Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum energieeffizienten Betreiben eines Hydrauliksystems gemäß Oberbegriff des Anspruchs 6.The invention relates to a hydraulic system according to the preamble of claim 1 and to a method for energy-efficient operation of a hydraulic system according to the preamble of claim 6.
Hydrauliksysteme und Verfahren zu deren energieeffizientem Betreiben sind bekannt. Bekannte Hydrauliksysteme umfassen eine Verdrängerpumpe, die mindestens einen Einlass zum Ansaugen eines Hydraulikmediums und mindestens einen Auslass zum Austreiben desselben aufweisen, wobei das Hydraulikmedium vom Einlass zum Auslass gefördert wird. Die Verdrängerpumpe wird durch eine Antriebswelle angetrieben. Insbesondere wenn das Hydrauliksystem als Lenkhelfeinrichtung eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, ist die Antriebswelle vorzugsweise mit dem Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs gekoppelt, sodass sie mittelbar oder unmittelbar von diesem angetrieben wird. Verdrängerpumpen der hier angesprochenen Art umfassen mindestens zwei Pumpenbereiche, wobei wenigstens einer davon eine Ventileinrichtung aufweist, durch die ein Fluidpfad, der eine Druckseite des Pumpenbereichs mit einer Saugseite desselben Pumpenbereichs verbindet, sperrbar beziehungsweise freigebbar ist. Die Saugseite steht in Fluidverbindung mit dem Einlass der Pumpe, während die Druckseite in Fluidverbindung mit dem Auslass der Pumpe steht. Ist die Ventileinrichtung in einer ersten Funktionsstellung angeordnet, in der die Fluidverbindung zwischen der Druckseite und der Saugseite des zugeordneten Pumpenbereichs gesperrt ist, fördert der Pumpenbereich das Hydraulikmedium vom Einlass der Pumpe über seine Saug- und Druckseite zu deren Auslass. Befindet sich die Ventileinrichtung in einer zweiten Funktionsstellung, in der die Fluidverbindung zwischen der Druckseite und der Saugseite des zugeordneten Pumpenbereichs freigegeben ist, strömt das Hydraulikmedium unmittelbar von der Druckseite zur Saugseite des Pumpenbereichs und wird von diesem erneut zur Druckseite gefördert. Der Pumpenbereich wälzt das Hydraulikmedium also lediglich um. Insbesondere fördert der Pumpenbereich bei dieser Funktionsstellung der Ventileinrichtung kein Hydraulikmedium vom Einlass zum Auslass der Verdrängerpumpe. Hieraus wird deutlich, dass ein Pumpenbereich, der die beschriebene Ventileinrichtung aufweist, bezüglich seiner Förderfunktion nach außen abgeschaltet ist, wenn sich die Ventileinrichtung in der zweiten Funktionsstellung befindet. Er ist dagegen nach außen zugeschaltet, wenn sich die Ventileinrichtung in ihrer ersten Funktionsstellung befindet. Insgesamt wird deutlich, dass ein solcher Pumpenbereich mittels der beschriebenen Ventileinrichtung schaltbar ist.Hydraulic systems and methods for their energy efficient operation are known. Known hydraulic systems include a positive displacement pump having at least one inlet for aspirating a hydraulic medium and at least one outlet for expelling the same, wherein the hydraulic medium is conveyed from the inlet to the outlet. The positive displacement pump is driven by a drive shaft. In particular, when the hydraulic system is designed as Lenkhelfeinrichtung a motor vehicle, the drive shaft is preferably coupled to the drive unit of the motor vehicle, so that it is driven directly or indirectly by this. Positive displacement pumps of the type discussed here comprise at least two pump regions, at least one of which has a valve device, by means of which a fluid path which connects a pressure side of the pump region to a suction side of the same pump region can be blocked or released. The suction side is in fluid communication with the inlet of the pump while the pressure side is in fluid communication with the outlet of the pump. If the valve device is arranged in a first functional position in which the fluid connection between the pressure side and the suction side of the associated pump region is blocked, the pump region conveys the hydraulic medium from the inlet of the pump via its suction and pressure side to its outlet. If the valve device is in a second functional position in which the fluid connection between the pressure side and the suction side of the associated pump region is released, the hydraulic medium flows directly from the pressure side to the suction side of the pump region and is conveyed from this again to the pressure side. The pump area thus only circulates the hydraulic medium. In particular, in this functional position of the valve device, the pump region does not convey any hydraulic medium from the inlet to the outlet of the positive displacement pump. It is clear from this that a pump area which has the valve device described is switched off with respect to its conveying function to the outside when the valve device is in the second functional position. On the other hand, it is switched to the outside when the valve device is in its first functional position. Overall, it is clear that such a pump region can be switched by means of the described valve device.
Bekannte Verfahren zum energieeffizienten Betreiben eines als Lenkhelfeinrichtung eines Kraftfahrzeugs eingesetzten Hydrauliksystems schalten in Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl mindestens einen schaltbaren Pumpenbereich zu beziehungsweise ab. Jeder Pumpenbereich der Verdrängerpumpe weist nämlich ein bestimmtes Fördervolumen auf, wobei sich das Fördervolumen der Pumpe als Summe der Fördervolumina der zugeschalteten Pumpenbereiche ergibt. Sind also alle Pumpenbereiche zugeschaltet, weist die Pumpe ein maximales Fördervolumen auf. Bei kleiner Pumpendrehzahl sind vorzugsweise alle Pumpenbereiche zugeschaltet, um ein Fördervolumen bereitzustellen, welches zur Versorgung des Verbrauchers ausreicht. Erhöht sich die Pumpendrehzahl bei konstantem Fördervolumen, steigt der von der Pumpe geförderte Strom des Hydraulikmediums im Wesentlichen linear mit der Drehzahl an. Bei immer weiter steigender Pumpendrehzahl wird ein Bereich erreicht, in dem die Pumpe pro Zeiteinheit deutlich mehr Hydraulikmedium fördert, als vom Verbraucher angefordert wird. Dies bedeutet, dass die Pumpe nicht energieeffizient arbeitet. In diesem Fall schalten die bekannten Verfahren mindestens einen schaltbaren Pumpenbereich ab, sodass das Fördervolumen und damit die Förderleistung der Pumpe sinkt, wobei die im Wesentlichen lineare Kennlinie des geförderten Medienstroms in Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl eine kleinere Steigung aufweist, als wenn alle Pumpenbereiche zugeschaltet sind.Known methods for energy-efficient operation of a hydraulic system used as a steering assistance device of a motor vehicle switch at least one switchable pump region as a function of the pump rotational speed. Each pumping area of the positive-displacement pump has a specific delivery volume, the delivery volume of the pump being the sum of the delivery volumes of the switched-on pumping areas. So if all pump areas are switched on, the pump has a maximum delivery volume. At a low pump speed, all pump areas are preferably switched on in order to provide a delivery volume which is sufficient to supply the consumer. If the pump speed increases at a constant delivery volume, the flow of hydraulic medium delivered by the pump increases substantially linearly with the speed. As the pump speed continues to increase, a range is reached in which the pump conveys significantly more hydraulic medium per unit of time than is required by the consumer. This means that the pump is not energy efficient. In this case, the known methods switch off at least one switchable pump region, so that the delivery volume and thus the delivery rate of the pump decreases, wherein the substantially linear characteristic of the pumped media flow in response to the pump speed has a smaller slope than when all pumping areas are switched on.
Bei bekannten Verdrängerpumpen, insbesondere bei Flügelzellenpumpen, sind die Pumpenbereiche – in Umfangsrichtung der Antriebswelle gesehen – in verschiedenen Segmenten angeordnet. Wird ein Pumpenbereich abgeschaltet, wälzt dieser also Hydraulikmedium nur noch von seiner Druckseite zu seiner Saugseite beziehungsweise umgekehrt um, weist das Hydraulikmedium innerhalb dieses Pumpenbereichs keinen erhöhten Druck auf, weil die Druckseite des Pumpenbereichs mit dessen Saugseite kurzgeschlossen ist. Das Hydraulikmedium wird also im Wesentlichen drucklos umgewälzt. Der mindestens eine in einem anderen Segment angeordnete, zugeschaltete Pumpenbereich weist dagegen eine Druckseite auf, in deren Bereich das Hydraulikmedium unter Druck steht. Dies bedeutet, dass eine Kraft in radialer Richtung auf die Antriebswelle wirkt, die nicht durch eine gleich große Gegenkraft kompensiert wird. Wird der Druck des Hydraulikmediums auf der Druckseite des mindestens einen aktiven Pumpenbereichs zu groß, kann dies eine Beschädigung oder einen Totalausfall der Antriebswelle und/oder deren Lagerung beziehungsweise der Verdrängerpumpe zur Folge haben. Bei bekannten Hydrauliksystemen, die schaltbare Pumpenbereiche aufweisen, wird die Antriebswelle und/oder deren Lagerung entsprechend verstärkt ausgelegt, sodass sie auch die höchsten in sie eingeleiteten radialen Belastungen ohne Beschädigung überstehen kann. Dies führt jedoch dazu, dass die mit einer solchen Welle beziehungsweise Lagerung ausgestattete Verdrängerpumpe relativ groß und schwer ist, was insbesondere dann nachteilig ist, wenn sie in Zusammenhang mit einer Lenkhelfeinrichtung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden soll. Hier ist es nämlich vorteilhaft, wenn das System, also insbesondere auch die Pumpe, nur wenig Raum einnimmt und insofern platzsparend in den Motorraum eines Kraftfahrzeugs integriert werden kann.In known positive displacement pumps, in particular in vane pumps, the pump areas - seen in the circumferential direction of the drive shaft - are arranged in different segments. If a pump region is switched off, this therefore only circulates hydraulic medium from its pressure side to its suction side or vice versa, the hydraulic medium does not have increased pressure within this pump region because the pressure side of the pump region is short-circuited with its suction side. The hydraulic medium is thus circulated substantially without pressure. The at least one arranged in another segment, switched pump area, however, has a pressure side, in the region of the hydraulic medium is under pressure. This means that a force in the radial direction acts on the drive shaft, which is not compensated by an equal counterforce. If the pressure of the hydraulic medium on the pressure side of the at least one active pump region becomes too great, this can result in damage or total failure of the drive shaft and / or its bearing or the displacement pump. In known hydraulic systems, which have switchable pump areas, the drive shaft and / or its storage is designed to be correspondingly reinforced so that it can withstand the highest radial loads introduced into it without damage. However, this leads to that with such a wave or storage equipped positive displacement pump is relatively large and heavy, which is particularly disadvantageous when it is to be used in conjunction with a steering assistance device of a motor vehicle. In this case, it is advantageous if the system, that is to say in particular also the pump, takes up only little space and can thus be integrated into the engine compartment of a motor vehicle in a space-saving manner.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Hydrauliksystem zu schaffen, bei dem die Antriebswelle beziehungsweise deren Lagerung vor radialen Belastungen, die zu ihrer Beschädigung oder Zerstörung oder zu einer Beschädigung oder Zerstörung der Verdrängerpumpe führen können, geschützt wird, wobei es gleichzeitig möglich ist, die Pumpe energieeffizient zu betreiben, und wobei die Pumpe trotz allem relativ klein sein kann und platzsparend beispielsweise in den Motorraum eines Kraftfahrzeugs integriert werden kann.The object of the invention is therefore to provide a hydraulic system in which the drive shaft or its storage against radial loads that can lead to their damage or destruction or damage or destruction of the positive displacement pump is protected, while it is possible at the same time In spite of everything, the pump can be relatively energy-efficient and, in spite of everything, the pump can be relatively small and can be integrated to save space, for example in the engine compartment of a motor vehicle.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Hydrauliksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved by a hydraulic system having the features of claim 1.
Das Hydrauliksystem umfasst eine Belastungsmessvorrichtung, vorzugsweise einen Sensor, mit dessen Hilfe die radiale Belastung der Antriebswelle bestimmt wird. Die Belastungsmessvorrichtung ist dabei mit der mindestens einen Ventileinrichtung des mindestens einen schaltbaren Pumpenbereichs in der Weise verbunden, dass der mindestens eine schaltbare Pumpenbereich zugeschaltet wird oder zugeschaltet bleibt, wenn die radiale Belastung der Antriebswelle einen vorgegeben Grenzwert überschreitet. Kommt es also durch einen erhöhten Druck des Hydraulikmediums zu einer erhöhten Radialkraft auf die Antriebswelle, die in Richtung des mindestens einen abgeschalteten Pumpenraums wirkt, und übersteigt diese Radialkraft einen bestimmten zulässigen Grenzwert, erfasst die Belastungsmessvorrichtung diese erhöhte radiale Belastung der Antriebswelle und bewirkt über die Verbindung mit dem mindestens einen schaltbaren Pumpenbereich, dass dieser zugeschaltet wird. Hierdurch entsteht eine entgegen der radialen Belastung wirkende Gegenkraft, weil jetzt auch das Hydraulikmedium in dem zuvor drucklosen Pumpenbereich unter Druck steht. Die radiale Belastung der Antriebswelle beziehungsweise deren Lagerung wird so abhängig von der geometrischen Anordnung der Pumpenbereiche relativ zueinander minimiert beziehungsweise vorzugsweise aufgehoben. Es wird auch verhindert, dass ein schaltbarer Pumpenbereich abgeschaltet wird, wenn die radiale Belastung der Antriebswelle den vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Eine unerwünschte Vergrößerung der radialen Belastung wird so vermieden.The hydraulic system comprises a load measuring device, preferably a sensor, with the aid of which the radial load of the drive shaft is determined. The load measuring device is connected to the at least one valve device of the at least one switchable pump region in such a way that the at least one switchable pump region is switched on or remains switched on when the radial load of the drive shaft exceeds a predetermined limit value. Thus, if an increased pressure of the hydraulic medium causes an increased radial force on the drive shaft, which acts in the direction of the at least one switched off pump chamber, and if this radial force exceeds a certain permissible limit value, the load measuring device detects this increased radial load of the drive shaft and effects the connection with the at least one switchable pump area, that this is switched on. This creates an opposing force acting against the radial load, because now also the hydraulic medium in the previously unpressurized pump area is under pressure. The radial load of the drive shaft or its storage is minimized or preferably canceled depending on the geometric arrangement of the pump areas relative to each other. It is also prevented that a switchable pump range is switched off when the radial load of the drive shaft exceeds the predetermined limit. An undesirable increase in the radial load is thus avoided.
Bevorzugt wird ein Hydrauliksystem, bei dem die mindestens zwei Pumpenbereiche jeweils eine Ventileinrichtung aufweisen und unabhängig voneinander schaltbar sind, wobei die Belastungsmessvorrichtung so mit den Ventileinrichtungen verbunden ist, dass alle Pumpenbereiche zugeschaltet werden oder zugeschaltet bleiben, wenn die radiale Belastung der Antriebswelle einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Um einen möglichst energieeffizienten Betrieb des Hydrauliksystems zu gewährleisten, können also alle Pumpenbereiche unabhängig voneinander zu- oder abgeschaltet werden. Bei einer zu hohen radialen Belastung der Antriebswelle, die durch die Belastungsmessvorrichtung detektiert wird, sorgt diese über die Verbindung zu den den Pumpenbereichen zugeordneten Ventileinrichtungen dafür, dass alle Pumpenbereiche zugeschaltet werden beziehungsweise kein Pumpenbereich abgeschaltet wird. Im Idealfall heben sich so die radialen Belastungen der Antriebswelle gegenseitig auf, sodass es zu keiner Beschädigung oder Zerstörung derselben und/oder deren Lagerung beziehungsweise der Verdrängerpumpe kommen kann.Preference is given to a hydraulic system in which the at least two pump areas each have a valve device and are independently switchable, wherein the load measuring device is connected to the valve means that all pump areas are switched or remain switched if the radial load of the drive shaft exceeds a predetermined limit , In order to ensure the most energy-efficient operation of the hydraulic system, so all pump areas can be switched on or off independently. At too high radial load of the drive shaft, which is detected by the load measuring device, this ensures via the connection to the valve areas associated with the valve means that all pump areas are switched on or no pump area is turned off. Ideally, the radial loads of the drive shaft cancel each other so that no damage or destruction thereof and / or their storage or the positive displacement pump can come.
Es wird auch ein Hydrauliksystem bevorzugt, welches ein Stromregelventil aufweist, das stromabwärts des Auslasses der Verdrängerpumpe angeordnet ist. Dieses umfasst mindestens einen hydraulischen Widerstand, durch den Hydraulikmedium strömt. Aufgrund des reduzierten Durchtrittsquerschnitts im Bereich des hydraulischen Widerstands entsteht ein Druckabfall, also eine Differenz des Drucks im durchströmenden Medium zwischen dem Bereich stromaufwärts des hydraulischen Widerstands und stromabwärts desselben. Abhängig von diesem Druckabfall teilt das Stromregelventil einen aus dem Auslass der Verdrängerpumpe austretenden Mediumstrom des Hydraulikmediums auf in einen ersten und einen zweiten Teilmedienstrom. Der erste Teilmedienstrom wird über den hydraulischen Widerstand einem Verbraucher zugeführt, während der zweite Teilmedienstrom über eine sogenannte Druckwaage zum Einlass der Verdrängerpumpe zurückgeführt wird, ohne dass er dabei den Verbraucher passiert. Für den Fall, dass der mindestens eine hydraulische Widerstand einen konstanten Durchtrittsquerschnitt aufweist, hängt der Druckabfall über diesem ausschließlich von der Größe des Medienstroms ab, der den hydraulischen Widerstand passiert. Tritt ein relativ großer Medienstrom durch den Widerstand, ist der Druckabfall entsprechend groß, und das Stromregelventil lenkt einen größeren Anteil des Gesamtmedienstroms als zweiten Teilmedienstrom zum Einlass der Pumpe zurück. Tritt dagegen ein relativ kleiner Medienstrom durch den Widerstand, ist der Druckabfall entsprechend geringer, wobei das Stromregelventil auch nur einen geringeren Teil des Gesamtmedienstroms zum Einlass zurückführt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass unabhängig von dem von der Pumpe geförderten Medienstrom stets in etwa der gleiche Strom als erster Teilmedienstrom dem Verbraucher zugeführt wird, während die Überschussmenge, je nach Pumpendrehzahl, von dem Stromregelventil dem Pumpeneinlass zugeführt wird.Also preferred is a hydraulic system having a flow control valve located downstream of the outlet of the positive displacement pump. This comprises at least one hydraulic resistance, flows through the hydraulic medium. Due to the reduced passage cross-section in the region of the hydraulic resistance, a pressure drop, ie a difference in the pressure in the medium flowing through between the region upstream of the hydraulic resistance and downstream thereof. Depending on this pressure drop, the flow control valve divides a medium flow exiting the outlet of the positive displacement pump of the hydraulic medium into a first and a second partial medium flow. The first partial medium flow is supplied to a consumer via the hydraulic resistance, while the second partial fluid flow is returned via a so-called pressure balance to the inlet of the positive displacement pump without it passing the consumer. In the event that the at least one hydraulic resistance has a constant passage cross-section, the pressure drop across this depends solely on the size of the media flow, which passes through the hydraulic resistance. When a relatively large flow of media passes through the resistor, the pressure drop is correspondingly large, and the flow control valve redirects more of the total media flow as the second partial media flow to the inlet of the pump. Conversely, when a relatively small flow of media passes through the resistor, the pressure drop is correspondingly lower, with the flow control valve returning only a minor portion of the total media flow to the inlet. In this way, it is ensured that regardless of the pumped by the pump media stream is always fed to the consumer in about the same flow as the first part of the medium stream, while the excess amount, depending on the pump speed, is supplied from the flow control valve to the pump inlet.
Vorzugsweise weist der mindestens eine hydraulische Widerstand einen variablen Durchtrittsquerschnitt auf. Die relativen Anteile des ersten und zweiten Teilmedienstroms hängen dann nicht mehr ausschließlich von dem den Widerstand passierenden Medienstrom ab, sondern können durch eine Veränderung des Durchtrittsquerschnitts beeinflusst werden. Dabei tritt bei kleinem Durchtrittsquerschnitt schon bei einem geringeren Medienstrom ein Druckabfall auf, der bewirkt, dass ein relevanter Anteil des Medienstroms als zweiter Teilmedienstrom dem Einlass zurückgeführt wird. Dementsprechend wird bei kleinem Durchtrittsquerschnitt des hydraulischen Widerstands ein kleinerer erster Teilmedienstrom dem Verbraucher zugeführt. Umgekehrt bewirkt ein großer Durchtrittsquerschnitt, dass erst bei entsprechend größerem Medienstrom ein Druckabfall auftritt, der dazu führt, dass ein relevanter Anteil des Medienstroms zum Einlass zurückgeführt wird. Dementsprechend entsteht in diesem Fall ein größerer erster Teilmedienstrom. Es ist auch möglich, einen ersten hydraulischen Widerstand mit konstantem Durchtrittsquerschnitt und zusätzlich einen zweiten hydraulischen Widerstand mit variablem Durchtrittsquerschitt vorzusehen.The at least one hydraulic resistor preferably has a variable passage cross-section. The relative proportions of the first and second partial media flow then no longer depend exclusively on the media flow passing through the resistor, but may be influenced by a change in the passage cross section. In the case of a small flow cross section, a pressure drop occurs even at a lower medium flow, which causes a relevant portion of the medium flow to be recirculated as the second partial medium flow to the inlet. Accordingly, a smaller first partial medium flow is supplied to the consumer at a small passage cross-section of the hydraulic resistance. Conversely, a large passage cross-section causes only a correspondingly larger media flow, a pressure drop occurs, which causes a relevant proportion of the media flow is returned to the inlet. Accordingly, in this case, a larger first partial media flow arises. It is also possible to provide a first hydraulic resistor with a constant passage cross section and additionally a second hydraulic resistor with a variable passage cross section.
Das Stromregelventil bewirkt, dass nicht stets der gesamte von der Pumpe geförderte Medienstrom zum Verbraucher geführt wird. Der Fluidpfad vom Stromregelventil zurück zum Einlass der Verdrängerpumpe ist typischerweise kürzer und weist weniger Querschnittsverengungen auf als der Fluidpfad, der durch den Verbraucher führt. Die Verdrängerpumpe muss dementsprechend weniger Arbeit verrichten, wenn ein Teil des Medienstroms nicht durch den Verbraucher, sondern direkt zurück zum Einlass gefördert wird. Auf diese Weise trägt das Stromregelventil dazu bei, dass das Hydrauliksystem energieeffizient arbeiten kann. Dies trifft ganz besonders dann zu, wenn mindestens ein hydraulischer Widerstand des Stromregelventils einen variablen Durchtrittsquerschnitt aufweist.The flow control valve ensures that not always the entire pumped by the pump media flow is fed to the consumer. The fluid path from the flow control valve back to the inlet of the positive displacement pump is typically shorter and has fewer cross-sectional constrictions than the fluid path leading through the consumer. The positive displacement pump must therefore do less work if a portion of the media flow is not conveyed by the consumer, but directly back to the inlet. In this way, the flow control valve helps to make the hydraulic system energy efficient. This is especially true when at least one hydraulic resistance of the flow control valve has a variable passage cross-section.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Verfahren zum energieeffizienten Betreiben eines als Lenkhelfeinrichtung eines Kraftfahrzeugs eingesetzten Hydrauliksystems zu schaffen, wobei eine zu hohe radiale Belastung der Antriebswelle sicher vermieden wird, sodass eine Beschädigung oder Zerstörung der Antriebswelle und/oder deren Lagerung beziehungsweise der Verdrängerpumpe so gut wie ausgeschlossen ist, wobei das Verfahren gleichzeitig erlaubt, die Pumpe vergleichsweise platzsparend auszulegen, um sie beispielsweise problemlos in den Motorraum eines Kraftfahrzeugs integrieren zu können.The object of the invention is furthermore to provide a method for energy-efficient operation of a hydraulic system used as Lenkhelfeinrichtung a motor vehicle, with too high a radial load of the drive shaft is reliably avoided, so that damage or destruction of the drive shaft and / or their storage or the positive displacement pump so good as is excluded, the method allows at the same time to design the pump comparatively space-saving, for example, to be able to easily integrate into the engine compartment of a motor vehicle.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6.The object is achieved by a method having the features of claim 6.
Bei dem Verfahren wird abhängig von der Pumpendrehzahl mindestens ein Pumpenbereich zu- beziehungsweise abgeschaltet. Auf diese Weise kann das Fördervolumen der Pumpe drehzahlabhängig angepasst werden, sodass die Steigung des im Wesentlichen linearen Zusammenhangs zwischen gefördertem Medienstrom und Pumpendrehzahl je nach Wahl der zu- beziehungsweise abgeschalteten Pumpenbereiche verschieden ausfällt. Insbesondere bei hohen Drehzahlen kann die Pumpe also mit reduzierter Förderleistung gefahren werden, sodass nicht ein übermäßig hoher Medienstrom erzeugt werden muss, der den vom Verbraucher angeforderten Strom deutlich übersteigt. Dabei wird die radiale Belastung der Antriebswelle durch eine Belastungsmessvorrichtung, vorzugsweise einen Sensor, bestimmt und mit einem vordefinierten Grenzwert verglichen. Dieser gibt die maximale radiale Belastung an, der die Antriebswelle während des Betriebs der Verdrängerpumpe ausgesetzt sein soll. Übersteigt die von der Belastungsmessvorrichtung bestimmte radiale Belastung den vordefinierten Grenzwert, werden oder bleiben alle schaltbaren Pumpenbereiche zugeschaltet. Auf diese Weise wird die Belastung der Antriebswelle minimiert, vorzugsweise aufgehoben.In the method, at least one pump area is switched on or off depending on the pump speed. In this way, the delivery volume of the pump can be adjusted depending on the speed, so that the slope of the substantially linear relationship between promoted media flow and pump speed varies differently depending on the choice of the pump sections switched on and off. In particular, at high speeds, the pump can thus be driven with reduced capacity, so that not an excessively high flow of media must be generated, which exceeds the consumer demanded power significantly. The radial load of the drive shaft is determined by a load measuring device, preferably a sensor, and compared with a predefined limit value. This indicates the maximum radial load to be applied to the drive shaft during operation of the positive displacement pump. If the radial load determined by the load measuring device exceeds the predefined limit value, all switchable pump ranges are or remain switched on. In this way, the load on the drive shaft is minimized, preferably canceled.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Show it:
1 eine schematische Ansicht einer Verdrängerpumpe eines Hydrauliksystems; 1 a schematic view of a positive displacement pump of a hydraulic system;
2 ein schematisches Schaltbild der Verdrängerpumpe; 2 a schematic diagram of the positive displacement pump;
3 ein Diagramm, bei dem der von der Pumpe geförderte Medienstrom über der Pumpendrehzahl aufgetragen ist; 3 a diagram in which the pumped by the pump media flow is plotted against the pump speed;
4 ein schematisches Schaltbild des Hydrauliksystems, und 4 a schematic diagram of the hydraulic system, and
5 eine tabellarische Übersicht über verschiedene Betriebszustände des Hydrauliksystems. 5 a tabular overview of various operating states of the hydraulic system.
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Verdrängerpumpe 1, die bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel als Flügelzellenpumpe ausgebildet ist. Bei anderen bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die Verdrängerpumpe 1 auch als Zahnradpumpe, Gerotorpumpe oder auf andere Weise ausgebildet sein. Die Verdrängerpumpe 1 umfasst mindestens einen hier nicht dargestellten Einlass und mindestens einen ebenfalls nicht dargestellten Auslass zur Förderung eines Hydraulikmediums, außerdem eine Antriebswelle 3, die vorzugsweise mittelbar oder unmittelbar mit dem Antriebsaggregat eines Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Es sind mindestens zwei, hier genau zwei Pumpenbereiche 5, 5' vorgesehen, die jeweils eine Saugseite 7, 7' und eine Druckseite 9, 9' umfassen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel drehen sich die Antriebswelle 3 und ein mit dieser verbundener Rotor 11 entgegen dem Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeils P. Der Rotor 11 ist in einem Pumpenring 13 aufgenommen und weist radiale Schlitze auf, von denen beispielhaft einer mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet ist. In den Schlitzen sind Flügel 17 – in radialer Richtung gesehen – verlagerbar angeordnet, die durch die Zentrifugalkraft und vorzugsweise unterstützt durch eine Federeinrichtung beziehungsweise das Hydraulikmedium an eine Innenfläche 19 des Pumpenrings 13 gedrückt werden. Die Pumpenbereiche 5, 5' sind jeweils im Bereich eines Volumens angeordnet, das durch eine vorzugsweise zylindrische Außenfläche 21 des Rotors 11 einerseits und die Innenfläche 19 des Pumpenrings 13 andererseits begrenzt wird. Durch die Drehbewegung der Antriebswelle 3 und des Rotors 11 in Richtung des Pfeils P wird Hydraulikmedium von den Saugseiten 7, 7' zu den Druckseiten 9, 9' der Pumpenbereiche 5, 5' gefördert. Die Saugseiten 7, 7' stehen in Fluidverbindung mit dem Einlass, und die Druckseiten 9, 9' stehen in Fluidverbindung mit dem Auslass der Verdrängerpumpe 1. Die Funktionsweise einer Verdrängerpumpe 1 ist prinzipiell bekannt, weshalb hier nicht näher darauf eingegangen wird. 1 shows a schematic view of a positive displacement pump 1 , which is formed in the illustrated preferred embodiment as a vane pump. In other preferred embodiments, the positive displacement pump 1 also be designed as a gear pump, Gerotorpumpe or otherwise. The positive displacement pump 1 comprises at least one inlet, not shown here, and at least one outlet (also not shown) for conveying a hydraulic medium, and also a drive shaft 3 , which is preferably coupled directly or indirectly with the drive unit of a motor vehicle. There are at least two, here exactly two pump areas 5 . 5 ' provided, each one suction side 7 . 7 ' and a print page 9 . 9 ' include. In the illustrated embodiment, the drive shaft rotate 3 and a rotor connected thereto 11 counterclockwise in the direction of arrow P. The rotor 11 is in a pump ring 13 received and has radial slots, one of which by way of example with the reference numeral 15 is designated. In the slots are wings 17 - Seen in the radial direction - arranged displaceably, by the centrifugal force and preferably supported by a spring device or the hydraulic medium to an inner surface 19 of the pump ring 13 be pressed. The pump areas 5 . 5 ' are each arranged in the region of a volume, by a preferably cylindrical outer surface 21 of the rotor 11 on the one hand and the inner surface 19 of the pump ring 13 on the other hand is limited. By the rotational movement of the drive shaft 3 and the rotor 11 in the direction of arrow P is hydraulic medium from the suction sides 7 . 7 ' to the printed pages 9 . 9 ' the pump areas 5 . 5 ' promoted. The suction sides 7 . 7 ' are in fluid communication with the inlet, and the pressure sides 9 . 9 ' are in fluid communication with the outlet of the positive displacement pump 1 , The operation of a positive displacement pump 1 is known in principle, which is why it will not be discussed further here.
2 zeigt ein schematisches Schaltbild der Verdrängerpumpe 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Mindestens ein Pumpenbereich 5, 5', vorzugsweise beide Pumpenbereiche 5, 5' weisen eine Ventileinrichtung 10, 10' auf, die in einer ersten Funktionsstellung eine Fluidverbindung 12, 12' zwischen der Druckseite 9, 9' und der Saugseite 7, 7' des zugeordneten Pumpenbereichs 5, 5' freigibt, sodass das Hydraulikmedium im Bereich des Pumpenbereichs 5, 5' umgewälzt wird beziehungsweise zirkuliert. Die Ventileinrichtungen 10, 10' sind vorzugsweise in die Verdrängerpumpe 1 baulich integriert, es ist aber ebenso möglich, die Ventileinrichtungen 10, 10' als separate, also baulich getrennte Elemente vorzusehen. Ein Pumpenbereich, dessen Ventileinrichtung 10, 10' in der ersten Funktionsstellung angeordnet ist, fördert also kein Hydraulikmedium vom Einlass 14 zum Auslass 16 der Verdrängerpumpe 1. Der Pumpenbereich ist in diesem Sinne abgeschaltet. In einer zweiten Funktionsstellung sperrt die Ventileinrichtung 10, 10' die Fluidverbindung zwischen der Druckseite 9, 9' und der Saugseite 7, 7' des zugeordneten Pumpenbereichs 5, 5', sodass dieser das Hydraulikmedium vom Einlass 14 zum Auslass 16 der Verdrängerpumpe 1 fördert. Der Pumpenbereich 5, 5' ist dann in diesem Sinne zugeschaltet. 2 shows a schematic diagram of the positive displacement pump 1 , Identical and functionally identical elements are provided with the same reference numerals, so that reference is made to the preceding description. At least one pump area 5 . 5 ' , preferably both pump areas 5 . 5 ' have a valve device 10 . 10 ' on, in a first functional position, a fluid connection 12 . 12 ' between the print side 9 . 9 ' and the suction side 7 . 7 ' the assigned pump area 5 . 5 ' releases so that the hydraulic medium in the area of the pump area 5 . 5 ' is circulated or circulated. The valve devices 10 . 10 ' are preferably in the positive displacement pump 1 structurally integrated, but it is also possible, the valve devices 10 . 10 ' to provide as separate, so structurally separate elements. A pump area, its valve device 10 . 10 ' is arranged in the first functional position, so promotes no hydraulic fluid from the inlet 14 to the outlet 16 the positive displacement pump 1 , The pump area is switched off in this sense. In a second functional position, the valve device locks 10 . 10 ' the fluid connection between the pressure side 9 . 9 ' and the suction side 7 . 7 ' the assigned pump area 5 . 5 ' so that this the hydraulic medium from the inlet 14 to the outlet 16 the positive displacement pump 1 promotes. The pump area 5 . 5 ' is then switched on in this sense.
Die Pumpenbereiche 5, 5' können bevorzugt ein gleiches Fördervolumen aufweisen. Bei dem in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist allerdings der Pumpenbereich 5 ein größeres Fördervolumen auf als der Pumpenbereich 5'. Es wird also bevorzugt, dass mindestens zwei Pumpenbereiche 5, 5' verschiedene Fördervolumina aufweisen. Es können auch mehr als zwei Pumpenbereiche 5, 5' vorgesehen sein, wobei diese vorzugsweise gleiche oder verschiedene Fördervolumina aufweisen, wobei ganz besonders bevorzugt wird, wenn jeder Pumpenbereich ein eigenes, von den übrigen Pumpenbereichen verschiedenes Fördervolumen aufweist.The pump areas 5 . 5 ' may preferably have the same delivery volume. At the in 1 illustrated preferred embodiment, however, the pump area 5 a larger volume than the pump area 5 ' , It is therefore preferred that at least two pump areas 5 . 5 ' have different delivery volumes. There may also be more than two pump areas 5 . 5 ' be provided, which preferably have the same or different delivery volumes, which is particularly preferred if each pump area has its own, different from the other pump areas delivery volume.
Die Pumpenbereiche können symmetrisch um die Antriebswelle 3 verteilt angeordnet sein, was den Vorteil hat, dass sich aufgrund des in den Druckseiten 9, 9' der Pumpenbereiche 5, 5' herrschenden Drucks des Hydraulikmediums radiale Kräfte auf die Antriebswelle 3 ergeben, die sich gegenseitig aufheben, wenn alle Pumpenbereiche 5, 5' zugeschaltet sind. Die Pumpenbereiche 5, 5' können bei einem anderen Ausführungsbeispiel aber auch asymmetrisch entlang der Umfangsrichtung der Antriebswelle 3 verteilt sein. In diesem Fall heben sich die radialen Kräfte nur annähernd auf.The pump areas can be symmetrical about the drive shaft 3 distributed, which has the advantage that due to the in the printed pages 9 . 9 ' the pump areas 5 . 5 ' prevailing pressure of the hydraulic medium radial forces on the drive shaft 3 that cancel each other out when all the pump areas 5 . 5 ' are switched on. The pump areas 5 . 5 ' but in another embodiment, but also asymmetrically along the circumferential direction of the drive shaft 3 be distributed. In this case, the radial forces cancel only approximately.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Pumpenbereich 5 ein Fördervolumen auf, das 60% des Gesamtfördervolumens der Pumpe entspricht, wobei sich das Gesamtfördervolumen als Summe der Fördervolumina der Pumpenbereiche 5, 5' ergibt. Dementsprechend weist der Pumpenbereich 5' ein Fördervolumen auf, das 40% des Gesamtfördervolumens entspricht. Es ist offensichtlich, dass bei anderen Ausführungsbeispielen einer Verdrängerpumpe 1 die Aufteilung der Fördervolumina anders ausfallen kann.At the in 1 illustrated embodiment, the pump area 5 a delivery volume corresponding to 60% of the total delivery volume of the pump, wherein the total delivery volume as the sum of the delivery volumes of the pump areas 5 . 5 ' results. Accordingly, the pump area 5 ' a funding volume corresponding to 40% of the total funding volume. It is obvious that in other embodiments of a positive displacement pump 1 the distribution of the delivery volumes may be different.
3 zeigt ein Diagramm, bei dem der von der Verdrängerpumpe 1 geförderte Medienstrom Q über der Pumpendrehzahl n aufgetragen ist. Anhand von 3 sollen die Funktionsweise des Hydrauliksystems sowie das Verfahren zu dessen energieeffizientem Betreiben näher erläutert werden. Es versteht sich von selbst, dass bei verschwindend kleiner Pumpendrehzahl praktisch kein Medienstrom von der Verdrängerpumpe 1 gefördert wird. Bei einem gegebenen Fördervolumen verhält sich der geförderte Medienstrom Q im Wesentlichen linear zur Pumpendrehzahl n. Das Fördervolumen bestimmt dabei die Geradensteigung. In dem Diagramm ist eine erste Kurve F1,2 eingezeichnet, bei der beide Pumpenbereiche des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels einer Verdrängerpumpe 1 zugeschaltet sind, die Pumpe also mit 100% ihres Fördervolumens arbeitet. Das Diagramm umfasst eine zweite Kennlinie F1, in der nur der hier als erster Pumpenbereich bezeichnete Pumpenbereich 5 zugeschaltet ist, während der Pumpenbereich 5' abgeschaltet ist. Dementsprechend arbeitet die Verdrängerpumpe 1 mit 60% ihres Fördervolumens, sodass sich eine Kennlinie für den Medienstrom Q in Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl n ergibt, die eine kleinere Steigerung aufweist als die Kennlinie F1,2. Das Diagramm umfasst auch eine dritte Kennlinie F2, in der nur der hier als zweiter Pumpenbereich bezeichnete Pumpenbereich 5' zugeschaltet ist, während der erste Pumpenbereich 5 abgeschaltet ist. Dementsprechend weist die Verdrängerpumpe 1 ein Fördervolumen von 40% ihres Gesamtfördervolumens auf, weshalb die Kennlinie F2 eine kleinere Steigerung aufweist als die Kennlinie F1. Die horizontale Kennlinie, die die Medienstromachse bei dem Wert Qm schneidet, kennzeichnet den maximalen Wert des Medienstroms, der als erster Teilmedienstrom dem Verbraucher zugeführt wird. Dies wird im Folgenden noch näher erläutert. 3 shows a diagram in which the of the positive displacement pump 1 funded media flow Q is plotted against the pump speed n. Based on 3 The operation of the hydraulic system and the method for its energy-efficient operation will be explained in more detail. It goes without saying that at vanishingly small pump speed virtually no media flow from the positive displacement pump 1 is encouraged. For a given delivery volume, the conveyed media flow Q behaves essentially linearly with respect to the pump speed n. The delivery volume determines the straight line gradient. In the diagram, a first curve F 1.2 is shown, in which both Pump areas of in 1 illustrated embodiment of a positive displacement pump 1 are switched on, so the pump works with 100% of its delivery volume. The diagram comprises a second characteristic F 1 , in which only the pump region designated here as the first pump region 5 is switched on while the pump area 5 ' is switched off. Accordingly, the positive displacement pump works 1 with 60% of its delivery volume, so that a characteristic for the media flow Q as a function of the pump speed n results, which has a smaller increase than the characteristic F 1.2 . The diagram also includes a third characteristic F 2 , in which only the pump region designated here as the second pump region 5 ' is switched on, while the first pump area 5 is switched off. Accordingly, the positive displacement pump 1 a delivery volume of 40% of their total delivery volume, which is why the characteristic F 2 has a smaller increase than the characteristic F 1 . The horizontal characteristic that intersects the media flow axis at the value Qm indicates the maximum value of the media stream being supplied as the first sub-media stream to the consumer. This will be explained in more detail below.
Es zeigt sich zunächst das Folgende: In einem Bereich zwischen einer Leerlaufdrehzahl nL und einer mittleren Drehzahl nM sind beide Pumpenbereiche 5, 5' zugeschaltet, sodass die Abhängigkeit des von der Pumpe geförderten Medienstroms von der Pumpendrehzahl durch die Kennlinie F1,2 angegeben wird. Mit „Leerlaufdrehzahl” ist hier die Drehzahl der Pumpe angesprochen, die diese aufgrund ihrer Kopplung mit dem Antriebsaggregat des Fahrzeugs aufweist, wenn das Antriebsaggregat im Leerlauf läuft. Es zeigt sich, dass in dem Bereich zwischen der Leerlaufdrehzahl nL und der mittleren Drehzahl nM ein größerer Medienstrom Q von der Pumpe geliefert wird, als er maximal zum Verbraucher geleitet wird. Die Verdrängerpumpe 1 muss also mehr Hydraulikmedium fördern, als eigentlich nötig ist. Diese Situation würde sich verschärfen, wenn die Pumpe auch bei weiter steigender Drehzahl bei 100% ihres Fördervolumens betrieben würde. Die mittlere Drehzahl nM ist gerade so gewählt, dass hier die Kennlinie F1 die Horizontale bei dem Medienstrom Qmax schneidet. Wird also bei dieser Drehzahl der zweite Pumpenbereich 5' abgeschaltet, während der erste Pumpenbereich 5 zugeschaltet bleibt, liefert die Verdrängerpumpe 1 gerade einen Medienstrom, der dem maximal dem Verbraucher zugeführten Medienstrom Qmax entspricht. Die Verdrängerpumpe 1 muss dann zumindest bei der Drehzahl nM keine Arbeit über diejenige hinaus leisten, die nötig ist, um dem Verbraucher den maximalen Volumenstrom Qmax zuzuführen. In einem Bereich zwischen der mittleren Drehzahl nM und einer hohen Drehzahl nH wird das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Verdrängerpumpe 1 also mit zugeschaltetem Pumpenbereich 5 und abgeschaltetem Pumpenbereich 5' betrieben, sodass der von der Pumpe geförderte Medienstrom Q in Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl n der Kennlinie F1 folgt. Auch dabei zeigt sich wiederum, dass mit steigender Drehzahl ein größerer Medienstrom Q gefördert wird, als zur Versorgung des Verbrauchers mit dem maximal angeforderten Medienstrom Qmax nötig ist.First of all, the following appears: In a range between an idle speed n L and a mean speed n M both pump ranges are 5 . 5 ' switched so that the dependence of the pumped by the pump media flow is indicated by the pump speed by the characteristic F 1.2 . With "idle speed" here the speed of the pump is addressed, which has this due to their coupling with the drive unit of the vehicle when the drive unit is idling. It can be seen that in the range between the idle speed n L and the average speed n M, a larger media flow Q is supplied by the pump than it is maximally directed to the consumer. The positive displacement pump 1 So it has to pump more hydraulic medium than is actually necessary. This situation would be aggravated if the pump were operated at 100% of its delivery volume, even if the speed continued to increase. The average speed n M is just chosen so that here the characteristic F 1 intersects the horizontal at the media flow Q max . So is the second pump range at this speed 5 ' shut off while the first pump area 5 remains switched on, delivers the positive displacement pump 1 just a media stream that corresponds to the maximum supplied to the consumer media flow Q max . The positive displacement pump 1 then, at least at the speed n M, no work has to be performed beyond that which is necessary in order to supply the consumer with the maximum volume flow Q max . In a range between the average speed n M and a high speed n H , the in 1 illustrated embodiment of a positive displacement pump 1 So with switched pump area 5 and shut off the pump area 5 ' operated so that the pumped by the pump media flow Q as a function of the pump speed n of the characteristic F 1 follows. Again, it turns out that with increasing speed, a larger media flow Q is promoted, as is necessary to supply the consumer with the maximum requested media flow Q max .
Die hohe Drehzahl nH ist so gewählt, dass hier die Kennlinie F2 gerade die Horizontale bei dem maximal zum Verbraucher geleiteten Medienstrom Qmax schneidet.The high speed n H is chosen so that here the curve F 2 cuts just the horizontal at the maximum to the consumer directed media flow Q max .
Bei der Drehzahl nH wird daher der erste Pumpenbereich 5 abgeschaltet, wobei der zweite Pumpenbereich 5' zugeschaltet wird. In diesem Zustand fördert die Verdrängerpumpe 1 bei der Drehzahl nH gerade den maximal zum Verbraucher geleiteten Medienstrom Qmax. Bei wiederum steigender Drehzahl in einem Bereich zwischen der Drehzahl nH und einer hier frei gewählten maximalen Drehzahl nmax, die beispielsweise dem Beginn des roten Bereichs eines Drehzahlmessers bezüglich der Drehzahl des Antriebsaggregats entsprechen kann, verläuft der von der Pumpe geförderte Medienstrom Q entlang der Kennlinie F2, weil die Verdrängerpumpe 1 mit 40% ihres Gesamtfördervolumens arbeitet.At the speed n H , therefore, the first pump area 5 shut off, the second pump area 5 ' is switched on. In this state, promotes the positive displacement pump 1 at the speed n H just the maximum supplied to the consumer media flow Q max . With in turn increasing speed in a range between the speed n H and a freely selected here maximum speed n max , which may correspond, for example, the beginning of the red area of a tachometer with respect to the speed of the drive unit, funded by the pump media flow Q runs along the curve F 2 , because the positive displacement pump 1 40% of their total funding volume.
Insgesamt geht aus 3 hervor, dass bei vergleichsweise geringer Pumpendrehzahl alle Pumpenbereiche zugeschaltet sind, wobei bei Überschreiten einer ersten Drehzahlgrenze, nämlich einer mittleren Drehzahl nM, also in einem mittleren Pumpendrehzahlbereich, mindestens ein Pumpenbereich mit geringerer Pumpenförderleistung abgeschaltet wird, während mindestens ein Pumpenbereich mit höherer Förderleistung zugeschaltet ist, und wobei bei Überschreiten einer zweiten Drehzahlgrenze nH, also in einem hohen Pumpendrehzahlbereich, mindestens ein Pumpenbereich mit höherer Förderleistung abgeschaltet wird, während mindestens ein Pumpenbereich mit geringerer Förderleistung zugeschaltet ist. Dies wurde in 3 in Zusammenhang mit einem Ausführungsbeispiel beschrieben, welches zwei Pumpenbereiche 5, 5' umfasst. Das allgemein erkennbare Prinzip ist aber selbstverständlich auch auf Ausführungsbeispiele anwendbar, die mehr als zwei Pumpenbereiche 5, 5' umfassen. Selbstverständlich ergibt sich in diesem Fall ein komplexerer Verlauf der in 3 dick eingezeichneten Betriebslinie der Pumpe, die dann zwischen mehr als drei Kennlinien wechselt.Overall, goes out 3 show that at comparatively low pump speed all pump areas are switched on, wherein at a first speed limit, namely a mean speed n M , ie in a medium pump speed range, at least one pump area is switched off with lower pump delivery, while at least one pump section is switched on with higher flow , And wherein at a second speed limit n H , ie in a high pump speed range, at least one pump range is switched off with a higher flow rate, while at least one pump range is switched on with a lower flow rate. This was in 3 described in connection with an embodiment which has two pump areas 5 . 5 ' includes. The generally recognizable principle is, of course, also applicable to embodiments that have more than two pump areas 5 . 5 ' include. Of course, in this case, a more complex course of in 3 thick drawn operating line of the pump, which then alternates between more than three characteristics.
Das Hydrauliksystem wird nun anhand des in 4 dargestellten schematischen Schaltbildes näher beschrieben. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, sodass insoweit auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Um sicherzustellen, dass einem Verbraucher 18 stets lediglich der Medienstrom Qmax zugeführt wird, ist ein Stromregelventil 20 vorgesehen, das mindestens einen hydraulischen Widerstand 23, vorzugsweise eine Drossel, eine Blende oder einen technischen Widerstand, sowie einen Verstellkolben 25 als sogenannte Druckwaage umfasst. Es ist stromabwärts des Auslasses 16 der Verdrängerpumpe angeordnet und teilt den aus dem Auslass 16 austretenden Medienstrom Q in einen ersten und einen zweiten Teilmedienstrom auf, wobei der erste Teilmedienstrom entlang eines Fluidpfads 27 über den hydraulischen Widerstand 23 dem Verbraucher zugeführt, und der zweite Teilmedienstrom über den Verstellkolben 25 entlang eines Fluidpfads 29 zum Einlass 14 der Verdrängerpumpe 1 zurückgeführt wird, wobei er den Verbraucher 18 nicht passiert. Die Aufteilung des Medienstroms erfolgt in Abhängigkeit von einem Druckabfall im Bereich des mindestens einen hydraulischen Widerstands 23. Dieser ist bevorzugt in dem Fluidpfad 27 des ersten Teilmedienstroms angeordnet, und die Druckwaage beziehungsweise der Verstellkolben 25 ist zur Erfassung eines Differenzdrucks zwischen einem stromaufwärts und einem stromabwärts des Widerstands 23 herrschenden Druck vorgesehen. Durch die Druckwaage, also den Verstellkolben 25 des Stromregelventils 20 ist die Aufteilung des Medienstroms auf den ersten und zweiten Teilmedienstrom in Abhängigkeit von dem Differenzdruck regelbar.The hydraulic system will now be based on the in 4 shown schematic circuit diagram described in more detail. Identical and functionally identical elements are designated by the same reference numerals, so that reference is made in this respect to the preceding description. To ensure that a consumer 18 always only the media stream Q max is supplied is a flow control valve 20 provided that at least one hydraulic resistance 23 , Preferably a throttle, a diaphragm or a technical resistance, and an adjusting piston 25 includes as a so-called pressure balance. It is downstream of the outlet 16 arranged the positive displacement pump and divides the from the outlet 16 leaking media stream Q into a first and a second sub-media stream, wherein the first sub-media stream along a fluid path 27 over the hydraulic resistance 23 fed to the consumer, and the second partial medium flow over the adjusting piston 25 along a fluid path 29 to the inlet 14 the positive displacement pump 1 being attributed to the consumer 18 does not happen. The distribution of the media flow takes place as a function of a pressure drop in the region of the at least one hydraulic resistance 23 , This is preferred in the fluid path 27 arranged the first partial media flow, and the pressure compensator or the adjusting piston 25 is for sensing a differential pressure between one upstream and one downstream of the resistor 23 prevailing pressure provided. By the pressure balance, so the adjusting piston 25 of the flow control valve 20 the distribution of the media flow to the first and second partial media flow in dependence on the differential pressure can be regulated.
Für den Fall, dass der Druck in dem Fluidpfad 27 zum Verbraucher 18 stromabwärts des Widerstands 23 stark ansteigt, beispielsweise weil bei einem Lenkhelfsystem eine Lenkbewegung bis zum Anschlag erfolgt und dort eine gewisse Zeit gehalten wird, ist ein Überdruckventil 31 vorgesehen, über das der Fluidpfad 27 stromabwärts des Widerstands 23 bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzdrucks zum Einlass 14 der Verdrängerpumpe 1 hin entlastet werden kann.In the event that the pressure in the fluid path 27 to the consumer 18 downstream of the resistor 23 rises sharply, for example, because a Lenkhelfsystem a steering movement takes place until the stop and there is a certain time is maintained, is a pressure relief valve 31 provided via which the fluid path 27 downstream of the resistor 23 when a predetermined limit pressure is exceeded to the inlet 14 the positive displacement pump 1 can be relieved.
Ist der hydraulische Widerstand 23 als konstanter hydraulischer Widerstand, vorzugsweise als Fixdrossel ausgebildet, weist er also einen konstanten Durchtrittsquerschnitt auf, wird durch diesen der maximal zum Verbraucher geleitete Teilmedienstrom Qmax festgelegt. Der Druckabfall an dem Widerstand 23 ist nämlich abhängig vom durch ihn hindurchtretenden ersten Teilmedienstrom. Ist dieser kleiner oder gleich dem maximal zum Verbraucher geleiteten Medienstrom Qmax, liegt der an dem Widerstand 23 herrschende Druckabfall in einem Bereich unterhalb eines Grenzwerts, in welchem die Druckwaage des Stromregelventils 20 öffnet. Der erste Teilmedienstrom entspricht dann dem gesamten Medienstrom Q. Übersteigt der durch den hydraulischen Widerstand 23 tretende Medienstrom den maximal zum Verbraucher 18 geführten Medienstrom Qmax, fällt an dem Widerstand 23 ein Differenzdruck ab, der größer ist als ein vorgegebener Grenzwert, sodass die Druckwaage des Stromregelventils 20 in Abhängigkeit des Differenzdrucks den Medienstrom Q in den ersten und zweiten Teilmedienstrom aufteilt, wobei je nach Höhe des Druckabfalls ein kleinerer oder größerer Anteil des Medienstroms Q auf den zweiten Teilmedienstrom entfällt, der zum Einlass 14 zurückgeführt und nicht zum Verbraucher 18 weitergeleitet wird. Durch das Abzweigen des zweiten Teilmedienstroms steigt der durch den mindestens einen hydraulischen Widerstand 23 tretende erste Teilmedienstrom nicht weiter an, wenn der mindestens eine Widerstand 23 in dessen Fluidpfad 27 angeordnet ist. Dies führt zu einem nicht weiter ansteigenden Druckabfall im Bereich des Widerstands 23, wodurch auch die Aufteilung des Medienstroms Q auf den ersten und zweiten Teilmedienstrom wiederum zugunsten des ersten Teilmedienstroms verändert wird. Insgesamt ergibt sich so eine dynamische Regelung, bei der im Wesentlichen stets der Teilmedienstrom Qmax dem Verbraucher 18 zugeführt wird, während der verbleibende Teil des Medienstroms Q zum Einlass 14 der Verdrängerpumpe 1 zurückgeführt wird.Is the hydraulic resistance 23 As a constant hydraulic resistance, preferably designed as a fixed throttle, it thus has a constant passage cross-section, is determined by this the maximum to the consumer led partial fluid flow Q max . The pressure drop across the resistor 23 is in fact dependent on the first partial media flow passing through it. If this is smaller than or equal to the maximum flow of media Q max conducted to the consumer, this is due to the resistor 23 prevailing pressure drop in a range below a limit, in which the pressure compensator of the flow control valve 20 opens. The first partial media flow then corresponds to the total media flow Q. This exceeds that due to the hydraulic resistance 23 passing media flow the maximum to the consumer 18 guided media flow Q max , drops at the resistor 23 a differential pressure that is greater than a predetermined limit, so that the pressure compensator of the flow control valve 20 as a function of the differential pressure, the media flow Q is divided into the first and second partial media flow, wherein depending on the height of the pressure drop, a smaller or larger proportion of the media flow Q accounts for the second partial media flow to the inlet 14 returned and not to the consumer 18 is forwarded. Due to the branching off of the second partial medium flow, the flow increases due to the at least one hydraulic resistance 23 passing first partial media flow no further, if the at least one resistor 23 in its fluid path 27 is arranged. This leads to a no further increasing pressure drop in the region of the resistance 23 whereby the distribution of the media flow Q to the first and second partial media flow is in turn changed in favor of the first partial media flow. Overall, this results in a dynamic control, in which essentially always the partial media flow Q max the consumer 18 while the remaining part of the media stream Q is admitted to the inlet 14 the positive displacement pump 1 is returned.
Besonders bevorzugt weist der mindestens eine hydraulische Widerstand 23 einen variablen Durchtrittsquerschnitt auf, was zur Folge hat, dass der maximal zum Verbraucher 18 geleitete Medienstrom in 3 nicht mehr nur durch eine einzige horizontale Linie angegeben werden kann, sondern durch Variation des Durchtrittsquerschnitts entlang der Achse des Medienstroms Q parallel verschoben wird. Dabei steuert bei minimaler Öffnung aufgrund der steileren Abhängigkeit des Differenzdrucks an dem Widerstand 23 von dem durch ihn tretenden Medienstrom das Stromregelventil 20 den Pfad 29 des zweiten Teilmedienstroms früher auf, sodass der zum Verbraucher 18 geleitete Medienstrom hier durch die Horizontale Qmin repräsentiert wird. Der Durchtrittsquerschnitt des Widerstands 23 ist vorzugsweise zwischen einer minimalen und einer maximalen Öffnung kontinuierlich variierbar. Abhängig von der Öffnung des hydraulischen Widerstands 23 ist so der erste Teilmedienstrom zwischen den beiden Horizontalen Qmin und Qmax variierbar.Particularly preferably, the at least one hydraulic resistance 23 a variable passage area on, which has the consequence that the maximum to the consumer 18 directed media stream in 3 no longer can be given only by a single horizontal line, but is moved parallel by varying the passage cross-section along the axis of the media stream Q. It controls with minimal opening due to the steeper dependence of the differential pressure on the resistor 23 from the passing through him media flow the flow control valve 20 the path 29 the second sub-media stream earlier, so that the consumer 18 directed media stream is represented here by the horizontal Q min . The passage cross section of the resistor 23 is preferably continuously variable between a minimum and a maximum opening. Depending on the opening of the hydraulic resistance 23 Thus, the first partial media flow between the two horizontal Q min and Q max is variable.
Wenn das Hydrauliksystem – wie es vorzugsweise vorgesehen ist – als Lenkhelfeinrichtung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, braucht der Verbraucher 18 abhängig von einer Winkelgeschwindigkeit des Lenkeinschlags eines Lenkrads 33, also einer Lenkwinkelrate, einen variablen Medienstrom. Steht das Kraftfahrzeug oder fährt es geradeaus, ist im Prinzip kein Medienstrom zum Verbraucher 18 nötig. Wird dagegen das Lenkrad 33 schnell gedreht, liegt also eine große Lenkwinkelrate vor, muss der Medienstrom groß genug sein, um die schnelle Lenkbewegung unterstützen zu können. Beim Verfahren zum energieeffizienten Betreiben eines solchen Systems wird der Durchtrittsquerschnitt des hydraulischen Widerstands 23 auf den je nach Fahrsituation benötigten Medienstrom abgestimmt. Insbesondere kann der Durchtrittsquerschnitt und damit der erste Teilmedienstrom reduziert werden, wenn eine geringe Lenkwinkelrate gegeben ist. Dies bedeutet für das Hydrauliksystem eine zusätzliche Energieeffizienz neben dem Abschalten nicht benötigter Pumpenräume. Der zweite Teilmedienstrom wird nämlich entlang des Fluidpfads 29 zum Einlass 14 zurückgeführt, wobei der Fluidpfad 29 vorzugsweise kürzer ist und weniger Strömungshindernisse aufweist als der Fluidpfad durch den Verbraucher 18. Die Pumpe muss also weniger Arbeit verrichten, wenn ein größerer Teil des Medienstroms Q auf den zweiten Teilmedienstrom aufgeteilt und direkt zum Einlass 14 zurückgeführt wird.If the hydraulic system - as it is preferably provided - is used as the steering assistance device of a motor vehicle, the consumer needs 18 depending on an angular velocity of the steering angle of a steering wheel 33 , that is, a steering angle rate, a variable media stream. If the vehicle is stationary or is driving straight ahead, there is in principle no media flow to the consumer 18 necessary. Will turn the steering wheel 33 Turned quickly, so there is a large steering angle rate, the media flow must be large enough to support the fast steering movement. In the method for energy-efficient operation of such a system, the passage cross-section of the hydraulic resistance 23 adapted to the required depending on the driving situation media stream. In particular, can the passage cross section and thus the first partial medium flow can be reduced if a low steering angle rate is given. This means additional energy efficiency for the hydraulic system in addition to shutting down unneeded pump rooms. Namely, the second partial media flow is along the fluid path 29 to the inlet 14 returned, with the fluid path 29 is preferably shorter and has less flow obstacles than the fluid path through the consumer 18 , The pump must therefore do less work if a larger part of the media flow Q is split into the second partial medium flow and directly to the inlet 14 is returned.
Bevorzugt ist – wie in 4 dargestellt – zusätzlich zu einem ersten, konstanten hydraulischen Widerstand 23 ein zweiter, variabler hydraulischer Widerstand 35, vorzugsweise eine Drossel, eine Blende oder ein technischer Widerstand vorgesehen, der parallel zu dem ersten Widerstand 23 im Fluidpfad 27 des ersten Teilmedienstroms angeordnet ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass stets ein dem fixen Durchtrittsquerschnitt des Widerstands 23 entsprechender Teilmedienstrom zum Verbraucher 18 geleitet wird, selbst wenn der variable Widerstand 35 komplett geschlossen ist. Der durch den Durchtrittsquerschnitt des konstanten hydraulischen Widerstands 23 definierte Teilmedienstrom entspricht dann der Horizontalen Qmin in 3.Preference is - as in 4 shown - in addition to a first, constant hydraulic resistance 23 a second, variable hydraulic resistance 35 , Preferably, a choke, a diaphragm or a technical resistor provided in parallel to the first resistor 23 in the fluid path 27 the first sub-media stream is arranged. In this way it is ensured that always one of the fixed passage cross section of the resistor 23 corresponding partial media flow to the consumer 18 is passed, even if the variable resistance 35 completely closed. The through the passage cross section of the constant hydraulic resistance 23 defined partial media flow then corresponds to the horizontal Q min in 3 ,
Wie bereits anhand von 2 erläutert, weisen die Pumpenbereiche 5, 5' vorzugsweise jeweils eine Ventileinrichtung 10, 10' auf, mittels derer sie unabhängig voneinander schaltbar sind. Es zeigt sich dabei anhand von 3 insbesondere, dass bei hohen Drehzahlen vorzugsweise nur noch ein Pumpenbereich zugeschaltet ist. In diesem Fall, beziehungsweise wenn eine – in Umfangsrichtung gesehen – asymmetrisch um die Antriebswelle 3 verteilte Anzahl von Pumpenbereichen 5, 5' zugeschaltet sind, ergibt sich bei einem hohen Systemdruck das Problem, dass von den zugeschalteten Pumpenbereichen 5, 5' und insbesondere von deren Druckseiten 9, 9' radiale Kräfte in die Antriebswelle 3 eingeleitet werden, während andere Pumpenbereiche 5, 5' abgeschaltet, also drucklos sind, sodass die Radialkräfte nicht kompensiert werden können. Das Hydrauliksystem umfasst daher eine Belastungsmessvorrichtung, vorzugsweise einen Sensor, der die radiale Belastung der Antriebswelle bestimmt. Diese ist mit der mindestens einen Ventileinrichtung 10, 10' des mindestens einen schaltbaren Pumpenraums 5, 5' so verbunden, dass der mindestens eine schaltbare Pumpenbereich 5, 5' zugeschaltet wird, wenn die radiale Belastung der Antriebswelle 3 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Vorzugsweise werden alle abgeschalteten Pumpenbereiche 5, 5' zugeschaltet, wenn die Belastungsmessvorrichtung eine radiale Belastung der Antriebswelle 3 detektiert, die den vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Gleichzeitig wird verhindert, dass zugeschaltete Pumpenräume abgeschaltet werden. Auf diese Weise wird die Verdrängerpumpe 1 dann zwar nicht mehr energieeffizient betrieben, eine übermäßige radiale Belastung der Antriebswelle 3 wird aber vermieden, weil die von den Druckseiten 9, 9' der Pumpenbereiche 5, 5' ausgehenden Radialkräfte sich zumindest annähernd gegenseitig kompensieren. Vorzugsweise sind die Pumpenbereiche – in Umfangsrichtung gesehen – so um die Antriebswelle 3 angeordnet, dass sich die Radialkräfte genau kompensieren.As already on the basis of 2 explained, the pump areas 5 . 5 ' preferably in each case a valve device 10 . 10 ' on, by means of which they are independently switchable. It shows up with the help of 3 in particular, that at high speeds, preferably only one pump area is switched on. In this case, or if one - viewed in the circumferential direction - asymmetrically about the drive shaft 3 distributed number of pump areas 5 . 5 ' are switched on, arises at a high system pressure, the problem that of the switched pump areas 5 . 5 ' and in particular of their printed pages 9 . 9 ' radial forces in the drive shaft 3 while other pump areas 5 . 5 ' switched off, so are depressurized, so that the radial forces can not be compensated. The hydraulic system therefore comprises a load measuring device, preferably a sensor which determines the radial load of the drive shaft. This is with the at least one valve device 10 . 10 ' the at least one switchable pump chamber 5 . 5 ' connected so that the at least one switchable pump area 5 . 5 ' is switched on when the radial load of the drive shaft 3 exceeds a predetermined limit. Preferably, all shut off pump areas 5 . 5 ' switched on, when the load measuring device, a radial load of the drive shaft 3 detected, which exceeds the predetermined limit. At the same time it is prevented that switched pump rooms are switched off. In this way, the positive displacement pump 1 then no longer energy-efficiently operated, an excessive radial load on the drive shaft 3 but avoided because of the printed pages 9 . 9 ' the pump areas 5 . 5 ' Outgoing radial forces compensate each other at least approximately. Preferably, the pump areas - as seen in the circumferential direction - so around the drive shaft 3 arranged that the radial forces compensate exactly.
Besonders bevorzugt ist als Belastungsmessvorrichtung eine Druckmesseinrichtung vorgesehen, die einen Druck des Hydraulikmediums erfassen kann. Hierbei kann also direkt der Druck des Hydraulikmediums als Maß für die Belastung der Antriebswelle 3 bestimmt werden, und es kann ein vordefinierter Grenzwert festgelegt werden, bei dessen Überschreiten sichergestellt wird, dass alle Pumpenbereiche 5, 5' zugeschaltet werden oder sind. Die Druckmesseinrichtung kann vorzugsweise stromaufwärts des mindestens einen hydraulischen Widerstands 23 im Fluidpfad 27 des ersten Teilmedienstroms angeordnet sein. Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Druckmesseinrichtung auch stromabwärts des Widerstands im Fluidpfad 27 des ersten Teilmedienstroms angeordnet sein. Bei wieder einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Druckmesseinrichtung unmittelbar im Bereich des Auslasses 16 der Verdrängerpumpe 1 angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine bereits im Hydrauliksystem vorhandene Druckmesseinrichtung als Belastungsmessvorrichtung mitbenutzt und ausgewertet werden kann.Particularly preferred as a load measuring device, a pressure measuring device is provided which can detect a pressure of the hydraulic medium. Here, therefore, directly the pressure of the hydraulic medium as a measure of the load on the drive shaft 3 can be determined, and it can be set a predefined limit, when it is ensured that all pump areas 5 . 5 ' be switched on or are. The pressure measuring device may preferably be upstream of the at least one hydraulic resistance 23 in the fluid path 27 be arranged of the first sub-media stream. In another preferred embodiment, the pressure measuring device may also be downstream of the resistor in the fluid path 27 be arranged of the first sub-media stream. In yet another embodiment, the pressure measuring device directly in the region of the outlet 16 the positive displacement pump 1 be arranged. It is particularly advantageous if a pressure measuring device already present in the hydraulic system can be shared and evaluated as a load measuring device.
5 zeigt eine Tabelle, die verschiedene Betriebszustände des Hydrauliksystems zusammenfasst. Links ist der Systemdruck angegeben, wobei eine obere Zeile einen geringen Systemdruck, eine mittlere Zeile einen mittleren Systemdruck und eine untere Zeile einen hohen Systemdruck kennzeichnet. Der Systemdruck ergibt sich bei einem Lenkhelfsystem im Wesentlichen aus den Kräften, die auf die Räder wirken. Solange keine seitlichen Kräfte auf die Räder wirken, erzeugt die Verdrängerpumpe keinen beziehungsweise nur einen geringen Druck und wälzt im Wesentlichen das Hydraulikmedium um. Wirken seitliche Kräfte auf die Räder, die einen Lenkeinschlag verursachen oder diesem entgegengerichtet sind, steigt der Druck im Verbraucher und damit auch im Hydrauliksystem, solange der Verbraucher mit diesem in Fluidverbindung steht. 5 shows a table summarizing various operating states of the hydraulic system. The system pressure is indicated on the left, where an upper line indicates a low system pressure, a middle line a medium system pressure and a lower line a high system pressure. The system pressure results in a steering assist system essentially from the forces acting on the wheels. As long as no lateral forces acting on the wheels, the positive displacement pump generates no or only a small pressure and essentially circulates the hydraulic medium. If lateral forces act on the wheels, which cause a steering lock or are directed counter to this, the pressure in the load and thus also in the hydraulic system increases, as long as the consumer is in fluid communication with the latter.
In 5 oben ist die Pumpendrehzahl angegeben, wobei eine linke Spalte eine geringe Pumpendrehzahl, eine mittlere Spalte eine mittlere Pumpendrehzahl und eine rechte Spalte eine hohe Pumpendrehzahl kennzeichnet. Es ergeben sich so in der dargestellten Tabelle neun Felder, die jeweils durch zugeordnete Bereiche bezüglich der Pumpendrehzahl und dem Systemdruck gekennzeichnet sind. Jedes dieser Felder ist durch eine Diagonale in ein linkes oberes und ein rechtes unteres Feld geteilt. Dabei entspricht, wie links oben in 5 angedeutet, das linke obere Teilfeld einer geringen Lenkwinkelrate, während das rechte untere Teilfeld einen Betriebszustand anspricht, in dem eine hohe Lenkwinkelrate vorliegt.In 5 above, the pump speed is indicated, with a left column indicating a low pump speed, a middle column an average pump speed, and a right column a high pump speed. It turns out so in the shown table nine fields, each characterized by associated areas in terms of pump speed and system pressure. Each of these fields is divided by a diagonal into a left upper and a lower right field. It corresponds, as in the top left in 5 indicated, the upper left subfield of a low steering angle rate, while the lower right subfield responds to an operating condition in which there is a high steering angle rate.
Zunächst wird das Verhalten des Hydrauliksystems beziehungsweise des Verfahrens zu dessen energieeffizientem Betreiben bei Zuständen besprochen, die einen geringen oder mittleren Systemdruck aufweisen. Liegt eine geringe Pumpendrehzahl vor, was beispielsweise der Fall sein kann, wenn das Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs im Leerlauf oder mit geringer Drehzahl läuft, sind beide Pumpenbereiche 5, 5', die hier als Pumpenbereiche 1 und 2 bezeichnet werden, zugeschaltet. Bei geringer Pumpendrehzahl liefert die Verdrängerpumpe 1 nämlich nur einen geringen Medienstrom, sodass auf ihre gesamte Förderleistung zurückgegriffen wird, um den Verbraucher zu versorgen. Wie bereits in Zusammenhang mit 3 besprochen wurde, wird in einem mittleren Drehzahlbereich der zweite Pumpenbereich, also der Pumpenbereich 5', abgeschaltet, sodass ausschließlich der erste Pumpenbereich 5 zugeschaltet ist, wobei die Verdrängerpumpe 1 bei dem hier angesprochenen Ausführungsbeispiel mit 60% ihres Gesamtfördervolumens arbeitet. In einem hohen Drehzahlbereich wird dagegen der erste Pumpenbereich 5 ab- und der zweite Pumpenbereich 5' zugeschaltet, sodass die Pumpe mit 40% ihres Gesamtfördervolumens arbeitet. Die Zu- beziehungsweise Abschaltung der Pumpenbereiche 5, 5' ist vorzugsweise unabhängig von der Lenkwinkelrate.First, the behavior of the hydraulic system or the method for its energy-efficient operation is discussed in states that have low or medium system pressure. If there is a low pump speed, which may be the case, for example, when the drive unit of the motor vehicle is idling or running at low speed, both pump areas are 5 . 5 ' that are here as pump areas 1 and 2 be designated, switched on. At low pump speed delivers the positive displacement pump 1 namely only a small volume of media, so that their entire capacity is used to supply the consumer. As already related to 3 was discussed is in a medium speed range of the second pump area, ie the pump area 5 ' , switched off, so that only the first pump area 5 is switched on, wherein the positive displacement pump 1 works in the embodiment discussed here with 60% of their total delivery volume. In a high speed range, however, the first pump area 5 off and the second pump area 5 ' switched on, so that the pump works with 40% of its total delivery volume. The connection or disconnection of the pump areas 5 . 5 ' is preferably independent of the steering angle rate.
Bei Zuständen mit einem hohen Systemdruck sind dagegen unabhängig von der Pumpendrehzahl alle Pumpenbereiche 5, 5' zugeschaltet, um eine radiale Belastung der Antriebswelle 3 zu vermeiden, die zu deren Beschädigung oder Zerstörung beziehungsweise zur Beschädigung oder Zerstörung der Lager der Antriebswelle 3 oder der Verdrängerpumpe 1 führen könnten.In the case of states with a high system pressure, however, all pump areas are independent of the pump speed 5 . 5 ' connected to a radial load of the drive shaft 3 to avoid that to their damage or destruction or damage or destruction of the bearings of the drive shaft 3 or the positive displacement pump 1 could lead.
Das Hydrauliksystem zeichnet sich also insbesondere dadurch aus, dass die Schaltlogik, die für das Ab- beziehungsweise Zuschalten der Pumpenbereiche 5, 5' in Abhängigkeit von der Pumpendrehzahl zur Einstellung einer bestimmten Kennlinie eines Medienstroms vorgesehen ist, eine zusätzliche Logikschleife umfasst, die auf eine erhöhte radiale Belastung der Antriebswelle 3 reagiert und bei Überschreiten eines diesbezüglichen Grenzwerts entweder alle Pumpenbereiche 5, 5' zuschaltet oder dafür sorgt, dass keiner der Pumpenbereiche 5, 5' abgeschaltet wird, sodass ein radiales Kräfteungleichgewicht auf die Antriebswelle 3 vermieden wird.The hydraulic system is thus characterized in particular by the fact that the switching logic, for the switching off and on of the pump areas 5 . 5 ' is provided as a function of the pump speed for setting a specific characteristic of a media stream, an additional logic loop comprises, which is based on an increased radial load of the drive shaft 3 reacts and when exceeding a relevant limit either all pump ranges 5 . 5 ' switches on or ensures that none of the pump areas 5 . 5 ' is switched off, so that a radial force imbalance on the drive shaft 3 is avoided.
Im Folgenden wird nun das Verhalten des Hydrauliksystems beziehungsweise des Verfahrens bezüglich der Steuerung eines variablen Durchtrittsquerschnitts des mindestens einen hydraulischen Widerstands bei geringem bis mittlerem Systemdruck, also geringem bis mittlerem Druck des Hydraulikmediums, beschrieben. Es zeigt sich dabei, dass bei einer geringen Lenkwinkelrate der variable Durchtrittsquerschnitt des Widerstands vorzugsweise auf ein Minimum verkleinert wird. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass der Verbraucher bei einer geringen Lenkwinkelrate nur wenig Hydraulikmedium braucht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist es möglich, den Widerstand lediglich in zwei Zuständen, entweder bei minimaler Öffnung oder bei maximaler Öffnung zu betreiben. Bevorzugt wird jedoch, dass der Durchtrittsquerschnitt kontinuierlich variabel ist, sodass abhängig von der Lenkwinkelrate ein Durchtrittsquerschnitt eingestellt werden kann, bei der dem Verbraucher gerade der benötigte Medienstrom oder nur wenig mehr zur Verfügung gestellt wird.The behavior of the hydraulic system or of the method with regard to the control of a variable passage cross section of the at least one hydraulic resistance at low to medium system pressure, ie low to medium pressure of the hydraulic medium, will now be described below. It turns out that at a low steering angle rate, the variable passage cross section of the resistor is preferably reduced to a minimum. This takes into account the fact that the consumer needs little hydraulic medium at a low steering angle rate. In one embodiment, it is possible to operate the resistor in only two states, either minimum opening or maximum opening. However, it is preferred that the passage cross-section is continuously variable, so that depending on the steering angle rate, a passage cross-section can be adjusted, in which the consumer just the required media flow or only little more is provided.
Es zeigt sich, dass vorzugsweise unabhängig vom Druck des Hydraulikmediums und der Pumpendrehzahl bei einer großen Lenkwinkelrate der variable Durchtrittsquerschnitt vorzugsweise auf ein Maximum vergrößert wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Verbraucher in einem Betriebszustand, in dem er viel Hydraulikmedium pro Zeiteinheit braucht, mit einem ausreichenden Medienstrom versorgt wird. Bevorzugt wird die Drosselöffnung kontinuierlich der aktuell vorliegenden Lenkwinkelrate angepasst.It turns out that, preferably independent of the pressure of the hydraulic medium and the pump speed at a high steering angle rate, the variable passage cross-section is preferably increased to a maximum. This ensures that the consumer is supplied with a sufficient medium flow in an operating state in which he needs a lot of hydraulic medium per unit time. Preferably, the throttle opening is continuously adapted to the currently present steering angle rate.
Bei hohem Systemdruck und geringer bis mittlerer Pumpendrehzahl entspricht das Verhalten der Drossel dem, was in Zusammenhang mit Zuständen bei geringem bis mittlerem Systemdruck besprochen wurde. Liegt jedoch sowohl ein hoher Druck des Hydraulikmediums als auch eine hohe Pumpendrehzahl vor, wird auch bei einer geringen Lenkwinkelrate der variable Durchtrittsquerschnitt des Widerstands vorzugsweise auf ein Maximum vergrößert. Dieses Verhalten dient dem Schutz der Verdrängerpumpe 1 vor Überhitzung. Bei minimaler Öffnung des Widerstands wird nämlich nur ein kleiner Anteil des Hydraulikmediums als erster Teilmedienstrom dem Verbraucher zugeführt. Der Rest des von der Pumpe geförderten Medienstroms zirkuliert durch die Pumpe und von ihrem Auslass zu ihrem Einlass. Wichtig für das Verständnis des Hydrauliksystems ist, dass – wie in 4 dargestellt – der zum Einlass 14 zurückgeführte zweite Teilmedienstrom vorzugsweise nicht in ein Vorratsreservoir 37 des Hydraulikmediums zurückgeführt wird, sondern bevorzugt unmittelbar vom Auslass 16 zum Einlass 14 der Verdrängerpumpe 1 geführt wird. Der Hauptanteil des Medienstroms zirkuliert also im Wesentlichen innerhalb beziehungsweise im Bereich der Verdrängerpumpe 1. Aus dem Vorratsreservoir 37 wird nur gerade so viel Hydraulikmedium nachgeführt, wie es dem ersten Teilmedienstrom zum Verbraucher 18 entspricht. Das im Bereich der Pumpe zirkulierende Hydraulikmedium erwärmt sich nun zum Teil schnell zunehmend, weil es die Abwärme der Pumpe aufnimmt, wobei zusätzlich Wärme durch Reibung im Fluidpfad 29 entsteht. Da nur wenig kühles Medium, nämlich ein dem ersten Medienstrom entsprechender Anteil, aus dem Vorratsreservoir 37 nachgeführt wird, erhöht sich die Temperatur des im Bereich der Pumpe zirkulierenden Hydraulikmediums und damit auch die Temperatur der Verdrängerpumpe 1 kontinuierlich. Insbesondere bei einem Zustand, bei dem ein hoher Druck des Hydraulikmediums und gleichzeitig eine hohe Pumpendrehzahl vorliegt, muss die Verdrängerpumpe 1 viel Arbeit verrichten, sodass viel Abwärme entsteht. Hierdurch ergibt sich gerade in diesem Zustand die Gefahr, dass die Verdrängepumpe 1 überhitzt. Um dies zu vermeiden, wird der Durchtrittsquerschnitt des variablen hydraulischen Widerstands aufgesteuert, sodass der zum Verbraucher 18 geführte erste Teilmedienstrom auf Kosten des zweiten Teilmedienstroms anwachst. Dies führt dazu, dass auch der Anteil des aus dem Vorratsreservoir 37 nachgeführten Mediums steigt, sodass ein größerer Anteil kühlen Hydraulikmediums in die Pumpe gelangt. Dieses vermischt sich mit dem heißen Medium des zweiten Teilmedienstroms und bewirkt so insgesamt ein Absinken der Temperatur der Verdrängerpumpe 1.At high system pressure and low to medium pump speed, the throttle response is what has been discussed in connection with low to medium system pressure conditions. However, if there is both a high pressure of the hydraulic medium and a high pump speed, the variable passage cross section of the resistor is preferably increased to a maximum even at a low steering angle rate. This behavior serves to protect the positive displacement pump 1 from overheating. With minimal opening of the resistor namely only a small portion of the hydraulic medium is supplied as the first part of the medium flow to the consumer. The rest of the pumped media flow circulates through the pump and from its outlet to its inlet. Important for understanding the hydraulic system is that - as in 4 shown - the inlet 14 recirculated second partial medium flow preferably not in a reservoir 37 the hydraulic medium is returned, but preferably directly from the outlet 16 to the inlet 14 the positive displacement pump 1 to be led. The main part of the media flow is thus essentially circulating within or in the area of the positive displacement pump 1 , From the reservoir 37 Only just as much hydraulic medium is tracked as it is the first partial media flow to the consumer 18 equivalent. The circulating in the region of the pump hydraulic fluid is now heated rapidly increasing in part because it absorbs the heat loss of the pump, with additional heat due to friction in the fluid path 29 arises. Since only a little cool medium, namely a proportion corresponding to the first medium flow, from the supply reservoir 37 is tracked, the temperature of the circulating in the region of the pump hydraulic medium and thus the temperature of the positive displacement pump increases 1 continuously. In particular, in a state in which there is a high pressure of the hydraulic medium and at the same time a high pump speed, the positive displacement pump 1 do a lot of work so that a lot of waste heat is created. This results in the danger in this state that the displacement pump 1 overheated. To avoid this, the passage cross section of the variable hydraulic resistance is turned on, so that the consumer 18 led first partial media flow at the expense of the second partial media flow. This leads to that also the portion of from the supply reservoir 37 fed medium increases, so that a larger proportion of cool hydraulic fluid enters the pump. This mixes with the hot medium of the second partial media flow and thus causes a total decrease in the temperature of the positive displacement pump 1 ,
Dieses Verhalten des Hydrauliksystems entspricht einem konservativen Temperaturmodell, bei dem der Schutz der Verdrängerpumpe 1 im Vordergrund steht. Das Hydrauliksystem kann aber auch so betrieben werden, dass die Energieeffizienz eine höhere Priorität zugewiesen bekommt, wenn man davon ausgeht, dass die Verdrängerpumpe 1 auch erhöhte Temperaturen aushält. In diesem Fall kann in Abweichung der tabellarischen Aufstellung von 5 vorgesehen sein, dass auch bei hohem Systemdruck, hoher Pumpendrehzahl und geringer Lenkwinkelrate der Durchtrittsquerschnitt der Drossel vorzugsweise auf ein Minimum reduziert wird, um nur so viel Hydraulikmedium pro Zeiteinheit zum Verbraucher zu leiten, wie dieser gerade tatsächlich braucht.This behavior of the hydraulic system corresponds to a conservative temperature model, in which the protection of the positive displacement pump 1 stands in the foreground. The hydraulic system can also be operated in such a way that the energy efficiency gets assigned a higher priority, if one assumes that the positive displacement pump 1 also withstands elevated temperatures. In this case, contrary to the tabular list of 5 be provided that even at high system pressure, high pump speed and low steering angle rate, the passage cross-section of the throttle is preferably reduced to a minimum in order to direct only as much hydraulic fluid per unit time to the consumer, as this actually needs.
Soll dagegen im Rahmen des konservativen Temperaturmodells eine Aufsteuerung des mindestens einen hydraulischen Widerstands erfolgen, kann bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Temperaturerfassungseinrichtung, beispielsweise ein Temperatursensor, an der Verdrängerpumpe 1 vorgesehen sein, der deren Temperatur erfasst und mit einer Steuerungseinrichtung des Systems so verbunden ist, dass bei Überschreiten eines Grenzwerts der mindestens eine hydraulische Widerstand aufgesteuert wird. Bevorzugt kann eine bereits vorhandene Temperaturerfassungseinrichtung mitverwendet werden. Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist kein Temperatursensor vorgesehen, sondern die Steuerungseinrichtung nimmt eine Temperatur-Abschätzung über die Pumpendrehzahl vor. Sie kann dabei auch den an der Druckmesseinrichtung erfassten Druck des Hydraulikmediums in die Berechnung einbeziehen, sodass vorzugsweise bei einem hohen Systemdruck und einer hohen Pumpendrehzahl der mindestens eine hydraulische Widerstand aufgesteuert wird.If, on the other hand, a control of the at least one hydraulic resistance is to take place within the framework of the conservative temperature model, a temperature detection device, for example a temperature sensor, can be connected to the positive displacement pump in a preferred embodiment 1 be provided, which detects their temperature and connected to a control device of the system so that when a limit value is exceeded, the at least one hydraulic resistance is controlled. Preferably, an already existing temperature detection device can be used. In another preferred embodiment, no temperature sensor is provided, but the controller makes a temperature estimate of the pump speed. It can also incorporate the pressure of the hydraulic medium detected at the pressure measuring device into the calculation, so that the at least one hydraulic resistance is preferably opened at a high system pressure and a high pump speed.
Im Übrigen kann – wie in 4 dargestellt – bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel im Fluidpfad 29 des zweiten Teilmedienstroms stromabwärts vom Auslass 16 und stromaufwärts vom Einlass 14 der Verdrängerpumpe 1 eine Injektoreinrichtung 39 vorgesehen sein, die nach Art einer Saugstrahlpumpe arbeitet. Der zweite Teilmedienstrom passiert hier vorzugsweise ein Venturi-Rohr, dessen Funktionsweise an sich bekannt ist. Durch den so erzeugten Unterdruck wird das Hydraulikmedium, das der Verdrängerpumpe 1 aus dem Vorratsreservoir 37 nachgeführt werden soll, angesaugt und beschleunigt, sodass es den Einlass 14 bereits mit hoher Geschwindigkeit erreicht. Dies ist insbesondere bei hohen Pumpendrehzahlen vorteilhaft, weil sich in einem im Wesentlichen ruhenden Hydraulikmedium bei rascher Beschleunigung Blasen bilden könnten, die beispielsweise zu Kavitationen führen können. Die beschriebene Injektoreinrichtung 39 vermeidet diesen Nachteil durch eine Vorbeschleunigung des aus dem Vorratsreservoir 37 nachgeführten Hydraulikmediums, das dann mit bereits erhöhter Geschwindigkeit in den Einlass 14 injiziert wird.Incidentally - as in 4 shown - in a preferred embodiment in the fluid path 29 the second sub-media stream downstream of the outlet 16 and upstream of the inlet 14 the positive displacement pump 1 an injector device 39 be provided, which operates in the manner of a suction jet pump. Here, the second partial medium flow preferably passes through a Venturi tube, the mode of operation of which is known per se. By the negative pressure thus generated, the hydraulic medium, that of the positive displacement pump 1 from the supply reservoir 37 should be tracked, sucked and accelerated, so that it is the inlet 14 already reached at high speed. This is particularly advantageous at high pump speeds, because bubbles could form in a substantially stationary hydraulic medium with rapid acceleration, which can lead to cavitations, for example. The described injector device 39 avoids this disadvantage by a pre-acceleration of the from the reservoir 37 followed hydraulic medium, which then with already increased speed in the inlet 14 is injected.
Wie ebenfalls in 4 dargestellt, umfasst der Verbraucher 18 ein hydraulisches Stellelement, beispielsweise einen Schwenkmotor oder – wie hier dargestellt – einen Kolben 41, der zwei gegenüberliegende Flächen 43, 43' aufweist, welche zwei vorzugsweise ebenfalls entlang einer gemeinsamen Achse gegenüberliegende Hydraulikkammern 45, 45' eines Lenkzylinders 46 begrenzen. Der Verbraucher 18 umfasst außerdem vorzugsweise ein Ventilelement 47, hier ein Lenkventil, welches abhängig von einer Lenkbewegung des Lenkrads 33 den ersten Teilmedienstrom entlang eines Fluidpfades 49, 49' zu einer der Hydraulikkammern 45, 45' führt. Das Ventilelement 47 leitet dabei den ersten Teilmedienstrom in die Hydraulikkammer 45, 45', die gerade zur Unterstützung der Lenkbewegung mit einem Medienstrom beaufschlagt werden soll. Die andere Hydraulikkammer 45, 45' wird mit einem Fluidpfad 51 verbunden, sodass sie während der Lenkbewegung zum Vorratsreservoir 37 hin entleert werden kann. So bewirkt eine Beaufschlagung der Hydraulikkammer 45' mit dem ersten Teilmedienstrom vorzugsweise eine Unterstützung der Lenkbewegung nach rechts, während die Beaufschlagung der Hydraulikkammer 45 eine Lenkbewegung nach links unterstützt. Läuft das Fahrzeug geradeaus, wird keine der Hydraulikkammern 45, 45' mit dem ersten Teilmedienstrom beaufschlagt, und es wird auch kein Hydraulikmedium aus der anderen Kammer 45, 45' verdrängt, wobei das Ventilelement 47 den ersten Teilmedienstrom vollständig in den Fluidpfad 51 umleitet. Das Ventilelement 47 befindet sich dann in einer Neutralstellung bezüglich der Fluidpfade 49, 49', beziehungsweise in einer Durchlaufstellung zum Vorratsreservoir 37. Wesentlich ist, dass durch das Ventilelement 47 zwei Fluidpfade 49, 49' steuerbar sind, wobei diese in verschiedene Hydraulikkammern 45, 45' des Lenkzylinders 46 beziehungsweise aus diesen heraus führen.Like also in 4 represented, includes the consumer 18 a hydraulic actuator, such as a swing motor or - as shown here - a piston 41 , the two opposite surfaces 43 . 43 ' which two preferably also along a common axis opposite hydraulic chambers 45 . 45 ' a steering cylinder 46 limit. The consumer 18 moreover preferably comprises a valve element 47 , here a steering valve, which depends on a steering movement of the steering wheel 33 the first partial media flow along a fluid path 49 . 49 ' to one of the hydraulic chambers 45 . 45 ' leads. The valve element 47 directs the first partial medium flow into the hydraulic chamber 45 . 45 ' , which is to be acted upon in support of the steering movement with a media stream. The other hydraulic chamber 45 . 45 ' comes with a fluid path 51 connected so that they during the steering movement to the reservoir 37 can be emptied out. This causes an admission of the hydraulic chamber 45 ' Preferably, with the first partial flow medium, a support of the steering movement to the right, while the application of the hydraulic chamber 45 supported a steering movement to the left. If the vehicle is running straight, none of the hydraulic chambers will be running 45 . 45 ' the first part of the medium flow is applied, and there is no hydraulic medium from the other chamber 45 . 45 ' displaced, with the valve element 47 the first partial media flow completely into the fluid path 51 redirects. The valve element 47 is then in a neutral position with respect to the fluid paths 49 . 49 ' , or in a continuous position to Vorratsreservoir 37 , It is essential that through the valve element 47 two fluid paths 49 . 49 ' are controllable, these in different hydraulic chambers 45 . 45 ' of the steering cylinder 46 or lead out of these.
Insgesamt zeigt sich, dass das vorliegende Hydrauliksystem und das Verfahren zu dessen Betreiben es ermöglichen, dass insbesondere die Verdrängerpumpe 1 energieeffizient arbeitet. Dabei kann aber im Vergleich zu bekannten Systemen eine übermäßige radiale Belastung der Antriebswelle 3 vermieden werden, sodass diese weniger stabil und insbesondere kleiner gebaut werden kann, was auch die Gesamtgröße der Verdrängerpumpe 1 reduziert. Hierdurch kann diese platzsparend in den Motorraum eines Kraftfahrzeugs integriert werden.Overall, it turns out that the present hydraulic system and the method for its operation make it possible in particular the positive displacement pump 1 energy efficient works. In this case, however, in comparison to known systems, an excessive radial load of the drive shaft 3 be avoided, so that it can be built less stable and especially smaller, including the overall size of the positive displacement pump 1 reduced. As a result, this can be integrated to save space in the engine compartment of a motor vehicle.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Sonderpositionen
- 5'
- Pumpenbereich
- 7'
- Saugseite
- 9'
- Druckseite
- 10'
- Ventileinrichtung
- 12'
- Fluidverbindung
- 43'
- Fläche
- 45'
- Hydraulikkammer
- 49'
- Fluidpfad
- P
- Pfeil
Exceptional items - 5 '
- pump area
- 7 '
- suction
- 9 '
- pressure side
- 10 '
- valve means
- 12 '
- fluid communication
- 43 '
- area
- 45 '
- hydraulic chamber
- 49 '
- fluid path
- P
- arrow
