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Die Erfindung betrifft eine Reihenkolbenpumpe. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Reihenkolbenpumpe.
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Stand der Technik
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Reihenkolbenpumpen werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen verwendet, um einen Strom komprimierter Luft bereitzustellen, der zum Betreiben einer pneumatischen Sitzverstellung verwendet wird. Im Vergleich mit anderen Pumpentypen bieten Reihenkolbenpumpen den Vorteil, dass der geförderte Volumenstrom nur relativ schwach pulsiert. Darüber hinaus können Reihenkolbenpumpen relativ kompakt und laufruhig aufgebaut sein.
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Aus der
EP 1 794 452 B1 ist eine solche Reihenkolbenpumpe bekannt. Es sind vier phasenversetzt zueinander betätigte Kolben vorgesehen, die mittels eines Antriebsmotors mit einem Schneckengetriebe angetrieben werden.
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Reihenkolbenpumpen werden in vielen Anwendungsfällen nur selten benutzt, so dass es vorteilhaft ist, die Reihenkolbenpumpe so zu dimensionieren, dass sie kostengünstig herstellbar ist. Durch Einsatz kostengünstiger Materialien bzw. Herstellungsverfahren kann jedoch eine Lebensdauer der Reihenkolbenpumpe signifikant verkürzt sein.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuerung einer Reihenkolbenpumpe anzugeben, mittels derer eine Lebensdauer der Reihenkolbenpumpe verlängert sein kann.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Anspruch 2 gibt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Reihenkolbenpumpe mit mehreren phasenversetzt betätigten Kolben umfasst Schritte des Erfassens, dass sich einer der Kolben im Bereich seines oberen Totpunkts befindet und des Veränderns eines Tastverhältnisses eines Pulssignals zur Steuerung eines Antriebsmotors der Reihenkolbenpumpe, um die Antriebsleistung des Antriebsmotors zu senken.
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Durch Reduktion der Antriebsleistung in einem Bereich, in dem sich der Kolben vom oberen Totpunkt nach unten bewegt und dabei hauptsächlich durch zuvor komprimiertes Fördermedium und nicht durch einen Kurbeltrieb nach unten bewegt wird, kann ein folgender, schlagartiger Spielausgleich von Lagerspielen vermieden werden. In der Folge kann eine Lebensdauer der Reihenkolbenpumpe verlängert sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich erfasst, dass der Kolben den Bereich des oberen Totpunkts verlassen hat und das Tastverhältnis erneut verändert, um die Antriebsleistung des Antriebsmotors zu erhöhen. Der Bereich zwischen dem Verringern und dem Erhöhen der Antriebsleistung durch Verändern des Tastverhältnisses entspricht idealerweise dem Abschnitt der Bewegung des Kolbens, in dem der Kolben in stärkerem Maße durch die komprimierte Luft als durch den Kurbeltrieb nach unten bewegt wird.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügte Figur genauer beschrieben.
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1 zeigt eine Reihenkolbenpumpe 100.
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Die Reihenkolbenpumpe 100 ist dazu eingerichtet, Luft von einem Einlass 105 anzusaugen, zu komprimieren und in komprimierter Form an einen Auslass 110 bereitzustellen.
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Die Reihenkolbenpumpe 100 umfasst einen ersten Kolben 115, einen zweiten Kolben 120 und einen dritten Kolben 125. Alle drei Kolben 115 bis 125 laufen nebeneinander in Zylindern, die in einer Zylinderbank 130 ausgebildet sind. In einem oberen Bereich ist die Zylinderbank 130 mittels einer Kopfplatte 135 abgeschlossen. Oberhalb jedes der Kolben 115 bis 125 sind in der Kopfplatte 135 zwei Ventile eingebracht. Ein Einlassventil 140 verbindet den Einlass 105 mit einem Raum zwischen dem betreffenden Kolben 115 bis 125 und der Kopfplatte 135; ein Auslassventil 145 verbindet den beschriebenen Raum mit dem Auslass 110.
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Jeder der Kolben 115 bis 125 ist mittels eines Pleuels 150 mit einer Kurbelscheibe 155 verbunden. Zwischen dem Kolben 115 bis 125 und dem Pleuel 150 befindet sich ein Kolbenbolzen 160 und zwischen dem Pleuel 150 und der Kurbelscheibe 155 befindet sich ein Pleuellager 165.
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Die Kurbelscheiben 155 befinden sich nebeneinander und weisen eine Außenverzahnung auf, wobei benachbarte Kurbelscheiben 155 mittels der Verzahnung miteinander im Eingriff stehen.
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Die Kurbelscheibe 155, die dem ersten Kolben 115 zugeordnet ist, steht darüber hinaus mit dem Zahnrad eines ersten Antriebsmotors 170 in Eingriff. Die dem dritten Kolben 125 zugeordnete Kurbelscheibe 155 steht mit der Verzahnung eines zweiten Antriebsmotors 175 in Eingriff.
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Da die Verzahnung des ersten Antriebsmotors 170 mit der Kurbelscheibe 155 des ersten Kolbens 115, die Kurbelscheibe 155 des ersten Kolbens 115 mit der Kurbelscheibe 155 des zweiten Kolbens 120, die Kurbelscheibe 155 des zweiten Kolbens 120 mit der Kurbelscheibe 155 des dritten Kolbens 125 und die Kurbelscheibe 155 des dritten Kolbens 125 mit der Verzahnung des zweiten Antriebsmotors 175 in Eingriff steht, ist eine feste Phasenbeziehung zwischen Drehwinkeln des ersten Antriebsmotors 170, der drei Kurbelscheiben 155 und des zweiten Antriebsmotors 175 fest vorgegeben.
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In der dargestellten Reihenkolbenpumpe 100 sind die Kolben 115 bis 125 derart phasenversetzt, dass immer dann, wenn einer der Kolben 115 bis 125 sich im Bereich seines oberen Totpunkts befindet, ein weiterer der Kolben 115 bis 125 sich in einer Aufwärtsbewegung befindet, in der er im Wesentlichen nur die Reibkräfte überwinden muss, und der dritte der Kolben 115 bis 125 sich am Beginn einer Kompressionsphase im Bereich eines unteren Totpunkts UT befindet. Die Anordnung aus Kolben 115 bis 125, Pleueln 150 und Kurbelscheiben 155 lässt sich wahlweise mittels des ersten Antriebsmotors 170 oder des zweiten Antriebsmotors 175 oder beider Antriebsmotoren in Gang setzen.
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Der erste Antriebsmotor 170 ist elektrisch mit einer ersten Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung) 180 und der zweite Antriebsmotor 175 mit einer zweiten PWM-Steuerung 185 verbunden. Die PWM-Steuerungen 180 und 185 stellen jeweils ein pulsweitenmoduliertes Signal bereit, wobei ein Tastverhältnis des Signals eine durch den jeweiligen Antriebsmotor 170, 175 abgegebene mechanische Leistung steuert.
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Die PWM-Steuerung 180 und 185 werden von einer Steuereinrichtung 190 kontrolliert, die mit einem Drehwinkelsensor 195 verbunden ist, welcher eine rotatorische Position des zweiten Antriebsmotors 175 bestimmt. In einer weiteren Ausführungsform kann der Drehwinkelsensor 195 auch eine rotatorische Position des ersten Antriebsmotors 170 oder einer beliebigen der Kurbelscheiben 155 bestimmen.
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Im Betrieb wird jeder der Kolben 115 bis 125 mittels des ihm zugeordneten Kurbeltriebs der Elemente 150 bis 165 oszillierend aufwärts und abwärts bewegt. Das Einlassventil 140 öffnet jedes Mal, wenn der Druck im Bereich zwischen dem Kolben 115 bis 125 und der Kopfplatte 135 geringer als der Druck im Bereich des Einlasses 105 ist. Entsprechend öffnet das Auslassventil 145, wenn der Druck in dem beschriebenen Raum den Druck im Bereich des Auslasses 110 übersteigt.
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Befindet sich beispielsweise der erste Kolben 115 im Bereich seines oberen Totpunkts OT und haben sowohl das Einlassventil 140 als auch das Auslassventil 145 geschlossen, so wird eine folgende Abwärtsbewegung des ersten Kolbens 115 in erster Linie durch die Druckdifferenz zwischen der Oberseite und der Unterseite des Kolbens 115 bewirkt. Hat sich der Kolben 115 weit genug nach unten bewegt, so dass der Raum zwischen dem Kolben 115 und der Kopfplatte 135 ausreichend vergrößert wurde, so wird der Kolben 115 durch die Bewegung des Pleuels 150 und der Kurbelscheibe 155 weiter nach unten bewegt.
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Beim Übergang zwischen der gasgesteuerten Abwärtsbewegung und der kurbeltriebgesteuerten Abwärtsbewegung müssen Lagerspiele im Bereich des Kolbenbolzens 160 und des Pleuellagers 165 überwunden werden. Dies erfolgt üblicherweise mit großer Geschwindigkeit, so dass klackernde Geräusche entstehen können. Die schnelle Überwindung der Lagerspiele ist abträglich für die Lebensdauer des Kolbenbolzens 165 und des Pleuellagers 165.
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Erfindungsgemäß bestimmt die Steuereinrichtung 190 mittels des Drehwinkelsensors 195, ob sich einer der Kolben 115 bis 125 im Bereich seines oberen Totpunkts befindet. Ist dies der Fall, so werden eine oder beide der PWM-Steuerungen 185, 180 derart beeinflusst, dass die vom jeweilig zugeordneten Antriebsmotor 170, 175 abgegebene mechanische Leistung reduziert ist. Dadurch ergibt sich gewissermaßen ein Gegenmoment zur Expansion im Bereich des oberen Totpunkts und der schlagartige Spielausgleich findet nicht oder nur sehr gebremst statt, so dass eine Lebensdauerverlängerung der Lager am Kolbenbolzen 165 und am Pleuellager 165 bewirkt sein können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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