DE102020201813A1

DE102020201813A1 - Schwingkolbenpumpenanordnung sowie Verfahren zum Betreiben einer Schwingkolbenpumpenanordnung

Info

Publication number: DE102020201813A1
Application number: DE102020201813.8A
Authority: DE
Inventors: Richard Ehleringer
Original assignee: Magna PT BV and Co KG
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2021-08-19

Abstract

Es wird eine Schwingkolbenpumpenanordnung (1) mit einer Schwingkolbenpumpe vorgeschlagen mindesten umfassend einen Elektromagnet (5) mit einem in einem Luftspalt verschieblich angeordneten Anker (6), wobei die Zuführung des zu pumpenden Fluids über den Anker (6) und ein Rückschlagventil (9) erfolgt, und der Auslass (3) aus einem Pumpraum (7) über ein Rückschlagventil (8) erfolgt, wobei der Anker (6) einen Verlängerungsbereich (B) außerhalb des Elektromagneten (5) aufweist, wobei am Außendurchmesser des Ankers (6) eine Außennut (6a) eine schaltbare fluidische Verbindung mindestens zu einer Druckentlastungsleitung (11) bereitstellt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwingkolbenpumpenanordnung mit einer Schwingkolbenpumpe mindestens umfassend einen Elektromagnet mit einem in einem Luftspalt verschieblich angeordneten Anker, wobei die Zuführung des zu pumpenden Fluids über den Anker und ein Rückschlagventil erfolgt, und der Auslass aus einem Pumpraum über ein Rückschlagventil erfolgt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben einen Schwingkolbenpumpenanordnung.
Stand der Technik
Schwingkolbenpumpen sind einfach aufgebaut und in Haushaltsmaschinen stark verbreitet. Ein wechselstrombetriebener Elektromagnet 5 erzeugt dabei über ein Joch in einem innenliegenden Luftspalt ein oszillierendes Magnetfeld, das einen ferromagnetischen Anker 6 gegen eine Druckfeder 4 schwingen lässt. Dieser Anker 6 stellt gleichzeitig den Kolben dar, durch dessen Mittelbohrung 12 Fluid in die Pumpkammer fließen kann. Schwingt der Kolben durch die Federkraft aus dem Luftspalt des Elektromagneten 5 heraus, verschließt ein Ventil 9 die Bohrung im Kolben und ein weiteres Ventil 8 öffnet die Pumpkammer 7 bei ausreichendem Druck in Richtung Auslass 3. Wird der Kolben durch das Magnetfeld wieder in den Luftspalt gezogen, schließt das Auslassventil 8 wieder und der Zyklus beginnt von vorne.
Dieser Pumpentyp wird auch im Fahrzeug eingesetzt, wobei er Druck in verschieden Hydrauliksteuerungen von Antiblockiersystemen, aktiven Stabilisierungssystemen oder Schlupfkontrollsystemen zur Verfügung stellt.
Eine solche Ausführung ist aus der US 7 690 899 B1 bekannt. Die in US 7 690 899 B2 beschriebene Ausführung erlaubt eine Druckentlastung, wenn der Druck eine durch das Design festgelegte oberen Druckschwelle überschreitet. Zu diesem Zweck ist eine Druckentlassungspassage vorgesehen. Dadurch wird die Begrenzung des Drucks auf einen festen Druckwert erreicht. Zudem ist der während des Druckabbaus fließende Volumenstrom ebenfalls durch das Design vorgegeben. Veränderungen des Druckwerts und des abfließenden Volumenstroms sind nur durch konstruktive Veränderungen möglich.
Für den Einsatz in Automatikgetrieben oder automatisierten Getrieben, z. B. Doppelkupplungsgetrieben, ist es aber notwendig außer einem gezielten Druckaufbau auch einen gesteuerten Druckabbau zu erreichen. Zudem sind druckfreie Endzustände im Falle eines Fehlers vorgeschrieben.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schwingkolbenpumpenanordnung sowie ein Verfahren zur Ansteuerung einer Schwingkolbenpumpe bereitzustellen, das zusätzlich zum Druckaufbau auch einen geregelten Druckabbau, sowie einen druckfreien Sicherheitszustand des hydraulischen Systems ermöglicht.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst mit einer Schwingkolbenpumpenanordnung mit einer Schwingkolbenpumpe mindesten umfassend einen Elektromagnet mit einem in einem Luftspalt verschieblich angeordneten Anker, wobei die Zuführung des zu pumpenden Fluids über den Anker und ein Rückschlagventil erfolgt, und der Auslass aus einem Pumpraum über ein Rückschlagventil erfolgt, wobei der Anker einen Verlängerungsbereich außerhalb des Elektromagneten aufweist, wobei am Außendurchmesser des Ankers eine Außennut eine schaltbare fluidische Verbindung mindestens zu einer Druckentlastungsleitung bereitstellt.
Der Anker ist dabei auch als Kolben der Pumpe zu verstehen.
Die Schwingkolbenpumpenanordnung ist eine kostengünstige Pumpenlösung, die die Anforderungen an eine Pumpe zur Kupplungsansteuerung in einem Getriebe erfüllt. Anwendungen finden sich in Doppelkupplungs-, Allrad- oder Verteilergetrieben.
Die schaltbare fluidische Verbindung ist als Schiebeventil zu verstehen, das durch den verschieblichen Anker geöffnet oder geschlossen ist.
Dabei kann die Außennut unabhängig vom Betriebszustand der Schwingkolbenpumpe außerhalb des Bauraumes des Elektromagneten liegen, so dass die Funktion des Schiebeventils immer erhalten bleibt.
Die Außennut weist zusätzlich zur Verbindung mit der Druckentlastungsleitung eine Verbindung zu einem Tank auf, um die Pumpe zusätzlich zu entleeren. Alternativ kann die Außennut mit der Mittelbohrung anstelle des Tanks verbunden sein.
Die Aufgabe wird des Weiteren gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben einer Schwingkolbenpumpenanordnung wobei der Elektromagnet mit getakteten Strompulsen und/oder einem Grundstrom beaufschlagt wird.
Die Strompulse bewegen sich zwischen einem Betriebsstrom I und dem Grundstrom I_B.
Das Verfahren erlaubt, die Schwingkolbenpumpenanordnung bei Stromfreiheit drucklos zu stellen, was eine Sicherheitsendstellung darstellt.
Die Schwingkolbenpumpenanordnung baut bei Beaufschlagung mit Strompulsen mit einem Betriebsstrom I und einem Grundstrom im Wechsel Druck auf.
Die Schwingkolbenpumpenanordnung baut bei Beaufschlagung mit Strompulsen in der Höhe des Grundstroms im Wechsel mit unbestromten Zeiten Druck gesteuert ab.
Alternativ ist der Druckabbau auch über die kontinuierliche Einstellung des Stroms zwischen Null und dem Grundstrom möglich. Dadurch wird eine kontinuierliche Positionierung des Ventils ermöglicht.
Die Schwingkolbenpumpenanordnung hält bei Beaufschlagung mit Grundstrom einen aufgebauten Druck.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schwingkolbenpumpe mit Schiebeventil,
2 zeigt die Ansteuerung der Schwingkolbenpumpe beim Druckaufbau,
3 zeigt die Ansteuerung der Schwingkolbenpumpe beim Druckabbau.

Die Schwingkolbenpumpe ist, wie bereits oben im Stand der Technik beschrieben, aufgebaut. Zusätzlich zum Standardaufbau ist der Anker 6 baulich mit einem Bereich B verlängert, so dass entlang seines Außendurchmessers im Bereich B eine Außennut 6a eingebracht werden kann. Diese Außennut liegt nicht mehr in dem Abschnitt, in dem der Elektromagnet 5 den Anker umfasst.
In 1 ist die geöffnete Stellung dargestellt, in der der Elektromagnet 5 nicht bestromt wird und somit die Feder 4 den Anker 5 nach rechts in der Figur verschiebt.
Dadurch liegt die Außennut 6a an einem Druckentlastungsleitung 11 an, der mit dem Auslass 3 verbunden ist. Die Außennut 6a liegt auch an einer Verbindung zum Fluidtank 10 an. Das Rückschlagventil 8 ist geschlossen und aller Druck über das durch die Außennut 6a und den Druckentlastungsleitung 11 dargestellten Schiebeventil 13 abgebaut.
Diese Stellung der Schwingkolbenpumpe 1 mit der Schiebeventilerweiterung stellt die Ausfallsicherungsposition dar.
In der 2 sind jeweils links unterschiedliche Ansteuerpositionen der Schwingkolbenpumpe 1 dargestellt. Jeweils auf der rechten Seite ist der Strom i über der Zeit t aufgetragen, mit dem der Elektromagnet 5 bestromt wird.
Die oberste Darstellung der 2 entspricht der drucklosen Ausfallsicherungsposition der 1. Es fließt kein Strom durch den Elektromagnet.
In der mittleren Position der 2 ist die Positionierung der Schwingkolbenpumpe 1 mit Schiebeventil 13 dargestellt, wenn ein Druck aufgebaut wird. Der Elektromagnet 5 wird dabei mit Strompulsen sowie einer Grundbestromung betrieben. Über den Strompuls a mit einem Betriebsstrom I wird der Elektromagnet 5 aktiviert, was zu einer Bewegung des Anker 6 nach links führt. Der Anker 6 wird in den Bereich des Elektromagneten 5 verschoben, dadurch verschiebt sich die Aussennut 6a des Anker 6 ebenfalls nach links so dass ihre Position nicht mehr mit dem Druckentlastungsleitung 11 und der Verbindung zum Tank übereinstimmt. Der Druckentlastungsleitung 11 sowie die Verbindung zum Tank 10 werden durch die Außenwandung des Anker 6 abgedichtet.
Über den Einlass 2 fließt Fluid durch die Mittenbohrung 12 und das geöffnete Rückschlagventil 9 in den Pumpraum 7.
Zwischen den Strompulsen a fließt ein Basisstrom I_B in den Zeitschlitzen b. Der Basisstrom I_B sorgt dafür, dass der Elektromagnet 5 minimal aktiviert ist und das Schiebeventil 13 geschlossen bleibt, wobei sich der Anker 6 unter dem Federdruck leicht nach rechts verschiebt. Über das Rückschlagventil 8 fließt das Fluid in den Auslass 3.
Über die gepulste Ansteuerung des Elektromagneten lässt sich über die Amplitude der Pulse der Druck in der Schwingkolbenpumpe einstellen, während der Durchfluss über die Frequenz der Pulse beeinflusst wird.
3 stellt die Ansteuerung der Schwingkolbenpumpe dar, wenn der Druck abgebaut wird. In der obersten Figur ist ein Grundstrom zu erkennen, der kontinuierlich über der Zeit verläuft und mit dem der Elektromagnet kontinuierlich bestromt wird.
Über den Basisstrom I_B wird die Position des Anker 6 so eingestellt, dass das Schiebeventil 13 geschlossen bleibt. In dieser Position kann die Schwingkolbenpumpe 1 einen eingestellten Druck halten. Um den Druck abzubauen, wird der Elektromagnet 5 wiederum über Strompulse betrieben. In den Zeitschlitzen a wird der Elektromagnet 5 mit einem Strom beaufschlagt, der dem Basisstrom I_B entspricht und der garantiert, dass das Schiebeventil 13 geschlossen bleibt, da der Anker 6 sich nicht in der Überlappposition zwischen Außennut 6a und Druckentlastungsleitung 11 befindet. Während der Zeitschlitze b wird der Strom abgeschaltet und das Schiebeventil wird durch die Feder 4 verschoben. Der Anker 6 verschiebt sich nach rechts und die Außennut 6a befindet sich im Überlapp mit der Druckentlastungsleitung 11. Der Druck in der Schwingkolbenpumpe 1 sinkt. Durch die Bewegung des Ankers 6 nach rechts wird ein geringer Druck aufgebaut, der aber über das Schiebeventil 13 abgebaut werden kann. Über die Ansteuerung des Elektromagneten 5 mit Strompulsen geringer Stärke lässt sich der Abbau des Drucks kontrollieren.
In einer alternativen Ausführungsform wird das Schiebeventil durch einen variablen Grundstrom kontrolliert, umso einen kontrollierten Druckabbau zu erreichen.
Die Schwingkolbenpumpe 1 sowie deren Ansteuerung erlaubt einen kontrollierten Druckaufbau und Druckabbau von beliebigen Drücken innerhalb der Bauform allein durch die elektrische Ansteuerung. Ein Druckaufbau erfolgt durch das Schwingen des Kolbens, also des Ankers 6, bei geschlossenen Schiebeventil 13. Der Druckabbau wird durch kontinuierliches oder pulsierendes Öffnen des Schiebeventils 13 erreicht.
Während des Druckabbaus fließt ein Volumenstrom, der von dem in der Pumpe integrierten Schiebeventil 13 beliebig beeinflusst werden kann. Dies ist dann von Bedeutung, wenn seitens der hydraulischen Steuerung bzw. der hydraulischen Last ein Rückfluss stattfindet, was beispielsweise bei federbelasteten Kolben in Kupplungen stattfindet.
Eine alternative Ausführungsform ist die Verwendung eines linearen Motors, der den Elektromagnet 5 sowie die Feder 4 ersetzt und einen Anker 6 linear verschiebt.
Bezugszeichenliste

1: Schwingpumpenkolbenanordnung
2: Einlass
3: Auslass
4: Feder
5: Elektromagnet
6: Anker
6a: Ankernut
7: Pumpraum
8: erstes Rückschlagventil
9: zweites Rückschlagventil
10: Tank
11: Druckentlastungsleitung
12: Mittelbohrung
13: Schiebeventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7690899 B1 [0005]
US 7690899 B2 [0005]

Claims

Schwingkolbenpumpenanordnung (1) mit einer Schwingkolbenpumpe mindestens umfassend einen Elektromagnet (5) mit einem in einem Luftspalt verschieblich angeordneten Anker (6), wobei die Zuführung des zu pumpenden Fluids über den Anker (6) und ein Rückschlagventil (9) erfolgt, und der Auslass (3) aus einem Pumpraum (7) über ein Rückschlagventil (8) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (6) einen Verlängerungsbereich (B) außerhalb des Elektromagneten (5) aufweist, wobei am Außendurchmesser des Ankers (6) eine Außennut (6a) eine schaltbare fluidische Verbindung mindestens zu einer Druckentlastungsleitung (11) bereitstellt.
Schwingkolbenpumpenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare fluidische Verbindung als Schiebeventil (13) einsetzbar ist.
Schwingkolbenpumpenanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außennut (6a) unabhängig vom Betriebszustand der Schwingkolbenpumpe außerhalb des Bauraumes des Elektromagneten (5) liegt.
Schwingkolbenpumpenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außennut (6a) zusätzlich zur Verbindung mit der Druckentlastungsleitung (11) eine Verbindung zu einem Tank (10) aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer Schwingkolbenpumpenanordnung (1) nach einem den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass er Elektromagnet (5) mit getakteten Strompulsen (I, a) und/oder einem Grundstrom (I_B, b) beaufschlagt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Schwingkolbenpumpenanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkolbenpumpenanordnung bei Stromfreiheit drucklos gestellt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Schwingkolbenpumpenanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkolbenpumpenanordnung bei Beaufschlagung mit Strompulsen mit einem Betriebsstrom und einem Grundstrom im Wechsel Druck aufbaut.
Verfahren zum Betreiben einer Schwingkolbenpumpenanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkolbenpumpenanordnung (1) bei Beaufschlagung mit Strompulsen in der Höhe des Grundstroms (I_B) im Wechsel mit unbestromten Zeiten Druck gesteuert abbaut.
Verfahren zum Betreiben einer Schwingkolbenpumpenanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkolbenpumpenanordnung (1) bei Beaufschlagung mit Grundstrom (I_B) einen aufgebauten Druck hält.
Verfahren zum Betreiben einer Schwingkolbenpumpenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass über die gepulste Ansteuerung des Elektromagneten (5) über die Amplitude der Pulse der Druck in der Schwingkolbenpumpe eingestellt wird, während der Durchfluss über die Frequenz der Pulse eingestellt wird.
Verfahren zum Betreiben einer Schwingkolbenpumpenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkolbenpumpe im Hydrauliksystem eines Doppelkupplungsgetriebes verbaut wird.
Verfahren zum Betreiben einer Schwingkolbenpumpenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkolbenpumpe zur Betätigung von federbelasteten Aktuatoren verwendet wird.
Verfahren zum Betreiben einer Schwingkolbenpumpenanordnung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkolbenpumpenanordnung (1) bei Beaufschlagung mit kontinuierlichen Strömen unterhalb des Grundstroms (I_B) Druck gesteuert abbaut.
Verfahren zum gezielten Druckaufbau und Druckabbau mit einer Schwingkolbenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder unter Verwendung eines linearen elektrischen Motors, der den Elektromagnet und die Feder ersetzt.
Schwingkolbenpumpenanordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außennut (6a) zusätzlich zur Verbindung mit der Druckentlastungsleitung (11) eine Verbindung in die Mittelbohrung (12) zum Einlass (2) aufweist.