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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus der
DE 10 2011 012 905 A1 ist ein hydraulisches Antriebssystem in Form eines Lüfterantriebs bekannt. Ein Aktuator in Form eines Hydromotors wird mittels einer Pumpe mit Druckfluid versorgt. Die Pumpe hat ein verstellbares Verdrängungsvolumen, welches mittels einer Verstellvorrichtung, die einen Stellzylinder umfasst, verstellbar ist. Der entsprechende Pumpenregler wird vom Hochdruckanschluss der Pumpe her mit Druckfluid versorgt, wobei keine gesonderte Steuerölpumpe vorhanden ist. Diese besonders kostengünstige Ausführung erfordert es, dass die Pumpe auch dann einen minimalen Druck im Bereich von 10 bis 40 bar bereitstellt, wenn das Verdrängungsvolumen auf nahe Null eingestellt ist. Wenn der vorliegende Lüfter jedoch sehr langsam läuft, wird für seinen Antrieb ein geringerer Druck benötigt. Die benötigte zusätzliche Druckdifferenz wird üblicherweise abgedrosselt, um den benötigten Mindestdruck zu erreichen. Hierdurch entstehen Energieverluste.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Mindestförderdruck der Pumpe zuverlässig erreicht werden kann, wobei im Wesentlichen keine Energieverluste auftreten.
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Gemäß Anspruch 1 wird vorgeschlagen, dass der Hochruckanschluss über eine erste Blende mit einem Aktuator fluidisch verbunden ist, wobei die erste Blende mittels eines beweglichen Steuerschiebers verstellbar ist, wobei der Druck am Hochdruckanschluss den Steuerschieber in Öffnungsrichtung der ersten Blende beaufschlagt, wobei der Steuerschieber in Schließrichtung der ersten Blende ausschließlich von einer ersten Feder und gewünschtenfalls von einem Steuerdruck beaufschlagt ist.
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Das Verdrängungsvolumen der Pumpe ist vorzugsweise stetig verstellbar. Die Verstellvorrichtung umfasst vorzugsweise einen Stellzylinder, mittels dessen die Pumpe zum kleinsten Verdrängungsvolumen hin verstellbar ist, wobei der Stellzylinder mit dem Stelldruck beaufschlagt ist. Der Stellzylinder ist vorzugsweise ein einfachwirkender Zylinder. Das kleinste Verdrängungsvolumen beträgt vorzugsweise Null. Die Pumpe ist vorzugsweise nicht über Null hinweg verstellbar, d.h. sie hat bei einer vorgegebenen Antriebsdrehrichtung nur eine einzige Förderrichtung. Bei dem Aktuator handelt es sich vorzugsweise um einen Hydromotor.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Steuerschieber in Schließrichtung der ersten Blende vom Steuerdruck beaufschlagt ist, wobei der Steuerdruck permanent vom Druck im Tank gebildet wird. Die entsprechende Verbindung zwischen dem Steuerschieber und dem Tank bewirkt, dass Leckagen, welche an der Federseite des Steuerschiebers auftreten, zum Tank abgeleitet werden, wobei sich an der Federseite des Steuerschiebers im Wesentlichen kein Druck aufbaut.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Steuerschieber in Schließrichtung der ersten Blende vom Steuerdruck beaufschlagt ist, wobei der Steuerdruck von einem Ausgangsdruck eines Druckregelventils gebildet wird. Dadurch kann eine kleine erste Feder zum Einsatz kommen. Der Druck am Hochdruckanschluss kann über eine zweite Blende mit dem Steuerdruck verbunden sein, wobei das Druckregelventil als Druckreduzierventil ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Verstellvorrichtung eine zweite Feder umfasst, welche die Pumpe in Richtung einer Verstellung zum größten Verdrängungsvolumen hin vorspannt, wobei der Stelldruck eine Verkleinerung des Verdrängungsvolumens bewirkt. Das kleinste Verdrängungsvolumen beträgt vorzugsweise Null. Zusätzlich zur zweiten Feder kann ein Hilfsstellzylinder vorhanden sein, mittels dessen die Pumpe zum größten Verdrängungsvolumen hin verstellbar ist, wobei der Hilfsstellzylinder mit dem Druck am Hochdruckanschluss beaufschlagt ist. Der Hilfsstellzylinder ist vorzugsweise ein einfachwirkender Zylinder.
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Es kann vorgesehen sein, dass die erste Blende stetig verstellbar ist. Hierdurch wird ein sanftes Anfahren des Aktuators erreicht.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Zusammenhang zwischen dem Druck am Hochdruckanschluss und dem Öffnungsquerschnitt der ersten Blende einen ersten, einen zweiten und einen dritten Druckbereich umfasst, welche in der angegebenen Reihenfolge unmittelbar aneinander angrenzen, wobei der erste Druckbereich von Null bis zu einem Mindestförderdruck der Pumpe reicht, wobei der Öffnungsquerschnitt der Blende im ersten Druckbereich konstant Null beträgt, wobei sich der Öffnungsquerschnitt der Blende im zweiten Druckbereich stetig von Null bis zu einem maximalen Öffnungsquerschnitt der ersten Blende ändert, wobei der Öffnungsquerschnitt der Blende im dritten Druckbereich konstant der maximale Öffnungsquerschnitt ist. Durch diese Gestaltung des genannten Zusammenhangs wird einerseits im zweiten Druckbereich das sanfte Anfahren des Aktuators erreicht, wobei gleichzeitig im dritten Druckbereich der energiesparende Bewegungsbetrieb des Aktuators ermöglicht wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Breite des zweiten Druckbereichs zwischen 20% und 50% des Mindestöffnungsdrucks der Pumpe beträgt. Hierdurch ergibt sich das gewünschte sanfte Anfahren des Aktuators.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Steuerschieber am Übergang vom zweiten zum dritten Druckbereich an einen Endanschlag anstößt, so dass er sich nicht mehr bewegt, wenn der Druck am Hochdruckanschluss weiter ansteigt. Hierdurch kann auf einfache und kostengünstige Weise das gewünschte Verhalten im dritten Druckbereich erreicht werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Aktuator ein Hydromotor ist, welcher mit einem Lüfterrad in Drehantriebsverbindung steht. Insbesondere in diesem Fall ergibt sich das Problem, dass der erforderliche Antriebsdruck am Aktuator in einigen Betriebszuständen nicht ausreicht, um den Mindestförderdruck der Pumpe zu erreichen. Bei anderen hydraulischen Antriebssystemen tritt dieses Problem sehr selten auf. Vorzugsweise ist eine Antriebswelle des Hydromotors fest mit dem Lüfterrad verbunden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der ersten Blende eine dritte Blende parallel geschaltet ist, wobei die dritte Blende einen konstanten Strömungswiderstand aufweist. Hierdurch kann eine Mindestbewegungsgeschwindigkeit des Aktuators, insbesondere eine Mindestdrehzahl des Lüfterrads, erreicht werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die erste Blende und die erste Feder und gewünschtenfalls das Druckregelventil und gewünschtenfalls die dritte Blende Bestandteil einer Ventilbaugruppe sind, welche als Ganzes unmittelbar an die Pumpe angebaut ist. Hierdurch ergibt sich ein besonders kompaktes hydraulisches Antriebssystem, wobei insbesondere die Pumpe mit der Ventilbaugruppe als Ersatz in ein konventionelles hydraulisches Antriebssystem eingebaut werden kann, um die Erfindung nachzurüsten. Die Ventilbaugruppe ist vorzugsweise in der Art eines Ventilblocks ausgebildet, welcher ein einstückiges Gehäuse aufweist.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems;
- 2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems;
- 3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems; und
- 4 ein Diagramm, in welchem der Öffnungsquerschnitt der ersten Blende über den Druck am Hochdruckanschluss der Pumpe aufgetragen ist.
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1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems 10. Dieses ist in Form eines hydraulischen Lüfterantriebs ausgebildet, welcher beispielsweise zum Kühlen eines Verbrennungsmotors genutzt wird. Das entsprechende Lüfterrad 61 steht mit einem Aktuator 60 in Form eines Hydromotors in Drehantriebsverbindung. Vorzugsweise ist das Lüfterrad 61 fest mit der Abtriebswelle 62 des Hydromotors verbunden.
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Der Aktuator 60 wird von einer Pumpe 20 mit Druckfluid versorgt, wobei das vom Aktuator 60 zurückfließende Druckfluid in den Tank 11 geleitet wird. Bei dem Druckfluid handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit und höchst vorzugsweise um Hydrauliköl. Im Tank 11 befindet sich ein Vorrat an Druckfluid, wobei alle Tanksymbole 11 denselben Tank bezeichnen. Die Pumpe 20 saugt an ihrem Niederdruckanschluss 22 Druckfluid an und fördert es zu ihrem Hochdruckanschluss 21. In der Pumpe 20 anfallende Leckagen werden über einen Leckageanschluss 23 in den Tank 11 abgeleitet.
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Die Pumpe 20 steht vorzugsweise über ihre Antriebswelle 24 mit einem Motor in Drehantriebsverbindung. Bei der Pumpe 20 handelt es sich vorzugsweise um eine Axialkolbenpumpe, die höchst vorzugsweise in Schrägscheibenbauweise ausgeführt ist. Sie hat ein stetig verstellbares Verdrängungsvolumen, welches vorliegend von Null bis zu einem maximalen Verdrängungsvolumen verstellbar ist. Die entsprechende Verstellvorrichtung 30 umfasst vorliegend einen Stellzylinder 32 und einen Hilfsstellzylinder 33. Der Stellzylinder 32 ist als einfachwirkender Zylinder ausgeführt, wobei er mit einem Stelldruck 31 beaufschlagt wird. Eine Erhöhung des Stelldrucks 31 bewirkt eine Verkleinerung des Verdrängungsvolumens der Pumpe 20. Der Hilfsstellzylinder 33 bewirkt, dass die Pumpe 20 zum maximalen Verdrängungsvolumen hin verstellt wird, wenn kein Stelldruck 31 anliegt. Der Hilfsstellzylinder 33 ist ebenfalls als einfachwirkender Zylinder ausgebildet, wobei seine Druckkammer an den Hochdruckanschluss 21 der Pumpe 20 angeschlossen ist. Weiter ist der Hilfsstellzylinder 33 mit einer zweiten Feder 34 versehen, welche die Pumpe 20 zum maximalen Verdrängungsvolumen hin vorspannt. Damit verstellt sich die Pumpe auch im drucklosen Zustand von selbst zum maximalen Verdrängungsvolumen hin.
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Der Stelldruck 31 wird von einem Pumpenregler 40 bereitgestellt, der vorliegend als Förderdruckregler ausgebildet ist, dessen Solldruck elektrisch einstellbar ist. Hierfür ist der Pumpenregler 40 mit einer Druckwaage 41 ausgestattet, welche den Druck am Hochdruckanschluss 21 mit einem von einem elektrisch verstellbaren Stellventil 42 bereitgestellten Druck ins Gleichgewicht bringt, indem der Stelldruck 31 wahlweise mit dem Duck am Hochdruckanschluss 21 oder mit dem Druck im Tank 11 verbunden wird.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kommt es jedoch nicht auf die Bauart des Pumpenreglers 40 an. Entscheidend ist vielmehr, dass der Pumpenregler 40 vom Hochdruckanschluss 21 der Pumpe 20 her mit Druckfluid versorgt wird, um den Stelldruck 31 bereitzustellen. Zur Druckfluidversorgung ist keine gesonderte Steuerölpumpe vorgesehen. Diese besonders kostengünstige Ausführung erfordert, dass die Pumpe, auch wenn Sie auf Verdrängungsvolumen Null oder auf ein sehr kleines Verdrängungsvolumen eingestellt ist, einen vorgegebenen Mindestförderdruck bereitstellt, der beispielsweise zwischen 10 und 40 bar beträgt. Dies wird durch die erfindungsgemäße erste Blende 50 auf energiesparende Weise erreicht.
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Die erste Blende ist in den Hauptstrom zwischen der Pumpe 20 und dem Aktuator 60 geschaltet, so dass sie den Hauptstrom abdrosseln kann. Die erste Blende 50 wird von einem Steuerschieber 51 gebildet, welcher in Öffnungsrichtung der ersten Blende vom Druck am Hochdruckanschluss 21 der Pumpe 20 beaufschlagt ist. In Schließrichtung der ersten Blende 50 ist der Steuerschieber 51 mit einer vorgespannten ersten Feder 52 beaufschlagt. Die erste Blende 50 öffnet also, wenn der Druck am Hochdruckanschluss 21 der Pumpe 20 das Druckäquivalent der ersten Feder 52 überschreitet. Das genaue Öffnungsverhalten der ersten Blende 50 wird weiter unten mit Bezug auf 4 näher erläutert.
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Weiter wirkt auf den Steuerschieber in Öffnungsrichtung ein Steuerdruck 53 ein, welcher vorliegend vom Druck im Tank 11 gebildet wird. Über die entsprechende Fluidaustauschverbindung werden am Steuerschieber 51 auftretende Leckagen zum Tank 11 hin abgeleitet, so dass sich am Steuerschieber 51 kein unerwünschter Druck aufbauen kann.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems 10'. Die zweite Ausführungsform ist bis auf die nachfolgend erläuterten Unterschiede identisch zur ersten Ausführungsform ausgebildet, so dass diesbezüglich auf die Ausführungen zu 1 verwiesen wird. In den 1 und 2 sind gleiche bzw. sich entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
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Bei der zweiten Ausführungsform wird der Steuerdruck 53 am Steuerschieber 50 nicht mehr vom Druck im Tank 11 gebildet, sondern von einem Druckregelventil 70 geregelt. Der Steuerdruck 53 ist zunächst über eine konstante zweite Blende 54 mit dem Druck am Hochdruckanschluss 21 der Pumpe 20 verbunden ist. Die zweite Blende 54 bildet zusammen mit dem Druckregelventil 70 einen Druckteiler zwischen dem Druck am Hochdruckanschluss 21 und dem Druck im Tank 11, wobei der Mittendruck des Druckteilers der Steuerdruck 53 ist. Das Druckregelventil 70 ist als Druckreduzierventil ausgebildet, dessen Solldruck verstellbar ist. Es ist so ausgebildet, dass es den Steuerdruck 53 auf den Solldruck einregelt, indem es seinen Öffnungsquerschnitt verstellt.
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Mit dieser Ausführungsform kann eine vergleichsweise kleine erste Feder 52 zum Einsatz kommen, wobei es insbesondere möglich ist, die erste Blende 50 mit einem am Markt erhältlichen Ventil kostengünstig bereitzustellen. Bei der ersten Ausführungsform wäre dies wegen der besonders großen ersten Feder oftmals nicht möglich.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Antriebssystems 10". Die dritte Ausführungsform ist bis auf die nachfolgend erläuterten Unterschiede identisch zur ersten Ausführungsform ausgebildet, so dass diesbezüglich auf die Ausführungen zu 1 verwiesen wird. In den 1 und 3 sind gleiche bzw. sich entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es versteht sich, dass die zweite mit der dritten Ausführungsform kombiniert werden kann.
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Bei der dritten Ausführungsform ist der ersten Blende 50 eine konstante dritte Blende 55 parallel geschaltet. An der dritten Blende 55 liegt bei geschlossener erster Blende 50 der Mindestförderdruck pmin der Pumpe 20 an, so dass auch in diesem sogenannten Standby-Zustand ein kleiner definierter Fluidstrom zum Aktuator 60 fließt. Dieser bewegt sich dementsprechend mit einer definierten Mindestgeschwindigkeit. Insbesondere läuft das Lüfterrad 61 mit einer definierten Mindestgeschwindigkeit, so dass auch im Leerlauf des entsprechenden Motors eine Mindestkühlung gegeben ist.
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4 zeigt ein Diagramm, in welchem der Öffnungsquerschnitt A der ersten Blende über den Druck p am Hochdruckanschluss der Pumpe aufgetragen ist. Die entsprechende Kurve umfasst einen ersten, einen zweiten und einen dritten Druckbereich 81; 82; 83, welche in der angegebenen Reihenfolge unmittelbar aneinander angrenzen. Der erste Druckbereich 81 reicht von Null bis zum Mindestförderdruck pmin der Pumpe. Dort beträgt der Öffnungsquerschnitt der ersten Blende konstant Null. Am oberen Ende des ersten Druckbereichs ist die Vorspannkraft der ersten Feder gerade so groß wie die hydraulische Kraft, welche der Druck am Hochdruckanschluss auf den Steuerschieber ausübt, so dass der Steuerschieber beginnt, von seinem zugeordneten Endanschlag abzuheben. Im zweiten Druckbereich 82 ändert sich der Öffnungsquerschnitt der ersten Blende stetig von Null auf den maximalen Öffnungsquerschnitt Amax, wobei diese Änderung vorzugsweise monoton erfolgt. In diesem Druckbereich findet eine Bewegung des Steuerschiebers statt. Im dritten Druckbereich 83 nimmt die erste Blende permanent ihren maximalen Öffnungsquerschnitt Amax ein, wobei der Steuerschieber an einem Endanschlag anliegt.
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Bezugszeichenliste
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- p
- Druck am Hochdruckanschluss der Pumpe
- pmin
- Mindestförderdruck der Pumpe
- A
- Öffnungsquerschnitt der Blende
- Amax
- maximaler Öffnungsquerschnitt der Blende
- 10
- Hydraulisches Antriebssystem (erste Ausführungsform)
- 10'
- Hydraulisches Antriebssystem (zweite Ausführungsform)
- 10''
- Hydraulisches Antriebssystem (dritte Ausführungsform)
- 11
- Tank
- 20
- Pumpe
- 21
- Hochdruckanschluss
- 22
- Niederdruckanschluss
- 23
- Leckageanschluss
- 24
- Antriebswelle
- 30
- Verstellvorrichtung
- 31
- Stelldruck
- 32
- Stellzylinder
- 33
- Hilfsstellzylinder
- 34
- zweite Feder
- 40
- Pumpenregler
- 41
- Druckwaage
- 42
- Stellventil
- 50
- erste Blende
- 51
- Steuerschieber
- 52
- erste Feder
- 53
- Steuerdruck
- 54
- zweite Blende
- 55
- dritte Blende
- 60
- Aktuator
- 61
- Lüfterrad
- 62
- Abtriebswelle
- 70
- Druckregelventil
- 71
- Ventilbaugruppe
- 81
- erster Druckbereich
- 82
- zweiter Druckbereich
- 83
- dritter Druckbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011012905 A1 [0002]
