DE10019769A1 - Einrichtung zur Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers mit Druckmittel - Google Patents

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung (10) zur Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers mit Druckmittel, die einen Druckerzeuger (14) einen Elektromotor (16) zum Antrieb des Druckerzeugers (14), einen Vorratsbehälter (18) zur Speicherung von Druckmittel und eine elektronische Steuereinheit (40) umfaßt. Letztere unterbricht in Abhängigkeit vom Füllstand des Vorratsbehälters (18) die Spannungsversorgung des Elektromotors (16), um ein Ansaugen von Luft zu verhindern. Luft kann die Ursache für Betriebsstörungen und Verschleiß am Druckerzeuger (14) sein. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Verwendung elektronischer Mittel (42) zur indirekten Erfassung des Füllstands des Vorratsbehälters (18) vorgeschlagen.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers mit Druckmittel entsprechend der Gattung des Anspruchs 1. Eine derartige Einrichtung ist in Form eines Kompaktaggregats aus den Schulungsunterlagen "Hydraulik in Theorie und Praxis" der Robert Bosch GmbH, Geschäftsbereich Automatisierungstechnik, Erbach, Nr. 198 776 2601, Ausgabe 8/96, Seite 163 bereits bekannt. Dieses Kompaktaggregat besteht unter anderem aus einem hydraulischen Druckerzeuger, der angetrieben von einem Elektromotor ein Druckmittel aus einem Vorratsbehälter zu einem Druckanschluß fördert. Dieser Druckanschluß ist mit einem nicht dargestellten hydraulischen Verbraucher verbunden. Derartige hydraulische Kompaktaggregate werden unter anderem in Kraftfahrzeugen zur Fahrwerksregelung eingesetzt.

Um einen störungsfreien und verschleißarmen Betrieb, insbesondere des Druckerzeugers sicherzustellen, muß das Ansaugen von Luft, insbesondere unter Schräglage des Kompaktaggregats, verhindert werden. Dies geschieht durch Überwachung des Füllstands des Vorratsbehälters mittels elektromechanischer Vorrichtungen. Bekannte Vorrichtungen sind dazu mit beweglichen Schwimmern ausgestattet, die ein ortsfest angeordnetes Schaltglied beaufschlagen. Dieses Schaltglied unterbricht die Spannungsversorgung des Elektromotors sobald der Füllstand unter ein vorbestimmtes Druckmittelniveau fällt. Die Erfassung des Füllstands erfolgt somit auf direktem Weg.

Nachteilig an diesen elektromechanischen Vorrichtungen ist, daß aufgrund ihrer Anordnung am Vorratsbehälter Fehlauslösungen nicht vollständig auszuschließen sind. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich das Kompaktaggregat in Schräglage befindet. Die Schaltschwellen derartiger Einrichtungen sind zudem von Bauteiletoleranzen abhängig und können sich insbesondere bei temperatur- oder druckbedingten Teiledehnungen verändern. Ferner unterliegen mechanische Vorrichtungen einer gewissen systembedingten Betriebsunsicherheit, bedingen zusätzliche Montagearbeitsgänge und verursachen aufgrund der Vielzahl ihrer Einzelteile hohe Kosten.

Vorteile der Erfindung

Demgegenüber weist eine Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 den Vorteil auf, daß durch die Verwendung elektronischer Mittel zur indirekten Erfassung des Füllstands des Vorratsbehälters, die oben genannten Nachteile vermieden sind.

Die elektronischen Mittel sind vorteilhafter Weise in eine Steuereinheit integrierbar, die zur Spannungsversorgung der Antriebseinheit sowieso vorhanden ist. Zusätzliche, mechanisch zu montierende Bauteile sind somit nicht erforderlich. Gemäß den Ansprüchen 2 und 4 wird der Füllstand des Vorratsbehälters indirekt, d. h. durch Überwachung der Betriebskenngrößen des Druckerzeugers oder des angeschlossenen Verbrauchers erfaßt. Eine Beeinflussung durch die Betriebstemperatur, den Betriebsdruck, etwaigen Teiledehnungen oder Toleranzen besteht somit nicht. Zudem erlaubt eine elektronische Überwachung eine höhere Regeldynamik und einen störungsfreieren Betrieb.

Weitere Vorteile oder vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Eine erfindungsgemäße Einrichtung ist im Längsschnitt in Fig. 1 dargestellt; die Fig. 2 und 3 zeigen anhand von Diagrammen den Druckverlauf an einem an diese Einrichtung angeschlossenen Verbraucher und die Stromaufnahme des Elektromotors, jeweils beim Ansaugen von Druckmittel und beim Ansaugen von Luft. Alle Kennlinien sind über die Zeit aufgetragen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Eine in Fig. 1 dargestellte Einrichtung 10 zur Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers mit Druckmittel besteht aus einem Anbauflansch 12, einem daran verankerten Druckerzeuger 14, einem Elektromotor 16, der über eine Kupplung 17 mit dem Druckerzeuger 14 gekoppelt ist und einem Vorratsbehälter 18. Als Druckerzeuger 14 kommen herkömmlich bekannte Zahnrad- oder Kolbenpumpen in Betracht, die über einen Saugstutzen 22 Druckmittel aus dem Vorratsbehälter 18 ansaugen und zu einem Druckanschluß fördern. Dieser Druckanschluß ist üblicherweise am Anbauflansch 12 ausgebildet, liegt beim Ausführungsbeispiel aber auf der vom Betrachter abgewandten Seite und ist deshalb in Fig. 1 nicht zu erkennen.

Beim Vorratsbehälter 18 handelt es sich vorzugsweise um einen aus Kunststoff hergestellten Hohlkörper kubischer Außenkontur, dessen dem Druckerzeuger 14 zugewandte Außenseite einen Durchbruch 24 mit angeformtem Hals aufweist. Mit diesem Hals ist der Vorratsbehälter 18 auf einen maßlich abgestimmten Bund des Anbauflanschs 12 aufgeschoben und mittels eines Spannbandes 26 druckmitteldicht verankert. Durch den seitlichen Durchbruch 24 des Vorratsbehälters 18 hindurch, ragt der Druckerzeuger 14 in das Innere des Vorratsbehälters 18 hinein.

Auf der Oberseite des Vorratsbehälters 18 ist eine Öffnung 28 vorhanden, über die eine Befüllung mit Druckmittel vorgenommen werden kann. Diese Öffnung 28 ist von einem Deckel 30 verschlossen, an dem Anschlußstutzen 32 zur Kontaktierung etwaiger druckmittelführender Leitungen angeformt sind. Die Anschlußstutzen 32 sind insbesondere zum Anschluß von Rücklaufleitungen vorgesehen, die das Druckmittel von einem nicht dargestellten hydraulischen Verbraucher zum Vorratsbehälter 18 zurückleiten.

An der Innenseite des Deckels 30 ist mit Hilfe einer Halterung 36 ein Filter 38 zur Trennung des rückströmenden Druckmittels von Verschmutzungen angeordnet.

Die Einrichtung 10 ist darüber hinaus mit einer elektronischen Steuereinheit 40 ausgestattet, an die der Elektromotor 16 des Druckerzeugers 14 angeschlossen ist. Die Aufgabe der Steuereinheit 40 besteht darin, die Spannungsversorgung des Elektromotors 16 zu unterbrechen, sobald am angeschlossenen hydraulischen Verbraucher das gewünschte Druckniveau erreicht ist, beziehungsweise sobald der Saugstutzen 22 des Druckerzeugers 14 aus dem Druckmittel im Vorratsbehälter 18 austaucht und dadurch die Gefahr des Ansaugens von Luft besteht. Luft im System kann zu Betriebsstörungen führen und kann aufgrund mangelnder Schmierung Verschleiß am Druckerzeuger 14 hervorrufen.

Während dazu aus dem Stand der Technik Schwimmerschalter bekannt sind, bei denen Schwimmer den Füllstand des Vorratsbehälters 18 quasi mechanisch erfassen und in Wirkverbindung mit einem stationären Schaltglied ein Schaltsignal auslösen, liegt der Erfindung die Idee zugrunde, diesen Füllstand lediglich indirekt mit Hilfe von elektronischen Mitteln 42 zu erfassen. Diese elektronischen Mittel 42 werten beispielsweise die Stromaufnahme des Elektromotors 16 aus, die charakteristischerweise im Falle des Ansaugens von Luft gegen Null strebt und deshalb verhältnismäßig leicht auswertbar ist. Sensoren zur Messung der Stromaufnahme sind an beliebiger Stelle der zum Elektromotor 16 führenden Leitungen 43 anordenbar; besonders vorteilhaft ist es, diesen Sensor in die Steuereinheit 40 zu integrieren.

Alternativ dazu wären als Mittel 42 Drucksensoren einsetzbar. Diese Drucksensoren messen den momentanen Druck an einem an die Einrichtung 10 angeschlossenen hydraulischen Verbraucher. Aus dem Signal läßt sich durch Differenzierung über die Zeit die Geschwindigkeit ermitteln, mit der sich bei angetriebenem Druckerzeuger 14 dieser Druck am Verbraucher ändert. Beim Ansaugen von Luft kann der Druck am Verbraucher naturgemäß nicht ansteigen und die Geschwindigkeit geht kennzeichnenderweise gegen Null.

Desweiteren möglich wären wegerfassende Mittel 42, die angeschlossenen am hydraulischen Verbraucher dessen Hubbewegungen auswerten. Durch Differenzierung könnte auch aus diesem Wegsignal ein Geschwindigkeitssignal abgeleitet werden. Letzteres strebt im Falle des Ansaugens von Luft ebenfalls gegen Null und kann ein Abschaltkriterium bilden.

Die erforderlichen elektronischen Mittel 42 zur Erfassung und Auswertung dieser Signale am hydraulischen Verbraucher oder am Elektromotor 16 sind preisgünstig am Markt erhältliche Sensoren. Sie lassen sich relativ einfach an die elektronische Steuereinheit 40 anschließen oder beispielsweise, im Falle des Stromsensors, sogar in diese integrieren. Ein Stromsensor ist schaltungstechnisch mit den bereits vorhandenen Bauteilen zur Ansteuerung des Elektromotors 16 darstellbar, so daß keine zusätzlichen Bauelemente anfallen.

Fig. 2 zeigt zur Verdeutlichung der Unterschiede im Kennlinienverlauf den Druckverlauf aufgetragen über die Zeit an einem angeschlossenen hydraulischen Verbraucher. Dabei gibt die Kennlinie 44 den Zustand an, in dem der Druckerzeuger 14 Druckmittel ansaugt, während die Kennlinie 46 den zu vermeidenden Zustand des Ansaugens von Luft dokumentiert.

In Fig. 3 ist, ebenfalls aufgetragen über die Zeit, die Stromaufnahme des Elektromotors 16 aufgezeichnet. Auch dabei sind die elektronisch leicht auswertbaren Unterschiede im Kennlinienverlauf beim Ansaugen von Druckmittel (Kennlinie 48) gegenüber der Ansaugung von Luft (Kennlinie 50) durch den Druckerzeuger 14 erkennbar.

Selbstverständlich sind Änderungen oder Ergänzungen zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen denkbar, ohne vom Grundgedanken der Erfindung anzuweichen. In diesem Zusammenhang erwähnenswert ist, daß die oben genannte Auswahl an verschiedenen elektronischen Mitteln 42 keinesfalls Anspruch auf Vollständigkeit erhebt, sondern lediglich besonders vorteilhafte Lösungen angibt. Durchaus möglich ist es darüber hinaus auch, für eine besonders gute Regelstrategie mehrere verschiedene Kenngrößen erfassende elektronische Mittel 42 vorzusehen und deren Signale elektronisch miteinander zu einem gemeinsamen Ausgangssignal zu verknüpfen.

Claims (9)

1. Einrichtung (10) zur Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers mit Druckmittel mit einem Druckerzeuger (14), einem den Druckerzeuger (14) antreibenden Elektromotor (16), einem das Druckmittel speichernden Vorratsbehälter (18) und mit einer Steuereinheit (40), die abhängig vom Füllstand des Vorratsbehälters (18) die Spannungsversorgung des Elektromotors (16) regelt, gekennzeichnet, durch elektronische Mittel (42) zur indirekten Erfassung des Füllstands des Vorratsbehälters (18).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Mittel (42) die Stromaufnahme des Elektromotors (16) erfassen und in Wirkverbindung mit der Steuereinheit (40) die Spannungsversorgung des Elektromotors (16) unterbrechen, sobald dessen Stromaufnahme gegen Null strebt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Mittel (42) integraler Bestandteil der Steuereinheit (40) sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Mittel (42) an dem mit der Einheit (10) verbundenen hydraulischen Verbraucher angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Mittel (42) Drucksensoren sind, die in Wirkverbindung mit der Steuereinheit (40) die Spannungsversorgung des Elektromotors (16) unterbrechen, sobald die Geschwindigkeit mit der sich der Druck am Verbraucher ändert gegen Null geht.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Mittel (42) Wegsensoren sind, die in Wirkverbindung mit der Steuereinheit (40) die Spannungsversorgung des Elektromotors (16) unterbrechen, sobald die Geschwindigkeit einer Hubbewegung des Verbrauchers gegen Null geht.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Druckerzeuger (14) und dem Elektromotor (16) angeordneten Anbauflansch (12), an dem der Vorratsbehälter (18) verankert ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckerzeuger (14) Zahnradmaschinen vorgesehen sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckerzeuger (14), der Elektromotor (16) und der Vorratsbehälter (18) zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind.