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Die Erfindung betrifft hydrostatische Lager. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, welche ein verlässliches Abpumpen des Lecköls eines hydrostatischen Lagers ermöglicht. Zum technischen Hintergrund wird beispielsweise auf die
DE 10 2007 058 572 B3 und die
DE 102 12 255 A1 hingewiesen.
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Servohydraulische Aktuatoren (besonders hydrostatisch gelagerte Aktuatoren), welche z.B. in Hebebühnen oder Testsystemen für Fahrzeuge verwendet werden, haben konstruktionsbedingt Spalt-Dichtungen, durch die sogenanntes Lecköl austritt. Dieses Lecköl wird üblicherweise kontinuierlich durch spezifische Lecköl-Pumpen abgesaugt, da es andernfalls zu einem unkontrollierten Ölaustritt kommt. Ein solcher unkontrollierter Ölaustritt kann zu signifikanten Verschmutzungen, Umweltschäden und Kosten führen und ist zudem in vielen Ländern meldepflichtig.
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Derzeit wird die Saugfunktion der eingesetzten Lecköl-Pumpen meistens gar nicht, oder teilweise indirekt durch Analyse des Motorstroms überwacht. Darüber hinaus sind die Lecköl-Pumpen meist an Stellen angeordnet, die im Betrieb nicht einsehbar und/oder zugänglich sind. Daher ist es derzeit nicht möglich, sicherzustellen und zu überwachen, dass die Lecköl-Pumpen korrekt arbeiten und daher keine Gefahr für einen unkontrollierten Ölaustritt besteht.
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In dem vorliegenden Dokument wird eine Vorrichtung beschrieben, die eine verlässliche und kostengünstige Überwachung des korrekten Betriebs einer Lecköl-Pumpe ermöglicht. Durch die Überwachung können Betriebsstörungen der Lecköl-Pumpe frühzeitig erkannt werden, wodurch ein unkontrollierter Ölaustritt aus den hydrostatisch gelagerten Aktuatoren vermieden werden kann.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung beschrieben, welche eingerichtet ist, Öl (z.B. Lecköl) aus einem hydrostatischen Lager abzusaugen. Die Vorrichtung umfasst ein saugseitiges Ventil, das zwischen einem Absaugkanal des hydrostatischen Lagers und einer Pumpe angeordnet ist. Insbesondere ist das saugseitige Ventil an der sogenannten Saugseite der Pumpe angeordnet, an der die Pumpe typischerweise einen Saugdruck generiert, um das Öl durch den Absaugkanal aus dem hydrostatischen Lager abzusaugen. Die Pumpe kann z.B. eine Flügelzellenpumpe umfassen.
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Das saugseitige Ventil kann eingerichtet sein, einen Strom eines Fluides von der Pumpe zum Absaugkanal zu behindern (z.B. zu blockieren). Diese Behinderung bzw. Blockierung des Stromflusses in Rückrichtung von der Pumpe zum Absaugkanal kann unabhängig vom Saugdruck sein, der von der Pumpe aufgebaut wird. Bei dem Fluid kann es sich um ein Zwei-Phasen Gemisch handeln, welches z.B. ein Gemisch aus Öl und Luft umfasst. Desweiteren kann das saugseitige Ventil eingerichtet sein, für einen Saugdruck oberhalb eines Saug-Schwellwerts einen Strom des Fluides von dem Absaugkanal zu der Pumpe zu ermöglichen. Weiter kann das saugseitige Ventil eingerichtet sein, für einen Saugdruck unterhalb des Saug-Schwellwerts einen Strom des Fluides von dem Absaugkanal zu der Pumpe zu behindern (z.B. zu blockieren).
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In einem Ausführungsbeispiel umfasst das saugseitige Ventil ein Rückschlagventil. Dabei kann der Saug-Schwellwert durch die Rückstellkraft einer Rückstell-Feder des Rückschlagventils definiert sein.
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Durch die Verwendung eines saugseitigen Ventils kann erreicht werden, dass die Pumpe zum Absaugen des Lecköls einen Saugdruck aufbauen muss, um zumindest den Saug-Schwellwert des saugseitigen Ventils zu überwinden und dadurch das saugseitige Ventil zu öffnen. Somit wird durch das saugseitige Ventil ein eindeutiger Schwellwert definiert, anhand dessen der korrekte Betrieb der Pumpe überprüft werden kann.
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Die Vorrichtung kann weiter die Pumpe umfassen, die eingerichtet ist, den Saugdruck in Richtung des Absaugkanals zu erzeugen, um das Lecköl aus dem hydrostatischen Lager zu saugen. Diese Pumpe wird im vorliegenden Dokument auch als Lecköl-Pumpe bezeichnet. Desweiteren kann die Vorrichtung einen Drucksensor umfassen, der eingerichtet ist, einen Kammerdruck zwischen saugseitigem Ventil und Pumpe zu messen. Der Kammerdruck kann den Druck in dem Raum umfassen, der sich zwischen dem saugseitigen Ventil und der Pumpe befindet.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung typischerweise auch ein oder mehrere Leitungen umfasst, die eingerichtet sind, das Fluid von dem Absaugkanal über das saugseitige Ventil zu der Pumpe zu leiten. Desweiteren kann die Vorrichtung ein oder mehrere Leitungen umfassen, die eingerichtet sind, auf der Druckseite der Pumpe das Fluid (insbesondere das Öl) in einen Auffangbehälter zu leiten.
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Die Vorrichtung kann weiter eine Steuereinheit umfassen, die eingerichtet ist, den gemessenen Kammerdruck mit dem Saug-Schwellwert oder mit einem anderen vordefinierten Schwellwert zu vergleichen. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, zu prüfen, ob der Kammerdruck oberhalb oder unterhalb des Saug-Schwellwerts (oder des anderen vordefinierten Schwellwert) liegt. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, eine Nachricht (z.B. einen Alarm) zu generieren und/oder auszugeben, wenn detektiert wird, dass der gemessene Kammerdruck kleiner ist als der Saug-Schwellwert (oder der andere vordefinierte Schwellwert). Somit kann die Steuereinheit eingerichtet sein, eine Situation zu detektieren, bei der das Lecköl nicht mehr verlässlich von der Pumpe abgesaugt wird.
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Die Vorrichtung kann weiter ein druckseitiges Ventil umfassen. Das druckseitige Ventil kann zwischen Pumpe und einem Auffangbehälter für abgesaugtes Öl angeordnet sein. Mit anderen Worten, das druckseitige Ventil kann auf der Druckseite der Pumpe angeordnet sein. Das druckseitige Ventil kann dazu eingerichtet sein, zu verhindern, dass abgesaugtes Öl zurück in die Pumpe strömt. Dazu kann das druckseitige Ventil eingerichtet sein, einen Strom des Fluides von dem Auffangbehälter zu der Pumpe zu behindern. Desweiteren kann das druckseitige Ventil eingerichtet sein, für einen Druck oberhalb eines Druck-Schwellwerts einen Strom des Fluides von der Pumpe zum Auffangbehälter zu ermöglichen und/oder für einen Druck unterhalb des Druck-Schwellwerts einen Strom des Fluides von der Pumpe zum Auffangbehälter zu behindern (bzw. zu blockieren). Beispielsweise kann das druckseitige Ventil ein Rückschlagventil umfassen.
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Das druckseitige Ventil ist insbesondere bei der Verwendung einer Vielzahl von Lecköl-Pumpen für eine Vielzahl von hydrostatischen Lagern von Bedeutung, um zu verhindern, dass das abgesaugte Öl aus einem hydrostatischen Lager über den Absaugkanal in ein anderes hydrostatisches Lager gelangt. Desweiteren kann das druckseitige Ventil von Vorteil sein, um einen eindeutig abgeschlossenen Raum zwischen dem saugseitigen Ventil und dem druckseitigen Ventil zu erzeugen, dessen Kammerdruck zuverlässig von dem Drucksensor ermittelt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt, wird ein Testsystem für ein Fahrzeug beschrieben. Das Testsystem kann ein oder mehrere hydrostatisch gelagerte Aktuatoren umfassen, die eingerichtet sind, das Fahrzeug zu bewegen. Insbesondere kann das Testsystem hydrostatisch gelagerte Aktuatoren umfassen, die die Räder des Fahrzeugs (z.B. des Automobils) bewegen können. Beispielsweise kann für jedes Rad des Fahrzeugs mindestens ein Aktuator vorgesehen sein, um so jedes einzelne Rad separat bewegen zu können (um z.B. die Fahrt über eine unebene Fahrbahn zu simulieren). Desweiteren kann das Testsystem ein oder mehrere Vorrichtungen umfassen, die eingerichtet sind, Lecköl aus den entsprechenden ein oder mehreren hydrostatisch gelagerten Aktuatoren abzusaugen. Für jedes hydrostatische Lager eines Aktuators kann eine entsprechende Vorrichtung zur Lecköl-Absaugung vorgesehen sein. Die Vorrichtung kann eine beliebige Kombination der in diesem Dokument beschriebenen Merkmale umfassen. Desweiteren kann das Testsystem einen einzigen gemeinsamen Auffangbehälter für das abgesaugte Lecköl umfassen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt
- 1 ein Blockdiagram eines beispielhaften Systems, welches einen hydrostatisch gelagerten Aktuator und Lecköl-Pumpen umfasst.
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Wie einleitend dargelegt, wird derzeit der korrekte Betrieb einer Lecköl-Pumpe nicht oder nur indirekt (über den Motorstrom der Lecköl-Pumpe) überwacht. Die für die Vermeidung von Ölaustritt relevante Kenngröße, ist Information darüber, ob die Lecköl-Pumpe fördert. Bei Verwendung einer indirekten Messmethode über den Motorstrom kann diese Information nicht sicher detektiert werden. Z.B. fließt bei einem Blockieren des Pumpenrotors auch ein Motorstrom, obwohl die Lecköl-Pumpe kein Öl mehr fördert. Daher ist die Überwachung des Motorstroms nicht ausreichend, um sicherzustellen, dass die Lecköl-Pumpe das aus dem hydrostatisch gelagerten Aktuator austretende Öl abpumpt.
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1 zeigt ein System 100, welches einen hydrostatisch gelagerten Aktuator 110 und zwei Lecköl-Pumpen 102 umfasst. Bei den Pumpen 102 kann es sich z.B. um ein Verdrängerpumpen, wie z.B. Flügelzellenpumpen oder Drehschieberpumpen, handeln. Der hydrostatisch gelagerte Aktuator 110 kann z.B. zum Anheben eines Fahrzeugs in einer Hebebühne und/oder zum Bewegen der Räder eines Fahrzeugs verwendet werden. Der hydrostatisch gelagerte Aktuator 110 umfasst einen Druckzylinder 115 in dem sich ein Kolben 112 befindet, der durch Öl in den Druckkammern 111 angehoben und/oder gesenkt werden kann. Der Kolben 112 ist am oberen und unteren Ende des Druckzylinders 115 mit Gleitlagern 113 (d.h. mit hydrostatischen Lagern) versehen, durch die Lecköl aus den Druckkammern 111 austreten könnte. Dieses Lecköl kann durch Absaugkanäle 114 aus dem Gleitlager 113 abgesaugt werden, so dass das Lecköl nicht unkontrolliert aus dem Druckzylinder 115 austritt. Außerdem umfasst der Aktuator 110 typischerweise Steuerkanäle (nicht gezeigt), durch die der Öldruck in den Druckkammern 111, und damit ein Anheben oder ein Absenken des Kolbens 112, gesteuert werden kann.
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An einen Absaugkanal 114 wird typischerweise eine Lecköl-Pumpe 102 (über eine Fluid-Leitung) angeschlossen, wobei die Lecköl-Pumpe 102 einen Unterdruck erzeugt, aufgrund dessen das Lecköl durch den Absaugkanal 114 abgesogen wird. Das durch die Lecköl-Pumpe 102 geförderte Lecköl wird typischerweise (über eine Fluid-Leitung) in einen Auffangbehälter 105 geleitet, aus dem das Öl dann wieder dem Aktuator 110 zugeführt werden kann. Typischerweise schwankt der durch die Pumpe 102 geförderte Ölstrom signifikant (auch in Abhängigkeit davon, ob der Aktuator 110 bewegt wird oder nicht). Typischerweise wird durch die Pumpe 102 nur unregelmäßig Lecköl angesaugt, und das abgesaugt Fluid umfasst einem hohen Anteil von Luft.
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Auf der Druckseite der Pumpe 102 kann ein Rückschlagventil 103 verwendet werden, um ein Rückfließen des Lecköls aus der Leitung in die Pumpe 102 zu verhindern. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine Vielzahl von Pumpen 102 für eine Vielzahl von Aktuatoren 110 an ihren jeweiligen Druckseiten zusammengeschlossen wird. Dies kann z.B. bei Hebebühnen oder Testanordnungen für Fahrzeuge der Fall sein, die eine Vielzahl von Aktuatoren 110 verwenden. Beispielsweise kann eine Testanordnung für ein Fahrzeug mindestens einen Aktuator 110 für jedes Rad des Fahrzeugs umfassen. Dadurch können anhand der Aktuatoren 110 die Räder des Fahrzeugs unabhängig voneinander bewegt werden, um so z.B. unterschiedliche Fahrbahnsituationen und/oder Fahrgeschwindigkeiten zu simulieren. Die Rückschlagventile 103 auf der Druckseite der Pumpen 102 verhindert, dass das abgesaugtes Lecköl aus einer Pumpe 102 in die Leitung einer anderen Pumpe 102 fließt.
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Wie eingangs dargelegt, ist es wünschenswert, in verlässlicher und kostengünstiger Weise zu überwachen, ob die Lecköl-Pumpe 102 fördert. In diesem Dokument wird vorgeschlagen, einen Drucksensor 104 zu verwenden, der eingerichtet ist, den von der Pumpe 102 erzeugten Unterdruck zu messen, und so zu überwachen, dass die Pumpe 102 Öl fördert. Wie oben dargelegt, schwankt der geförderte Ölstrom signifikant und es wird ein signifikanter Anteil von Luft gepumpt. Dadurch kann ein Drucksensor 104 meist nicht zuverlässig feststellen, ob durch die Pumpe 102 ein ausreichender Unterdruck erzeugt wird, um das Lecköl zu fördern.
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Es wird daher vorgeschlagen, auf der Saugseite der Pumpe 102 (d.h. zwischen Absaugkanal 114 und Pumpe 102) ein Rückschlagventil 101 zu verwenden, so dass zwischen dem saugseitigen Rückschlagventil 101 und der Pumpe 102 ein Raum (bzw. ein Kammer) entsteht, dessen Druck durch den Drucksensor 104 verlässlich überwacht werden kann. Insbesondere wird durch die Kraft der Rückstell-Feder des Rückschlagventils 101 ein Saugdruck-Schwellwert festgelegt, der von der Pumpe 102 aufgebracht werden muss, um das Rückschlagventil 101 zu öffnen. Dieser Schwellwert kann durch den Drucksensor 104 in verlässlicher Weise gemessen und überwacht werden, wodurch eine verlässliche und kostengünstige Überwachung des korrekten Betriebs der Lecköl-Pumpe 102 gewährleistet wird.
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In der in 1 gezeigten Ausführungsform, ist die Pumpe 102 zwischen zwei Rückschlagventilen (d.h. dem saugseitigen Rückschlagventil 101 und dem druckseitigen Rückschlagventil 103) angeordnet. Der Drucksensor 104 kann eingerichtet sein, den Raum zwischen diesen beiden Rückschlagventilen zu überwachen (d.h. den Druck in dem Raum zwischen den beiden Rückschlagventilen 101 und 103 zu überwachen). Aufgrund des, durch das saugseitige Rückschlagventil 101 verursachte, höhere Saugdruck-Niveau kann eine stabile Schaltschwelle (z.B. von 0.1 bar) definiert werden, die zur Überwachung des korrekten Betriebs der Pumpe 102 herangezogen werden kann.
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Durch die in diesem Dokument beschriebene Anordnung kann die Kenngröße „Lecköl-Absaugung gewährleistet“ direkt detektiert werden. Im Vergleich zu einer Volumenstrom-Messung ist die hier beschriebene Methode signifikant günstiger, und zuverlässiger (da eine Volumenstrommessung aufgrund des 2-Phasen-Gemisches aus Öl und Luft problematisch sein kann).
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
