung des Abschnittes 120 des Kolbenschiebers wird eine modulierte Strömungssteuerung geschaffen. Das Druckmittel strömt "durch die öffnung 121 in das Innere der Hülse l6l und durch die öffnung 131 und die Nute 64 und den Kanal 65 zum Einlaß der Pumpe. Dadurch wird die Kammer 35 druckentlastet mit dem Ergebnis, daß der Druck, der auf die Stirnseite 32 der Druckplatte 30 einwirkt, die Wirkung hat, daß sich die Druckplatte nach rechts bewegt, wodurch Druckmittel direkt vom Auslaß zum Einlaß der Pumpe über die Stirnseite 32 der Druckplatte parallel abgeleitet wird. Dadurch wird die Strömung zum System gesteuert.

Wenn sich der Schieberkolben 60 in die in Fig. 4 gezeigte Stellung bewegt, so bewegt sich die Schieberkante 82 am Schieberkolben in eine Stellung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, bei der eine gewisse Strömung, die durch die Pfeile 135 angedeutet ist, an der Kante 32 vorbeiströmen kann und durch eine öffnung I36 in die Nute Sk. Diese Strömung kann als Stabilisierungsströir.ung bezeichnet werden und besteht aus einer sehr geringen Strömung, die auch als Leckströmung bezeichnet werden kann. Die Funktion dieser Strömung ist es, eine Stabilisation des Schieberkolbens 60 herbeizuführen. Diese Strömung vermindert lediglich sehr gering die Druckmittelströmung zum System.

Die zum Zwecke der Stabilisation verwendete Strömung, die mit 135 bezeichnet ist, tritt aus, nachdem die Kammer 35 dadurch entlastet ist, daß der Schieberabschnitt 120 die öffnung 121 freigibt. Der Abstand zwischen der Linie 140

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und der Linie I¹Jl, die in der Zeichnung dargestellt sind, ist größer als der Abstand zwischen den am weitesten links liegenden Kanten der öffnungen 136 und 121. Dadurch kann der Kolbenabschnitt 120 die öffnung 121 öffnen, während die Schieberkante 82 noch die öffnung 136 blockiert. Erst nachdem die Kammer 35 gelüftet wird (die Linie I¹JO geht an der linken Kante der öffnung 121 vorbei), wird die Stabilisierungsstromung erzeugt.

Wenn sich der Schieberkolben 60 in der in Fig. ¹J dargestellten Stellung befindet, ist eine Strömung durch die öffnung 121 und die öffnung 131 vorhanden, die durch den Pfeil 150 gekennzeichnet ist. Zusätzlich ist eine Strömung, die durch die Pfeile 151 gekennzeichnet ist, zum Auslaß des Systems vorhanden. Diese Strömungen erzeugen in an sich bekannter V/eise Kräfte, die auf den Kolbenschieber 60 einwirken, und es handelt sich hierbei sowohl um Druckkräfte als auch um Strömungskräfte. Weiterhin ist der Schieberkolben Vibrationskräften usw. ausgesetzt. Alle diese Kräfte können bewirken, daß der Schieberkolben 60 unstabil wird. Es wurde nun gefunden, daß die Stabilisierungsströmung, die durch die Pfeile 135 gekennzeichnet ist, einen Stabilisierungseffekt auf den Schieberkolben 60 ausüben unu dies ist außerordentlich wichtig, um einen stabilen Schieberkolben zu erhalten, damit eine ganz genaue Einstellung oder Steuerung der Druckplattenstellung möglich ist, wodurch eine sehr genaue Steuerung der Strömung zum System erzielt wird.

Nachdem der Schieberkolben in die in Pig. ¹J dargestellte Lage sich bewegt hat, kann der Schieberkolben sich um diese Stellung herum bewegen oder eine Modulationsbewegung ausführen, um die Druckmittelströmung zum System bei einem Pumpenbetrieb mit relativ hohen Drehzahlen zu steuern. Wenn aus irgendeinem Grund der Druckmitteldruck im System

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zunimmt, so erfolgt eine augenblickliche Verminderung der Strömung durch die Drosselstelle 91· Der Druckunterschied zwischen dem Druck, der auf die Stirnseite 111 einerseits und auf die Stirnseiten 110 und 112 andererseits einwirkt, wird vermindert, und dadurch bekommt der Schieber die Neigung, sich nach links bei der Darstellung in Fig. 2 zu bewegen und dadurch wird die Entlastung der Druckplattenkammer -vermindert. Dies führt dazu, daß der Druck in der Kammer 35 ansteigt und dadurch wird die Druckplatte 30 in eine Stellung bewegt, die dichter bei dem Pumpenverdrängungsmechanismus 116 liegt und dies führt zu einer augenblicklichen Erhöhung der Strömung zum System. Falls die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, was eine entsprechende Erhöhung der Pumpendrehzahl mit sich bringt, erfolgt eine augenblickliche Erhöhung der Strömung durch die Drosselstelle 91, und es .tritt eine Erhöhung des Druckabfalls an der Drosselstelle 91 auf. Der Druckunterschied, der auf die Oberfläche 111 einerseits und auf die Oberflächen 110 und 112 andererseits einwirkt, nimmt zu und der Schieberkolben bewegt sich nach rechts, wodurch die Entlastung der Kammer 35 erhöht wird, was dazu führt, daß der Druck, der auf die Stirnseite 32 der Druckplatte einwirkt, eine Bewegung der Druckplatte 30 nach rechts erzeugt.

Irgendeine Bewegung des Schieberkolbens 60 aus der in Fig. H dargestellten Stellung nach links bringt mit sich, daß die Strömung, die durch die Pfeile 135 gezeigt ist, weiter abgeschnitten wird. Irgendeine Bewegung des Schieberkolbens 60 nach rechts führt entgegengesetzt zur Kraft der Feder 81 und zu dem Druckmitteldruck, der in der Kammer 8la wirksam ist. Es ist klar, daß ein gewisser Widerstand gegen eine Bewegung des Schieberkolbens aus der in Fig. k dargestellten Stellung nach jeder Richtung vorhanden ist und dieser Widerstand wirkt wie eine Dämpfungs-

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einrichtung und erzeugt eine genaue Bewegung des Schiebers sowie eine Stabilisation des Schiebers, wenn sich dieser in irgendeiner Stellung befindet.

Die BetriebsCharakteristiken dieses Systems ergeben sich aus den vorstehenden Ausführungen. Zur vollständigen Erläuterung der Erfindung und zum Vergleich der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sindin den Fig. 5 bis 7 grafische Darstellungen der Ausgangsströmung als Punktion der Pumpendrehzahl dargestellt. Es sei beispielsweise auf Fig. 5 Bezug genommen. Es ist bekannt, daß, wenn die Pumpendrehzahl zunimmt, die Ausgangsströmung zum System, die von der Pumpe gefördert wird, proportional zur Zunahme der Pumpendrehzahl zunimmt. Falls keine Strömungssteuerung an der Pumpe vorhanden ist, ist der gesamte Bereich, der in dem in Fig. 5 dargestellten Dreieck vorhanden ist, der Bereich, der die Strömung zum System entsprechend einer Zunahme der Pumpendrehzahl darstellt. Es wurde bereits dargelegt, daß eine fortschreitende Zunahme der Strömung zum System, wenn die Pumpendrehzahl zunimmt, für Servolenkungspumpen nicht geeignet ist und daß eine Strömungssteuerung vorgesehen sein muß, um die Strömung des Druckmittels zum System bei hohen Drehzahlen herabzusetzen.

Das in Fig, 5 dargestellte Diagramm kann als repräsentativ mit dem Betrieb eines Systems angesehen werden, das in der US-PS 2 923 244 beschrieben wird. Ohne auf alle Einzelheiten dieser Patentschrift einzugehen, sei bemerkt, daß in dieser Patentschrift ein System beschrieben wird, in der drehbare Zylinderblöcke bewegt werden, um das Druckmittel parallel abzuleiten. Die Zylinderblöcke werden durch einen Druck in einer Kammer zwischen den Zylinderblöcken belastet, und die Strömung in die Kammer erfolgt durch eine Leckage um die Zylinderblöcke und zwischen dem Kolben und

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den Zylinderblöcken. Wie Fig. 5 zeigt präsentiert die Fläche A das Strömungsvolumen, das nicht zum System geführt wird und zwar wegen der Entlastung der Zylinderblöcke, d.h. wegen einer Bewegung relativ zu einer Öffnungsplatte. Die Fläche B stellt das Strömungsvolumen dar, welches durch eine Leckage zum System gelangt, die um die Zylinderblöcke herum stattfindet und die Fläche C veranschaulicht die. Strömung, die nicht in das System geführt wird und zwar durch eine Leckage um die Kolben herum. Ein Punkt in der Linie, die die Fläche D begrenzt, stellt die Strömung zum System bei einer gegebenen Drehzahl dar. Eine Analyse zur bekannten Einrichtung ergibt, daß der Bereich C nicht fein genug gesteuert werden kann, da die Leckage, die umgesteuert ist, den Druck innerhalb der Leckage zwischen den Zylinderblöcken erzeugt. Ferner treten alle diese Strömungen, die die Strömung zum System vermindern, gleichzeitig auf und die Bypaß-Strömung und die Pumpenleckage treten unmittelbar bei Inbetriebnahme der Pumpe auf.

Fig. 6 ist repräsentativ für die BetriebsCharakteristiken der Vorrichtung nach der US-PS 2 839 003. Diese Vorrichtung arbeitet in gewisser Weise ähnlich wie die vorhergehend beschriebene Vorrichtung, doch ist hier ein Bypaß-Schieber vorgesehen, der eine Bypaß-Strömung erzeugt, die austritt, ehe die Druckplatte entlastet wird. Die Bypaß-Strömung ist die Hauptströmung, die den Ausgang steuert und die Entlastung des Zylinderblocks ist eine Sicherheitsmaßnahme. Die Fläche B stellt denjenigen Bereich der Druckmittelströmung dar, der parallel durch den Bypaß-Schieber abgeleitet wird, und es handelt sich hierbei um einen ganz erheblichen Bereich. Die Fläche A stellt den Teil der Druckmittelströmung dar, der parallel durch die Entlastung der Zylinderblöcke abgeleitet wird, was durch die Bewegung der Zylinderblöcke hervorgerufen wird und der Bereich C stellt

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die Strömungsverminderung zum System dar, hervorgerufen durch Kolbenleckage und durch die Leckage um die Zylinderblöcke herum. Es ist ein Einstellungsunterschied vorhanden, und der Bypaß-Schieber öffnet sich, um Druckmittel vom Auslaß parallel abzuleiten und zwar vor der Entlastung der Zylinderblöcke und die Entlastung der Zylinderblöcke erfolgt lediglich zur Steuerung bei sehr hohen Drehzahlen.

Die grafische Darstellung in Fig. 7 zeigt die Betriebsweise der Vorrichtung, die in der US-PS 3 822 965 dargestellt ist. Bei dieser Vorrichtung ist eine genaue Steuerung des Druckmitteldruckes in der Druckplattenkammer vorgesehen und zwar beim Bereich B und bäm Bereich der Strömungsverminderung zum System. Es handelt sich hierbei um eine gewisse zugemessene Strömung von Druckmittel aus der Druckmittelkammer heraus. Der Bereich A ist die überschüssige Strömung oberhalb des Bereiches B, die durch die Entlastung der Druckmittelplatte erzeugt wird. Die Linie, die den Bereich D begrenzt, stellt die modulierte Strömung zum System dar. Der Bereich D ist durch ein scharfes Knie in der Kurve bei X begrenzt und dies ist im Gegensatz zu den platten Kurven-Übergängen in den Fig. 5 und 6. Dies führt zu einer optimalen scharfen Steuerung und Einstellung und ist auf die präzise Druckplattenentlastung zurückzuführen.

Fig. 8 ist eine grafische Darstellung der Betriebscharakteristiken des Erfindungsgegenstandes. Der Bereich, der mit C gekennzeichnet ist, ist der Strömungsbereich, der aus der Druckplattenkammer 35 austritt. Der Bereich, der mit B bezeichnet ist, ist die Stabilisierungsströmung. Der Bereich A ist der Strömungsbereich, der parallel abgeleitet wird und zwar durch die Entlastung der Druckplatte und die Bewegung der Druckplatte. Es ist klar, daß es sich bei dem Sta-

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bilisierungsströmungsbereich B urn eine sehr geringe Strömung handelt und diese Strömung beginnt zu einer Zeit, nachdem die Entlastung der Druckplatte begonnen hat. Ferner ist das scharfe Knie in der Kurve bei X vorhanden und dieses wird teilweise dadurch erzeugt, daß die Druckplattenentlastung erfolgt, ehe die Stabilisierungsströmung erzeugt wird.

Es wurden mit der erfindungsgemäßen Einrichtung Testläufe durchgeführt, die sich auf die Druckmittelströmung bezogen, welche zur Stabilisation verwendet wird. Die Menge der Stabilisierungsströmung oder der Prozentsatz der Stabilisierungsströmung bei verschiedenen Drehzahlen und für verschiedene Pumpen verändert sich. Bei gewissen Pumpen beträgt der Prozentsatz der Stabilisierungsflüssigkeit gegenüber der gesamten Pumpenverdrängung bei 7000 U/min etwa 9,8 und 6,6 %. Diese Prozentsätze sind höher als zur Stabilisierung erforderlich, und zwar wegen der mechanischen Abmessungen, die eingehalten werden müssen, um die Bearbeitung zu erleichtern. Es sei jedoch bemerkt, daß die Menge der Stabilisierungsflüssigkeit nur einen sehr geringen Prozentsatz der gesamten Pumpenfördermenge umfaßt und zu wirksamen und vorteilhaften Ergebnissen führt.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

t 1.JPahrzeugservolenkungspumpe zur Zuspeisung von Druckmittel zu einem Servolenkungssystem mit einem Gehäuse mit Ein. laß und Auslaß, welches eine Pumpenkammer umschließt und mit Pumpeinrichtungen in der Pumpenkammer, die wirksam sind, um Druckmittel vom Einlaß zum Auslaß zu pumpen, wobei diese Pumpeneihrichtungen Pumpenelemente umfassen, die eine Reihe von Arbeitskammern begrenzen, die sich ausdehnen und zusammenziehen, gekennzeichnet durch Einrichtungen, mit denen eine erhöhte Druckmittelströmung zum System proportional zur Zunahme der Pumpendrehzahl während eines ersten Drehzahlbereiches erzeugt wird und mit denen eine im wesentlichen konstante Strömung des Druckmittelsystems in einem zweiten Pumpendrehzahlbereich unmittelbar anschließend an den ersten Bereich erzeugt wird, wobei diese Einrichtungen eine Druckplatte umfassen, die eine Abdichtungsstellung aufweist, in der eine Stirnseite dieser Druckplatte eine Verbindung zwischen den Pumpenarbeitstaschen während des ersten Drehzahlbereiches blockiert, wobei der Druck im Auslaß wirksam ist, um die Druckplatte aus der Abdichtungsstellung heraus zu bewegen, und wobei eine Kammer auf der anderen Stirnseite der Druckplatte vorhanden ist, und ein Kanal, der Druckmittel vom Auslaß in diese Kammer leitet, wobei der Druck in der Kammer die Druckplatte in die Dichtungslage hineindrückt, und wobei ein Schieber mit einem Schieberkolben vorgesehen ist, der bewegt werden kann, um die Kammer zu entspannen, wenn die Pumpe den zweiten Drehzahlbereich erreicht hat und der wirksam ist, um den Druck in der Kammer in diesen zweiten Drehzahlbereich zu steuern, damit die Kräfte, die auf die Druckplatte einwirken, diese Druckplatte bewegen können und einen Bypaß über die eine Stirnseite der Druckplatte vom Auslaß zum Einlaß erzeugen, wobei Einrichtungen vorgesehen

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ORiQlNAL INSPECTEB

sind, um den Schieberkolben dadurch zu stabilisieren, daß eine Druckmittelströmung am Schieberkolben während der Entlastung der Kammer durch den Schieberkolben erzeugt wird.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkolben wenigstens zwei axiale im Abstand voneinander angeordnete Kolbenkanten aufweist, daß diese Kolbenkanten eine erste Kolbenkante umfassen, die mit einer ersten öffnung zusammenarbeitet, welche mit der Kammer in Verbindung steht, wobei, wenn diese Kante an dieser ersten öffnung vorbeibewegt wurde, eine Druckmittelströmung aus der Kammer durch die erste öffnung an der Schieberkante vorbei erzeugt wird, wobei eine zweite Schieberkante mit einer zweiten öffnung zusammenarbeitet, die mit dem Pumpeneinlaß in Verbindung steht, um eine St.abilisierungsströmung vom Auslaß zum Einlaß an der zweiten Schieberkante vorbei zu erzeugen, wobei die erste und zweite Schieberkante und die erste und zweite öffnung derart angeordnet sind, daß die Stabilisierungsströmung erzeugt wird, nachdem die Druckplattenkammer anfangs mit dem Einlaß verbunden ist.
3. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsströmung geringer ist als 10$ der Fördermenge der Pumpe bei hohen Pumpendrehzahlen.
4. Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsströmung und die Entlastungsströmung zum Einlaß durch öffnungen geführt wird, die zwischen der ersten und zweiten Schieberkante angeordnet sind, so daß die Strömung zumindest teilweise im allgemeinen in entgegengesetzten axialen Richtungen verlaufen.

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5. Pumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Drosselstelle im Pumpenauslaß, wobei der Schieberkolben Oberflächen aufweist, die von dem Druck auf beiden Seiten der Drosselstelle beaufschlagt werden, wobei diese Drucke wirksam sind, um den Schieberkolben zu bewegen.
6. Pumpe nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkolben wenigstens zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Schieberkanten aufweist, daß diese im Abstand voneinander angeordneten Schieberkanten eine erste Schieberkante umfassen, die mit einer ersten, öffnung zusammenarbeitet, die mit der Kammer verbunden ist, wobei, wenn die Schieberkante an dieser ersten öffnung vorbeibewegt wurde, eine Strömung von der Kammer durch die erste öffnung an dieser Schieberkante vorbei erzeugt wird, und wobei eine zweite Schieberkante mit einer zweiten öffnung zusammenarbeitet, welche mit dem Purnpeneinlaß verbunden ist, um eine Stabilisierungsströmung vom Auslaß in den Einlaß an der zweiten Kante vorbei zu erzeugen, und wobei die erste und zweite Schieberkante und die erste und zweite öffnung derart angeordnet sind, daß eine Stabilisierungsströmung erzeugt wird, nachdem die Druckplat' kämme" mfangs mit dem Einlaß verbunden ist.
7. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkolben axial mit der Drosselstelle fluchtet.
8. Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieberkolben einen Ansatz aufweist, der sich von diesem aus erstreckt, daß die Drosselstelle zum Teil durch eine äußere Oberfläche dieses Ansatzes gebildet, daß der Ansatz einen Kanal aufweist, der den Systemdruck mit einem Teil des Schieberkolbens verbindet, während der Auslaßdruck auf einen anderen Teil des Schieberkolbens einwirkt.

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Pumpe zur Zuführung von Druckmittel zu einem System mit einem Gehäuse mit Einlaß und Auslaß, welches eine Pumpenkammer bildet, Pumpeinrichtungen, die in der Kammer arbeiten, um Druckmittel vom Einlaß zum Auslaß zu pumpen, wobei diese Pumpeinrichtungen Pumpelemente aufweisen, die mehrere Arbeitskammern begrenzen, die sich zum Pumpen ausdehnen und zusammenziehen, und mit einer Druckplatte, deren eine Stirnfläche neben den Pumpeneinrichtungen liegt und zu diesen hinweist und im Gehäuse angeordnet ist, wobei diese Druckplatte eine Dichtungsstellung einnehmen kann, um eine Strömungsverbindung zwischen den Arbeitskammern zu blockieren und wobei diese Druckplatte aus dieser Stellung axial beweglich ist, damit Druckmittel direkt zwischen den Arbeitskammern strömen kann und am System parallel vorbeigeleitet wird, wobei das Gehäuse ferner auf der anderen axialen Seite der Druckplatte eine Kammer bildet, die über einen Kanal mit dem Auslaß verbunden ist, um die Druckplatte in die Dichtungsstellung zu drücken, wobei eine Dichtung zwischen der Druckplatte und dem Gehäuse vorgesehen ist, um eine Strömung in die Kammer hinein zu verhindern, mit Ausnahme der Strömung, die durch den Kanal erfolgt, und wobei eine Drosselstelle im Auslaß vorhanden ist, durch die hindurch Druckmittel zum System führt, gekennzeichnet durch einen Schieber, durch den der Druck in der Kammer entlastet werden kann, um die Druckplatte von den Pumpeinrichtungen fortzubewegen, wobei der Schieber einen beweglichen Schieberkolben aufweist, der Oberflächen hat, auf die die Druckmitteldrucke zu beiden Seiten der Drosselstelle einwirken, und wobei dieser Schieberkolben bewegt werden kann, um den Druck in der Kammer zu steuern, damit die Stellung der Druckplatte eingestellt werden kann, wobei Einrichtungen am Schieber vorgesehen sind, um diesen Schieber zu stabilisieren.

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