吐出量を調整可能なベーンポンプ

本発明は、請求項1の前文に記載したベーンポンプに関する。本発明は特に、パワーステアリングシステムに用いられるベーンポンプに関する。

しばしば可変容量形ポンプとも称される、吐出量を調整可能なベーンポンプは、通常以下の様に構成されている。ポンプハウジング内に実質的にカムリングもしくはハブ輪郭リングと、回転可能に支承されるロータが配置されている。ロータは半径方向スリットを有し、ベーンは半径方向移動可能に、かつスリットによって強制案内されてこれらのスリット内に配置される。ベーンポンプの運転時に、ベーンはそれらの外端をカムリングの内壁に当接させてカムリングに沿って滑動し、これにより圧力媒体(例えば圧油)の吐出を引き起こす。吐出量の一定したポンプ(定容量形ポンプ)とは異なり、吐出量可変ポンプでは圧油過剰生産の発生を避けることができる。この圧油過剰生産は特に高回転数のとき発生し、定容量形ポンプでは、バイパス循環によって部分的に補償しなければならない。それゆえに定容量形ポンプでは、高回転数範囲のとき、このバイパス循環によって機械的に利用できないエネルギーが浪費される。これは無駄な熱損失もしくはエネルギー損失と同じことである。吐出量を制御するために、特に回転数上昇時に吐出量を減らすために、ロータに対するカムリングの偏心量が変更され、特に低減される。このため従来のベーンポンプは2つの出口を備えた制御機構(例えば制御弁)を有する。これらの出口は、制御通路を介して左側もしくは右側圧力室に、その都度の割合の移送される圧力媒体を付加することができる。圧力室は左側もしくは右側からカムリングの外面に作用し、こうしてロータに対するカムリングの偏心量の所望する変更を引き起こす。

冒頭で指摘した種類のベーンポンプは例えば特許文献1により公知である。このような従来の吐出量を調整可能なベーンポンプ(略して可変容量形ポンプ)の構成を図1〜図3に基づいて具体的に示す。

図1〜図3は公知ポンプの構成を横断面図で示す。図2はポンプの立体図である。公知の可変容量形ポンプVPは、ポンプハウジングGとポンプハウジング内に配置される(ハブ輪郭リングとも称される)カムリングKRとを有する。ポンプハウジング内で回転可能に支承されるロータRは複数の半径方向スリットを備え、ベーンFは半径方向移動可能に強制案内されてこれらのスリット内に配置され、回転時に圧力媒体DMを吸込側PSSから吐出側PDSへと吐出する。吐出量を変更するためにロータRに対するカムリングKRの位置は変更することができ、こうして調整可能な偏心量が生じる。このため、ポンプは2つの圧力室DK1、DK2を有し、制御可能な割合の圧力媒体DMが圧力室に付加されることによって、これらの圧力室は左側もしくは右側からカムリングKRの外面に作用する。この制御は制御機構を介して達成され、この制御機構は通常、制御弁RVとして形成されている。この制御弁は2つの出口A1、A2を有し、これによって制御通路STK1、STK2を介して、特定割合の圧力媒体を圧力室に供給もしくは排出し、圧力室内の圧力の違いがロータRに対するカムリングKRの移動を引き起こし、所望する偏心量、したがって所望する幾何学的吐出量が生じる。

この構造では、ベーンポンプは1つの回転方向用に設計されており、この事例においてロータRは反時計回りに回転する(左回転)。ポンプの回転方向を変更したい場合(時計回りの右回転)は、ポンプハウジングは制御機構(制御弁)RVの領域で構造変更されなければならないであろう。これはきわめて多くの手間をとることにつながる。加えて、鏡像反映した制御ジオメトリを有する別のエンドプレートを利用しなければならないであろうし、圧力室を半径方向外側で限定するアウタリングは鏡像反転してポンプハウジングに組み込まねばならないであろう。通常、手間も費用もかかるこれらの措置が実行されるこのことから明らかなように、左回転するポンプ用の構造キットは、右回転するポンプ用の構造キットとは、ポンプハウジングを含む多くの部品において異なっている。

DE102004060082A1C1

本発明の課題は、冒頭で指摘した種類のベーンポンプを改良することであり、僅かな技術的手間でロータの回転方向を変更できることを可能とする安価な構造でこの改良を達成することである。

この課題は、請求項1の特徴を有するベーンポンプによって解決される。

それにより提案されるのは吐出量を調整可能なベーンポンプであり、このベーンポンプは、ベーンポンプが、交差する2つの制御通路を有し、これらの制御通路はそれぞれ、制御機構(制御弁)の出口の一方を2つの圧力室の一方と結合し、制御可能な割合の圧力媒体を圧力室に付加することを特徴としている。

このようにして、制御機構の出口(制御通路ポート)と圧力室との間に、交差する2つの結合部(制御通路)が作られ、偏心量の制御は正確に逆に作用し、その結果ベーンポンプは本来一般的にかかる手間なくして逆の回転方向に切り替えることができる。制御通路の交差配置は、以下で「クロスオーバ構造」とも称され、その利点は、特に、ポンプがポンプハウジングの変更なしでも若干数の部材交換のみで回転方向切換用に転換できるという点である。交差する制御通路がポンプハウジングのカバー内に設けられている場合、実質的にカバーとエンドプレートのみ交換しなければならないが、回転子セット(ベーンを備えたロータ)は鏡像反転して組み込む必要があるだけである。

本発明は、交差する制御通路を備えたカバーと、交差しない(互いに平行に延びる)制御通路を備えたカバー(別態様)が設けられた構造キットもしくはモジュールシステムとして実現することができる。所望する回転方向に応じて、ポンプの作製時に、適合したカバーが組み込まれる。異なる回転方向について、エンドプレートとカバーに至るまで、いわばすべてのポンプ部材が同一である。両方のカバー態様に関し、これらのカバー態様はダイカストで作製することができ、これにより同じブランク(鋳造品)を用いることができる。その場合、両方の態様において、ブランクの加工のみをそれぞれ別の仕方で行わねばならない。すなわち実質的に、制御通路用の孔あけは、交差しない態様または交差する態様(「クロスオーバ孔あけ」)のいずれかで行わねばならない。左回転する態様と右回転する態様とで、部品リストもしくは部材リストを比較すると、異なる部品は僅か2個であることが明らかとなる。カバーとエンドプレートは部材の方から異なっている。しかし回転子セットは同一であり、垂線を中心に鏡像的に組み込む必要があるだけである。両方の態様のその他のポンプ部品はすべて同じである。

本発明は、吐出量を調整可能なベーンポンプ用の構造キットも開示している。この構造キットは、構造キットが、交差しない2つの制御通路を備えた第1カバーを有し、制御機構出口の一方を2つの圧力室のうちの一方と、交差しない仕方でそれぞれ結合して、制御可能な割合の圧力媒体をこの圧力室に付加する。また、第1カバーを交換するために、構造キットは、交差する2つの制御通路を備えた第2カバーを有し、出口の一方を2つの圧力室の他方と、交差する仕方でそれぞれ結合することを特徴としている。

本発明はさらに、このような「クロスオーバ構造」を有するベーンポンプを装備したパワーステアリングシステムも含む。このパワーステアリングシステムもしくはポンプは好ましくは商用車の分野で利用される。

本発明の特別有利な諸構成は従属請求項から明らかとなる。

それによれば有利には、2つの制御通路の少なくとも一方はポンプハウジング内またはハウジングのカバー内に、制御通路が相互に接触することなく交差するように配置されている。その際両方の制御通路は、互いに接触するのでなく交差するだけの孔の態様でポンプハウジングまたはカバーの材料内に実現しておくこともできる。好ましくは制御通路がカバー内に実現され、これによりポンプハウジング自体は変更もしくは適合する必要がない。特に、制御機構用組込み領域と、制御機構自体の構造は、両方の態様(右回転または左回転するポンプ)でそのまま維持することができる。

選択的に、または上記詳述と組み合わせて、2つの制御通路の少なくとも一方はポンプハウジング上(外面)に、またはハウジングのカバー上(外面)に、制御通路が相互に接触することなく交差するように配置しておくこともできる。交差する制御通路が十分にハウジングおよび/またはカバーの材料内に実現できるのでなく、ハウジングもしくはカバーに固着される外部管路として実現できることが、状況によっては有利なことがある。この解決は場合によっては一層安価な解決であることがある。

一般にベーンポンプは主に次のように構成されている。2つの出口のうち第1出口は、第2出口よりも、2つの圧力室の第1圧力室に一層近接して配置されており、2つの交差する制御通路は、2つの制御通路の一方が、第1出口を第2圧力室と結合させ、かつ制御通路の他方が第2出口を第1圧力室と結合させるように配置されている。主に、第1出口と第1圧力室はベーンポンプの吐出側に配置され、第2出口と第2圧力室はベーンポンプの吸込側に配置されている。

有利には、交差する2つの制御通路はポンプハウジング内またはハウジングのカバー内の孔によって作られ、必要でない孔開口部は閉鎖要素で、特に栓で閉鎖されている。こうして、単純な直線的孔によって、交差する制御通路をハウジングおよび/またはカバーの材料内に実現することもできる。

好ましくは、ハウジングのカバーは左回転または右回転するロータ用の後側ベーンジオメトリを有し、この後側ベーンジオメトリは右回転もしくは左回転するロータ用の後側ベーンジオメトリに対して鏡像対称に形成されている。

主に、ベーンポンプは左回転または右回転するロータ用の制御ジオメトリを備えたエンドプレートを有し、このエンドプレートが右回転もしくは左回転するロータ用の制御ジオメトリに対して鏡像対称に形成されているように、ベーンポンプはエンドプレートに関して形成されている。

以下、添付図面を参考に1実施例に基づいて本発明を詳しく述べる。

冒頭で既に述べた図1〜図3は従来構造のベーンポンプVPを示しており、これらの図は本発明用にも用いることができる。というのも、本発明に係るベーンポンプでは大部分の部材がそのまま維持され、ポンプの回転方向を変更するのに若干の設計措置と改造を行わねばならないだけだからである。

それゆえに以下では本発明と従来構成との差異を説明し、下記の図を示す図4aと図4bも参照するように指示する。

従来構造のベーンポンプVPを示す。

従来構造のベーンポンプVPを示す。

従来構造のベーンポンプVPを示す。

直線的制御通路孔を備えた第1カバーを示す。

交差する制御通路孔を備えた第2カバーを示す。

図1〜図3を前提に本発明に係るベーンポンプVPもポンプハウジングGを有し、ポンプハウジング内でロータRがカムリングKRの内部に配置され、カムリングは、やはり圧力室DK1、DK2を介して、所望する吐出量に必要な、ロータRに対するカムリングKRの偏心量が生じるように移動することができる。

左回転するポンプ構成用には図1〜図3に示す構造が適している。ところで本発明に係る構造キットに関連して、図4aに示すカバーDが用いられ、このカバーは平行に延びる2つの制御通路STK1、STK2を有し、ここでは、圧力室はなお通例のように、制御機構(図1〜図3の弁RV)と結合されている。ポンプを右回転式に改造するために、カバーDは図4bに示すカバーD’に取り替えられる。このカバーD’は当該孔によって実現される、交差する2つの制御通路STK^*、STK#を有し、必要でない開口部は栓TNで閉鎖される。つまり制御通路は主に、交差するが直接交わるのではない孔によって実現される。

図1〜図3の概要で図4bが示すように、カバーD’に制御通路の取替えが生じると、ポンプは直ちに右回転用に整えることができる。カバーD’は、このためには、鏡像反映した後側ベーンジオメトリを有しなければならないだけである。さらになお、鏡像反映した制御ジオメトリを有する別のエンドプレートを利用しなければならない。その他では措置を講じる必要がない。特に、ハウジングGは構造変更する必要がなく、制御弁RVも同様である。

本実施例においてベーンポンプは単行程式に形成されており、このため2つの制御通路を有する。ポンプは多行程(例えばダブル行程)式に形成され、それに応じて多くの制御通路を有することもできる。

本発明はあらゆる種類のベーンポンプ用に作られているが、特に、パワーステアリングの内部に組み込むためのステアリングポンプとして適している。

VP: 調整可能なカムリングを有するベーンポンプ(可変容量形ポンプ) G: ポンプハウジング R: ロータ(回転子) F: ベーン KR: カムリング(ハブ輪郭リング) D: ハウジングのカバー PDS: 吐出側(ポンプ吐出側) PSS: 吸込側(ポンプ吸込側) DK1: 第1圧力室(調整圧力室) DK2: 第2圧力室(調整圧力室) STK1: 第1制御通路 STK2: 第2制御通路 RV: 圧力媒体を貫流させる制御機構(制御弁) A1: 接続された圧力室に至る第1出口 A2: 接続された圧力室に至る第2出口 STK^*、STK#: 交差する制御通路