DE102008061828A1

DE102008061828A1 - Hydrostatische Pumpe, insbesondere Axialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE102008061828A1
Application number: DE200810061828
Authority: DE
Inventors: Stefan-Georg Dr. Backhaus; Björn Knöfel; Horst Zeiser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Pumpe, insbesondere Axialkolbenpumpe, mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Antriebswelle. Es stellt sich die Aufgabe, die von der hydrostatischen Pumpe erzeugte Volumenstrompulsation auf einfache Weise und effektiv für einen weiten Betriebsbereich zu verringern, ohne aufwendige konstruktive Änderungen vornehmen zu müssen und/oder bei geringem bis verschwindendem, zusätzlichem Aufwand. Dies wird dadurch erreicht, dass der Drehbewegung der Antriebswelle durch einen Aktor eine oszillierende Bewegung im Sinne einer Verminderung der Pulsation überlagert wird.

Description

Die Erfindung geht aus von einer hydrostatischen Pumpe, insbesondere eine Axialkolbenpumpe, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist. Derartige hydrostatische Pumpen liefern einen nicht konstanten, pulsierenden Volumenstrom. Er entsteht zum einen dadurch, dass das Fluid durch mehrere Kolben, die in Zylinderbohrungen längsverschiebbar sind und nach dem Verdrängerprinzip arbeiten, von der den Niederdruck führenden Einlass-Seite auf die Hochdruck führende Auslass-Seite gefördert wird. Durch die Überlagerung der Einzelvolumenströme zum Gesamtvolumenstrom ergibt sich eine Pulsation im Förderstrom. Der pulsierende Volumenstrom entsteht auch dadurch, dass Druckausgleichströme auftreten, die während der Umsteuervorgänge von der Niederdruck- auf die Hochdruckseite und von der Hochdruckseite auf die Niederdruckseite entstehen. Die Pulsationen führen zu Vibrationen und einer Geräuschentwicklung an der hydrostatischen Pumpe sowie an an den Ölvolumenstrom angeschlossenen Strukturen.
Zur Minderung der Pulsation sind zum einen aktive Maßnahmen bekannt, die im Gehäuseinneren ansetzen, um die Pulsationen gering zu halten, bzw. sie erst gar nicht entstehen zu lassen. Zudem sind passive Maßnahmen bekannt, die die durch Pulsation entstandenen Geräusche und Vibrationen außerhalb des Gehäuses bzw. an der angrenzenden Struktur dämpfen.
Als Beispiel einer aktiven Maßnahme beschreibt die Druckschrift EP 0 832 360 eine elektrohydraulisch verstellbare Pumpe, deren Geräuschentwicklung wesentlich verringert wird, indem der Einfluss der auf die hydraulische Einspannung des Verstellorgans einwirkenden Anteile der Triebwerkskräfte durch Entgegenwirkung vermindert wird. Ein zusätzliches impulsförmiges Stellsignal, das vom Drehwinkel der Pumpe abhängig ist, beeinflusst die triebwerkskraftbedingten Oszillationen und damit das Betriebsgeräusch günstig. Dieses zusätzliche impulsförmige Stellsignal wird über ein Drehzahlsignal gebildet, das durch einen Drehzahlsensor an der Pumpe gewonnen wird. In Form eines Triggersignals wird dies einem Signalumformer zugeführt, der anhand eines abgelegten Kennlinienfeldes das Trigger signal in ein Zusatzsignal überführt, das durch einen Regelverstärker zu einem zusätzlichen, der Oszillation entgegenwirkenden Stellsignal verarbeitet wird. Die Einflussnahme auf das Verstellorgan ist aber mit einer aufwendigen und kostenintensiven Regelungsstrategie verbunden.
Aus der Schrift DE 42 43 075 ist als Beispiel eine passive Maßnahme zur Reduzierung der Pulsation einer hydraulischen Verstellpumpe bekannt. Dämpfungsmittel in Form eines Reflexionsschalldämpfers sind am Druckanschluss der Verstellpumpe angeordnet. Die Dämpfungsmittel haben die Eigenschaft, die Pulsation der Pumpe durch Reflexion drastisch zu verringern. Die Dämpfungsfrequenz ist entsprechend der Erregerfrequenz der Verstellpumpe ausgelegt. Auch hier ist eine aufwendige Regelschaltung erforderlich. Passive Maßnahmen erzielen außerdem meist Geräuschverbesserungen in einem begrenzten Betriebsbereich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Pumpe mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, dass die Pulsation auf einfache Weise und effektiv für einen weiten Betriebsbereich verringert wird, ohne aufwendige konstruktive Änderungen vornehmen zu müssen und/oder bei geringem bis verschwindendem, zusätzlichem Fertigungsaufwand. Diese Aufgabe wird für eine hydrostatische Pumpe, insbesondere Axialkolbenpumpe mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff durch eine zusätzliche Ausstattung mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Eine hydrostatische Pumpe, insbesondere Axialkolbenpumpe, mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Antriebswelle ist mit einem Aktor ausgestattet, durch welchen die Drehbewegung der Antriebswelle mit einer oszillierenden Bewegung im Sinne einer Verminderung der Pulsation überlagert wird.
Durch die erfindungsgemäße Überlagerung der Drehbewegung der Antriebswelle wird die Pulsation und damit verbunden die Vibrations- und Geräuschentwicklung der Pumpe aktiv und auf einfache Weise wesentlich und über einen weiten Betriebsbereich verringert, ohne konstruktiv aufwendige Änderungen im Gehäuseinneren im Bereich der Umsteuergeometrie oder im Bereich des Verstellorganes vornehmen zu müssen und ohne zusätzliche Steuerungen oder Regelungen des Druckverlaufes unmittelbar in den Umsteuerbereichen vornehmen zu müssen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Pumpe sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Pumpe von einem Antriebsmotor, insbesondere von einem Elektromotor angetrieben, der gleichzeitig den Aktor bildet.
Denn dadurch wird auf konstruktiv einfache Weise und kostengünstig durch die Doppelfunktion des Antriebsmotors eine Verringerung der Pulsation und auch des Geräuschpegels erreicht.
Auf einfache Weise lässt sich die konstruktive Veränderung umsetzen, wenn der Aktor zusätzlich zum Antriebsmotor vorhanden ist. Dann ist eine präzisere und schnellere Reaktion auf die Pulsation möglich. Als Aktor kann ein einfacher und kostengünstiger Motor verwendet werden, der dennoch der Anforderung zur Erzeugung einer oszillierenden Bewegung im Sinne einer Verminderung der Pulsation genügt.
Wenn der Aktor eine Stator/Rotor-Einheit ist, die außerhalb des Gehäuses um die Antriebswelle angeordnet ist und mit der Antriebswelle zusammen einen externen Elektromotor bildet, sind konstruktive Änderungen im Gehäuseinneren nicht erforderlich. Die vom Antriebsmotor betätigte und ohnehin rotierende Antriebswelle ist in einer Doppelfunktion zugleich Teil der Stator/Rotor-Einheit. Das ist auch dann der Vorteil, wenn der Aktor eine Stator/Rotor-Einheit ist, die im Gehäuseinneren um ein drehendes Bauteil angeordnet ist und mit dem drehenden Bauteil zusammen einen in das Gehäuseinnere integrierten Elektromotor bildet. Das Pumpengehäuse schützt die Stator/Rotor-Einheit zusätzlich.
Auf einfache und kostengünstige Weise lässt sich die Pulsation erfassen, wenn herkömmliche Sensoren, insbesondere Druck- oder Winkelsensoren eingesetzt werden. Schwingungssensoren können auf einfache Weise an einer Außenwand des Gehäuses angebracht werden.
Vorzugsweise ist eine elektronische Steuereinheit vorhanden, die das von den Sensoren erfasste Signal verarbeitet und dann dem Aktor als Steuersignal zuführt.
Dadurch kann eine Anpassung auf gewünschtes Betriebsverhalten optimiert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die elektronische Steuereinheit ein Zusatzsignal verarbeitet, mit dem das Pumpengeräusch nach psychoakustischen Gesichts punkten maskiert werden kann. Ein Sound design dieser Art ist dann von Vorteil, wenn die elektronische Steuereinheit nur bedingt in der Lage ist, die Pulsation zu verringern. Dies reduziert zwar nicht den erzeugten Geräuschpegel, führt aber zu einer Verbesserung der subjektiven Geräuschbeurteilung.
Die Erfindung wird anhand von in den beigefügten Figuren dargestelltem Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem die Antriebswelle einer hydrostatischen Pumpe mit einem Elektromotor verbunden ist, der zugleich ein externer Aktor ist,
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem die Antriebswelle der hydrostatischen Maschine eine Statur/Rotor-Einheit als zusätzlich vorhandenen externen Aktor aufnimmt und
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem die Statur/Rotor-Einheit als integrierter Aktor im Gehäuseinneren um den Triebflansch angeordnet ist.
Alle drei Ausführungsbeispiele zeigen eine hydrostatische Pumpe 1, die als eine Axialkolbenpumpe in Schrägachsenbauweise ausgebildet ist, ein Gehäuse 2 und eine in dem Gehäuse 2 drehbar gelagerte Antriebswelle 3 hat.
An der Antriebswelle 3 ist am gehäuseinnenseitigen Ende ein Triebflansch 4 angeformt. Mit dem Triebflansch 4 sind Kolben 5 drehmitnehmbar verbunden. Die Kolben 5 sind in Zylinderbohrungen 6 einer Zylindertrommel 7 längsverschiebbar geführt. Die Zylindertrommel 7 ist triebwellenseitig über einen Mittelzapfen 8 an dem Triebflansch 4 drehbar und – insbesondere zur Einstellung des Arbeitshubes der Kolben 5 – verschwenkbar gelagert. Sie ist triebwellenabseitig auf einem ellipsoidförmigen Steuerkörper 9 drehbar gelagert.
Am Gehäuse 2 sind an der Außenseite Sensoren 10 angebracht, die eine Störgröße erfassen und diese an die elektronische Steuereinheit 11 übertragen. Diese liefert ein Steuersignal an den Aktor 12. Die elektronische Steuereinheit 11 erhält ein zusätzliches Eingangssignal 13. Die Sensoren 10 sind insbesondere Beschleunigungssensoren, die die Vibration des Gehäuses 2 aufnehmen. Denn die Frequenz des pulsierenden Volumenstromes entspricht der Frequenz der vom pulsierenden Volumenstrom ausgelösten Vibrationen des Gehäuses 2.
Die Figuren unterscheiden sich in der Art und der Anordnung des Aktors 12.
In 1 wird die Pumpe 1 von einem Elektromotor 14 angetrieben, der gleichzeitig den Aktor 12 bildet.
In 2 wird die Pumpe 1 von einem nicht dargestellten Antriebsmotor angetrieben und der Aktor 12 ist als eine zusätzliche Stator/Rotor-Einheit 15 um die Antriebswelle 3 angeordnet.
Die Stator/Rotor-Einheit 15 besteht aus einem unbeweglichen, äußeren Teil, dem Stator 16, und einem drehbar gelagerten, inneren Teil, dem Rotor 17. Der Stator 16 ist mechanisch fest an der triebwellenseitigen Anschlussseite des Gehäuses 2 angeordnet und der Rotor 17 ist auf der Antriebswelle 3 der hydrostatischen Pumpe 1 drehbar gelagert. Der Stator 16 bildet mit dem Rotor 17 und der Antriebswelle 3 zusammen einen Elektromotor.
In 3 ist die Stator/Rotor-Einheit 15 in das Gehäuse 2 integriert und um den Triebflansch 4 angeordnet. Hier ist der Stator 16 mechanisch fest an der Innenwand des Gehäuses 2 auf Höhe des Triebflansches 4 und der Rotor 17 an der radialen Umfangsfläche des Triebflansches 4 angeordnet.
Ist die Axialkolbenpumpe im Betrieb, wird die Pulsation des Volumenstromes an der Außenseite des Gehäuses 2 von den Sensoren 10 erfasst und als Störgröße an die elektronische Steuereinheit 11 übertragen. Die elektronische Steuereinheit 11 verarbeitet das von den Sensoren 10 erfasste Störsignal und erzeugt ein Ausgangssignal, dass auf den Aktor 12 wirkt. Der Aktor 12 ist entweder ein kompletter und/oder separater Motor 14 oder baut als Stator/Rotor-Einheit 15 mit dem Triebflansch 4 bzw. der Antriebswelle 3 zusammen zu einem Motor, der der Drehbewegung der Antriebswelle 3 eine oszillierenden Bewegung entgegengesetzt zum Verlauf des pulsierenden Volumenstromes überlagert, so dass die Antriebswelle 3 in einer Phase mit höherer Förderung langsamer dreht und in einer Phase mit geringerer Förderung schneller dreht. Mittels des Zusatzsignals 13 ist eine Maskierung des Pumpengeräusches nach psychoakustischen Gesichtspunkten möglich.
Für die Erfindung spielt es keine Rolle, ob es sich um eine Konstantpumpe oder um eine Pumpe mit verstellbarem Fördervolumen handelt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0832360 [0003]
- DE 4243075 [0004]

Claims

Hydrostatische Pumpe (1), insbesondere Axialkolbenpumpe, mit einer in einem Gehäuse (2) drehbar gelagerten Antriebswelle (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Drehbewegung der Antriebswelle (3) durch einen Aktor (12) eine oszillierende Bewegung im Sinne einer Verminderung der Pulsation überlagert wird.
Hydrostatische Pumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie von einem Antriebsmotor (14), insbesondere von einem Elektromotor angetrieben wird, und dass der Antriebsmotor (14) den Aktor (12) bildet.
Hydrostatische Pumpe (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (14) als externer, separater Motor mit der Antriebswelle (3) der Pumpe (1) verbunden ist.
Hydrostatische Pumpe (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) zusätzlich zum Antriebsmotor (14) vorhanden ist.
Hydrostatische Pumpe (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) eine Stator/Rotor-Einheit (15) ist, die außerhalb des Gehäuses (2) um die Antriebswelle (3) angeordnet ist und mit der Antriebswelle (3) zusammen einen externen Elektromotor bildet.
Hydrostatische Pumpe (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (12) eine Stator/Rotor-Einheit (15) ist, die im Inneren des Gehäuses (2) um ein drehendes Bauteil (4) angeordnet ist und mit dem drehenden Bauteil (4) zusammen einen in das Gehäuseinnere integrierten Elektromotor bildet.
Hydrostatische Pumpe (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (10), insbesondere Druck- oder Winkelsensoren, vorhanden sind, die die Pulsation erfassen.
Hydrostatische Pumpe (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuereinheit (11) vorhanden ist, die das von den Sensoren (10) erfasste Signal verarbeitet und dann dem Aktor (12) als Steuersignal zuführt.
Hydrostatische Pumpe (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (11) ein Zusatzsignal (13) verarbeitet, mit dem das Pumpengeräusch nach psychoakustischen Gesichtspunkten maskiert wird.
Hydrostatische Pumpe (1) nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (10) an einer Außenwand des Gehäuses (2) angebracht sind.