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Die Erfindung betrifft Hydrauliksysteme für die Versorgung von Hydraulikkomponenten mit unterschiedlichem Druckbedarf, wobei die Druckerzeugung von einer Pumpe mit verstellbarer Fördermenge vorgenommen wird. Insbesondere bei der Versorgung von Verbrennungsmotoren und automatisierten Schaltgetrieben von Fahrzeugantrieben mit Schmieröl zur Gleitlagerschmierung und Drucköl für Stellelemente sind oft unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich Ölmenge und Öldruck zu erfüllen. Im einfachsten Fall wird die Druckregelung eines Hydrauliksystems von einer für den extremsten Betriebsfall ausgelegten Ölpumpe mit einem für den maximal erforderlichen Betriebsdruck abgestimmten Bypassventil vorgenommen. Hierbei werden jedoch bei Betriebsfällen mit geringeren Öldruckanforderungen von der Ölpumpe unnötig hohe hydraulische Leistungen erbracht, die durch entsprechend hohe Pumpenantriebsleistungen bei Verbrennungsmotoren den Kraftstoffverbrauch anteilig belasten.
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Durch die Verwendung von Ölpumpen mit verstellbarer Fördermenge, sog. Regelölpumpen, und mit bedarfsgerechter Regelung des Druckes entsprechend dem beispielsweise drehzahlabhängigen Öldruckbedarf eines Verbrennungsmotors können schon beträchtliche Vorteile im Kraftstoffverbrauch erzielt werden.
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Aus der
DE10237801 B4 ist eine Regelölpumpe bekannt, bei der ein zweistufig umschaltbarer Regelkolben eine Druckumschaltung zwischen einem höheren und einem geringeren Druckniveau ermöglicht. Hierdurch kann bei zeitweise geringerem Öldruckbedarf die Antriebsleistung der Regelölpumpe vorteilhaft reduziert werden.
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Die
DE 10 2006 058 12 A1 beschreibt eine zweiflutige Außenzahnrad-Regelölpumpe, bei der in einem Pumpengehäuse drei nebeneinander in Zahneingriff stehende Förderzahnräder zwei Förderstufen bilden. Das mittlerer Förderzahnrad ist axial verstellbar ausgebildet, so dass bei dessen axial veränderter Zahnradüberdeckung mit den beiden äußeren Förderzahnrädern gleichzeitig die Fördermengen beider Förderstufen verstellt werden. Die zweiflutige Regelölpumpe weist zwei Saugkanäle und zwei Druckkanäle auf, die aufgrund der wechselnden Drehrichtungen der Förderzahnräder jeweils diagonal gegenüberliegen.
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Die
DE 10 2010 049 631 A1 zeigt für eine zweiflutige Außenzahnrad-Regelölpumpe entsprechend der
DE 10 2006 058 12 A1 eine Zusammenführung der Saugseiten und der Druckseiten der beiden Förderstufen über den Gehäusedeckel der Regelölpumpe.
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Die Regelung der Regelölpumpe muss den Öldruck mindestens immer so hoch einstellen, dass diejenige Hydraulikkomponente mit dem höchsten Öldruckbedarf betriebssicher versorgt ist. Hydraulikkomponenten mit einem geringeren Öldruckbedarf werden dabei jedoch überversorgt, so dass nachteilig eine entsprechend unnötig hohe Antriebsleistung der Regelölpumpe resultiert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einer Regelölpumpe die Druckversorgung von verschiedenen Hydraulikkomponenten mit unterschiedlichem Öldruckbedarf über mindestens zwei Hydraulikkreise mit mindestens zeitweise unterschiedlichen Öldrücken vorzunehmen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend Anspruch 1 in vorteilhafter Weise dadurch gelöst, dass nach einer Verzweigung eines ersten und mindestens eines zweiten Hydraulikkreises in einem der Hydraulikkreise ein verstellbares Drosselventil angeordnet ist. Hierbei regelt die Regelölpumpe den Druck in einem der Hydraulikkreise, während der Druck im anderen Hydraulikkreis vom Druckverlust am Drosselventil bestimmt ist, so dass eine bedarfsgerecht unterschiedliche Druckversorgung verschiedener Hydraulikeinrichtungen vorgenommen werden kann.
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Bei einer vorzugsweisen Anordnung des verstellbaren Drosselventils in einem ersten Hydraulikkreise, der zu einer von der Regelölpumpe druckgeregelten Schmierölversorgung eines Verbrennungsmotors dient, kann je nach Einstellung des Drosselventils der Druck vor dem Drosselventil und damit im zweiten Hydraulikkreis nach Bedarf über das Öldruckniveau des ersten Hydraulikkreises angehoben werden. Der zweite Hydraulikkreis dient bevorzugt der Versorgung von Hydraulikkomponenten mit nur zeitweisem Versorgungsbedarf bei erhöhtem Druck, wie beispielsweise Nockenwellenverstellern des Verbrennungsmotors oder Hydraulikelemente für automatisierte Kuppel- und Schaltvorgänge eines am Verbrennungsmotor angeflanschten Schaltgetriebes im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges.
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Unabhängig von der Einstellung des Drosselventils stellt ein Druckregler der Regelölpumpe deren Fördermenge so ein, dass der Öldruck im ersten Hydraulikkreis dem Druckbedarf des Verbrennungsmotors entspricht. Der höhere Öldruck im zweiten Hydraulikkreis wird bei nur zeitweisem Versorgungsbedarf vorzugsweise in einem Speicher bereitgehalten und gegenüber dem ersten Hydraulikkreis mit einem Rückschlagventil gesichert. Ein Steuergerät überwacht den Öldruck im zweiten Hydraulikkreis und aktiviert bei Unterschreitung eines Mindestdruckes das Drosselventil zur Aufladung des Speichers.
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Die Betätigung der am zweiten Hydraulikkreis angeschlossenen Hydraulikkomponenten wird ebenfalls vom Steuergerät vorgenommen, das beispielsweise als Bestandteil eines Motorsteuergerätes ausgeführt ist.
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Das verstellbare Drosselventil ist vorzugsweise als federbelastetes Kolbenventil ausgebildet, wobei die Vorspannkraft dessen Feder den Druckabfall am Drosselventil bestimmt. Das federbelastete Drosselventil ist prinzipiell wie ein Bypassventil an konventionellen Ölpumpen ausgebildet und gewährleistet eine bestimmte Druckerhöhung im zweiten Hydraulikkreis. Vom zweiten Hydraulikkreis nicht aufgenommene Fördermengen der Regelölpumpe werden über das Drosselventil in den ersten Hydraulikkreis weitergeleitet und dort für die Schmierung des Verbrennungsmotors genutzt. Vorteilhaft für die Antriebsleistung der Regelölpumpe ist es nun, bei zeitweise nicht bestehendem Versorgungsbedarf des zweiten Hydraulikkreises über ein vom Steuergerät angesteuertes Ventil das Kolbenventil hydraulisch auf eine drosselfreie Offenstellung zu stellen, so dass dann der Förderdruck der Regelölpumpe auf das geringeren Druckniveau des ersten Hydraulikkreises abfällt.
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Bei erhöhtem Versorgungsbedarf des zweiten Hydraulikkreises, beispielsweise bei überwiegendem Betrieb des Fahrzeuges im Stadtverkehr mit häufigen Schaltvorgängen von Hydraulikstellern, kann es vorteilhaft sein, eine zweiflutige Regelölpumpe mit zwei Förderstufen zu verwenden. Hierbei kann dann die zweite Förderstufe ausschließlich den zur Schmierölversorgung dienenden ersten Hydraulikkreis versorgen, in dem ihr Förderöl erst hinter dem Drosselventil in den ersten Hydraulikkreis eingespeist wird. Die erste Förderstufe hingegen speist den zweiten Hydraulikkreis, wobei überschüssiges Förderöl wie bei einer einflutigen Regelölpumpe über das Drosselventil in den ersten Hydraulikkreis weiterfließt. Bei häufigem oder auch dauerndem Ölfluss in den zweiten Hydraulikkreis fördert dann nur die erste Förderstufe der zweiflutigen Regelölpumpe gegen den erhöhten Öldruck des zweiten Hydraulikkreises, während die zweite Förderstufe immer nur gegen den niedrigeren Öldruck des ersten Hydraulikkreises fördert und eine entsprechend geringere Antriebsleistung der Regelölpumpe resultiert.
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Zur Kühlung und/oder Filtrierung des Förderöls der Regelölpumpe kann eine Anordnung mindestens eines Kühlers und/oder Filters vorgesehen werden. Hierbei ist es vorteilhaft, den Kühler bzw. das Filter wegen dessen Drosselverluste erst nach der Verzweigung von Hydraulikkreisen anzuordnen, um deren Druckverlust zur Druckerhöhung in dem vorher abzweigenden Hydraulikkreis zu nutzen.
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Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen
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1: ein von einer Regelölpumpe versorgtes Hydrauliksystem mit zwei Druckkreisen
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2: ein alternatives Hydrauliksystem mit einer zweiflutigen Regelölpumpe
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3: eine Schnittansicht einer zweiflutigen Außenzahnrad-Regelölpumpe
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4: eine Schnittansicht mit einer ersten Stellung eines Drosselventils;
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5: eine Schnittansicht mit einer zweiten Stellung des Drosselventils;
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Die 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hydrauliksystems für die Ölversorgung eines Verbrennungsmotors mit einem Automatikgetriebe für ein Kraftfahrzeug. Eine Regelölpumpe 1 fördert aus einer Ölwanne 2 angesaugtes Förderöl über eine erste Druckleitung 3, ein verstellbares Drosselventil 4, eine zweite Druckleitung 5 und ein Filter 6 in die Hauptölleitung 7 des Verbrennungsmotors (VM) 8. Ein an der Hauptölleitung 7 angeschlossener Regler (R) 9 regelt über eine erste Steuerleitung 10 die Fördermenge der Regelölpumpe 1 derart, dass in der Hauptölleitung 7 immer mindestens der für die Schmierölversorgung des Verbrennungsmotors 8 erforderliche Öldruck herrscht, beispielsweise konstant 5 bar entsprechend der Anzeige eines ersten Manometers 11.
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Von der ersten Druckleitung 3 zweigt eine dritte Druckleitung 12 ab, die über ein Filter 13 und ein Rückschlagventil 14 über eine vierte Druckleitung 15 einen Speicher 16 mit Drucköl versorgt, beispielsweise mit 9 bar entsprechend der Anzeige des zweiten Manometers 17. Ein Steuergerät 18 überwacht den Öldruck des Speichers 16 und steuert über eine zweite Steuerleitung 19 das Drosselventil 4. Das Steuergerät 18 betätigt je nach Bedarf über eine fünfte Druckleitung 20 Hydraulikkomponenten am Verbrennungsmotor 8 und über eine sechste Druckleitung 21 Hydraulikkomponenten am Automatikgetriebe 22. Das Steuergerät 18 wird hierzu von einem Motorsteuergerät angesteuert oder ist gar als dessen Bestandteil ausgeführt. Das dem Verbrennungsmotor 8 und dem Automatikgetriebe 22 von der Regelölpumpe 1 zugeführte Förderöl fließt schließlich über eine Ablaufleitung 23 wieder zurück in die Ölwanne 2. Sobald der Öldruck der Druckleitung 15 einen Solldruck von beispielsweise 9 bar unterschreitet, verstellt das Steuergerät 18 über die Steuerleitung 19 das Drosselventil 4 im Sinne einer erhöhten Drosselung, so dass der in den Druckleitungen 3 und 12 herrschende Förderdruck der Regelölpumpe 1 ansteigt. Hierdurch fließt über das öffnende Rückschlagventil 14 Förderöl in den Speicher 16 oder gar über das Steuergerät 18 direkt zum Verbrennungsmotor 8 bzw. zum Automatikgetriebe 22. Bei ausreichend hohem Druck in der Druckleitung 15 öffnet das Steuergerät 18 das Drosselventil 4 vollkommen, so dass der resultierende Druckabfall in den Druckleitungen 3 und 12 das Rückschlagventil 14 schließt und ein Rückfluss von Drucköl aus dem Speicher 16 in die Druckleitungen 12 und 3 unterbindet. Der in der Druckleitung 3 herrschende Förderdruck der Regelölpumpe 1 fällt dabei von vorher 9 bar auf dann beispielsweise 5,5 bar ab, die sich aus dem Öldruck von 5 bar in der Hauptölleitung 7 und dem angenommenen Druckverlust von 0,5 bar des Filters 6 ergeben. Hieraus resultiert bei zeitweise nicht erforderlicher Abführung von Förderöl zur Druckerhöhung in der Druckleitung 15 eine entsprechend reduzierte Antriebsleistung der Regelölpumpe 1.
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Die 2 weist eine zweiflutige Regelölpumpe 24 mit in diesem Ausführungsbeispiel integriertem Drosselventil 4 auf, die mit einer ersten Förderstufe 25 und einer zweiten Förderstufe 26 die Versorgung eines der 1 ansonsten gleichen Hydrauliksystems vornimmt. Die Gesamtfördermenge der beiden Förderstufen 25 und 26 mit vorzugsweise je 50% entspricht dabei der Fördermenge der Regelölpumpe 1 von 1. Die Ansaugung des Förderöls erfolgt von der ersten Förderstufe 25 über einen ersten Saugkanal 27 und von der zweiten Förderstufe 26 über einen zweiten Saugkanal 28 sowie einem gemeinsamen Ansaugstutzen 29 aus der Ölwanne 2. Die erste Förderstufe 25 speist ihr Förderöl in die Druckleitung 3 vor dem Drosselventil 4 ein, während die zweite Förderstufe 26 ihr Förderöl über eine siebente Druckleitung 30 der Druckleitung 5 zwischen dem Drosselventil 4 und dem Filter 6 zuführt. Hieraus ergibt sich bei einer vom Steuergerät 18 am Drosselventil 4 eingestellten Drosselwirkung nur eine Erhöhung des Förderdruckes der ersten Förderstufe 25 in der Druckleitung 3, während der in der Druckleitung 30 wirkende Förderdruck der zweiten Förderstufe 26 nicht ansteigt. Der Druckverlust des Drosselventils 4 führt somit bei der zweiflutige Regelölpumpe 24 nur an der ersten Förderstufe 25 zu einem erhöhten Förderdruck, so dass die Regelölpumpe 24 eine entsprechend geringeren Antriebsleistung als die Regelölpumpe 1 von 1 erfordert.
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Die 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der zweiflutigen Regelölpumpe 24 mit integriertem Drosselventil gemäß 2, die als Außenzahnrad-Regelölpumpe mit drei Förderzahnrädern ausgebildet ist. Ein Pumpengehäuse 31 weist eine in ihm gelagerte Antriebswelle 32 für ein erstes Förderzahnrad 33 auf. Gegenüberliegend zum ersten Förderzahnrad 33 ist im Pumpengehäuse 31 ein zweites Förderzahnrad 34 auf einem Lagerbolzen 35 angeordnet. Das erste Förderzahnrad 33 und das zweite Förderzahnrad 34 stehen über ein zwischen ihnen angeordnetes drittes Förderzahnrad 36 miteinander in Drehkraftverbindung. Das dritte Förderzahnrad 36 ist als Bestandteil einer bekannten und deshalb nicht näher beschriebenen Verstellvorrichtung im Pumpengehäuse 31 axial verschieblich gelagert, wobei in bekannter Weise von einem Regler (6 in 2) über die Steuerleitung 10 die Fördermenge eingestellt wird. Das Förderzahnrad 34 und das Förderzahnrad 36 bilden die erste Förderstufe (25 in 2), während das Förderzahnrad 33 mit dem Förderzahnrad 36 die zweite Förderstufe (26 in 2) bilden. Da das axial verschiebliche Förderzahnrad 36 beiden Förderstufen zugehörig ist, erfolgt für sie eine quantitativ gleiche Verstellung deren Fördermengen.
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Das Pumpengehäuse 31 ist von einem Gehäusedeckel 37 verschlossen, wobei eine Dichtung 38 als Zwischenlage dient. Der Gehäusedeckel 37 wird für die in der Schnittansicht nicht sichtbaren Saugseiten und Druckseiten der beiden Förderstufen (25 und 26 in 2) der zweiflutigen Außenzahnrad-Regelölpumpe 24 jeweils als Verbindung genutzt. Diese als Kanäle ausgebildeten Verbindungen sind im aufgeschnittenen Gehäusedeckel 37 als Saugleitung 28 und als Druckleitung 3 zu sehen. Im Kanalquerschnitt der Druckleitung 3 sind das untere Ende des als Kolbenventil 39 ausgeführten Drosselventils (4 in 2) wie auch die als Bohrung abzweigende Druckleitung 12 erkennbar. Die externen Verbindungen der zweiflutigen Regelölpumpe 24 gemäß 2 sind in der in 3 dargestellten Ausführungsform an deren Rückseite angeschlossen und als Ansaugstutzen 29, als Druckleitung 5, als Druckleitung 12 und als Steuerleitung 10 sichtbar.
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Die 4 zeigt eine Schnittansicht A-A des Gehäusedeckels 37 von 3. Das auf der Achse der Druckleitung 3 angeordnete, mit mehreren Fenstern 40 ausgebildete Kolbenventil 39 ist von eine Feder 41 kraftbeaufschlagt. Die Druckleitung 3 steht über eine erste Bohrung 42 mit der Druckseite der ersten Förderstufe (25 in 2) und über eine zweite Bohrung 43, die in den Fenstern 40 des Kolbenventils 39 erkennbar ist, mit der Druckleitung 5 und der Druckseite der zweiten Förderstufe (26 in 2) in Verbindung. In der gezeigten ersten Stellung des Kolbenventils 39 kann sich der Förderstrom der ersten Förderstufe (25 in 2) ungedrosselt über die Innenseite und die Fenster 40 des Kolbenventils 39 über die Bohrung 43 mit dem Förderstrom der zweiten Förderstufe (26 in 2) vereinen und dem Verbrennungsmotor zugeführt werden. Die Offenstellung des Kolbenventils 39 wird dadurch sichergestellt, dass in einer die Feder 41 umgebenden Kammer 44 über ein offenstehendes Ventil 45 und die Druckleitung 12 der vor dem Kolbenventil 39 in der Druckleitung 3 herrschende Förderdruck der ersten Förderstufe (25 in 2) wirkt.
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In 5 ist gegenüber 4 das Ventil 45 vom Steuergerät (18 in 2) derart eingestellt, dass die Kammer 44 nun drucklos ist. Hierdurch verschiebt der in der Druckleitung 3 herrschende Förderdruck der ersten Förderstufe (25 in 2) das Kolbenventil 39 gegen die Kraft der Feder 41 in eine Position, in der die Fenster 40 des Kolbenventils 39 verschlossen sind und das untere Ende des Kolbenventils 39 nur noch eine partielle Öffnung zur Bohrung 43 freigibt. Hierdurch stellt sich für den das Kolbenventil 39 passierende Förderstrom ein von der Kraft der Feder 41 bestimmter Druckverlust ein, um den der in der Druckleitung 3 wirkende Förderdruck der ersten Förderstufe (25 in 2) erhöht ist. Über die Druckleitung 12 kann der angeschlossenen Speicher (16 in 2) nun mit Drucköl aufgefüllt werden.
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Durch die erfindungsgemäß bevorzugt an einer zweiflutigen Regelölpumpe schaltbare Drosselung des Förderstroms einer Förderstufe kann eine zweiflutige Ölversorgung einer hydraulisch zu versorgenden Einrichtung mit zwei unterschiedlichen Öldrücken bei reduzierter Pumpenantriebsleistung realisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10237801 B4 [0003]
- DE 10200605812 A1 [0004, 0005]
- DE 102010049631 A1 [0005]
