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Flügeizellenpumpe
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Die Erfindung betrifft eine Flügelzellenpumpe mit einem mit einer
Antriebswelle verbundenen Läufer, in dessen Umfangswand über den Umfang verteilt
eine Vielzahl von in radialer Richtung nach innen verlaufenden Schlitzen mit verstellbaren
Flügeln angeordnet sind, mit einen den Läufer mit Abstand umgebenden Kurvenring,
mit Stirnplatten auf beiden Seiten des Läufers, mit wenigstens einem Saugraum und
mit zwei Druckkammern, von denen aus Druckausgangskanäle abgehen, wobei die Druckausganyskanäle
voneinander getrennt sind.
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Eine Pumpe dieser Art ist z.B. in der DE-OS 32 19 468 beschrieben.
Im Unterschied zu herkömmlichen Flügelzellenpumpen, bei denen ein gemeinsamer Druckausgangskanal
vorhanden ist, sind dabei getrennte Druckausgangskanäle vorhanden.
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Eine derartige Pumpe wird z.B. bei einer Servolenkung eingesetzt.
Durch die erfindungsgemäße Trennung der Druckausgangskanäle soll eine Leistungseinsparung
erreicht werden. Bei geringer Drehzahl der Pumpe soll das gesamte von beiden Pumpenkammern
geförderte Öl dem Verbraucher zugeführt werden, während für den Fall, daß die Pumpe
mit hoher Drehzahl arbeitet, ein Teil des gesamt geförderten Öles auf die Saugseite
zurückgeführt wird. Nachteilig dabei ist jedoch, daß das von beiden Pumpenkammern
angesaugte Öl auf einen gemeinsamen Druck komprimiert wird. Die Aufladung einer
Saugkammer durch zurückgeführtes Öl der Druckseite bringt auch nur einen geringen
Druckanstieg und damit eine geringe Energierückgewinnung. Weiterhin ist diese Pumpe
lediglich für einen Verbraucher vorgesehen.
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Bekannt sind auch bereits sogenannte Tandem-Pumpen, wobei eine Flügelzellenpumpe
und eine Kolbenpumpe hintereinander angeordnet sind und von einer gemeinsamen Antriebswelle
aus
anyetrieben werden. Eine der beiden Pumpen versorgt dabei die
Servolenkung des Fahrzeuges, während die zweite Pumpe Nebenverbraucher mit Drucköl
versorgt. Nachteilig bei einer derartigen Konstruktion ist jedoch, daß sie relativ
aufwendig ist, da praktisch die Bauteile für zwei Pumpen notwendig sind und daß
sie einen relativ großen Bauraum benötigt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Flügelzellenpumpe
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bei relativ kleiner Bauweise im Bedarfsfalle
mehrere Verbraucher mit Drucköl versorgen kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Druckausgangskanal
über ein Druck- und/oder Mengenregelventil mit einem Hauptverbraucher, insbesondere
einer Lenkt 9, und der zweite Druckausgangskanal über ein Druck- und/oder Mengenregelventil
und einen Speicher mit ein oder mehreren Nebenverbrauchern, insbesondere einer Niveauregulierung
und/-oder Bremse, verbunden ist.
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Erfindungsgemäß werden nun die getrennten Druckausgangskanäle so gesteuert,
daß zwei getrennte Kreise entstehen, wobei ein Kreis den Hauptverbraucher, z.B.
die Lenkung, und der zweite Kreis Nebenverbraucher mit Förderstrom, im allgemeinen
Drucköl, versorgt.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung werden praktisch bei nahezu gleicher
Baugröße mit einer einzigen Pumpe zwei Kreise versorgt. Auf diese Weise wird die
erfindungsgemäße Pumpe nicht wesentlich teurer wie eine normale Pumpe. Es ist lediglich
dafür zu sorgen, daß keine Verbindung der beiden Druckkammern untereinander auftritt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen und aus dem Ausführungsbei spiel Das Strom- und Druckbegrenzungsventil
im ersten Kreis, nämlich dem Kreis für den Hauptverbraucher, regelt in bekannter
Weise als Druckwaage den Abfluß des Öles zum Hauptverbraucher. Das überschüssige
Öl wird in den Saugraum der Pumpe geführt. Durch eine Verschneidung der Rückleitung
mit der Saugleitung vom Ölbehälter wird eine Injektorwirkung und somit ein Überdruck
im Saugraum zur Vermeidung von Kavitationsschäden erzielt.
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Auch im zweiten Kreis befindet sich ein Strom- und Druckbegrenzungsventil.
Dieses Ventil kann ebenfalls direkt hinter der Druckausgangskammer der Stirnplatte
angeordnet sein und regelt den Abfluß des Öles zu dem Druckspeicher und zwar ebenfalls
als Druckwaage.
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Zusätzlich kann in dem zweiten Kreis eine Verbindungsleitung zu der
Druckkammer des ersten Kreises angeordnet werden. Auf diese Weise läßt sich die
Verteilung des Druckmittels noch besser steuern. So kann z.B. über die Verbindungsleitung
im Bedarfsfalle zum ersten Kreis Druckmittel zurückgeführt werden, das damit dem
Hauptverbraucher zusätzlich zur Verfügung steht.
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Damit nun gewährleistet ist, daß über diese Verbindungsleitung das
Druckmedium stets von der Druckkammer des zweiten Kreises zur Druckkainmer des ersten
Kreises fließt und nicht umgekehrt, sollte in der Druckkammer des zweiten Kreises
immer ein höherer Druck herrschen. Dies bedeutet, daß z.B.
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der Speicherdruck höher liegen sollte als der maximale Druck in dein
ersten Kreis, d.h. z.B. dem maximalen Lenkungsdruck.
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In einfacher Weise läßt sich eine entsprechende Druckerhöhung bzw.
ein höherer Druck durch eine in dem Kreis eingebaute Drosselstelle erreichen. Damit
der Druck auch höher liegt, wenn beide Kreise zum Hauptverbraucher, z.B. zur Lenkung
fördern, sollten die Drosselbohrung und die Federkonstante der Mengenregelfeder
im zweiten Kreis so abgestimmt sein, daß der Druckabfall an der Drossel im zweiten
Kreis größer ist,. als der in dem ersten Kreis. Auf diese Weise liegt stets der
Druck im zweiten Kreis höher.
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In Weiterbildung der Erfindung wird man in der Verbindungsleitung
ein Rückschlagventil anordnen, damit im Falle eines Hängenbleibens des Mengenregelkolbens
im zweiten Kreis oder einem ähnlichen Defekt kein Rückfluß vom ersten Kreis zum
zweiten Kreis erfolgt. Auf diese Weise ist stets gewährleistet, daß der erste Kreis,
nämlich der Hauptkreis, stets mit Druckmittel versorgt bleibt.
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Das für den zweiten Kreis nicht benötigte Öl kann zum einen Teil über
die Verbindungsleitung dem ersten Kreis und zum anderen Teil auch direkt über das
Mengenregelventil dem Saugraum der Pumpe zugeführt werden. Wie im ersten Kreis kann
man auch hierbei eine Verschneidung der Rückleitung mit der Saugleitung vorsehen,
um eine Injektorwirkung zu erreichen.
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Im Bedarfsfalle kann man auch die Hubkurve des Kurvenringes asymmetrisch
gestalten und auf diese Weise z.B. dem Hauptverbraucher, d.h. dem ersten Kreis,
eine größere Druckmittelmenge zuführen.
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Bei einer entsprechenden Ausgestaltung des zweiten Kreises, z.B. durch
die Verbindungsleitung oder durch eine entsprechende Gestaltuny der Hubkurve des
Kurvenringes wird nur
eine relativ geringe Fördermenge dem ersten
Kreis entzogen.
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Wenn der Speicher nicht gefüllt wird, steht sogar der gesamte Druckmittel
strom dem Hauptkreis zur Verfügung.
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Damit bei einer Füllung des Druckspeichers im zweiten Kreis nicht
ständig gegen den Speicherdruck gefördert wird, was die Lebensdauer der Flügelzellenpumpe
beeinträchtigen würde und auch von der Leistungsbilanz her unwirtschaftlich wäre,
kann in Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß in dem zweiten Kreis ein
Zuschaltventil hinter dem Mengenregelventil vorgesehen ist, über das nach einer
Befüllung des Speichers das überschüssige Druckmittel zum ersten Kreis zurückfließt.
Zusätzlich wird auf diese Weise auch im unteren Drehzahlbereich der Hauptverbraucher,
z.B. die Lenkung, besser mit Druckmittel versorgt.
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Um vorgewählte Förderstromkennlinien einhalten zu können, sollte dabei
die Rückführung des Druckmittels von dem Zuschaltventil zu dem ersten Kreis vor
dessen Mengenregelventil erfolgen.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig
beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 ein Funktionsschaubild der erfindungsgemäßen Flügelzellenpumpe;
Fig. 2 ein Diagramm von Fö rderstrommverl äufen mit der erfindungsgemäßen Flügel
zel lenpumpe.
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Die erfindungsgemäße Flügelzellenpuinpe ist grundsätzlich von bekanntem
Aufbau, weshalb sie nachfolgend nicht näher beschrieben
wird.
In dem Funktionsschaubild der Fig. 1 sind die konstruktiven Teile deshalb nur prinzipmäßig
dargestellt. Die Flügelzellenpumpe weist in üblicher Weise einen mit einer Antriebswelle
1 verbundenen Läufer 2 auf, in dessen Umfangswand über den Umfang verteilt eine
Vielzahl von in radialer Richtung nach innen verlaufenden Schlitzen mit verstellbaren
Flügeln 3 angeordnet sind. Ein Kurvenring 4 umgibt den Läufer mit Abstand und bildet
dabei Saugkammmern 5 und 6 und Druckkammern 7 und 8 mit Druckausgangskanäle 9 und
10. Läufer und Kurvenring sind auf beiden Seiten mit nicht dargestellten Stirnplatten
versehen. Eine Stirnplatte kann dabei im Gehäuse der Flügelzellenpumpe integriert
sein.
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Die Pumpwirkung bei einer Flügelzellenpumpe erfolgt in üblicher Weise
durch die in den Schlitzen geführten und radial beweglichen Flügel, welche durch
die Fliehkraft und durch das Druckmedium unterstützt an die Führungsbahn des Kurvenringes
4 gedrückt werden. Jede von zwei Flügeln gebildete Zelle fördert dabei zweimal pro
Umdrehung. Bei herkömmlichen Flügelzellenpumpen wird der so erzeugte Flüssigkeitsstrom
über die beiden Druckkammern 7 und 8 und einer gemeinsamen Ausgangskanal einem Druck-
und Strombegrenzungsventil zugeleitet. Zusätzlich kann das Druckmedium noch über
Bohrungen an die Innenseite der Flügel gelangen, wodurch diese dem Druckniveau in
der Pumpe entsprechend an die Gleitbahn des Kurvenringes 4 gepresst werden.
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Wie ersichtlich wird erfinduiigsgemäß nunmehr jedoch das Druckmedium
nicht aus den beiden Druckkammern 7 und 8 in eine gemeinsame Druckausgangskanal
ausgeschoben, sondern in zwei getrennte Druckausgangskanäle 9 und 10.
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Hierzu ist es lediglich erforderlich, daß eine entsprechende Trennung
der beiden Druckkammern 7 und 8 vorgenommen wird.
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Je nach Art der Flügelzellenpumpe kann dies z.B. auf einfache Weise
durch entsprechende Formdichtungen in einer Stirnplatte erfolgen. Eine entsprechende
Abdichtung läßt sich auch problemlos erreichen, wenn eine zweite Lagerung der Welle
im Deckel aufgrund unterschiedlicher Drücke in den beiden Druckkammern notwendig
sein sollte. Dies bedeutet, daß die beiden Saug- und Druckkammern getrennt zu halten
sind. Auf diese Weise entsteht ein I. Kreis für einen Hauptverbraucher, z.B. einer
Servolenkung 11, und ein II. Kreis für ein oder mehrere Nebenverbraucher 12. Der
Nebenverbraucher 12 kann z.B. eine Niveauregelung und/oder eine Bremse unterstützung
sein. Derartige Verbraucher benötigen nur einen geringen Förderstrom und werden
über einen Druckölspeicher 13 mit einen Rückschlagventil 14 mit verstellbarer Drossel
zur Speicherentleerung aufgeladen. Sowohl von dem Hauptverbraucher, nämlicher der
Servolenkung 11, als auch von dem Nebenverbraucher 12 führt eine Rücklaufleitung
15 bzw. 16 zu einem Ölbehälter 17. Von dem Ölbehälter 17 aus führt eine Zulaufleitung
18 zu der Flügelzellenpumpe.
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Sowohl im Kreis I. als auch im Kreis II. befindet sich ein kombiniertes
Druck- und Mengenregelventil 19 bzw. 20, welches in der Praxis als Einheit in dem
Gehäuse integriert sein wird. Damit im Kreis II. ein höherer Druck herrscht wie
Kreis I. befindet sich in diesem Kreis eine Drossel 21 im Druckausgang. Von dein
Druck- und Mengenregelventil 20 des Kreises II. führt eine Verbindungsleitung 22
mit einem Rückschlagventil 23 zu dem Kreis I und zwar vor das Druck-und Mengenregelventil
19.
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Wie aus der Fig. 1 gestrichelt ersichtlich ist, ist nach dem Druck-
und Mengenregelventil 20 ein Zuschaltventil 24 angeordnet,
das
gegen die Federkraft durch Öffnen des Ausganges den eg zu dem Kreis I. und damit
zu dem Hauptverbraucher freigibt.
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Wie ersichtlich, steht dem Kreis I. und damit der Servolenkung der
gesamte Förderstrom zur Verfügung, wenn der Druckspeicher 13 nicht befüllt wird.
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Eine weitere Bevorzugung des Kreises I. läßt sich auch durch unterschiedlich
große Ausbildungen der Druckkammern bzw. der Druckbögen 7 und 8 des Kurvenringes
erreichen (asymmetrische Hubkurve im Kurvenring).
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Aus dein in der Fig. 2 dargestellten Diagramm sind die Förderstromcharakteristiken
für den Kreis I. und II. zu entnehmen.
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Man sieht daraus deutlich, daß die Fördermenge des Kreises I. bei
einer relativ geringen Fördermenge des Kreises II.
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nur unwesentlich beeinträchtigt wird. Wenn der Speicher 13 nicht befüllt
wird, steht dem Kreis I. sogar der gesamte Förderstrom zur Verfügung. In dem Diagramm
zeigt die Kurve 25 die Fördermenge zur Lenkung, die sich ergibt, sobald der Speicherdruck
erreicht ist und der Kreis II. ebenfalls zum Kreis I. fördert. Der Abregelpunkt
befindet sich dabei bei einer Drehzahl von 1000 U/min. Die Kurve 26 zeigt den Verlauf
der Fördermenge zur Lenkung, die sich ergibt, wenn mit dem Kreis II. der Speicher
13 befüllt wird. Die für die Lenkung im Kreis I. notwendige Abregelmenge wird dabei
erst bei einer höheren Drehzahl erreicht, welche jedoch - wie ersichtlich - nur
relativ geringfügig höher liegt. Die gestrichelte Linie 27 würde den Verlauf der
Fördermenge darstellen, wenn keine Verbindungsleitung 15 zu dem Kreis I. vorhanden
wäre.
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Die Kurve 28 stellt den Förderstrom des Kreises II. dar.