DE10007088A1

DE10007088A1 - Steuervorrichtung für Pumpe und Ventil

Info

Publication number: DE10007088A1
Application number: DE10007088A
Authority: DE
Inventors: Waldemar Stephan; Albert Genster
Original assignee: Wilo GmbH
Current assignee: Wilo GmbH
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2000-02-16
Publication date: 2001-08-23
Also published as: US20010054395A1; US6474951B2; EP1126178A2; EP1126178A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, umfassend eine von einem elektronisch gesteuerten Elektromotor 3 angetriebene Pumpe 1 mit einer Pumpen-Steuereinheit 4 sowie ein von einem elektronisch gesteuerten Antriebsmechanismus 10 angetriebenes Ventil 2 mit einer Ventil-Steuereinheit 11, wobei die Ventil-Steuereinheit 11 vollständig oder teilweise in die Pumpen-Steuereinheit 4 integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung umfassend eine von einem elektronisch gesteuerten oder geregelten Elektromotor angetriebene Pumpe mit einer Pumpen-Steuereinheit sowie ein von einem elektronisch gesteuerten oder geregelten Antriebsmechanismus angetriebenes Ventil mit einer Ventil- Steuereinheit.

Derartige sind Vorrichtungen sind beispielsweise aus dem Kraftfahrzeugbereich bekannt. Das Ventil ist dabei insbesondere ein Mehrwegeventil, das von einem Linearantrieb oder von einem Rotationsantrieb, beispielsweise von einem Drehmagnet, einem Schrittmotor oder einem Gleichstrommotor angetrieben sein kann. Unabhängig von der Art des Antriebsmechanismus des Ventils sind Wegsensoren vorgesehen, um eine exakte Positionierung des Ventilkörpers zu gewährleisten.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen weist sowohl die Pumpe als auch das Ventil jeweils eine eigene Steuereinheit auf, die insbesondere eine Leistungselektronik, einen Prozessor sowie ein Kommunikationsmodul aufweisen. Über das Kommunikationsmodul sind beide Steuereinheiten vorzugsweise mittels eines Datenbusses an eine separate oder übergeordnete Steuereinrichtung anschließbar.

Die beiden Steuereinheiten bedeuten auf diese Weise insbesondere aufgrund der jeweiligen Kommunikationsmodule nicht nur einen großen Platzbedarf und hohe Kosten, sondern der Anschluß der beiden Steuereinheiten bedingt auch einen erheblichen Montageaufwand und birgt eine zusätzliche Fehlergefahr. Auch werden Stecker oder Verbindungsmittel sowie Kabel in entsprechend großer Stückzahl bzw. Länge benötigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine konstruktiv einfache, preiswerte herzustellende und leicht handhabbare Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei geringen Außenabmessungen und geringem Gewicht schnell und einfach zu montieren und anzuschließen ist. Dabei sollen möglichst wenige Verbindungen und möglichst kurze Kabelwege erforderlich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Wesentlich ist dabei, daß die Ventil-Steuereinheit vollständig oder teilweise in die Pumpen-Steuereinheit integriert ist.

Der Hauptvorteil liegt dabei darin, daß zumindest einzelne Komponenten der Ventil-Steuereinheit eingespart werden können. Die Funktionen der einge sparten Komponenten werden dann von der Pumpen-Steuereinheit übernommen. Das führt zu einer Verringerung des für das Ventil bzw. des für die Ventil-Steuereinheit erforderlichen Bauraums und insbesondere zu einem geringeren Aufwand bei der Montage und dem Anschluß der Vorrichtung. Mögliche Fehlerquellen sind dabei auf ein Minimum reduziert. Auch ist die Vorrichtung auf diese Weise besonders kostengünstig herzustellen und zu montieren.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der die Pumpe antreibende Elektromotor eine Pumpen-Steuereinheit mit einer Leistungs elektronik, einem Prozessor und einem Kommunikationsmodul für die Kommunikation mit einer separaten Steuereinrichtung aufweist, und bei der der das Ventil antreibende Antriebsmechanismus über ein Kommunikationsmodul und insbesondere über eine Leistungselektronik an die separate Steuer einrichtung angeschlossen ist, wird vorgeschlagen, daß zumindest das Kommunikationsmodul des Antriebsmechanismus des Ventils in die Pumpen- Steuereinheit integriert ist. Das Kommunikationsmodul ist das größte Teil der Steuereinheit, so daß die Einsparung am erforderlichen Bauraum hierbei am größten ist.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Antriebsmechanismus und insbesondere die Leistungselektronik des Ventils über das Kommunikationsmodul der Pumpen-Steuereinheit an die separate Steuereinrichtung angeschlossen ist. Auf diese Weise ist für die Pumpe und für das Ventil insgesamt nur noch ein einziges Kommunikationsmodul erforderlich.

Der Bauraumbedarf des Ventils kann weiter verringert werden, indem der Antriebsmechanismus des Ventils über einen Prozessor gesteuert ist, der in die Pumpen-Steuereinheit integriert ist.

Dabei ist es wiederum besonders vorteilhaft, wenn die Leistungselektronik des Antriebsmechanismus des Ventils über den Prozessor der Steuereinheit des Elektromotors gesteuert ist. Somit ist für die Pumpe und für das Ventil insgesamt nur noch ein einziger Prozessor erforderlich.

Der Platzbedarf des Ventils kann ferner dadurch verringert werden, daß die Leistungselektronik des Antriebsmechanismus des Ventils in die Steuereinheit des Elektromotors integriert ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Leistungselektronik des Antriebsmechanismus des Ventils über eine Auswertungseinheit zur Auswertung der über mindestens einen Sensor ermittelten Werte der von der Pumpe geförderten Flüssigkeit gesteuert. Der oder die Sensor(en) kann dabei die Temperatur und/oder den Durchfluß und/oder den Druck der geförderten Flüssigkeit ermitteln.

Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn das Ventil unmittelbar an die Pumpe angeschlossen oder in die Pumpe integriert ist. Auf diese Weise wird der Aufwand bei der Montage und dem Anschluß der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf ein Minimum reduziert. Es werden nur wenige Steckverbindungen und besonders wenige bzw. kurze Kabel benötigt. Die Vorrichtung kann auf engstem Raum untergebracht werden und modular aufgebaut sein.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform bildet die Pumpe mit dem Elektromotor und der Steuereinheit zusammen mit dem Ventil und dem Antriebsmechanismus sowie gegebenenfalls mit dem mindestens einen Sensor ein Modul bzw. eine Einheit. Dieses Modul bzw. Einheit kann besonders schnell und einfach über mindestens zwei hydraulische Schnittstellen an ein Flüssigkeits-Kreislaufsystem und über mindestens eine elektrische Schnittstelle an die separate Steuereinrichtung angeschlossen werden.

Das Flüssigkeits-Kreislaufsystem kann dabei vorzugsweise der Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs oder der Heizwasserkreislauf einer Heizungsanlage sein.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigen:

Fig. 1: Schematische Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung gemäß dem vorbekannten Stand der Technik

Fig. 2: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 3: Schematische Darstellung einer Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 4: Schematische Darstellung einer weiteren Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 5: Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs

Die einzelnen Komponenten der in den Zeichnungen als Blockschaltbilder dargestellten Vorrichtungen sind in allen Figuren gleichbleibend bezeichnet.

Die Darstellung in Fig. 1 entspricht den bisher bekannten Vorrichtungen, die eine Pumpe 1 und ein Ventil 2 umfassen. Das Ventil 2 ist in dem dargestellten Beispiel ein Drei-Wege-Ventil, wobei jedoch die Erfindung grundsätzlich auch bei jeder anderen Bauform eines Ventils zum Einsatz kommen kann.

Die Pumpe 1 ist von einem elektronisch gesteuerten Elektromotor 3 angetrieben, der von einer Pumpen-Steuereinheit 4 gesteuert oder geregelt wird. Die Pumpen-Steuereinheit 4 weist eine Leistungselektronik 5, einen Prozessor 6 und ein Kommunikationsmodul 7 zur Kommunikation mit einer separaten Steuereinrichtung 8 auf. Über einen Datenbus 9 ist die Pumpen- Steuereinheit 4 an die übergeordnete Steuereinrichtung 8 angeschlossen.

Das Ventil 2 ist von einem elektronisch gesteuerten Antriebsmechanismus 10 angetrieben, der von einer Ventil-Steuereinheit 11 gesteuert oder geregelt wird. Der Antriebsmechanismus 10 ist in den dargestellten Beispielen ein Schrittmotor, wobei jedoch auch andere Antriebsmittel verwendet werden können.

Bei den bekannten Vorrichtungen gemäß Fig. 1 weist die Ventil-Steuereinheit 11 eine Leistungselektronik 12, einen Prozessor 13 und ein eigenes Kommunikationsmodul 14 zur Kommunikation mit der separaten Steuer einrichtung 8 auf. Dabei ist die Ventil-Steuereinheit 11 über einen zweiten Datenbus 15 an die übergeordnete Steuereinrichtung 8 angeschlossen.

Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 2 bis 4 ist zumindest die Funktion des Kommunikationsmoduls 14 der Ventil-Steuer einheit 11 in die Pumpen-Steuereinheit 4 integriert. Das Kommunikationsmodul 7 der Pumpen-Steuereinheit 4 übernimmt hierbei sowohl die Kommunikation der Pumpen-Steuereinheit 4 als auch die Kommunikation der Ventil-Steuer einheit 11 mit der separaten Steuereinrichtung 8. Für die Kommunikation ist dabei nur noch ein einziger Datenbus 9 erforderlich, wodurch erhebliche Kosten eingespart werden. Der Antriebsmechanismus 10 des Ventils 2 (Fig. 4) sowie die gegebenenfalls vorgesehenen weiteren Komponenten der Ventil-Steuer einheit 11 (Fig. 2 und 3) sind lediglich über einen einfachen und relativ kostengünstigen Steueranschluß 16 an die Pumpen-Steuereinheit 4 angeschlossen.

Bei den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Leistungselektronik 12 der Ventil-Steuereinheit 11 eine Auswertungseinheit 17 zugeordnet, mit der die über zwei Sensoren 18 ermittelten Temperaturwerte der von der Pumpe 1 geförderten Flüssigkeit ausgewertet und in der Ventil- Steuereinheit 11 zur Steuerung des Ventils 2 genutzt werden. In anderen Ausführungsvarianten können auch Sensoren zur Erfassung des Durchflusses und/oder des Drucks der geförderten Flüssigkeit eingesetzt werden.

Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 2 umfaßt die Ventil-Steuereinheit 11 eine Leistungselektronik 12 und einen Prozessor 13. Demgegenüber ist bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante der Prozessor 13 ebenfalls in die Pumpen-Steuereinheit 4 integriert. Die Leistungselektronik 12 der Ventil- Steuereinheit 11 wird dabei über den Prozessor 6 der Pumpen-Steuereinheit 4 gesteuert, so daß für die Steuerung der Pumpe 1 und des Ventils 2 insgesamt nur ein einziger Prozessor 6 erforderlich ist.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsvariante ist der Platzbedarf für das Ventil 2 auf ein Minimum verringert, indem die Leistungselektronik 12 der Ventil- Steuereinheit 11 in die Pumpen-Steuereinheit 4 integriert ist. Auch hierbei ist nur ein besonders einfaches und kostengünstiges Motoranschlußkabel 16 zum Anschluß des Antriebsmechanismus 10 des Ventils 2 an die Pumpen- Steuereinheit 4 erforderlich.

Wenn das Ventil 2 über hydraulische Schnittstellen und eine elektrische Steckverbindung unmittelbar an die Pumpe 1 angeschlossen ist oder wenn das Ventil vollständig oder zumindest teilweise in die Pumpe 1 integriert ist sind Anschlußkabel sogar vollständig entbehrlich.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als eine kompakte Einheit 19 an den Kühlflüssigkeits-Kreislauf 20 des Verbrennungsmotors 21 eines Kraftfahrzeugs angeschlossen. Das Drei- Wege-Ventil 2 führt dabei eine über einen Kühler 22 geführte Leitung und eine als Bypass an dem Kühler 22 vorbei geführte Leitung zusammen und zurück zur Pumpe 1, von wo aus die Kühlflüssigkeit wieder zum Verbrennungsmotor 21 geführt wird.

Die Einheit 19 kann besonders schnell und einfach über drei hydraulische Schnittstellen 23 an den Kühlflüssigkeits-Kreislauf 20 und über eine elektrische Schnittstelle 24 an die separate Steuereinrichtung 8 angeschlossen werden. Gegebenenfalls können weitere elektrische Schnittstellen 25 zum Anschluß weiterer Schaltelemente, Sensoren 26 oder Kontrolleinrichtungen vorgesehen sein.

Die übergeordnete Steuereinrichtung 8 ist eine Motor-Management-Einheit, durch die beispielsweise vom Fahrzeugführer bewußt veranlaßte oder insbesondere über Kontrollsensoren 26 automatisch herbeigeführte Variationen bestimmter Betriebsparameter des Kraftfahrzeugmotors 21 gesteuert werden. So kann beispielsweise die Motorleistung bei Überschreitung einer maximal zulässigen Höchsttemperatur automatisch reduziert werden, wobei die erfindungsgemäße Vorrichtung mit der Pumpe 1 und dem Ventil 2 hierbei entsprechend gesteuert wird.

Bezugszeichenliste

1

Pumpe

2

Ventil

2

3

Elektromotor

4

Pumpen-Steuereinheit

5

Leistungselektronik

6

Prozessor

7

Kommunikationsmodul

8

separate Steuereinrichtung

9

Datenbus

10

Antriebsmechanismus

11

Ventil-Steuereinheit

12

Leistungselektronik

13

Prozessor

14

Kommunikationsmodul

15

Datenbus

16

Steueranschluß

17

Auswertungseinheit

18

Sensoren

19

Einheit

20

Kühlflüssigkeits-Kreislauf

21

Verbrennungsmotors

22

Kühler

23

hydraulische Schnittstelle

24

elektrische Schnittstelle

25

elektrische Schnittstelle

26

Sensor

Claims

1. Vorrichtung umfassend eine von einem elektronisch gesteuerten Elektromotor angetriebene Pumpe mit einer Pumpen-Steuereinheit sowie ein von einem elektronisch gesteuerten Antriebsmechanismus angetriebenes Ventil mit einer Ventil-Steuereinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventil-Steuereinheit (11) vollständig oder teilweise in die Pumpen- Steuereinheit (4) integriert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Pumpe (1) antreibende Elektromotor (3) eine Pumpen- Steuereinheit (4) mit einer Leistungselektronik (5), einem Prozessor (6) und einem Kommunikationsmodul (7) für die Kommunikation mit einer separaten Steuereinrichtung (8) aufweist, und daß der das Ventil (2) antreibende Antriebsmechanismus (10) über ein Kommunikationsmodul (14) und insbesondere über eine Leistungselektronik (12) an die separate Steuereinrichtung (8) angeschlossen ist, wobei zumindest das Kommunikationsmodul (14) des Antriebsmechanismus (10) des Ventils (2) in die Pumpen-Steuereinheit (4) integriert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus (10) und insbesondere die Leistungselektronik (12) des Ventils (2) über das Kommunikationsmodul (7) der Pumpen- Steuereinheit (4) an die separate Steuereinrichtung (8) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus (10) des Ventils (2) über einen Prozessor (13) gesteuert ist, der in die Pumpen-Steuereinheit (4) integriert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und insbesondere nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungselektronik (12) des Antriebsmechanismus (10) des Ventils (2) über den Prozessor (6) der Pumpen-Steuereinheit (4) gesteuert ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungselektronik (12) des Antriebsmechanismus (10) des Ventils (2) in die Pumpen-Steuereinheit (4) integriert ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungselektronik (12) des Antriebsmechanismus (10) des Ventils (2) über eine Auswertungseinheit (17) zur Auswertung der von mindestens einem Temperatursensor (18) oder von mindestens einem Durchflußsensor oder von mindestens einem Drucksensor ermittelten Werte der von der Pumpe (1) geförderten Flüssigkeit gesteuert ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (2) unmittelbar an die Pumpe (1) angeschlossen oder in die Pumpe (1) integriert ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (1) mit dem Elektromotor (3) und der Pumpen-Steuereinheit (4) zusammen mit dem Ventil (2) und dem Antriebsmechanismus (10) sowie gegebenenfalls mit dem mindestens einen Sensor (18) ein Modul bzw. eine Einheit (19) bildet, das bzw. die über mindestens zwei hydraulische Schnittstellen (23) an ein Flüssigkeits- Kreislaufsystem (20) und über mindestens eine elektrische Schnittstelle (24) an die separate Steuereinrichtung (8) anschließbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeits-Kreislaufsystem (20) der Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors (21) eines Kraftfahrzeugs ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeits-Kreislaufsystem (20) der Heizwasserkreislauf einer Heizungsanlage ist.