-
Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Antrieb, insbesondere einen Lüfterantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Mit einem derartigen Lüfterantrieb kann ein Kühlmittelkreislauf eines Motors, beispielsweise eines Verbrennungsmotors angetrieben werden.
-
In der
US 5,875,630 ist ein Lüfterantrieb offenbart, bei dem über eine Verstellpumpe ein Hydromotor des Lüfters angetrieben wird. Die Verstellpumpe ist in ihrer Grundposition in Richtung des maximalen Fördervolumenstroms eingestellt und lässt sich über eine 1-Kantensteuerung mit einer Festdrossel und einer Verstelldrossel in Richtung Minimierung des Fördervolumenstroms verstellen. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass zum einen ein großer Aufwand zur Verstellung der Verstellpumpe erforderlich ist und dass zum anderen der Lüfter nur in einer Richtung betätigbar ist.
-
Die
US 6,179,570 B1 offenbart einen ähnlichen Lüfterantrieb, bei dem die Verstellung der Verstellpumpe in Richtung Verringerung des Fördervolumens über ein elektroproportional verstellbares Druckregelventil (DRE) verstellbar ist, wobei das Steueröl vom Druckmittelvolumenstrom zum Hydromotor abgegriffen ist.
-
Auch bei diesem Antrieb ist lediglich eine Drehrichtung des Hydromotors vorgesehen. Nachteilig ist des Weiteren der interne Steuerölabgriff, da dieser mit vergleichesweise großen Schwankungen beaufschlagt ist.
-
Die
US 6,684,636 B2 offenbart einen gattungsgemäßen hydrostatischen Antrieb mit einer über Null verschwenkbaren Verstellpumpe, die einen Hydromotor antreibt, dessen Antriebsmoment umkehrbar ist. Die Verstellung der Verstellpumpe erfolgt über einen Stellzylinder, der in Richtung des minimalen Fördervolumenstroms vorgespannt ist. Die Verstellung des Stellzylinders in Richtung eines höheren Fördervolumenstroms erfolgt – ähnlich wie bei dem zuvor beschriebenen Stand der Technik – über ein elektroproportional verstellbares Druckregelventil mit einer externen Steuerölversorgung. Wird nun der Hydromotor zum Antrieb eines Lüfters verwendet, so schwenkt die Verstellpumpe im Fall eines Stromausfalls in der Steuerelektronik auf Null zurück, so dass entsprechend der Lüfter nicht mehr angetrieben wird – es kann dann zu einer Überhitzung des Kühlmittels und damit zu einem Motorschaden kommen.
-
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatischen Antrieb, insbesondere einen Lüfterantrieb mit verbesserter Betriebssicherheit zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird durch einen hydrostatischen Antrieb mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Erfindungsgemäß hat der hydrostatische Antrieb, insbesondere ein Lüfterantrieb, eine Verstellpumpe, über die zumindest ein Hydromotor antreibbar ist und deren Fördervolumen mittels einer Verstelleinrichtung verstellbar ist. Diese hat einen Stellzylinder, der in eine Grundposition vorgespannt ist und mittels eines über ein Druckregelventil eingestellten Steuerdrucks verstellbar ist.
-
Zur Einstellung der Förderrichtung ist im Steuerölströmungspfad zwischen dem Druckregelventil und dem Stellzylinder ein Wegeventil angeordnet. Erfindungsgemäß ist die Verstellpumpe in ihrer Grundposition auf ein maximales Fördervolumen eingestellt, so dass bei einem Ausfall des Signals zur Ansteuerung des elektroproportional verstellbaren Druckregelventils die Pumpe in ihrer mechanisch vorgegebenen Grundposition weiter Druckmittel zum Hydromotor fördert, so dass die Funktion des hydrostatischen Antriebs aufrecht erhalten bleibt.
-
Bei einer Variante der Erfindung ist eine externe Steuerölversorgung, vorzugsweise über eine Speisepumpe vorgesehen. Diese externe Steuerölversorgung hat den Vorteil, dass der maximale Steueröldruck in optimaler Weise an den Bedarf des Druckregelventils angepasst werden kann und dass stets ein hinreichender, konstanter Steueröldruck zur Verfügung steht.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der Stellzylinder einen in Richtung des maximalen Fördervolumenstroms wirksamen Steuerraum, der an die Steuerölversorgung angeschlossen ist und somit stets mit dem maximalen Steueröldruck beaufschlagt ist. In einem im Sinne einer Verringerung des Fördervolumenstroms wirksamen weiteren Steuerraum des Stellzylinders wirkt dann der am Druckregelventil eingestellte Steuerdruck, wobei dieses eine steigende Kennlinie hat, so dass mit zunehmender Verstellung des Druckregelventils über den zugeordneten Proportionalmagneten auch der Steuerdruck in dem letztgenannten Steuerraum ansteigt und somit der Stellzylinder nach einer im Wesentlichen linearen Kennlinie im Sinne einer Verringerung des Fördervolumenstroms zurückgestellt wird, bis der Steuerdruck in beiden Steuerräumen gleich ist.
-
Bei einer alternativen Lösung hat der Stellzylinder einen in Richtung einer Vergrößerung des Fördervolumenstroms wirksamen Steuerraum, in dem der am Druckregelventil eingestellte Steuerdruck wirkt, wobei in diesem Fall das Druckregelventil mit einer fallenden Kennlinie ausgeführt ist, so dass mit zunehmender Bestromung des Proportionalmagneten entsprechend der Fördervolumenstrom abnimmt.
-
Bei einer Verwendung als Lüfterantrieb ist das genannte Wegeventil in einer federvorgespannten Grundposition so eingestellt, dass der Lüfter im Sinne einer Kühlung des zugeordneten Kühlmittelkreislaufes wirkt.
-
Bei einem sehr kompakten Ausführungsbeispiel sind das Druckregelventil und das Wegeventil in einem gemeinsamen Ventilgehäuse aufgenommen, wobei die Achsen vorzugsweise parallel verlaufen.
-
Der Aufbau des hydrostatischen Antriebs ist besonders einfach, wenn dieser als geschlossener Kreislauf geführt ist, bei dem der Ablauf des Hydromotors mit dem Niederdruckanschluss der Verstellpumpe verbunden ist.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Druckabschneideventil vorgesehen, über das bei Überschreiten eines Maximaldrucks im Zulauf oder im Ablauf zum bzw. vom Hydromotor der Druck der Steuerölversorgung im Sinne einer Verringerung des Förderstroms gesenkt wird, so dass die Verstellpumpe zurückschwenkt.
-
Das Druckabschneideventil kann ein Auswahlventil aufweisen, über das der höhere der Drücke im Zulauf und im Ablauf durchgeschaltet wird und in Öffnungsrichtung auf ein Druckventil wirkt, das bei Überschreiten eines voreingestellten maximalen Drucks eine Druckmittelverbindung zum Tank aufsteuert, so dass der Steueröldruck absinkt.
-
Stromaufwärts dieses Druckabschneideventils kann eine Düse vorgesehen werden, die bei Durchströmung einen Druckabfall bewirkt.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Schaltplan eines hydrostatischen Lüfterantriebs;
-
2 eine vergrößerte Darstellung des pumpenseitigen Bereiches des Lüfterantriebs aus 1 und
-
3 eine konkrete Ausführung eines Druckreduzierventils und eines Wegeventils des Lüfterantriebs gemäß 1.
-
1 zeigt ein Schaltschema eines hydraulischen Lüfterantriebs 1, bei dem über eine Verstellpumpeneinheit 1 zwei als Hydromotoren ausgeführte Lüftermotoren 2, 4 angetrieben werden, die jeweils ein Lüfterrad 6, 8 antreiben, über das ein nicht dargestellter Kühlmittelkreislauf, beispielsweise eines Fahrzeugs gekühlt wird. Die in 1 mit gestrichelten Linien angedeutete Pumpeneinheit 1 wird über eine Ansteuergerät, im Folgenden Regelventilanordnung 10 genannt, angesteuert, um den Fördervolumenstrom und somit die Drehzahl der Lüftermotoren 2, 4 einzustellen.
-
Die Pumpeinheit 1 hat zwei Arbeitsanschlüsse A, B, an die Versorgungsleitungen der Hydromotoren 2, 4 angeschlossen sind. Zur Vereinfachung der folgenden Ausführungen wird angenommen, dass die Pumpeinheit 1 über den Anschluss B Druckmittel zu den Hydromotoren 2 fördert, und dass entspannte Druckmittel über den Arbeitsanschluss A zur Pumpeinheit 1 zurückströmt. Dementsprechend ist die an den Arbeitsanschluss B angeschlossene Leitung als Zulaufleitung 12 bezeichnet, die zu den beiden Lüftermotoren 2, 4 hin in Zweigleitungen 12a, 12b verzweigt, die zu den jeweiligen Anschlüssen A der Lüftermotoren 2, 4 führen. Die zulaufseitigen Anschlüsse B der beiden in Reihe geschalteten Lüftermotoren 2, 4 sind dann entsprechend über zwei Ablaufleitungen 14a, 14b, die zu einer gemeinsamen Ablaufleitung 14 zusammengeführt sind, mit dem Arbeitsanschluss A verbunden. Eventuelle Leckagen an den Hydromotoren 2, 4 werden über Anschlüsse T2 abgeführt. Der in 1 des Weiteren dargestellte Anschluss T der Lüftermotoren 2, 4 ist ebenfalls ein Leckageanschluss, an den eine Leckageleitung 16 angeschlossen ist, die zum Tank T führt. In die Leckageleitung 16 mündet auch eine weitere Leckageleitung 18 ein, die mit Anschlüssen T1, T2 der Pumpeneinheit 1 verbunden sind, so dass auch hier Leckage zurückgeführt werden kann.
-
In diesen Leckage- oder Tankleitungen 16, 18 können auch geeignete Vorrichtungen zum Kühlen des Druckmittels vorgesehen sein, so dass ein Teil des Druckmittels abgezweigt, gefiltert und gekühlt werden kann und dann anschließend wieder in den oben beschriebenen geschlossenen Kreislauf eingespeist wird. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert.
-
Einzelheiten der Pumpeneinheit 1 und der Regelventileinheit 10 werden anhand 2 erläutert.
-
Die Pumpeneinheit 1 hat eine über Null verschwenkbare Verstellpumpe 20, die über eine Druckleitung (im Sinne der vorstehend erläuterten Strömungsrichtung) 22 mit dem Anschluss B und über eine Saugleitung 24 mit dem anderen Arbeitsanschluss A verbunden ist. Die Verstellpumpe 20 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Axialkolbenpumpe ausgeführt, deren Schwenkwinkel über einen Stellzylinder 26 verstellbar ist. Dieser ist über eine Zentrierfederanordnung 28 in eine Grundposition vorgespannt, in der der Fördervolumenstrom der Verstellpumpe 20 maximal ist. Der Stellzylinder 26 hat zwei Steuerräume 30, 32, von denen der in Richtung einer Vergrößerung des Fördervolumenstroms wirksame Steuerraum 30 über eine Steuerleitung 34 mit der Regelventileinheit 10 verbunden ist. Der andere, in Richtung einer Verkleinerung des Fördervolumenstroms wirksame Steuerraum 32 ist über eine weitere Steuerleitung 36 ebenfalls mit der Regelventileinheit 10 verbunden.
-
Diese hat ein 2/2-Wegeventil 38, das über eine Feder in eine Grundposition (a) vorgespannt ist, in der die erstgenannte Steuerleitung 34 über einen Steuerkanal 40 mit einem Steuerölanschluss S der Regelventileinheit 10 verbunden ist. Dieser Steuerölanschluss S ist seinerseits über einen Speise- oder Steuerölversorgungskanal 42 mit dem Druckanschluss einer Speisepumpe 44 verbunden, die auf der gleichen Antriebswelle 46 wie die Verstellpumpe 20 liegt. Diese kann beispielsweise über eine Kupplung mit dem Motor des Fahrzeugs verbunden sein. Im Steuerölversorgungskanal 42 ist eine Düse 48 vorgesehen, auf deren Funktion später eingegangen wird.
-
Ein Sauganschluss der Speisepumpe 44 ist über einen Tankkanal 50 und einen Anschluss S mit dem vorbeschriebenen Tank T verbunden.
-
Die in 2 rechte Steuerleitung 36 ist in der Schaltstellung (a) des Wegeventils 38 mit einem Kanal 52 verbunden, der zum Ausgang eines Druckregelventils 54 führt. Dieses ist in Schließrichtung von dem Druck im Kanal 52 beaufschlagt und in der Gegenrichtung durch die Kraft eines Proportionalmagneten 56. In der dargestellten Grundposition des Druckregelventils 54 ist ein weiterer Ausgang mit dem Tank T verbunden. Ein Eingang des Druckregelventils 54 ist über einen Steuerkanalabschnitt 58 mit dem Steuerkanal 40 verbunden, so dass an diesem Eingang der maximale Steuerölversorgungsdruck anliegt, der von der Speisepumpe 44 bereitgestellt wird. Der mit dem Kanal 52 in Druckmittelverbindung stehende Ausgang des Druckregelventils 54 ist in der dargestellten Grundposition gegenüber dem Steuerkanalabschnitt 58 abgesperrt und mit dem Tank T verbunden. Dementsprechend ist in dieser Grundposition des Druckregelventils 54 der Steuerraum 32 mit dem Tank T verbunden, während im anderen Steuerraum 30 der Steuerölversorgungsdruck anliegt. In den beiden Steuerleitungen 34, 36 ist jeweils eine Drossel 57, 59 angeordnet.
-
Durch Bestromen des Proportionalmagneten 56 wird die Verbindung des Kanals 52 zum Tank T zugesteuert und die Verbindung zwischen dem Kanalabschnitt 58 zum Kanal 52 aufgesteuert, so dass in letzterem entsprechend der Auslenkung des Proportionalmagneten ein in Richtung Verringerung des Fördervolumenstroms wirksamer Steuerdruck eingeregelt wird. Mit zunehmender Auslenkung des Proportionalmagneten 56 wird somit der Steuerdruck im Steuerraum 32 erhöht und entsprechend der Schwenkwinkel der Verstellpumpe 20 verkleinert.
-
Das Wegeventil 38 hat einen Schaltmagneten 61, durch das dieses in eine Schaltstellung (b) verstellt werden kann, in der dann der Steuerraum 30 mit dem Kanal 52 und der Steuerraum 32 mit dem Steuerkanal 40 verbunden ist. Durch Umschalten dieses Wegeventils 38 kann somit die Verstellrichtung der Verstellpumpe 20 verändert werden, so dass entsprechend auch die Förderrichtung umgekehrt wird.
-
Gemäß den obigen Ausführungen ist das Druckregelventil 54 mit fallender Kennlinie ausgeführt, da bei unbestromtem Proportionalmagneten der Steuerdruck im Kanal 52 minimal ist und dann mit zunehmender Bestromung zunimmt.
-
Stromaufwärts der Düse 48 zweigt von dem Steuerölversorgungskanal 42 ein Begrenzungskanal 60 ab, in dem zur Maximaldruckbegrenzung ein Steueröldruckbegrenzungsventil 62 angeordnet ist, das beim Überschreiten des Steuerölmaximaldrucks zum Tank T hin öffnet.
-
Stromabwärts der Düse 48 zweigt vom Steuerölversorgungskanal 42 ein Abschaltkanal 64 ab, in den eine Druckabschneideventileinheit angeordnet ist. Diese hat ein Wechsel- oder Auswahlventil 68, dessen Eingänge mit der Druckleitung 22 bzw. der Saugleitung 24 verbunden sind, so dass der höhere dieser Drücke – in der Regel der Druck im Zulauf – am Ausgang des Auswahlventils 68 anliegt. Dieser Druck beaufschlagt ein Druckabschneideventil 70 in Richtung einer Druckmittelverbindung zum Tank T. In Gegenrichtung, d. h. in Schließrichtung ist das Druckabschneideventil 70 von der Kraft einer einstellbaren Feder beaufschlagt. Bei Überschreiten des Abschneidedrucks öffnet das Druckabschneideventil 70 zum Tank, so dass über der Düse 48 ein Druckabfall entsteht und durch den sinkenden Steueröldruck und einer entsprechenden Druckabsenkung im Steuerraum 30 die Verstellpumpe 20 zurückgeschwenkt wird, bis der resultierende Druck im Zulauf unter den Abschneidedruck absinkt. Derartige Druckabschneide- oder Druckabschaltventile sind aus dem Stand der Technik, bei spielsweise aus dem Datenblatt RD26404/04.09 der Bosch Rexroth GmbH bekannt, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
-
Im Steuerölströmungspfad zwischen der Düse 48 und dem Steueröldruckbegrenzungsventil 62 zweigt ein Speisekanal 72 ab, der in zwei Speisekanalabschnitte verzweigt, von denen der eine mit der Druckleitung 22 und der andere mit der Saugleitung 24 verbunden ist. In dem druckleitungsseitigen Zweigkanal ist ein in Richtung zur Druckleitung 22 öffnendes Rückschlagventil 74 und im anderen Zweigkanal ein in Richtung zur Saugleitung 24 öffnendes Rückschlagventil 76 angeordnet, so dass über die Speisepumpe 44 bei Absinken des Drucks in der jeweiligen Leitung 22, 24 Druckmittel in die betreffende Leitung gefördert werden kann. Zu beiden Rückschlagventilen 74, 76 ist jeweils ein Druckbegrenzungsventil 78 bzw. 80 parallel geschaltet, über das der Druck in der jeweils zugeordneten Leitung 22 bzw. 24 auf einen Maximalwert begrenzt ist und das dann bei Umgehung des zugeordneten Rückschlagventils 74, 76 einen Druckmittelströmungspfad zur jeweils anderen Leitung 24, 22 aufsteuert, wobei dann das entsprechende stromabwärtige Rückschlagventil 76, 74 öffnet, so dass das Druckmittel bei Überschreiten des voreingestellten Maximaldrucks von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite des Druckmittelkreislaufes abströmen kann.
-
Die sonstigen Anschlüsse der Pumpeneinheit 1 gemäß 2 spielen für die Erfindung praktisch keine Rolle und dienen zum Abgreifen von Druckmittel- oder Steuerölströmen – eine detaillierte Erläuterung ist nicht erforderlich.
-
3 zeigt eine Schnittdarstellung einer konkreten Regelventileinheit. Diese hat ein auf das Gehäuse der Pumpeneinheit 1 aufgesetztes Ventilgehäuse 82, in das das als Einbaupatrone ausgeführte Druckregelventil 54 eingeschraubt ist, dessen Proportionalmagnet 56 mit seinen Anschlüssen aus dem Ventilgehäuse 82 auskragt. Parallel zur Ventilachse 84 des Druckregelventils 54 ist das Wegeventil 38 im Ventilgehäuse 82 aufgenommen, dessen Schaltmagnet 61 an der dem Proportionalmagneten 56 gegenüber liegenden Stirnfläche des Ventilgehäuses 82 angesetzt ist.
-
Das Wegeventil 38 hat einen Ventilschieber 86 mit einer etwa mittigen Steuernut 88, der über eine Feder 90 in eine Grundposition vorgespannt ist, in der ein die Steuernut 88 begrenzender Endbund 92 gegen einen Teller 94 vorgespannt ist, der in den Schaltmagneten 61 integriert ist und von einem Stößel 96 des Schaltmagneten 61 durchsetzt ist. Die Feder 90 wirkt über einen Federteller 98 auf einen anderen Endbund 100 des Ventilschiebers 86 und ist an einer ein Federgehäuse 112 begrenzenden Federkappe 101 abgestützt.
-
Die Stirnflächen der beiden Endbunde 92, 100 sind mit dem Steueröldruck am Ausgang des Druckregelventils 54 beaufschlagt, der über den Kanal 52 (siehe 2 und gestrichelte Linie in 3) abgegriffen wird, von dem in dem Schnitt gemäß 3 zwei Querschnittsbereiche zu sehen sind.
-
Wie in 3 angedeutet, münden die mit den Steuerräumen 30 bzw. 32 verbundenen Steuerleitungen 34 bzw. 36 in jeweils einen Ringraum 106, 108 einer den Ventilschieber 86 aufnehmenden Ventilbohrung 110. Der den maximalen Steueröldruck/Speisedruck führende Steuerkanal 40 mündet in dem Bereich der Ventilbohrung 110, der durch die Steuernut 88 begrenzt ist. In der dargestellten federvorgespannten Grundposition steuert die Ringstirnfläche des Endbunds 92 die Druckmittelverbindung zwischen dem Steuerkanal 40, der von der Steuernut 88 begrenzten Ringnut, dem Ringraum 106 und der Steuerleitung 34 auf, so dass – wie bereits anhand 2 erläutert – in dem Steuerraum 30 des Stellzylinders 26 der Speisedruck anliegt. Gleichzeitig ist über die Rückseite des anderen Endbunds 100 die Druckmittelverbindung zwischen dem Kanal 52 und der anderen Steuerleitung 36 geöffnet. Dementsprechend wird dann der am Druckregelventil 54 eingestellte Steuerdruck über den Steuerkanal 52, den Federraum 112 der Feder 90, den Ringraum 108 und die Steuerleitung 36 zur dem in Richtung einer Verkleinerung des Schwenkwinkels wirksamen Steuerraum 32 des Stellzylinders 26 geführt. Die Druckmittelverbindung des Kanals 52 zum Steuerkanal 34 und des Kanals 40 zum Steuerkanal 36 ist dabei durch den jeweiligen Endbund 92, 100 abgesperrt (Schaltstellung (a)).
-
Bei Bestromung des Schaltmagneten 61 wird entsprechend die Steuerleitung 36 mit dem Speisedruck und die Steuerleitung 34 mit dem über das Druckregelventil 54 eingestellten Steuerdruck beaufschlagt (Schaltstellung (b)), so dass bei durchgeschaltetem Wegeventil die Förderrichtung der Verstellpumpe 20 umgekehrt wird. Dieser Betriebsmodus wird beispielsweise dann eingestellt, wenn der Kühler zum Entfernen von zuvor angesaugten Verschmutzungen frei geblasen werden soll.
-
Der Tankanschluss des Druckregelventils 54 ist in der Schnittdarstellung gemäß 3 nicht zu sehen.
-
Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft einen Lüfterantrieb, der erläuterte hydrostatische Antrieb ist aber auch zum Antrieb anderer hydraulischer Verbraucher verwendbar. Prinzipiell können die Lüftermotoren 2, 4 selbst wiederum verstellbar ausgeführt sein. Auch andere Pumpenbauweisen sind verwendbar.
-
Offenbart ist ein hydrostatischer Antrieb, insbesondere ein Lüfterantrieb mit einer Verstellpumpe, über die zumindest ein Hydromotor antreibbar ist. Die Ansteuerung der Verstellpumpe erfolgt über ein Druckregelventil und ein nachgeschaltetes, die Förderrichtung vorgebendes Wegeventil, über die Steuerräume eines Stellzylinders mit einer Steuerdruckdifferenz beaufschlagbar sind. Erfindungsgemäß ist die Verstellpumpe in eine Grundposition vorgespannt, in der der Fördervolumenstrom maximal ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 5875630 [0003]
- US 6179570 B1 [0004]
- US 6684636 B2 [0006]
