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Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum hydraulischen Antreiben von Hilfsaggregaten aus einem Schmierölkreislauf einer Verbrennungsmaschine sowie einen Schmierölkreislauf mit dem System.
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Hydraulikkreisläufe mit Hydraulikmotoren als Verbraucher sind beispielsweise aus Anwendungen bekannt, in denen funktionale Anbauten von Nutzfahrzeugen und Baumaschinen betrieben werden, da hydraulische Antriebe eine hohe Leistungsdichte, insbesondere ein hohes Drehmoment in Bezug auf ihre Größe bereitstellen. In mittleren und hohen hydraulischen Leistungsklassen sind im Stand der Technik Verstellpumpen in Kombination mit hydraulischen Verstellmotoren für Kreisläufe mit einem oder mehreren Verbrauchern vorbeschrieben, die mit einem veränderlichen geometrischen Hubvolumen bzw. Schluckvolumen arbeiten. Aufgrund ihrer Komplexität sind verhältnismäßig wenige Ausführungen von hydraulischen Pumpen mit einem veränderlichen Fördervolumen in Bezug zur Pumpendrehzahl im Stand der Technik bekannt, die auf den Betrieb eines Hydraulikkreislaufs in einer unteren Leistungsklasse ausgelegt sind.
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In klein dimensionierten Anwendungen, wie einem hydraulischen Antrieb von Hilfsaggregaten einer Verbrennungsmaschine, die häufig durch einen Riemen angetrieben werden, bieten hydraulische Antriebe neben der hohen Leistungsdichte, anwendungsbezogene Vorteile wie eine bessere Verschleißfestigkeit, Schmutzunempfindlichkeit und eine flexiblere Anordnung anhand der Leitungsführung, die eine Verlegung außerhalb einer herkömmlichen Riemenebene mehrerer Aggregate ermöglicht.
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Elektrische Kühlmittelpumpen sind im Vergleich zu einer hydraulisch angetriebenen Kühlmittelpumpe größer, schwerer, weisen ein schlechteres Leistungsgewichtsverhältnis auf und sind empfindlicher gegenüber Temperaturschwankungen und Vibrationen.
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Die deutsche Patentschrift
DE 197 81 855 B4 beschreibt ein hydraulisches System zum Antrieb von Zusatzeinrichtungen in einem Fahrzeug, wie einer Wasserpumpe. Eine Pumpe mit veränderlicher Verdrängung kann unabhängig von Hydromotoren einen gleichbleibenden Fluss oder gleichbleibenden Druck im Kreislauf bewirken. Die Hydromotoren können eine konstante Verdrängung haben, wobei Steuerventile zur teilweisen oder vollständigen Abtrennung der Hydromotoren von dem Kreislauf vorgesehen sind.
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Die Übersetzungsschrift
DE 60 2005 000 063 T2 offenbart ein Verfahren, das vorsieht, aus einem Motorschmiersystem in einem Verbrennungsmotor einen Hydraulikdruck für mechanische Leistung bereitzustellen. Dabei wird Öl an eine Motorschmiermittelverteilung zum Schmieren des Motors und an wenigstens eine Zusatzeinrichtung mit variablem Ölbedarf, die einen separaten Druckregler aufweist, geliefert. Eine Verstellpumpe ist mit einem Ölsumpf verbunden und wird unabhängig von der Motorleistung auf Basis der Summe des Fluidstroms geregelt, der von dem Motorschmiersystem und den hydraulikgetriebenen Zusatzeinrichtungen, wie einer Motorkühlmittelpumpe benötigt wird. In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Motor zusätzlich eine Konstantölpumpe, die ebenfalls mit dem Ölsumpf verbunden ist, so dass zwei parallele Schleifen bzw. Kreislaufabschnitte betrieben werden.
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Die bekannten Systeme aus dem Stand der Technik weisen einen komplexen Aufbau hinsichtlich der eingesetzten Pumpen- und Antriebstypen sowie den Ventilen zur Regelung auf. Demnach erscheint trotz der genannten Vorteile eines hydraulischen Antriebs, eine Herstellung und Installation eines solchen Gesamtsystems gegenüber einem vergleichsweise einfachen Riementrieb, in großen Stückzahlen kaum wirtschaftliche durchsetzbar zu sein.
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Ferner erzielen bekannte Systeme im Kompromiss zu den Verstellmöglichkeiten und regelungsbedingten Widerständen anhand einer Vielzahl von Ventilen in den Leitungen keine konkurrenzfähige Effizienz in der Leistungsübertragung. Andererseits sind hydraulische Konstantpumpen, die eine höhere Effizienz bei geringeren Kosten ermöglichen, wiederum nicht für universelle Einsätze mit spezifischen Betriebspunkten geeignet.
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Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein hydraulisches System zum Antreiben von Hilfsaggregaten zu schaffen, das einen einfachen und dennoch effizienten Aufbau bereitstellt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein hydraulisches System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit Schritten des Anspruchs 10 gelöst.
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Das hydraulische System zum Antreiben von Hilfsaggregaten aus einem Schmierölkreislauf einer Verbrennungsmaschine zeichnet sich aus durch: ein Proportionalventil, das eine Zufuhr von Schmieröl aus einem Abschnitt eines Schmierölkreislaufs in einen Abschnitt des hydraulischen Systems regelt; eine Verdrängerpumpe mit einer Phasenanschnittsteuerung, die eine hydrostatische Leistung ab einer vorbestimmten Pumpendrehzahl zunehmend begrenzt; wenigstens einen hydraulischen Konstantmotor, der ein Hilfsaggregat für die Verbrennungsmaschine antreibt, einen Hydraulikzulauf, der eine Verbindung zwischen einem Auslass der Verdrängerpumpe und einem Einlass des wenigstens einen hydraulischen Antriebs herstellt; einen Hydraulikrücklauf, der eine Verbindung aus einem Auslass des wenigstens einen hydraulischen Antriebs in einen anderen Abschnitt des Schmierölkreislaufs herstellt.
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Durch die Anbindung an den vorhandenen Schmierölkreislauf entfallen die Bereitstellung und das Gewicht eines separaten Hydrauliköls samt Speicher. Dabei sieht die Erfindung erstmals eine Reihenschaltung von zwei Pumpen in zwei aufeinanderfolgenden Schleifen bzw. Abschnitten eines Schmierölkreislaufs vor.
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Eine Phasenanschnittsteuerung, die auf dem technischen Gebiet der Hydraulik bekannt ist, wird im ausführlichen Beschreibungsteil anhand einer beispielgebenden Verdrängerpumpe erläutert, und entspricht dem hydraulischen Wirkungsprinzip einer Ansaugdrosselung, die ab einer vorbestimmten Drehzahl wirksam einsetzt. Dadurch können bei einer weiter ansteigenden Drehzahl der Verdrängerpumpe die Verdrängerkammern in den fortlaufenden Zyklen nicht mehr vollständig befüllt werden und eine antriebsseitige Leistungsaufnahme sowie -abgabe wird begrenzt.
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In Anwendungen mit einer Leistung oberhalb von 3 kW und großen Volumenströmen unterliegen Verdrängerpumpentypen mit Phasenanschnittsteuerung dem Nachteil dominanter Pulsationseffekte. In Anwendungen kleinerer Leistungsklassen werden Verdrängerpumpentypen mit Phasenanschnittsteuerung herkömmlicherweise in Anwendungen zur Regelung eines statischen Gegendrucks bzw. Druckspeichers, wie in Kraftstoffsystemen, Lenksystemen oder Stoßdämpfern eingesetzt.
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Die Erfindung sieht somit erstmals den Einsatz einer Verdrängerpumpe mit Phasenanschnittsteuerung für einen rotatorischen Antrieb, insbesondere einen hydraulischen Motor mit konstanter Verdrängung in direkter regelfreier Verbindung, d.h. ohne weitere Regelungsmittel in einem Zulauf oder Rücklauf des hydraulischen Motors, vor.
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Somit realisiert der erfindungsgemäße Aufbau ein System mit geringem Steuerungsaufwand bei reduzierter Systemstruktur und geringerer Anzahl an Systemkomponenten, wodurch eine wirtschaftliche Fertigung hoher Stückzahlen ermöglicht wird. Unter Verzicht auf Ventile oder ähnliche Regelungswiderstände nach der hydraulischen Pumpe und einer Auslegung des Konstantmotors auf einen anwengunsspezifischen Betriebspunkt wird eine höchst effiziente und unempfindliche Leistungsübertragung erzielt.
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Das erfindungsgemäße System erlaubt zudem eine reduzierte Komplexität des Pumpen- und Antriebstyps, so dass eine Miniaturisierung dieser Komponenten und eine große Konstruktionsfreiheit zur Integration derselben in ein bestehendes Systemumfeld ermöglicht werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum hydraulischen Antreiben von Hilfsaggregaten aus einem Schmierölkreislauf einer Verbrennungsmaschine zeichnet sich durch die simultanen Schritte aus: proportional geregeltes Zuführen von Schmieröl aus einem Abschnitt eines Schmierölkreislaufs zu einer Verdrängerpumpe; Druckbeaufschlagen des zugeführten Schmieröls durch die Verdrängerpumpe; Antreiben eines Hilfsaggregats für die Verbrennungsmaschine durch einen hydraulischen Konstantmotor; hydrostatische Leistungssteuerung zur Drehzahlregelung des hydraulischen Konstantmotors in Abhängigkeit einer Phasenanschnittsteuerung der Verdrängerpumpe, die eine hydrostatische Leistung ab einer vorbestimmten Pumpendrehzahl zunehmend begrenzt, und der proportionalen Regelung der Zufuhr von Schmieröl; und Rückführen von Schmieröl in einen Abschnitt des Schmierölkreislaufs.
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Durch die erfindungsgemäße Kombination des Proportionalventils, der Verdrängerpumpe mit Phasenanschnittsteuerung und des hydraulischen Konstantmotors wird eine unabhängige und einfache Geschwindigkeits- bzw. Leistungssteuerung für ein rotatorisch angetriebenes Hilfsaggregat anhand eines Proportionalitätsparameters zwischen zwei Schmierkreislaufabschnitten eingestellt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des hydraulischen Systems sind Gegenstand der nachfolgenden abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Verdrängerpumpe durch die Verbrennungsmaschine mechanisch angetrieben werden.
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Hierdurch wird die einfachste Leistungsbereitstellung und Anbindung an eine Verbrennungsmaschine geschaffen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der wenigstens eine hydraulische Konstantmotor eine Kühlmittelpumpe und/oder eine Vakuumpumpe für die Verbrennungsmaschine antreiben.
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Kühlmittelpumpen und Vakuumpumpen stellen die Anwendungsfälle rotatorisch angetriebenen Hilfsaggregaten dar, die von den genannten Vorzügen der Erfindung profitieren. Ferner ist eine Koppelung beider Pumpen an einen Hydromotor prinzipiell denkbar.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein hydraulischer Konstantmotor eine Kühlmittelpumpe und ein anderer hydraulischer Konstantmotor eine Vakuumpumpe für die Verbrennungsmaschine antreiben.
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Das System kann ebenso zwei Hydromotoren umfassen, deren konstanter Betriebspunkt jeweils spezifisch auf einen Pumpentyp optimiert ist.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Verdrängerpumpe mit einer Phasenanschnittsteuerung von einem Gerotortyp mit feststehendem Gerotoraußenelement sein.
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Eine Gerotorpumpe mit festehendem Gerotoraußenelement stellt aufgrund eines geringeren Reibungswiderstands im Vergleich zu Gerotorpumpen mit zwei bewegten Rotoren eine bevorzugte Ausführung dar.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das erfindungsgemäße hydraulische System Teil eines Schmierölkreislaufs sein mit einem Ölreservoir zum Sammeln von Schmieröl aus dem Schmierölkreislauf, einer Ölpumpe zum Fördern des Schmieröls aus dem Ölreservoir in einen Abschnitt des Schmierölkreislaufs, einem Ölfilter zum Filtern des Schmieröls, und wenigstens einer maschinenseitige Ölkulisse zur Verteilung von Schmieröl an bewegten Elementen der Verbrennungsmaschine.
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Somit fügt sich das hydraulische System als Abschnitt einer Reihenschaltung in den geschlossenen Kreislauf eines herkömmlichen Schmierölkreislaufs mit separater Schmierölpumpe ein.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Proportionalventil zwischen einem strömungsendseitigen Austritt aus der wenigstens einen Ölkulisse und einem Einlass der Verdrängerpumpe angeordnet sein.
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Durch die Auswahl dieser Schnittstelle wird mittels des Proportionalitätsventils zunächst die Aufrechterhaltung eines Druckbereichs für die kritische Bereitstellung eines Schmierfilms an den bewegten Elementen der Verbrennungsmaschine in der Ölgallerie sichergestellt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Hydraulikrücklauf zwischen dem Auslass des wenigstens einen hydraulischen Antriebs und dem Ölreservoir angeordnet ist.
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Durch eine rückwärtige Einbindung des Systems in den Schmierölkreislauf, die vor der Ölwanne als Sammelspeicher erfolgt, wird die geringste Einflussnahme auf die Funktionalität des Schmierölkreislaufs sichergestellt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das hydraulische System zum Antreiben von Hilfsaggregaten in der Verbrennungsmaschine integriert angeordnet sein.
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In dieser Variante werden die Potenziale der hohen Leistungsdichte, der möglichen Miniaturisierung, und der Gestaltungsfreiheit zur Integration des hydraulischen Systems in Form- bzw. Gussteilen eines Motorblocks ausgeschöpft.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. In diesen zeigen:
- 1 ein schematisches Diagramm des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems, das eine Kühlmittelpumpe als Hilfsaggregat umfasst und an einen Schmierölkreislaufs einer Verbrennungsmaschine angebunden ist;
- 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Verbrennungsmaschine, in der das erfindungsgemäße hydraulische System gemeinsam mit dem Schmierölkreislauf integriert ist;
- 3A einen Längsschnitt durch ein beispielgebendes Hilfsaggregat, das durch einen hydraulischen Konstantmotor angetrieben wird
- 3A einen Querschnitt durch den hydraulischen Konstantmotor des Hilfsaggregats aus 3A;
- 4A einen Längsschnitt durch eine beispielgebende mechanisch angetriebene Gerotorpumpe zur Erläuterung der Phasenanschnittsteuerung; und
- 4B einen Querschnitt durch die Gerotorpumpe aus 4A zur Erläuterung der Phasenanschnittsteuerung.
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Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das hydraulische System 1 ein Proportionalventil 10, das mit dem Schmierölkreislauf 2 der Verbrennungsmaschine 3 in Verbindung steht. Das Proportionalventil 10 ist über eine hydraulische Leitung mit einer hydraulischen Pumpe 11, insbesondere einer umlaufenden Verdrängerpumpe, wie eine Gerotorpumpe angeschlossen, die in nicht dargestellter Weise von der Verbrennungsmaschine 3 mechanisch angetrieben wird. Die hydraulischen Pumpe 11 ist durch eine hydraulische Leitung mit einem hydraulischen Konstantmotor 12 verbunden, der als hydraulischer Antrieb in einer Kühlmittelpumpe als beispielgebendes Hilfsaggregat 13 integriert ist. Der hydraulische Konstantmotor 12 ist durch eine hydraulische Leitung wiederum mit dem Schmierölkreislauf 2 der Verbrennungsmaschine 3 verbunden.
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In der Darstellung aus 2 ist das erfindungsgemäße hydraulische System 1 zusammen mit dem Schmierölkreislauf 2 in einem Motorblock bzw. Gehäuse der Verbrennungsmaschine 3 integriert. In einem unteren Abschnitt der Verbrennungsmaschine 3 ist eine Ölwanne 20 eingerichtet, in der sich ein Überschuss an Schmieröl ansammelt. Eine Ölpumpe 21 saugt angesammeltes Öl aus der Ölwanne 20 an und fördert es durch einen Ölfilter 22, um Fremdkörper und metallische Partikel durch Verschmutzung bzw. Abrieb der Maschinenelemente aus dem geförderten Schmieröl herauszufiltern.
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Nach einem Passieren des Ölfilters 22 wird das Schmieröl unter dem Druck der Pumpe 21 weiter durch einen Abschnitt einer Ölgalerie 23 gefördert, der durch verzweigte Bohrungen einen Schmierfilm an Gleitlager einer Kurbelwelle und anderen bewegten Elementen der Verbrennungsmaschine bereitstellt. In einem weiteren Abschnitt der Ölgalerie 23 wird das Öl an bewegten Elementen, wie einem Ventiltrieb entlanggeführt, der in einem Bereich der Zylinderköpfe der Verbrennungsmaschine 3 angeordnet ist. Nach einem Durchlaufen aller schmierungswirksamen Abschnitte der Ölgalerie 23, tritt das geförderte Schmieröl aus einem Ende der Ölgalerie 23 aus. An dieser Stelle hat die betrachtete Fließstrecke des geförderten Schmieröls alle funktionalen Einheiten des Schmierölkreislaufs 2 durchlaufen, so dass der Schmierölkreislauf 2 bis auf eine Rückführung in die Ölwanne 20 abgeschlossen ist.
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An derselben Stelle ist eine Verbindung zwischen dem Schmierölkreislauf 2 und dem hydraulischen System 1 vorgesehen. Somit gelangt das geförderte Schmieröl, das aus einem Ende der Ölgalerie 23 austritt, hinein in eine nachfolgende Kreislaufschleife, die durch das hydraulische System 1 gebildet wird. Dabei durchläuft das geförderte Schmieröl zunächst das Proportionalventil 10 und wird von der hydraulischen Pumpe 11 angesaugt. Danach wird das Schmieröl durch die Verdrängungswirkung der hydraulischen Pumpe 11 mit einem hydrostatischen Druck beaufschlagt und dem hydraulischen Konstantmotor 12 zugeführt, der mit einem Auslass der hydraulischen Pumpe 11 verbunden. Der hydraulische Konstantmotor 12 ist mit einer Antriebswelle des rotatorisch angetriebenen Hilfsaggregats 13, wie einer Kühlmittelpumpe, mechanisch verbunden. Nachdem das hydrostatisch beaufschlagte Schmieröl den hydraulischen Konstantmotor 12 des Hilfsaggregats 13 durchlaufen hat, wird es durch eine hydraulische Leitung in die Ölwanne 20 abgeführt, wonach der kontinuierliche Zyklus der betrachteten Fließstrecke des Schmierölkreislaufs 2 erneut beginnt.
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Nachstehend werden die Komponenten des hydraulischen Systems 1 näher erläutert.
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Das Proportionalventil 10 ist in der erläuterten Ausführungsform ein 2/2 Proportionalventil von einem elektrisch steuerbaren Solenoidtyp.
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Der hydraulische Konstantmotor 12 ist ein Motor mit einem konstanten Schluckvolumen, d.h. mit einer Verdrängung einer konstanten Menge Öl pro Umdrehung einer Motorwelle. Somit besteht bauartbedingt ein direkter Zusammenhang zwischen einer Drehzahl des hydraulischen Konstantmotors 12 und einer zugeführten Fördermenge unter einem hydrostatischen Druck bzw. einer zugeführten hydrostatischen Leistung aus der hydraulischen Pumpe 11.
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Der hydraulische Konstantmotor 12, der in den 3A und 3B gezeigt ist, ist in einer Bauform mit einem außenliegenden Stator 40 mit Sperrschiebern 41 und einem innenliegenden Nockenrotor 42 ausgeführt, wobei zwischen den Nocken liegende Kammern einerseits der Sperrschieber 41 mit hydraulisch beaufschlagtem Öl befüllt werden und diese andererseits der Sperrschieber 41 das Öl wiederum ausschieben. Aufgrund einer im Wesentlichen konzentrischen Anordnung von Stator 40 und Rotor 42 sowie einer Wasserpumpenlagerung 43 ermöglicht der Aufbau eine Realisierung von kurzer axialer Abmessung und einem Durchmesser von z.B. 30-40 mm. Dadurch kann zumindest ein antriebsseitiger Teil des Hilfsaggregats 13 in den Motorblock der Verbrennungsmaschine 3 integriert werden. In dem dargestellten Fall einer Kühlmittelpumpe kann ein Spiralgehäuse vom Radialpumpentyp, das einen wesentlich größeren Durchmesser aufweist, außerhalb bzw. angrenzend an den Motorblock der Verbrennungsmaschine 3 platzsparend angeordnet werden.
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Die hydraulische Pumpe 11 mit Phasenanschnittsteuerung weist, wie nachstehend beschrieben, einlassseitig bzw. in einer Verbindungsleitung zwischen einem Einlass der Pumpe und einem Eintritt in die Verdrängerkammern einen Strömungsquerschnitt auf, der sich innerhalb eines Drehzahlbetriebsbereichs der Pumpe, der durch einen Drehzahlbetriebsbereich der Verbrennungsmaschine 3 als mechanische Antriebsquelle unmittelbar vorgegeben ist, begrenzend auf eine Zuführung der Fördermenge in die Verdrängerkammern auswirkt.
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Eine beispielgebende konstruktive Maßnahme zur Bewirkung der an sich bekannten hydraulischen Phasenanschnittsteuerung wird anhand einer bevorzugten Ausführung einer Gerotorpumpe mit feststehendem Gerotoraußenelement beschrieben.
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Die Gerotorpumpe, die in den 4A und 4B dargestellt ist, weist ein Gerotorinnenelement 51 auf, das durch einen exzentrischen Wellenabschnitt auf einer Kreisbahn innerhalb eines Gerotoraußenelements 50 rotierend und umlaufend geführt wird, wobei das Gerotorinnenelement 51 eine Abrollbewegung über eine Verzahnung durchführt, die mit der Bewegungsabfolge eines Spirographs für Malstifte vergleichbar ist. Zugleich findet in sichelförmigen Arbeitskammern 54, die in den Fußabschnitten der Verzahnung des Gerotoraußenelements 50 gebildet werden, im Bereich des Kämmeingriffs eine umlaufende endlose Abfolge von allmählich eingreifenden und wieder freigegebenen Verdrängungsvorgängen statt. Unter Bereitstellung eines Eintritts und Austritts des Fördermediums in und aus jeder Arbeitskammer 54, wird das Wirkungsprinzip eines umlaufenden Verdrängers erzeugt.
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Um einen Austritt des verdrängten Volumens aus den Arbeitskammern 54 der Verzahnung des feststehenden Gerotoraußenelements 50 zu gewährleisten, sind in der Darstellung rechts von dem Gerotor Öffnungskanäle 53 mit einem Rückschlagventil ausgebildet, die eine axiale Begrenzung der Arbeitskammern 54 im Bereich der untersten Fußpunkte der Verzahnung aufheben. Für einen Eintritt des Fördermediums weist die Gerotorpumpe beiderseits des Gerotors Einlasskammern 52 auf, aus denen das Schmieröl durch einzelne Ansaugvorgänge der Arbeitskammern eingesaugt wird.
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Wie in 4B gezeigt, ist ein Außenumfang bzw. Radius R der Einlasskammern 52 groß genug gewählt, dass er einen Fußkreis des Gerotorinnenelements 51 bezüglich eines innenliegenden Winkelabschnitts, der einem außenliegenden Winkelabschnitt des Kämmeingriffs gegenüberliegt, überdeckt. Dadurch kann durch umlaufend zeitweise auftretende sichelförmige Schnittflächen zwischen dem Außenumfang R der Einlasskammern 52 sowie den inneren Fußabschnitten der Verzahnung, das Fördermedium beidseitig aus den Einlasskammern 52 in den Gerotor eingesaugt werden.
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Ein Fördervolumen der Pumpe anhand der einzelnen Ansaugvorgänge der Arbeitskammern 54 hängt von dem Strömungsquerschnitt der zeitweise auftretenden sichelförmigen Schnittflächen zwischen dem Außenumfang R der Einlasskammern 52 sowie den kammerbildenden inneren Fußabschnitten der Verzahnung des Gerotorinnenelements 50 ab. Darüber hinaus hängen die Dauern der einzelnen Ansaugvorgänge der Arbeitskammern von der Wellendrehzahl ab.
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Eine Begrenzung des einlassseitigen Strömungsquerschnitts kann sowohl anhand des in 4B angezeigten Außenumfangs bzw. Radius R einer Einlasskammer 52, als auch anhand anderer Dimensionierungen, wie einer axialen Tiefe derselben, oder einem Kanaldurchmesser in einer Einlassführung erzielt werden.
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Im Falle von Schmieröl oder Hydrauliköl wird ein antriebsseitig erzwungenermaßen expandiertes Volumen der Arbeitskammern, das nicht mehr durch angesaugtes Fördervolumen gefüllt werden kann, durch Dämpfe gefüllt, die bei Unterdruck kurzzeitig ausdiffundieren und wieder einkondensieren. Eine Blindleistung der hierzu verrichteten physikalischen Arbeit sowie eine Vermeidung von Kavitationen in den Kammern sind bei Verwendung geeigneter handelsüblicher Öle und entsprechender Auslegung des Betriebsbereichs beherrschbar.
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Infolgedessen ist eine hydraulische Phasenanschnittsteuerung durch eine geeignete Auswahl eines einlassseitig begrenzenden Strömungsquerschnitts umsetzbar. Die hydraulische Phasenanschnittsteuerung bewirkt somit, dass oberhalb einer vorbestimmten Drehzahl, die in Abhängigkeit des begrenzten Strömungsquerschnitts innerhalb eines zulässigen Betriebsbereich der Drehzahl festgelegt ist, die Arbeitskammern nicht mehr vollständig bzw. immer weniger befüllt werden. Demnach steigt das Fördervolumen ab der vorbestimmten Drehzahl nicht mehr weiter an.
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Dieser Betriebspunkt kann anwendungsbezogen optimiert auf einen spezifischen hydrostatischen Druck für Lasten in einem Hydraulikkreislauf, der durch die Gerotorpumpe betrieben wird, festgelegt werden.
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Wie in den 4A und 4B gezeigt, ist die hydraulische Pumpe 11 in einer Bauform ausgeführt, die mittels eines im Wesentlichen konzentrischen Aufbaus und einer Wasserpumpelagerung 55 eine Realisierung von kurzer axialer Abmessung und einem Durchmesser von z.B. 30-40 mm ermöglicht. Daher kann die Pumpe, vergleichbar mit einer Ölpumpe, in einem Motorblock der Verbrennungsmaschine 3 integriert werden. Die hydraulische Pumpe 11 wird über ein Ritzel 56 und eine Kette, die mit einer Welle der Verbrennungsmaschine 3 in Eingriff steht, angetrieben und ist folglich direkt an die Drehzahl der Verbrennungsmaschine 3 gekoppelt.
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Nachstehend wird ein steuerbares Zusammenwirken der Komponenten des hydraulischen Systems 1 näher erläutert.
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Durch eine pumpenseitig mechanisch bzw. geometrisch festgelegte Begrenzung der Fördermenge der hydraulischen Pumpe 11 innerhalb des Betriebsbereichs der Verbrennungsmaschine 3, wird ein lineares Verhältnis zwischen der Drehzahl der Verbrennungsmaschine 3 und der Drehzahl des hydraulischen Konstantmotors 12 des Hilfsaggregats 13 ab einer vorbestimmten Drehzahl graduell aufgehoben.
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Somit wird mittels der Begrenzung der Fördermenge der hydraulischen Pumpe 11 eine aufgenommene Drehzahl des Konstantmotors 12 bei einem erforderlichen Druck gegen einen Widerstand einer Leistungsaufnahme des angeschlossenen Hilfsaggregats 13, unterhalb einer maximalen Drehzahl der Verbrennungsmaschine 3, einem vorgegebenen Grenzwert der resultierenden hydrostatischen Leistung angenähert.
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Eine weitere Einflussnahme auf die Drehzahl des hydraulischen Konstantmotors 12 bzw. der hydrostatischen Leistungsaufnahme des Hilfsaggregats 13 wird durch die proportionale Regelung der Schmierölzufuhr aus der Ölgallerie mittels Steuerung des Proportionalventils 10 ausgeübt, die eine angesaugte und ausgestoßene Fördermenge der hydraulischen Pumpe 11 zusätzlich begrenzen kann, und somit einen aktiv steuerbaren Verlauf der hydrostatischen Leistung unabhängig von der Drehzahl der Verbrennungsmaschine 3 bereitstellt.
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Das Proportionalventil 10 wird mit einer Priorisierung gesteuert, dass durch eine Saugwirkung der hydraulischen Pumpe 11, die mit dem Schmierölkreislauf 2 in Reihe geschaltet ist, ein Druck des Schmieröls im Schmierölkreislauf 2 bzw. in der Ölgalerie 23 nicht unterhalb eines Betriebsdruckbereichs von 1 bis 5 bar abfällt.
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Zugleich wird das Proportionalventil dahingehend gesteuert, dass es durch den Volumenstrom des Schmieröls, das in die Schleife des hydraulischen Systems 1 einströmt, eine Drehzahl des hydraulischen Motors 12 bzw. eine angeforderte Leistung des Hilfsaggregat 13 geregelt wird.
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Ein Regelbereich des Proportionalventils 10, eine vorgegebene untere Drehzahl eines Begrenzungsbereichs, ab der die hydraulische Phasenanschnittsteuerung eingreift, d.h. ab der ein gewählter Strömungsquerschnitt in der hydraulischen Verdängerpumpe 11 begrenzend wirksam wird, und die hydraulischen Kennwerte des Konstantmotors 12 sind auf einen spezifischen Betriebspunkt oder Betriebsbereich eines Hilfsaggregats 13 optimiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19781855 B4 [0005]
- DE 602005000063 T2 [0006]
