Die Erfindung betrifft eine Verdrängerpumpe mit variablem Fördervolumen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine gattungsgemäße Verdrängerpumpe ist aus der DE 199 42 466 A1 bekannt.

In der Praxis wird in Arbeitssystemen mit hydraulischen Verbrauchern, beispielsweise einer Servolenkeinrichtung von Kraftfahrzeugen, üblicherweise mit Konstantpumpen gearbeitet. Die durch den Antrieb der Pumpe über die Brennkraftmaschine des Fahrzeugs drehzahlbedingt anfallenden Überschussmengen werden entspannt und auf die Saugseite der Pumpe zurückgeleitet, womit insbesondere bei höheren Drehzahlen erhebliche Verluste und Wärmebelastungen verbunden sind. Diese werden aber in Kauf genommen, um im Bedarfsfall jederzeit dem maximalen Verbraucherbedarf entsprechende, große Volumenströme zur Verfügung zu haben und damit eine verzögerungsfreie Beaufschlagung der jeweiligen hydraulischen Verbraucher sicherzustellen.

Bei der gattungsgemäßen Verdrängerpumpe kann durch eine Verschiebung des Kurvenrings bzw. des Hubrings innerhalb des Gehäuses die Exzentrität zwischen dem Rotor und dem Kurvenring verstellt bzw. eingestellt werden. Somit kann das geometrische Fördervolumen der Arbeitskammern vergrößert bzw. verkleinert werden. Der Begriff "geometrisches" Fördervolumen bezeichnet das pro Umdrehung geförderte Volumen der Verdrängerpumpe. Bei einer verstellbaren Flügelzellenpumpe wird das geometrische Fördervolumen durch die Differenz zwischen der kleinsten und größten Zelle bestimmt. Das Volumen einer einzelnen Arbeitskammer bzw. Zelle ändert sich durch die Exzentrität zwischen dem Rotor und dem Kurvenring und/oder durch das Drehen des Rotors.

Zur Verstellung des Kurvenringes ist gemäß der DE 199 42 466 A1 vorgesehen, dass zwischen dem Gehäuse und dem Kurvenring zwei zueinander abgegrenzte und im wesentlichen gegenüberliegende Druckkammern ausgebildet sind. Die Druckkammern können dabei mit einem Fluiddruck beaufschlagt werden. Der Kurvenring wird in Abhängigkeit der mit dem Fluiddruck beaufschlagten Druckkammer entsprechend verschoben, so dass das geometrische Fördervolumen verkleinert oder vergrößert wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Kurvenring bei hohen Drehzahlen derart verschoben wird, dass sich das geometrische Fördervolumen verkleinert. Umgekehrt ist bei geringen Drehzahlen vorgesehen, dass der Kurvenring derart verschoben wird, dass sich das geometrische Fördervolumen vergrößert.

Die Versorgung der Druckkammern mit Fluid erfolgt über Fluidverbindungen, die jeweils wenigstens aus einer Bohrung im Gehäuse und einer korrespondierenden Bohrung im Außenring gebildet sind. Somit muss das Fluid, um in die entsprechende Druckkammer gelangen zu können bzw. aus der entsprechenden Druckkammer zurückströmen zu können, die Grenze zwischen zwei Bauteilen, nämlich dem Gehäuse und dem Außenring überwinden. Dadurch dringt Fluid aus bzw. es entsteht eine Leckflüssigkeit/Lecköl. Das Lecköl bewirkt in dem radialen Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Außenring undefinierte Druckverhältnisse, welche zu Undichtigkeiten in anderen Bereichen der Pumpe führen können. Es besteht beispielsweise die Gefahr, dass das Lecköl an einer Dichtung zwischen dem Gehäuse und einem Gehäuse- bzw. Lagerdeckel austritt. Aufgrund des Lecköls muss die Dichtung zwischen dem Gehäuse und dem Gehäusedeckel eine Hochkdruckabdichtung sein. Prinzipiell sind Niederdruckabdichtungen jedoch zu bevorzugen, da diese deutlich unkritischer und anspruchsloser sind.

In der gattungsgemäßen Schrift ist ein Steuerkolben vorgesehen, der in bekannter Weise über Bohrungen und Kanäle mit einem Druckkanal und einem Saugkanal der Pumpe verbunden ist. Der Steuerkolben dient dabei der Regelung der Exzentrität des Kurvenrings zu dem Rotor, indem der Steuerkolben über die beschriebenen Fluidverbindungen der jeweiligen Druckkammer Fluid zuführt bzw. ein Abströmen von Fluid aus der anderen Druckkammer ermöglicht.

Die JP 2001 263264 A zeigt eine verstellbare Flügelzellenpumpe. Der Außenring weist mehrere Durchbrüche auf, um einen radialen Spalt zwischen Gehäuse und Außenring von Leckageflüssigkeit zu entlasten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängerpumpe zu schaffen, bei der undefinierte Druckverhältnisse in dem radialen Spalt zwischen dem Außenring und dem Gehäuse aufgrund von Leckflüssigkeiten der zu den Druckkammern führenden Fluidverbindungen vermieden werden, wobei die Verdrängerpumpe einen kostenoptimierten Aufbau mit möglichst wenig Dichtstellen aufweisen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Anspruch 1 gelöst.

Dadurch, dass eine Entlastungsbohrung vorgesehen ist, um den radialen Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Außenring von Leckflüssigkeit bzw. Lecköl, resultierend aus den Fluidverbindungen zu den Druckkammern, zu entlasten, werden undefinierte Druckverhältnisse vermieden. Eine Undichtigkeit an anderen Stellen der Pumpe, resultierend aus den undefinierten Druckverhältnissen in dem radialen Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Au-ßenring, wird somit vermieden. Des weiteren können die an den radialen Spalt angrenzenden bzw. in Verbindung mit dem radialen Spalt stehenden Abdichtungen, beispielsweise die Abdichtung zwischen dem Gehäuse und einem Gehäuse- bzw. Lagerdeckel als Niederdruckabdichtungen ausgebildet werden, welche für die Funktionsweise der Pumpe unkritischer sind als Hochdruckabdichtungen. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es somit einerseits Kosten im Bereich der Abdichtung der Pumpe einzusparen, andererseits werden Probleme aufgrund der undefinierten Druckverhältnisse vermieden. Das unter Hochdruck stehende Fluid, welches über die entsprechende Fluidverbindung der druckzubeaufschlagenden Druckkammer zugeführt wird, kann zwar weiterhin in den radialen Spalt zwischen dem Gehäuse und dem Außenring eindringen, wird jedoch durch die Entlastungsbohrung wieder abgeführt. Da das unter Hochdruck stehende Fluid eine Grenze zwischen zwei Bauteilen, nämlich dem Gehäuse und dem Außenring überwinden muss, lässt sich das Eindringen einer gewissen Menge an Fluid in den Spalt zwischen den Bauteilen praktisch nicht vermeiden. Vermeiden lassen sich aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung jedoch daraus resultierende undefinierte Druckverhältnisse.

Erfindungsgemäß führt die Entlastungsbohrung von dem radialen Spalt in einen Bereich, in dem das Druckniveau der Pumpensaugseite herrscht. Somit kann die Leckflüssigkeit in einfacher Weise aus dem radialen Spalt abströmen, ohne dass weitere Maßnahmen notwendig wären. Bei dem Bereich, in dem das Druckniveau der Pumpensaugseite herrscht, kann es sich beispielsweise um den Saugkanal bzw. die Saugbohrung oder einen damit verbundenen Bereich handeln.

Von Vorteil ist es, wenn ein Steuerkolben vorgesehen ist, der mit den Druckkammern über jeweils eine der Fluidverbindungen derart verbunden ist, dass die Druckkammern wechselseitig sowohl mit dem Betriebsdruck der Pumpe als auch mit einem Behälteranschluss verbindbar sind, wobei der Steuerkolben einen Bereich aufweist, der so gestaltet ist, dass dieser in jeder Position eine Verbindung zum Behälteranschluss gewährleistet und die Entlastungsbohrung den radialen Spalt mit diesem Bereich verbindet.

Die Entlastungsbohrung führt somit in vorteilhafter Weise in einen entlasteten Bereich des Steuerkolbens.

In Versuchen hat sich dies als besonders geeignet herausgestellt, um Leckflüssigkeit aus dem radialen Spalt abzuführen. Vorzugsweise kann der Bereich des Steuerkolbens, der so gestaltet ist, dass dieser in jeder Position eine Verbindung zum Behälteranschluss gewährleistet, als Taillierung des Steuerkolbens ausbildet sein. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass der Bereich durch eine Nut im Gehäuse ausgebildet ist, welche den Steuerkolben derart umgibt, dass diese Nut in jeder Position eine Verbindung zum Behälteranschluss gewährleistet.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass eine dem radialen Spalt zugeordnete Öffnung der Entlastungsbohrung zwischen den zu den Druckkammern führenden Fluidverbindungen angeordnet ist. Eine zentrische bzw. mittige Anordnung der Öffnung zwischen den beiden Fluidverbindungen hat sich hierbei als besonders geeignet herausgestellt.

Eine Anordnung der dem radialen Spalt zugeordneten Öffnung der Entlastungsbohrung in einem Bereich, der an die Fluidverbindungen zu den Druckkammern angrenzt bzw. den jeweiligen Öffnungen der Bohrungen der Fluidverbindungen zugeordnet ist, hat sich als besonders geeignet herausgestellt, um austretendes, unter Hochdruck stehendes Fluid aus dem radialen Spalt abzuführen und diesen somit zu entlasten. Da die beiden Fluidverbindungen jeweils wechselseitig mit dem Betriebsdruck der Pumpe beaufschlagt sind, hat sich die Anordnung der Entlastungsbohrung zentrisch bzw. mittig zwischen den Fluidverbindungen als besonders geeignet herausgestellt.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung können auch zwei oder mehr Entlastungsbohrungen vorgesehen sein, deren räumliche Anordnung bezüglich der in den radialen Spalt mündenden Öffnungen der Bohrungen der Fluidverbindungen entsprechend vorteilhaft gewählt werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1

einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Verdrängerpumpe gemäß der Linie I-I der Fig. 2;

Fig. 2

einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe gemäß der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3

einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe gemäß der Linie III-III der Fig. 2; und

Fig. 4

einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Verdrängerpumpe gemäß der Linie IV-IV der Fig. 1.

Die Figuren zeigen eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Verdrängerpumpe 1 mit variablem Fördervolumen als einhubige Flügelzellenpumpe. Einhubige Flügelzellenpumpen sind hinsichtlich ihrer prinzipiellen Funktionsweise aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt, wozu nur beispielsweise auf die DE 199 42 466 A1 sowie die DE 102 40 499 A1 verwiesen wird. Nachfolgend werden daher lediglich die für die Erfindung wesentlichen Merkmale näher dargestellt. Die dargestellte Flügelzellenpumpe 1 ist zum Erzeugen eines Druckmittelstroms für eine Servolenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs ausgebildet.

Wie aus den Figuren ersichtlich ist, weist die Flügelzellenpumpe 1 ein Gehäuse 2 auf. In das Gehäuse 2 ist ein Außenring 3 (auch als Zwischenring bezeichnet) eingesetzt. In dem Außenring 3 ist ein Rotor 4 über eine Welle 5 gelagert. Der Rotor 4 ist von einem Kurvenring 6 umgeben. Der Kurvenring 6 sich auf einer Abflachung 7 bzw. einer Verdickung des Außenrings 3 abrollen und sich somit in einem elliptischem Raum 8, der im Außenring 3 gebildet ist, bewegen.

Der Kurvenring 6 ist innerhalb des elliptischen Raumes 8 verstellbar bzw. verschiebbar. Zwischen dem Rotor 4 und dem Kurvenring 6 sind über Rotorelemente bzw. Flügel 9 abgegrenzte Arbeitskammern 10 ausgebildet. Durch ein Verschieben des Kurvenringes 6 verändert sich die Exzentrität zwischen dem Rotor 4 und dem Kurvenring 6, wodurch das Volumen der Arbeitskammern 10 und somit das geometrische Fördervolumen der Flügelzellenpumpe 1 bestimmt wird.

Wenn der Rotor 4 angetrieben wird, werden die Flügel 9 in Schlitzen des Rotors 4 vorgeschoben und zurückgezogen. Hierfür wird in bekannter Weise ein Hinterflügelfluiddruck verwendet, der im wesentlichen auf die Enden der in den Schlitzen des Rotors 4 geführten Flügel 9 einwirkt.

In bekannter Weise wird die Fluidversorgung des Hinterflügelbereichs durch Bohrungen und Schlitze 11a, 11b in einer Steuerplatte 12 und einem Gehäuse- bzw. Lagerdeckel 14 sichergestellt. Die Steuerplatte 12 weist ferner nierenförmige Schlitze 13a, 13b auf, die den Fluidzu- und -abfluss zu den Arbeitskammern 10 regeln. Der Lagerdeckel 14 ist mit einer dem Rotorensatz (Rotor 4, Flügel 9 und Kurvenring 6) zugewandten ebenen Fläche 15, die die stirnseitige Abdichtung des Rotorensatzes sicherstellt, versehen. Der Lagerdeckel 14 weist zu der Steuerplatte 12 korrespondierende nierenförmige Schlitze 16a, 16b auf. Der Lagerdeckel 14 enthält in einer bevorzugten Ausführung die Hauptlagerung der Pumpe bestehend aus zwei Gleitlagerbuchsen. Wahlweise kann auch eine Lagerung aus Kugel- und Gleitlagern eingesetzt werden. Alternativ dazu kann die Hauptlagerung auch im Gehäuse 2 untergebracht werden.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, wird der Kurvenring 6 durch eine Druckfeder 17 in Richtung maximaler Auslenkung gedrückt. Die Druckfeder 17 wird seitlich montiert und die notwendige Gehäusebohrung bevorzugt mit einer Schraube 18 verschlossen.

Zwischen dem Außenring 3 und dem Kurvenring 6 sind zwei im Querschnitt sichelförmige Druckkammern 19, 20 ausgebildet. Die Druckkammern 19, 20 werden im unteren Bereich durch die Abflachung 7 und im oberen Bereich durch ein geeignetes Dichtelement 21 voneinander getrennt. Dadurch kann über Druckbeaufschlagung der beiden Druckkammern 19, 20 eine Verschiebung des Kurvenringes 6 herbeigeführt werden.

Wie den Figuren 1 und 2 ferner zu entnehmen ist, ist ein federbelasteter Steuerkolben 22 vorgesehen, der über Fluidverbindungen 23, 24 mit den Druckkammern 19, 20 verbunden ist. Zur Verschiebung des Kurvenrings 6 werden die Druckkammern 19, 20 über die Fluidverbindungen 23, 24 druckbeaufschlagt bzw. kann über die Fluidverbindungen 23, 24 Fluid aus der druckentlasteten Druckkammer 19, 20 abströmen. Die Fluidverbindungen 23, 24 sind im Ausführungsbeispiel jeweils aus eine Bohrung 23a, 24a im Gehäuse 2 und einer Bohrung 23b, 24b im Außenring 3 gebildet. Die Druckkammern 19, 20 können durch den Steuerkolben 22 wechselseitig sowohl mit dem Betriebsdruck der Pumpe als auch mit einem Behälteranschluss 32 bzw. einem Saugkanal 25 verbunden werden. Durch die entstehende Druckdifferenz in den Druckkammern 19, 20 wird die Verschiebung des Kurvenrings 6 erreicht.

Erfindungsgemäß ist eine Entlastungsbohrung 26 vorgesehen, um einen radialen Spalt 27 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Außenring 3 von Leckflüssigkeit zu entlasten. Die Leckflüssigkeit entsteht dabei durch die Fluidverbindungen 23, 24, welche die Grenze zwischen zwei Bauteilen, nämlich dem Gehäuse 2 und dem Außenring 3, überwinden müssen. Die Bohrungen 23a und 23b, welche die Fluidverbindung 23 bilden, bzw. die Bohrungen 24a und 24b, welche die Fluidverbindung 24 bilden, korrespondieren bzw. fluchten zwar miteinander, so dass ein Fluidstrom möglichst wenig behindert wird, trotzdem lässt sich ein Einspritzen von Fluid in den radialen Spalt 27 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Außenring 3 nicht vollständig verhindern. Die Entlastungsbohrung 26 führt von dem radialen Spalt 27 in einen entlasteten Bereich der Flügelzellenpumpe 1, in dem das Druckniveau der Pumpensaugseite herrscht. Bei diesem Bereich kann es sich beispielsweise um den Behälteranschluss 32, den Saugkanal 25 oder einen mit dem Saugkanal 25 verbundenen Bereich handeln. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der Steuerkolben 22 einen Bereich 28 aufweist, der so gestaltet ist, dass dieser in jeder Position eine Verbindung 29 zum Behälteranschluss 32 gewährleistet und die Entlastungsbohrung 26 den radialen Spalt 27 mit diesem Bereich 28 verbindet. Der Bereich 28 ist dabei als Taillierung des Steuerkolbens 22 ausgebildet.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist eine dem radialen Spalt 27 zugeordnete Öffnung 26a der Entlastungsbohrung 26 zentrisch zwischen den beiden zu den Druckkammern 19, 20 führenden Fluidverbindungen 23, 24 bzw. den Öffnungen der in den radialen Spalt 27 führenden Bohrungen 23a und 24a bzw. 23b und 24b angeordnet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, verläuft die Entlastungsbohrung 26 schräg von einem dem Lagerdeckel 14 zugewandten Bereichs des Außenrings 3 zu dem Steuerkolben 22.

Eine zwischen dem Lagerdeckel 14 und dem Gehäuse 2 angeordnete Dichtung 30 kann als Niederdruckabdichtung ausgebildet sein.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, weist die Flügelzellenpumpe 1 ein Druckbegrenzungsventil 31 auf, welches beim Ansprechen den Steuerkolben 22 so bewegt, dass der Kurvenring 6 in Richtung reduzierter Förderung verschoben wird. In der bevorzugten Ausführung ist das Druckbegrenzungsventil 31 im Steuerkolben 22 integriert, so dass die druckabgewandte Seite des Druckbegrenzungsventils 31 mit der Taillierung 28 des Steuerkolbens 22 verbunden ist.

Fig. 3 zeigt außerdem einen Druckkanal 33, der in Verbindung mit dem federbelasteten Ende des Steuerkolbens 22 steht. Da die prinzipielle Funktionsweise des Steuerkolbens 22 aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt ist, wird hierauf nicht näher eingegangen.

Die Verbindung 29 der Taillierung 28 mit dem Saugkanal 25 ergibt sich aus einer Zusammenschau der Fig. 3 mit der Fig. 4. Die Verbindung 29 kann über eine Bohrung hergestellt werden oder, wie im Ausführungsbeispiel vorgesehen, dadurch, dass die Verbindung 29 durch den Gießkern, durch welchen der Saugkanal 25 gebildet wird, entsteht.

1

Flügelzellenpumpe

2

Gehäuse

3

Außenring

4

Rotor

5

Welle

6

Kurvenring

7

Abflachung

8

elliptischer Raum

9

Flügel

10

Arbeitskammern

11a,b

Schlitze

12

Steuerplatte

13a,b

Schlitze

14

Lagerdeckel

15

ebene Fläche

16a,b

Schlitze

17

Druckfeder

18

Schraube

19

Druckkammer

20

Druckkammer

21

Dichtelement

22

Steuerkolben

23

Fluidverbindung

23a

Bohrung im Gehäuse

23b

Bohrung im Außenring

24

Fluidverbindung

24a

Bohrung im Gehäuse

24b

Bohrung im Außenring

25

Saugkanal

26

Entlastungsbohrung

26a

Öffnung (26)

27

radialer Spalt

28

entlasteter Bereich des Steuerkolbens (Taillierung)

29

Verbindung

30

Dichtung

31

Druckbegrenzungsventil

32

Behälteranschluss

33

Druckkanal