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Die Erfindung betrifft ein variables Speisepumpensystem für die Verwendung in geschlossenen Hydraulikkreisläufen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Speisepumpensystem zum Erzeugen variable Hydraulikspeisevolumenströme, die in einen geschlossenen Hydraulikkreislauf eines hydrostatischen Antriebs eingespeist werden sollen.
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In hydrostatischen Systemen mit geschlossenem Kreislauf tritt Hydraulikflüssigkeitsverlust verursacht durch Leckage an beweglichen Teilen oder durch Spülen, beispielsweise zum Kühlen hochbelasteter Teile oder der Hydraulikflüssigkeit selbst, auf. Z. B. kann Hydraulikflüssigkeit, welche durch einen geschlossenen Hydraulikkreislauft fließt, über interne undichte Stellen in der Pumpe und/der dem Motor entweichen, wobei der Systemdruck unter einen akzeptablen Grenzwert sinkt. Da der hydraulische Kreislauf zudem geschlossen ist, kann das Fluid das in dem geschlossenen Kreislauf zirkuliert unter Lastbedingungen überhitzen. Um das Entweichen und um überhitztes Fluid zu kompensieren, werden für geschlossene Kreisläufe oft konstante Verdrängerpumpen, die auch als Speisepumpen bekannt sind, eingesetzt, welche ein niedrigeres Fördervolumen aufweisen als die Hauptpumpe. Solche Speisepumpen werden herkömmlich über eine Antriebswelle der Hauptpumpe oder durch einen anderen Antriebsmotor mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis angetrieben, d. h. die Drehzahl der Speisepumpe verändert sich proportional mit der Drehzahl der Hauptpumpe. Das bedeutet auch, dass bei niedrigen Drehzahlen der Hauptpumpe der Volumenstrom der Speisepumpe ebenfalls auf einem niedrigen Niveau ist und proportional mit dem Anstieg der Drehzahl der Hauptpumpe steigt. Aufgrund dessen, dass die Kapazität der Speisepumpe ausreichend sein muss, um den Hydraulikflüssigkeitsdruck im geschlossenen hydrostatischen Kreislauf auch bei niedrigen Drehzahlen der Hauptpumpe aufrecht zu erhalten, übersteigt ein bei hohen Drehzahlen erzeugter Speisepumpenvolumenstrom oftmals die Hydraulikflüssigkeitsverluste aufgrund der konstanten Speisepumpenkapazität. Daher muss bei diesen Voraussetzungen der Speisepumpenvolumenstrom durch ein Speisepumpendruckbegrenzungsventil begrenzt werden. Normalerweise wird der überschüssige Speisedruckvolumenstrom zu einem Tank entspannt, normalerweise derselbe Tank, von dem die Speisepumpe Hydraulikflüssigkeit ansaugt, um den geschlossenen hydrostatischen Kreislauf zu befüllen.
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Um diese parasitären Verluste oder das Überlasten des geschlossenen hydrostatischen Kreislaufs zu vermeiden, wurden verschiedene Lösungen im Stand der Technik vorgeschlagen, welche diese parasitären Verluste nicht komplett vermeiden können. US 1977H1 (EPO: USH 1977 H1) stellt eine unveränderliche Verdrängerspeisepumpe bereit, deren Speisevolumenstrom durch ein elektrohydraulisches Proportional-Begrenzungsventil geregelt wird, welches durch die Hauptsteuerung des hydrostatischen Antriebs gesteuert wird. Dieses System verwendet nicht den Systemdruck um den Speisevolumenstrom zu begrenzen. Einen Überschuss an Speisepumpenvolumenstrom wird bei hohen Drehzahlen der Hauptpumpe weiterhin erzeugt. Gemäß US 1977 H1 wird ein solcher überschüssiger Speisepumpenvolumenstrom zu einem Tank geleitet.
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US 2008/0238187 A1 schlägt eine variable Verdrängerpumpe für die Zuführung eines variablen Speisestroms vor. Hierbei wird die Verdrängung der variable Speisepumpe durch einen Drucksensor und eine Betätigungsvorrichtung gesteuert. Hiermit werden parasitäre Verluste aufgrund übermäßig erzeugtem Speisefluidvolumenstrom vermieden. Mittels der variablen Verdrängungspumpe kann der Speisevolumenstrom reduziert werden. Trotzdem muss die variable Speisepumpe in der Lage sein, genügend Speisevolumenstrom an den geschlossenen hydrostatischen Kreislauf bei geringer Drehzahl der Hauptpumpe des geschlossenen hydrostatischen Kreislaufs zuzuführen. Daher muss die Kapazität der Speisepumpe bei niedrigen Drehzahlen relativ hoch sein, d. h. das maximale Hubvolumen der variablen Speisepumpe muss relativ hoch sein, da das Fördervolumen der Speisepumpe bei maximaler Verdrängung und minimaler Drehzahl bestimmt wird. Wenn die Drehzahl steigt, kann die Verdrängung der Speisepumpe reduziert werden, um ein Übermaß an Hydraulikfluidzuführung zu vermeiden. Folglich wird die variable Speisepumpe während des Betriebs der Hauptpumpe in mittleren oder höheren Drehzahlen immer auf niedriger Verdrängung stehen. Daher muss die relativ hoch volumige variable Speisepumpe während der meisten Zeit mit niedrig eingestellter Verdrängung angetrieben werden. Dies stellt parasitäre Verluste dar, mehr Energie als notwendig aufgewendet wird.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindungen, parasitäre Verluste im Speisepumpensystem zu vermeiden und ein Speisepumpensystem bereitzustellen, das in der Lage ist, den geschlossenen hydrostatischen Kreislauf mit einem adäquaten Speisevolumenstrom bei jeder Drehzahl zu befüllen, ohne Energie bei mittleren und hohen Drehzahlen der hydrostatischen Haupt-Antriebspumpe zu verschwenden. Gleichzeitig soll die Erfindung ein einfaches, kostengünstiges und robustes Speisepumpensystem bereitstellen, das geeignet ist, einfach in bereits vorhandene hydrostatische Hauptpumpen installiert zu werden.
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Diese Aufgaben werden durch ein Speisepumpensystem nach Anspruch 1 gelöst, wobei bevorzugte Ausführungsformen in den Unteransprüchen angegeben sind, die direkt oder indirekt von Anspruch 1 abhängig sind.
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Das erfindungsgemäße Speisepumpensystem gemäß Anspruch 1 weist eine hydrostatische Speisepumpe auf, die in der Lage ist, einen Hydraulikvolumenstrom zu generieren, um einen geschlossenen Kreislaufeines hydrostatischen Antriebs zu befüllen. Das erfindungsgemäße Speisepumpensystem weist weiter ein Planetengetriebe auf, dessen Planetenträger mit der Eingangswelle der hydrostatischen Speisepumpe verbunden ist, und dessen Sonnenrad durch eine Antriebswelle antreibbar ist. Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Speisepumpensystem einen Speisenpumpenmotor auf, der geeignet ist, das Hohlrad des Planetengetriebes anzutreiben.
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Mit den drei Hauptkomponenten des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems, der hydrostatischen Speisepumpe, dem Planetengetriebe und dem Speisepumpenmotor wird erreicht, dass die hydrostatische Speisepumpe relativ klein sein kann, weil die Drehzahl der hydraulischen Speisepumpe variabel einstellbar ist. Damit kann der Speisevolumenstrom unabhängig von den Arbeitsbedingungen der Hauptpumpe eingestellt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Speisepumpensystem kann die Drehzahl der Speisepumpe im Vergleich zur Drehzahl der Hauptpumpe des hydrostatischen Antriebs mit einem geschlossenen hydrostatischen Flüssigkeitskreislauf erhöht oder erniedrigt werden. Folglich kann der Speisenpumpenvolumenstrom den Bedürfnissen des geschlossenen hydrostatischen Flüssigkeitskreislaufs durch Anpassen der Drehzahl des Speisepumpenmotors angepasst werden.
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Im Allgemeinen wird die Drehzahl der Hauptpumpe mit einem festen Übersetzungsverhältnis auf die Speisepumpe übertragen, derart, dass die minimale Drehzahl der Speisepumpe durch die Drehzahl der Hauptpumpe bestimmt ist. Jedoch kann mittels des Planetengetriebes, welches gemäß der Erfindung über das Hohlrad mittels des Speisepumpenmotors antreibbar ist und welches einen zweiten Drehantrieb für die Speisepumpe darstellt, die Drehzahl und somit auch der Speisepumpenvolumenstrom der Speisepumpe variabel eingestellt werden. Abhängig von der Drehrichtung des Hohlrads, welches durch den Speisepumpenmotor angetrieben wird, kann die Drehzahl der Speisepumpe erhöht oder herabgesetzt werden. Um Energie zu sparen, wird ein Fachmann beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Hauptpumpe und der Speisepumpe so gering als möglich wählen, derart, dass z. B. bei mittleren Drehzahlen der Hauptpumpe (Hauptbetriebsdrehzahl) die Speisepumpe nur über den Antriebsschaft der Hauptpumpe angetrieben wird. Sollte die Drehzahl der Hauptpumpe fallen und gleichzeitig ein höherer Speisevolumenstrom zum Füllen des geschlossenen Kreislaufs notwendig sein, kann ein Anheben der Drehzahl der Speisepumpe gemäß der Erfindung dadurch erreicht werden, dass die Speisepumpe mittels Antriebs des Hohlrads des Planetengetriebes erhöht wird. Dabei kann die Drehzahl des Speisepumpenmotors variabel gewählt werden, und das unabhängig von der Hauptpumpe entsprechend des Speisevolumenstroms, der von dem hydrostatischen Antrieb benötigt wird.
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Im Allgemeinen kann mit dem erfindungsgemäßen Speisepumpensystem die volumetrische Kapazität einer Speisepumpe erheblich herabgesetzt werden im Vergleich zu Speisepumpen, dieim Stand der Technik verwendet werden. Da der Speisepumpenvolumenstrom mittels des Speisepumpenmotors, der das Hohlrad des Planetengetriebes des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems antreibt, angepasst werden kann, kann das erfindungsgemäße Speisepumpensystem einfach ausgebildet sein und herkömmliche (einfache) Verdrängerpumpen aufweisen, z. B. konstante Verdrängungspumpen, die eine relativ niedrige volumetrische Kapazität besitzen aufweisen. Mit dem erfindungsgemäßen Speisepumpensystem ist in allen Betriebsbedingungen, d. h. bei allen Drehzahlen der Hauptpumpe, eine Speisepumpe mit niedriger volumetrischer Kapazität ausreichend, um einen ausreichenden Speisevolumenstrom durch Verändern lediglich der Drehzahl der Speisepumpe bereitzustellen. Damit kann Energie durch Vermeiden von parasitären Verlusten eingespart werden, da nur ein Minimum an Energie verwendet wird, um einen adäquaten Speisevolumenstrom bereitzustellen. Es wird kein überflüssiger Speisevolumenstrom erzeugt, noch müssen hohe Massenkräfte rotiert, beschleunigt oder abgebremst werden.
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Dabei kann nicht nur die Speisepumpe von einfacher und kleiner Ausgestaltung sein, sondern auch das Planetengetriebe, welches verwendet wird, um einen zweiten Antrieb für die Speisepumpe bereitzustellen, kann so einfach wie möglich ausgebildet werden. Aufgrund der relativ kleinen Speisepumpe müssen keine hohen Übertagungskräfte von dem Speisepumpenmotor über das Hohlrad zur Speisepumpe übertragen werden. Daher kann man sich vorstellen, Kunststoffmaterialien als Werkstoff für das Planetengetriebe einzusetzen, z. B. verstärkt Kunststoffe. Folglich stellt das erfindungsgemäße Speisepumpensystem ein Einspeisesystem zum Befüllen geschlossener hydrostatischer Kreisläufe in einer effektiven, wenig Energie verbrauchenden, kostengünstigen, Bauraum sparenden und gewichtssparenden Art bereit. Dabei können Standardspeisepumpen, die im Stand der Technik bekannt sind, verwendet werden, die ein konstantes Fördervolumen aufweisen, wodurch komplexe Verstelleinheiten und Steuerungen vermieden werden.
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Gemäß der Erfindung kann der Speisepumpenvolumenstrom über die zweite Antriebsleistung auf das Planetengetriebe durch Verwendung eines Speisepumpenmotors mit anpassbarer Drehzahl angepasst werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Elektromotor, dessen Drehzahl durch Steuern seines Energieverbrauchs steuerbar ist, zum Antrieb des Hohlrads des Planetengetriebes des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems verwendet werden. Dabei kann die Art des Elektromotors, der verwendet wird, das Hohlrad anzutreiben, frei gewählt werden und ist nicht auf einen speziellen Typ beschränkt. Z. B. bildet der Rotor des verwendeten Elektromotors einen Teil des Hohlrads derart, dass eine kompakte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems erreicht wird. Jedoch kann jede Art von mit Gleichstrom oder Wechselstrom angetriebenen Elektromotor verwendet werden, welcher am besten zu den Betriebsbedingungen des hydrostatischen Antriebs passt, dessen geschlossener hydrostatischer Kreislauf mit dem erfindungsgemäßen Speisepumpensystem gespeist werden soll.
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In einem weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel weist das Speisepumpensystem weiter ein Schneckengetriebe oder ein Stirnradgetriebe auf, mittels welchem der Speisepumpenmotor mit dem Hohlrad gekoppelt werden kann. Hierbei kann ein Teil des Schneckengetriebes oder des Stirnradgetriebes direkt in das Hohlrad integriert werden und das andere Teil des Schneckengetriebes oder des Stirnradgetriebes kann am Speisepumpenmotor angeordnet sein. Abhängig von der Ausgestaltung der Hauptpumpe und des hydrostatischen geschlossenen Antriebs, für den das erfindungsgemäße Speisepumpensystem bereitgestellt wird, kann die Drehrichtung des Speisepumpenmotors relativ zum Hohlrad parallel, rechtwinklig oder schräg zur Drehachse des Antriebschafts der Hauptpumpe, die einen ersten Antrieb der Speisepumpe antreibt, angeordnet sein. Bei Verwendung eines Schneckengetriebes kann z. B. die Drehachse des Speisepumpenmotors rechtwinklig zur Drehachse der Speisepumpe angeordnet sein. Dies kann für manche Verwendungen vorteilhaft sein oder wenn Bauraum in Richtung der Drehachse der Speisepumpe nicht zur Verfügung steht. Für einen Fachmann sind alle anderen Arten von Getrieben, die den Speisepumpenmotor an das Hohlrad des Planetengetriebes des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems koppeln anwendbar, solange das Hohlrad unabhängig durch den Speisepumpenmotor angetrieben werden kann.
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In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems kann eine Kupplung zwischen dem Speisepumpenmotor und dem Hohlrad vorgesehen sein. Solch eine Kupplung kann zusätzlich zu einem Getriebe zwischen dem Speisepumpenmotor und dem Hohlrad des Planetengetriebes vorgesehen sein. Durch die Verwendung einer Kupplung zum Ein- und Auskoppeln des Speisepumpenmotors vom Hohlrad des Planetengetriebes können andere Antriebe als elektrische Speisepumpenmotoren verwendet werden, welche z. B. vorgewählte konstante Drehzahlen aufweisen. Andererseits ist es vorstellbar, eine Kupplung zum Ändern des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Speisepumpenmotor und dem Hohlrad des Planetengetriebes zu verwenden, um variable Drehzahlen der Speisepumpe zu erreichen. All diese Maßnahmen zum Erreichen einer variable Drehzahl der Speisepumpe durch Anrieb des Hohlrads des Planetengetriebes des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems sind von dem Erfindungsgedanken umfasst und einem einschlägigen Fachmann bestens bekannt.
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Im Allgemeinen sieht die Erfindungsidee ein Speisepumpensystem vor, das zwei Leistungseingänge für eine Standardspeisepumpe aufweist, z. B. eine Gerotorpumpe, eine Zahnradpumpe, eine Innenzahnradpumpe, eine Flügelzellenpumpe, eine Rollerpumpe oder ähnliches. Dabei wird ein Drehzahlantrieb durch einen Speisepumpenmotor bereitgestellt, der das Hohlrad eines Planetengetriebes antreibt. Der zweite Drehantrieb kann durch eine Fahrpumpe oder eine Hauptpumpe zum Antrieb eines geschlossenen hydrostatischen Kreislaufs bereitgestellt werden. Solch eine Hauptpumpe ist oftmals durch eine externe Antriebsmaschine, z. B. eine Verbrennungsmaschine, angetrieben. Daher kann man sich vorstellen, dass ein Drehantrieb für die Speisepumpe direkt mit dem Antriebsmotor verbunden ist. Jedoch zeigen herkömmliche Systeme eine Antriebswelle zum Antrieb der Hauptpumpe, welche ebenfalls zum Antrieb der Speisepumpe verwendet wird. Im Sinne der Erfindung ist eine solche Antriebswelle mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems gekoppelt und stellt so einen Drehantrieb für das Speisepumpensystem, d. h. für das Planetengetriebe, dar. Die Speisepumpe selbst ist bevorzugt mit dem Planetenträger mittels einer Antriebeswelle verbunden. Damit ist das Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl, welche durch den die Antriebswelle der Hauptpumpe bereitgestellt wird und für die Antriebswelle der Speisepumpe durch das Übersetzungsverhältnis zwischen Planetenträger und Sonnenrad gegeben, wenn das Hohlrad stillsteht. Wie allgemein bekannt, kann dieses Übersetzungsverhältnis beeinflusst oder durch Ändern der Drehzahl des Hohlrads geändert werden. Somit kann der Speisepumpenvolumenstrom zum Füllen eines geschlossenen Hydraulikkreislaufs eines hydraulischen Antriebs variabel an die Betriebsbedingungen des hydrostatischen Antriebs angepasst werden.
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Wenn z. B. der Speisepumpenmotor nicht angetrieben wird, weil der elektrische Speisepumpenmotor keinen Strom erhält, kann entweder über das Schneckengetriebe oder durch ein Koppeln oder Überdrehen der Kupplung das Hohlrad blockiert oder abgebremst werden, um eine geeignete Drehzahl der Eingangswelle der Speisepumpe, die in diesem Fall nur durch den Planetenträger des Planetengetriebes angetrieben wird, einzustellen. Daher muss in einem solchen Fall der Speisepumpenmotor nur dann angetrieben werden, wenn die Speisevolumenstrom-Nachfrage des geschlossenen hydrostatischen Kreislaufs höher ist als der Speisepumpenvolumenstrom der bereitgestellt wird, wenn das Hohlrad stillsteht. Folglich kann der Speisevolumenstrom durch mechanisches, pneumatisches oder hydraulisches Steuern der Drehzahl des Hohlrads eingestellt werden. Konsequenterweise kann damit, wenn der Speisepumpenmotor das Hohlrad nicht antreibt, der geringste Speisepumpenvolumenstrom erreicht werden, wenn das Hohlrad stillsteht, der höchste Speisepumpenvolumenstrom wird mit dem Hohlrad bei maximaler Drehzahl des Speisepumpenmotors erreicht. Folglich ist in allen Betriebsbedingungen des hydrostatischen Antriebs, der mit einem erfindungsgemäßen Speisepumpensystem ausgestattet ist, der Energieverbrauch des Speisepumpensystems proportional zur Nachfrage an Speisevolumenstrom des geschlossenen hydrostatischen Kreislauf des hydrostatischen Antriebs. Das erfindungsgemäße Speisepumpensystem verbraucht in jedem Zustand nur soviel Energie wie notwendig, um den geschlossenen hydrostatischen Kreislauf zu speisen. Somit ist zusätzliche Leistung für den Speisepumpenmotor nur notwendig, wenn die Nachfrage an Speisevolumenstrom höhere Drehzahlen an der Eingangswelle der Speisepumpe erfordert als die Drehzahl, die durch die Antriebswelle der Hauptpumpe bereitgestellt wird.
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Letztendlich kann das erfindungsgemäße Speisepumpensystem so ausgestaltet und berechnet werden, dass ein optimaler Speisepumpenvolumenstrom an dem geschlossenen hydrostatischen Kreislauf mit minimalen parasitären Verlusten bereitgestellt wird. Mit einer adäquaten Auswahl des Planetengetriebes kann die Speisepumpe an notwendige Drehzahlen zum Bereitstellen eines optimalen Volumenstroms zu jeder Zeit angepasst werden. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems in hydrostatischen Antrieben mit geschlossenem hydrostatischen Kreislauf sind keine weiteren Bauteile zum Begrenzen des Speisedrucks oder des Speisevolumenstroms, wie beispielsweise Druckbegrenzungsventile oder ähnliches, mehr notwendig. Weiter, wie es für variable Verdrängungspumpen, die in der Stand der Technik verwendet werden, üblich ist, rotiert das erfindungsgemäße Speisepumpensystem keine zusätzliche (blinden) Massen und weist auch keine komplizierten Verstellmechanismen oder Steuermechanismen auf. Mit dem erfindungsgemäßen Speisepumpensystem wird eine einfache Steuerung des Speisedruckvolumenstroms lediglich und einfach durch Steuern der Drehzahl des Speisepumpenmotors erreicht.
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Speisepumpen für hydrostatische Antriebe werden üblicherweise an Hauptpumpen als separate Baugruppe befestigt und weisen daher normalerweise ein Gehäuse für die Aufnahme der Speisepumpenkomponenten auf. Das erfindungsgemäße Speisepumpensystem umfasst auch die Idee, ein Speisepumpengehäuse, in welchem die Speisepumpe, das Planetengetriebe und der Speisepumpenmotor angeordnet sind, bereitzustellen. Mit einer solchen Baugruppe kann das erfindungsgemäße Speisepumpensystem möglicherweise als Ersatzteillösung für bereits existierende Hauptpumpen, die für hydrostatische Antriebe verwendet werden und einen geschlossenen hydrostatischen Kreislauf aufweisen. Dies kann speziell dann umgesetzt werden, wenn die Schnittstelle zwischen herkömmlichen Speisepumpen und der Schnittstelle für das erfindungsgemäße Speisepumpensystem so ausgestaltet sind, dass diese austauschbar angebracht werden können.
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Im Weiteren wird das erfindungsgemäße Speisepumpensystem in weiteren Details anhand von bevorzugten Ausführungen und den folgenden Figuren erläutert. Dabei begrenzen die gezeigten Ausführungen nicht den Schutzbereich und werden nur zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Idee exemplarisch verwendet. Es ist gezeigt mit:
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1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems;
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2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems;
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3 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Funktionsprinzips.
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Des Weiteren wird für gleiche Teile und Baugruppen, die in den 1 bis 3 gezeigt sind, dieselben Bezugszeichen zur einfacheren Verständnis verwendet.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems 10 in einer schematischen Ansicht gezeigt, welches an eine hydrostatische Hauptpumpe 1 gekoppelt ist. Die hydrostatische Pumpe 1 wird durch einen Drehantrieb 2 angetrieben, z. B. ein Verbrennungsantriebsmotor. In dieser Ausführungsform ist die hydrostatische Pumpe 1 eine variable Verstellpumpe, kann aber auch eine konstante oder feste Verdrängungspumpe sein. Die hydrostatische Pumpe 1 fördert Hydraulikfluid in einem geschlossenen hydrostatischen Kreislauf, der in den 1 bis 3 mit den Arbeitsleitungen 7 und 8 angedeutet ist. Eine Antriebswelle 3, die den Drehantrieb 2 mit der Hauptpumpe 1 verbindet, treibt das Sonnenrad 21 des Planetengetriebes 20 an. Der Planetenträger 22 des Planetengetriebes 20 ist als Drehantrieb für eine Speisepumpe 12 ausgestaltet. In den Ausführungsformen, die in den 1 bis 3 gezeigt ist, ist das Innenzahnrad 13 der Speisepumpe 12 durch eine Eingangswelle 11, die mit dem Planetenträger 22 verbunden ist, angetrieben. Selbstredend ist eine Eingangswelle 11, die das Außenzahnrad 14 der Speisepumpe 12 antreibt, ebenfalls von der Erfindung umfasst. Abhängig von der Art der Speisepumpe, die verwendet wird, ist das drehbare Bauteil solch einer Speisepumpe 12 mit dem Planetenträger verbunden, um von diesem angetrieben zu werden.
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Das Hohlrad 23 des Planetengetriebes 20 kann durch den Speisepumpenmotor 30 gemäß der Erfindung bevorzugt mit variabler Drehzahl angetrieben werden. In der Ausführungsform der 1 ist eine Kupplung 15 zum Anhalten des Hohlrads 23 zwischen dem Hohlrad 23 und z. B. dem Gehäuse 9 des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems 10 angeordnet. In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, ist der Speisepumpenmotor in Ringbauart ausgebildet, wobei z. B. der Rotor des Speisepumpenmotor 30 mit de Hohlrad 23 verbunden ist und der Stator desselbigen relativ zum Speisepumpengehäuse 9 fixiert ist.
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Im Betrieb der hydrostatischen Pumpe 1 wird die Speisepumpe 12 über eine hohle Eingangswelle 11 angetrieben, die mit dem Planetenträger 22 verbunden ist. Das Sonnenrad, das den Planetenträger 22 antreibt, ist mit der Antriebswelle 3 der hydrostatischen Pumpe 1 verbunden, so dass die Speisepumpe 12 einen Speisepumpenvolumenstrom entsprechend der Drehzahl der hydrostatischen Pumpe 1 bereitstellt, wenn gleichzeitig das Hohlrad 23 stillsteht. Die Drehzahl des Hohlrads 23 und damit die Drehzahl der Speisepumpe 12 kann dem notwendigen Speisepumpenvolumenstrom des geschlossenen hydrostatischen Kreislaufs (nicht gezeigt) durch Steuern der Drehzahl des Speisepumpenmotors 30 angepasst werden.
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2 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Speisepumpensystems 10, in welchem das Hohlrad 23 durch ein Schneckengetriebe 16, das an der Außenseite des Hohlrads 23 angeordnet ist, angetrieben wird. Dabei wird das Schneckengetriebe 16 durch einen Speisepumpenmotor 30 angetrieben. Jedoch ist der in 2 gezeigte Speisepumpenmotor parallel über eine Antriebswelle 31 mit dem Schneckengetriebe 16 verbunden. Dies ist rein für Darstellungszwecke, da der Speisepumpenmotor 30 bevorzugt in Drehrichtung des Schneckengetriebes 16 angeordnet ist. Wie oben bereits erwähnt, kann die Verbindung des Speisepumpenmotors 30 zum Antrieb des Hohlrads 23 als Schneckengetriebe 16, wie in 2 gezeigt, oder als jedes andere herkömmlich bekannte Übersetzungsgetriebe, wie einem Stirnradgetriebe, einem Tellerradgetriebe, einem Reibbadgetriebe oder ähnlichem, ausgeführt sein.
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Die erfindungsgemäße Idee ist nicht beschränkt auf diejenige Ausführungsform, dass der Antriebsmotor auf die äußere Umfangsfläche des Hohlrades 23 wirkt, sondern dieser kann auch so angeordnet werden, dass seine Antriebswelle 31 auf die inneren Zähne des Hohlrades 23 oder auf eine seitliche Oberfläche wirkt. Für einen Fachmann gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, um das Hohlrad 23 in einer adäquaten Weise zum Variieren der Drehzahl der Speisepumpe 12 anzutreiben.
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In 3 ist ein schematisches Diagramm gezeigt, dass fünf verschiedene Betriebsbedingungen für die Speisepumpe zeigt, wenn die Drehzahl der Hydraulikpumpe 1 konstant gehalten wird, z. B. auf 3000 U/min (Umdrehungen pro Minute). Auf der rechten Seite ist ein Kutzbach-Plan für fünf verschiedene Betriebsbedingungen gezeigt:
- A: Hohlrad 23 im Stillstand
- B: Drehzahl des Hohlrads 23 beträgt ca. 2000 U/min
- C: Drehzahl des Hohlrades 23 ist gleich der Drehzahl der Antriebswelle 3, hier beispielsweise 3000 U/min
- D: Drehzahl des Hohlrades 23 ist etwa 4000 U/min
- E: Hohlrad 23 wird durch den Speisepumpenmotor auf ca. 5000 U/min angetrieben.
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Gemäß dem Kutzbach-Plan ist die sich für die Betriebsbedingung A für den Planetenträger 22 ergebende Drehzahl des Planetenträgers 22 etwa 900 U/min, wobei für die Betriebsbedingungen B die Drehzahl des Speisepumpenrotors 13 etwa 2350 U/min beträgt. Für den Betriebszustand C ist die Drehzahl der Eingangswelle 11 gleich der Drehzahl der Antriebswelle 3, d. h. 3000 U/min. Die sich ergebenden Drehzahlen des Planetenträgers 22 und damit die Drehzahlen der Speisepumpe 12 für die Betriebsbedingungen D und E ergeben sich zu etwa 3250 U/min bzw. 4500 U/min.
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Von 3, welche fünf verschiedene Betriebsbedingungen zeigt, kann man einfach ableiten, dass der Bereich der Drehzahlen der Speisepumpe 12 in einem Bereich zwischen 900 und 4500 U/min durch Drehung des Hohlrades 23 in einem Drehzahlbereich zwischen 0 U/min bis 5000 U/min eingestellt werden kann. Des Weiteren, wie der Kutzbach-Plan der 3 links von der Betriebsbedingungen C zeigt (gestrichelte Linien) sind die Drehzahlen der Eingangswelle 11 der Speisepumpe niedriger als die Drehzahlen der Antriebswelle 3, was durch Abbremsen des Hohlrads 23 erzielt werden kann. Dadurch, entsprechend zu dem Beispiel der 3, kann mit geeigneter Steuerung/Bremsen des Hohlrades 23 ein Drehzahlbereich der Eingangswelle 11 zwischen ca. 900 U/min (stillstand des Hohlrad 23) und ca. 3000 U/min erreicht werden, ohne den Speisepumpenmotor 30 mit Energie zu versorgen. Nur für die Betriebsbedingungen, in welcher der nachgefragte Speisevolumenstrom höhere Drehzahlen der Speisepumpe 12 erfordert als die Drehzahl der Antriebswelle 3, muss der Speisepumpenmotor 30 das Hohlrad 23 antreiben. Dies ist exemplarisch im Diagramm der 3 für Drehzahlen höher als 3000 U/min gezeigt (gestrichelte Linien). Daher kann insbesondere bei Drehzahlen der Eingangswelle 11 niedriger als die Drehzahl der Antriebswelle 3 Energie eingespart werden, beispielsweise bei mechanischer Steuerung/Reduzierung der Drehzahl des Hohlrades 23. In diesem Fall wird Energie an der Hauptpumpe eingespart, da keine zusätzlichen rotierenden Massen oder Überschuss an Speisevolumenstrom erzeugt wird.
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Selbstredend für einen Fachmann kann jeder andere Drehzahlbereich für die Speisepumpe durch Variation einer Komponente des Planetengetriebes oder durch Verändern des Übersetzungsverhältnisses zwischen der hydrostatischen Pumpe 1 und dem Sonnenrad 21 erreicht werden. In dem Beispiel der 3 ist das Übersetzungsverhältnis aus Darstellungsgründen exemplarisch zu 1:1 gewählt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydrostatische Pumpe
- 2
- Triebwerk
- 3
- Antriebswelle
- 6
- Abtriebswelle
- 7
- Arbeitsleitung
- 8
- Arbeitsleitung
- 9
- Gehäuse
- 10
- Speisepumpensystem
- 11
- Eingangswelle
- 12
- Speisepumpe
- 13
- Innenzahnrad
- 14
- Außenzahnrad
- 15
- Kupplung
- 16
- Schneckengetriebe
- 17
- Stirnradgetriebe
- 20
- Planetengetriebe
- 21
- Sonnenrad
- 22
- Planetenträger
- 23
- Hohlrad
- 30
- Speisepumpenmotor
- 31
- Antriebswelle
