DE102020211285A1

DE102020211285A1 - Hydraulischer Lüfterantrieb

Info

Publication number: DE102020211285A1
Application number: DE102020211285.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Apperger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2021-08-19
Also published as: DE102020211284A1; US20220082104A1; CN114233698A; US11598322B2; CN114165403A; DE102020211288A1; US20220074396A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischer Lüfterantrieb mit einer verstellbaren Verstellpumpe, von der ein Druckfluid ansaugbar und über einen Pumpendruckanschluss abgebbar ist und die für die Verstellung des Fördervolumens eine Verstellvorrichtung aufweist mit einer durch eine Stellfläche eines Verstellkolbens begrenzten Stellkammer, der zur Vergrößerung des Fördervolumens eine Druckfluid zuführbar ist und aus der zur Verringerung des Fördervolumens Druckfluid verdrängbar ist, mit einer durch eine gegenüber der Stellfläche im Querschnitt kleinere Gegenfläche eines Verstellkolben begrenzten und mit Pumpendruck beaufschlagbaren Gegenkammer und mit einer das Fördervolumen in Richtung eines Extremwertes verstellend wirkenden Stellfeder. Der Zufluss von Druckfluid zu der Stellkammer und der Abfluss von Druckfluid aus der Stellkammer wird von einem proportional verstellbaren Druckregelventil gesteuert, das einen Ventildruckanschluss, einen Tankanschluss und einen Regelanschluss aufweist, der mit der Stellkammer fluidisch verbunden ist, und das einen Regelkolben hat, der von einer durch den Druck am Regelanschluss ausgeübten Druckkraft, einer von einem Proportionalelektromagneten erzeugten Magnetkraft und einer von einer Feder ausgeübten Federkraft beaufschlagt ist, der bei einem Gleichgewicht der an ihm angreifenden Kräfte eine Regelstellung einnimmt. Außerhalb der Regelstellung verbindet der Regelkolben den Regelanschluss mit dem Ventildruckanschluss oder mit dem Tankanschluss. Die Stellfeder wirkt das Fördervolumen in Richtung seines maximalen Wertes verstellend.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischer Lüfterantrieb mit einer in ihrem Fördervolumen verstellbaren Verstellpumpe, von der ein Druckfluid über einen Sauganschluss ansaugbar und über einen Pumpendruckanschluss abgebbar ist. Für die Verstellung des Fördervolumens weist die Verstellpumpe eine Verstellvorrichtung mit einer durch eine Stellfläche eines Verstellkolbens begrenzten und mit einem Stelldruck beaufschlagbaren Stellkammer auf, der zur Vergrößerung des Fördervolumens eine Druckfluid zuführbar ist und aus der unter der Wirkung einer vom Pumpendruck erzeugten Kraft zur Verringerung des Fördervolumens Druckfluid verdrängbar ist. Eine Stellfeder wirkt das Fördervolumen in Richtung eines Extremwertes verstellend. Der Stelldruck ist mit einem von einem Proportionalelektromagneten proportional verstellbaren Druckregelventil regelbar, das einen Ventildruckanschluss, der fluidisch mit dem Pumpendruckanschluss verbunden ist, einen Tankanschluss und einen Regelanschluss aufweist, an dem der Stelldruck ansteht und der mit der Stellkammer fluidisch verbunden ist. Ein Regelkolben des Druckregelventils ist von einer durch den Stelldruck ausgeübten Druckkraft, einer von dem Proportionalelektromagneten erzeugten Magnetkraft und einer von einer Feder ausgeübten Federkraft beaufschlagt. Bei einem Gleichgewicht der an ihm angreifenden Kräfte nimmt der Regelkolben eine Regelstellung ein, in der er den Regelanschluss gegen den Ventildruckanschluss und den Tankanschluss absperrt. Wird die Höhe des durch den Proportionalelektromagneten fließenden elektrischen Stromes geändert, so verlässt der Regelkolben die Regelstellung. Außerhalb der Regelstellung verbindet der Regelkolben den Regelanschluss mit dem Ventildruckanschluss oder mit dem Tankanschluss.
Ein wesentliches Merkmal eines Lüfterantriebs ist, dass das Drehmoment, das für den Antrieb des Lüfterrads aufzubringen ist, mit der Drehzahl des Lüfterrads ansteigt. Bei einem hydraulischen Lüfter kann also die Drehzahl eines von einem Hydromotor mit einem konstanten Schluckvolumen angetriebenen Lüfterrads und damit die Kühlwirkung durch eine Steuerung des Pumpendrucks eingestellt werden. Wird ein bestimmter Pumpendruck vorgegeben, so verändert die Verstellpumpe die Fördermenge und damit auch die Drehzahl der Lüfterrads solange, bis sich der vorgegebene Pumpendruck einstellt.
Ein hydraulischer Lüfterantrieb der eingangs skizzierten Art ist durch die DE 100 28 416 A1 , 2 bekannt, wobei die Stellfeder in Richtung minimales Fördervolumen der Verstellpumpe wirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydraulischen Lüfterantrieb mit den eingangs genannten Merkmalen derart weiterzuentwickeln, dass eine gegenüber dem genannten Stand der Technik verbesserte Funktion erhalten wird.
Diese Aufgabe wird bei einem hydraulischen Lüfterantrieb mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Stellfeder das Fördervolumen in Richtung seines maximalen Wertes verstellend wirkt. Bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen Lüfterantrieb baut die Verstellpumpe nach einem Stillstand zu Beginn ihres Betriebs einen Pumpendruck auf, so dass das Fördervolumen verkleinert wird. Letztendlich ist der Pumpendruck von solcher Höhe, dass die von dem Pumpendruck erzeugte Kraft gleich der Federkraft ist. Das Fördervolumen ist dann sehr klein. Ein irgendwie gearteter Anschlag für ein minimales Fördervolumen ist nicht notwendig. Aus dem Pumpendruck kann ein Stelldruck generiert werden, der zusammen mit der Stellfeder im Sinne einer Vergrößerung des Fördervolumens der Verstellpumpe und damit des Pumpendrucks wirkt, so dass eine Verstellung der Verstellpumpe bis zum maximalen Fördervolumen möglich ist.
Ein erfindungsgemäßer hydraulischer Lüfterantrieb kann in vorteilhafter Weise weiter ausgestaltet werden.
Bei einer Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise kann eine Wirkung des Pumpendrucks im Sinne einer Verkleinerung des Fördervolumens dadurch erreicht werden, dass die in einer senkrecht auf der Drehachse einer Zylindertrommel stehenden Ebene liegende Schwenkachse der Schrägscheibe einen Abstand von der Drehachse einer Zylindertrommel hat, in der die Verdrängerkolben axial angeordnet sind. Die gerade fördernden, mit Pumpendruck beaufschlagten Verdrängerkolben erzeugen dann in Summe ein auf die Schrägscheibe wirkendes internes Moment, dessen Größe vom Pumpendruck abhängt. Durch eine entsprechende Wahl der Seite, zu der hin die Schwenkachse bezüglich der Drehachse versetzt ist, kann erreicht werden, dass das Moment im Sinne einer Verkleinerung der Schrägstellung der Schrägscheibe wirkt.
Besonders bevorzugt wird eine Ausgestaltung, bei der vom Pumpendruck einer Gegenkammer beaufschlagt ist, die durch eine gegenüber der Stellfläche im Querschnitt kleinere Gegenfläche eines Verstellkolbens begrenzt ist. Diese Lösung ist bei den unterschiedlichsten Bauweisen von Verstellpumpen einsetzbar. Außerdem pulsiert die vom Pumpendruck erzeugte Kraft nur wenig.
Es ist günstig, wenn sich die Stellkammer und die Gegenkammer auf gegenüberliegenden Seiten eines einzigen als Differentialkolben ausgebildeten Verstellkolbens befinden, der auf Seiten der Gegenkammer eine Kolbenstange aufweist, über die er mit einer durch ihre Position das Fördervolumen der Verstellpumpe bestimmenden Pumpenkomponente mechanisch gekoppelt ist. An sich kann die Gegenkammer auch an einen zweiten Kolben, einem sogenannten Gegenkolben angrenzen. Dann ist in der Verstellpumpe jedoch Bauraum für den Verstellkolben und für den Gegenkolben vorzusehen und die Bearbeitung und die Montage sind aufwändiger als beim Vorhandensein nur eines Stellkolbens.
Das Druckregelventil ist vorteilhafterweise als Einbauventil mit einer Einbaupatrone ausgebildet und achsgleich mit dem Verstellkolben, der mit einer Stellfläche die Stellkammer begrenzt, in eine Gehäusebohrung des Gehäuses der Verstellpumpe eingesetzt, wobei die Stellfeder zwischen dem Verstellkolben und dem Druckregelventil eingespannt ist. Die die Einbaupatrone kann in einem äußeren Ventilgehäuse aufgenommen und mit diesem die Gehäusebohrung verschließend in diese eingesetzt sein.
Die Einbaupatrone kann eine Einbauhülse umfassen, die eine axial zur Stellkammer hin offene, zentrale Längsbohrung aufweist, in der der Regelkolben axial bewegbar ist und deren Öffnung den Regelanschluss des Druckregelventils bildet. Der Regelkolben ist vorteilhafterweise ein Hohlkolben mit einer zentralen, in Längsrichtung verlaufenden Sackbohrung ist, die ebenfalls zur Stellkammer hin offen ist und die durch mindestens einen radialen Durchbruch durch den Regelkolben hindurch mit dem Ventildruckanschluss und mit dem Tankanschluss verbindbar ist. Der Stelldruck beaufschlagt den Regelkolben in Richtung einer Verbindung der Sackbohrung und damit des Regelanschlusses mit dem Tankanschluss.
Beaufschlagt eine Ventilfeder den Regelkolben mit dem Stelldruck in Richtung einer Verbindung der Sackbohrung und damit des Regelanschlusses mit dem Tankanschluss und beaufschlagt der Proportionalelektromagnet den Regelkolben drückend in Richtung einer Verbindung der Sackbohrung und damit des Regelanschlusses mit dem Ventildruckanschluss, so wird ein umso höherer Stelldruck eingeregelt, je stärker der Proportionalelektromagnet bestromt wird. Das Druckregelventil hat eine steigende Kennlinie und die Drehzahl eines Lüfterrads ist umso höher, je höher der durch den Proportionalelektromagneten fließende Strom ist.
Wenn eine starke Ventilfeder den Regelkolben gegen den Stelldruck in Richtung einer Verbindung des Regelanschlusses mit dem Ventildruckanschluss beaufschlagt und der Proportionalelektromagnet den Regelkolben mit dem Stelldruck in Richtung einer Verbindung des Regelanschlusses mit dem Tankanschluss beaufschlagt, so wird der Stelldruck umso höher, je geringer der durch den Proportionalelektromagneten fließende elektrische Strom ist. Das Druckregelventil hat nun eine fallende Kennlinie. Die Drehzahl des Lüfterrads ist maximal, wenn der Proportionalelektromagnet nicht bestromt ist.
Der Proportionalelektromagnet kann den Regelkolben mit dem Stelldruck drückend oder ziehend in Richtung einer Verbindung des Regelanschlusses mit dem Tankanschluss beaufschlagen.
Das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen hydraulischen Lüfterantriebs, eine Verstellpumpe mit einem Druckregelventil mit steigender Kennlinie und ein Druckregelventil mit fallender Kennlinie zur Verwendung anstelle des Druckregelventils mit steigender Kennlinie sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen

1 ein Schaltbild des hydraulischen Lüfterantriebs,
2 einen Teilschnitt in Längsrichtung durch die Verstellpumpe des hydraulischen Lüfterantriebs mit einem ersten Druckregelventil,
3 das Schaltbild eines Druckregelventils mit fallender Kennlinie und
4 das Druckregelventil nach 3 in einer konstruktiven Ausgestaltung.

Gemäß 1 weist der hydraulische Lüfterantrieb eine in ihrem Hubvolumen verstellbare Verstellpumpe 10 auf, die vorliegend als Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise ausgebildet ist. Das Hubvolumen ist das Fluidvolumen, das von der Verstellpumpe pro Umdrehung gefördert wird. Ein Sauganschluss 11 der Verstellpumpe 10 ist über eine Saugleitung 12 mit einem Tank 13 fluidisch verbunden. Ein Druckanschluss 14 der Verstellpumpe 10 ist über eine Druckleitung 15 fluidisch mit einem Druckanschluss 16 eines Hydromotors 17 verbunden, der ein konstantes Schluckvolumen hat, durch den also pro Umdrehung immer das gleiche Fluidvolumen fließt. Von dem Hydromotor 17 ist ein Lüfterrad 18 antreibbar. Ein Tankanschluss 19 des Hydromotors 17 ist über eine Tankleitung 20 mit dem Tank 13 fluidisch verbunden. Im Bypass zu dem Hydromotor 17 ist ein Rückschlagventil 21 angeordnet, das vom Tankanschluss 19 zum Druckanschluss 16 hin öffnet. Über das Rückschlagventil 21 kann Druckfluid vom Tankanschluss 19 zum Druckanschluss 16 strömen, wenn der Hydromotor nach einer Verringerung oder einem völligen Stopp der Druckfluidzufuhr von der Verstellpumpe 10 her nachläuft. Es wird Kavitation im Hydromotor vermieden.
Gemäß der Lüfterkennlinie, die den Zusammenhang zwischen der Drehzahl des Lüfterrads 18 und dem bei der gegebenen Drehzahl zum Antrieb des Lüfterrads notwendigen Drehmoment angibt, steigt das zum Antrieb erforderliche Drehmoment mit zunehmender Drehzahl des Lüfterrads 18 an. Das von dem Hydromotor 17 ausgeübte Drehmoment ergibt sich aus dem Produkt des vorliegend konstanten Schluckvolumens und der zwischen dem Druckanschluss 16 und dem Tankanschluss 19 bestehenden Druckdifferenz. Da der Druck am Tankanschluss 19 zumindest annähernd konstant ist, stellt sich die Drehzahl des Lüfterrads 18 in Abhängigkeit von dem am Druckanschluss 16 des Hydromotors 17 anstehenden Druck und damit in Abhängigkeit vom in der Druckleitung 15 und am Druckanschluss 14 der Verstellpumpe 10 anstehenden Druck ein. Die Drehzahl des Lüfterrads 18 kann also durch eine Regelung der Verstellpumpe 10 auf unterschiedliche Pumpendrücke verändert werden.
Wie schon erwähnt ist die Verstellpumpe eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise und weist ein zweiteiliges Gehäuse 25 mit einem Gehäusetopf 26 und einer den Gehäusetopf an seiner offenen Seite verschließenden Anschlussplatte 27 auf, an der der Druckanschluss 14 und der Sauganschluss 11 ausgebildet sind. Vom Druckanschluss 14 und vom Sauganschluss 11 geht jeweils ein nicht näher ersichtlicher Kanal aus, der an der Innenseite der Anschlussplatte 27 in einer nierenförmigen Öffnung ausmündet. Eine Schrägscheibe 28 ist in zwei in den Gehäusetopf 26 eingesetzten Lagerschalen schwenkbar gelagert. Zentral hat die Schrägscheibe eine große Öffnung zum Drucktritt einer Triebwelle 29, die in 1 schematisch dargestellt ist und in 2 weggelassen ist. Die Triebwelle 29 ragt aus dem Boden des Gehäusetopfes 26 heraus und ist in dem Boden und in der Anschlussplatte 27 drehbar gelagert. Die Schwenkachse der Schrägscheibe 28 schneidet die Achse der Triebwelle 29 im rechten Winkel und verläuft senkrecht zu der Zeichenebene nach 2.
Vom Gehäusetopf 26 aufgenommen ist auch eine Zylindertrommel 30, die über eine Innenverzahnung 31 drehfest, axial jedoch beweglich mit der Triebwelle 29 verbunden ist. Die Zylindertrommel 30 parallel zur Triebwelle verlaufend Kolbenbohrungen 32 auf, in die Verdrängerkolben 33 längsbeweglich eintauchen. Jeder Verdrängerkolben 33 kann sich über einen Gleitschuh 34, der allseits beweglich an einem kugeligen Kolbenkopf eines Verdrängerkolbens 33 gehalten ist, an einer Lauffläche des Schrägscheibe 28 abstützen. Damit die Verdrängerkolben 33 nach einem Verdrängungshub, während dessen sie in die Kolbenbohrungen hineingeschoben werden, im Saughub sicher an der Lauffläche der Schrägescheibe 28 verbleiben und aus den Kolbenbohrungen herausbewegen, liegt auf einer Schulter der Gleitschuhe 34 eine Rückzugplatte 35 auf, die von einer nach Art einer Kugelschicht ausgebildeten Rückzugkugel 36 gegen die Schultern der Gleitschuhe 34 gedrückt wird. Die Rückzugkugel 36 wiederum wird von einer nicht näher dargestellten Feder, die zwischen der Rückzugkugel 36 und der Zylindertrommel 30 eingespannt ist, gegen die Rückzugplatte gedrückt. Unter der Wirkung der genannten Feder liegt die Zylindertrommel 30 an einer Steuerplatte 37 an, die innen an der Anschlussplatte 27 unverdrehbar gehalten ist und zwei nierenförmige Durchbrüche aufweist, von denen der eine die nierenförmige Öffnung des zum Druckanschluss führenden Kanals und der andere die nierenförmige Öffnung des zum Sauganschluss führenden Kanals in der Anschlussplatte 27 überdeckt. Die Kolbenbohrungen 32 öffnen sich in Steuerschlitzen 38 an der an der Steuerplatte 37 anliegenden Stirnfläche der Zylindertrommel 30, so dass während einer Drehbewegung der Zylindertrommel 30 jede Kolbenbohrung abwechselnd zu dem einen und dem anderen nierenförmigen Durchbruch in der Steuerplatte 37 offen und damit abwechselnd mit dem Druckanschluss 14 und mit dem Sauganschluss 11 der Verstellpumpe 10 verbunden ist.
Zur Regelung auf verschiedene Pumpendrücke hat die Verstellpumpe 10 eine Verstellvorrichtung 45, die einen doppeltwirkenden Verstellkolben 46 umfasst, der als Differentialkolben mit zwei unterschiedlich großen Wirkflächen ausgebildet ist, von denen die größere die Stellfläche 43 und die kleinere die Gegenfläche 44 ist. Der Verstellkolben 46 hat eine Kolbenstange 47 mit einer Querbohrung 48, in die eine an einem Fortsatz der Schrägscheibe 28 gehaltene Kugelkalotte 49 eintaucht. Der Verstellkolben 46 ist mit seinem Kolbenteil und mit seiner Kolbenstange in einer gestuften, leicht schräg zur Achse der Triebwelle verlaufenden Gehäusebohrung 50 längsbeweglich geführt und nimmt bei einer Längsbewegung die Kugelkalotte 49 der Schrägscheibe28 mit, so dass diese verschwenkt wird. Die Kugelkalotte 49 bewegt sich dabei in einer Ebene, die senkrecht auf der Schwenkachse der Schrägscheibe 28 steht.
Der Kolbenteil des Verstellkolbens 46 teilt den Abschnitt der Gehäusebohrung 50 mit dem größeren Durchmesser in eine Stellkammer 51, deren Querschnitt dem Querschnitt der Gehäusebohrung und der Stellfläche 43 des Verstellkolben 46 entspricht, und in eine Gegenkammer 52 auf, die einen ringförmigen Querschnitt hat, dessen Außendurchmesser gleich dem Durchmesser der Gehäusebohrung und dessen Innendurchmesser gleich dem Außendurchmesser der Kolbenstange 47 ist und der der Gegenfläche 44 des Verstellkolbens 46 entspricht. Die Stellfläche 43 ist etwa dreimal so groß wie die Gegenfläche 44. Die Gegenkammer 52 ist dauernd mit dem Druckanschluss 14 der Verstellpumpe 10 fluidisch verbunden. In der Gegenkammer 52 steht also der Pumpendruck an. Dieser erzeugt an der ringförmigen Gegenfläche 44 des Verstellkolbens 46 eine Kraft, die in Richtung eines Einfahrens der Kolbenstange 47 und in Richtung einer Verringerung der Schrägstellung der Schrägscheibe 28 und damit einer Verringerung des Fördervolumens der Verstellpumpe 10 wirkt.
Die Verstellvorrichtung 45 umfasst des Weiteren eine Stellfeder 55, die als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und in der Stellkammer 51 untergebracht ist. Die Stellfeder 55 stützt sich einerseits an dem Verstellkolben 46 und andererseits gehäusefest ab, wirkt also auf den Verstellkolben entgegen dem Pumpendruck in Richtung eines Ausfahrens der Kolbenstange 47 und in Richtung einer Vergrößerung der Schrägstellung der Schrägscheibe 28 und damit einer Vergrößerung des Fördervolumens der Verstellpumpe 10.
Der Stelldruck in der Stellkammer 51 ist mit Hilfe eines Druckregelventils 60 regelbar, das einen Proportionalelektromagneten 59 umfasst, durch den es stetig verstellbar ist. Das Druckregelventil 60 ist als Einschraubventil mit einer Ventilhülse 61 ausgebildet, die in eine Verschlussschraube 62 eingeschraubt ist, die wiederum in die Gehäusebohrung 50 eingeschraubt ist und diese zusammen mit dem Druckregelventil 60 verschließt. An der Ventilhülse 61 befinden sich außen eine Ringnut 63, die über einen im Einzelnen nicht näher dargestellten Fluidpfad im Gehäuse 25 und in der Verschlussschraube 62 mit dem Druckanschluss 14 der Verstellpumpe 10 verbunden ist und den Ventildruckanschluss bildet, und eine Ringnut 64, die über einen im Einzelnen nicht näher dargestellten Fluidpfad im Gehäuse 25 und in der Verschlussschraube 62 mit dem Tank 3 verbunden ist und den Tankanschluss des Druckregelventils bildet. Die Ventilhülse 61 weist eine axiale Bohrung 65 auf, die über Radialbohrungen mit den Ringnuten 63 und 64 fluidisch verbunden ist, die zu der Stellkammer 51 hin offen ist und deren Mündungsöffnung 66 den Regelanschluss des Druckregelventils bildet. In der Bohrung 65 ist ein Regelkolben 67 axial bewegbar ist, der eine zu der Mündungsöffnung 66 der Ventilhülse hin offene Sackbohrung 68 hat, die über Radialbohrungen mit einer außen um den Regelkolben 67 umlaufende Ringnut 69 fluidisch verbunden ist.
Weil die axiale Bohrung 65 der Ventilhülse 61 zu der Stellkammer 51 hin offen ist, wird der Regelkolben 67 von dem am Regelanschluss 66 und in der Stellkammer 51 anstehende Stelldruck in die eine Bewegungsrichtung beaufschlagt. In die gleiche Richtung wirkt auf den Regelkolben 67 eine Ventilfeder 70, die zwischen der Ventilhülse 61 und dem Regelkolben 67 eingespannt ist. Der Proportionalelektromagnet 59 wirkt auf den Regelkolben 67 drückend entgegen der vom Stelldruck erzeugten Stelldruckkraft und entgegen der Federkraft der Ventilfeder 70. Wenn zwischen den an ihm angreifenden Kräften ein Gleichgewicht besteht, nimmt der Regelkolben 67 eine Regelstellung ein, in der er die Radialbohrungen in der Ventilhülse 61 mit einer Überdeckung nahe null verschließt, so dass der Regelanschluss 66 sowohl gegen den Ventildruckanschluss 63 als auch gegen den Tankanschluss 64 abgesperrt ist.
Wird nun der durch den Proportionalelektromagneten 59 fließende elektrische Strom erhöht, so wird die Magnetkraft größer als die Summe aus der Stelldruckkraft und der Federkraft und der Regelkolben 67 wird aus der Regelstellung in eine solche Richtung bewegt, dass die sich außen an der Ventilhülse 61 befindliche Ringnut 63 zu der sich außen am Regelkolben 67 befindlichen Ringnut 69 geöffnet wird, dass also der Regelanschluss 66 mit dem Ventildruckanschluss 63 verbunden wird. Es strömt nun Druckfluid vom Druckanschluss 14 der Verstellpumpe über den Ventildruckanschluss 63 und den Regelanschluss 66 in die Stellkammer 51, so dass der Verstellkolben 46 ausfährt und das Fördervolumen der Verstellpumpe vergrößert wird. Die Verstellpumpe fördert nun also mehr Menge in die Druckleitung 15, was zu einer Erhöhung der Drehzahl des Hydromotors 17 und des Lüfterrads 18 und entsprechend der Lüfterkennlinie zu einer Erhöhung des Pumpendrucks führt. Damit erhöhen sich auch der Druck in der Gegenkammer 52 und entsprechend der Regel, dass die Last den Druck bestimmt, auch der Stelldruck in der Stelldruckkammer 51. Schließlich wird Stelldruck mit zunehmendem Pumpendruck so hoch, dass die Summe aus der erhöhten Stelldruckkraft und der Federkraft der Ventilfeder 70 gleich der Magnetkraft ist. Der Regelkolben 67 ist dabei in seine Regelstellung zurückgekehrt. Es hat sich ein von der Magnetkraft abhängiger Pumpendruck und damit eine von der Magnetkraft abhängige Drehzahl des Lüfterrads 18 eingestellt.
Wird der durch den Proportionalelektromagneten 59 fließende elektrische Strom verringert, so wird die Magnetkraft kleiner als die Summe aus der Stelldruckkraft und der Federkraft und der Regelkolben 67 wird aus der Regelstellung in eine solche Richtung bewegt, dass die sich außen an der Ventilhülse 61 befindliche Ringnut 64 zu der sich außen am Regelkolben 67 befindlichen Ringnut 69 geöffnet wird, dass also der Regelanschluss 66 mit dem Tankanschluss 64 verbunden wird. Es wird nun unter Zustrom von Druckfluid vom Druckanschluss 14 der Verstellpumpe 10 in die Gegenkammer 52 aus der Stellkammer 51 Druckfluid über den Regelanschluss 66 und den Tankanschluss 64 des Druckregelventils 60 verdrängt, so dass der Verstellkolben 46 einfährt und das Fördervolumen der Verstellpumpe verkleinert wird. Die Verstellpumpe fördert nun also weniger Menge in die Druckleitung 15, was zu einer Erniedrigung der Drehzahl des Hydromotors 17 und des Lüfterrads 18 und entsprechend der Lüfterkennlinie zu einer Erniedrigung des Pumpendrucks führt. Damit erniedrigen sich auch der Druck in der Gegenkammer 52 und der Stelldruck in der Stelldruckkammer 51. Schließlich wird Stelldruck mit abnehmendem Pumpendruck so hoch, dass die Summe aus der verringerten Stelldruckkraft und der Federkraft der Ventilfeder 70 gleich der verringerten Magnetkraft ist. Der Regelkolben 67 ist dabei wieder in seine Regelstellung zurückgekehrt. Es hat sich wieder ein von der Magnetkraft abhängiger Pumpendruck und damit eine von der Magnetkraft abhängige Drehzahl des Lüfterrads 18 eingestellt.
Somit lässt sich auf einfache Weise durch die Höhe des durch den Proportionalelektromagneten 59 fließenden elektrischen Stromes die Drehzahl des Lüfterrads 18 einstellen. Der Proportionalelektromagnet 59 von einer elektronischen Steuereinheit 75 angesteuert, die die Drehzahl des Lüfterrads 18 entsprechen dem Kühlleistungsbedarf festlegt. Für eine genaue Steuerung kann, wie dies in 1 dargestellt ist, die Drehzahl des Lüfterrads 18 durch einen zum Beispiel in den Hydromotor 17 eingebauten Drehzahlgeber 76 erfasst und an die Steuereinheit 75 gemeldet werden.
Wie oben erwähnt, ist die vom Stelldruck beaufschlagte Stellfläche 43 am Verstellkolben 46 etwa dreimal so groß wie die Gegenfläche 44, die vom Pumpendruck beaufschlagt ist. Aufgrund der Stellfeder 55 ist der Pumpendruck nicht jeweils dreimal so groß wie der Stelldruck, sondern über die dreifache Höhe hinaus um das Druckäquivalent der Stellfeder 55 erhöht. Je nach der Stärke der Stellfeder 55 stellt sich bei unbestromtem Proportionalelektromagnet 59 ein bestimmter Pumpendruck und damit eine bestimmte Drehzahl des Lüfterrads ein. Wird eine genügend schwache Stellfeder 55 verwendet, so kann auch ein Stillstand des Lüfterrads 18 erhalten werden, wenn der Proportionalelektromagnet 59 unbestromt ist.
Das Druckregelventil 60 ist ein solches mit einer steigenden Kennlinie. Je höher der durch den Proportionalelektromagnet 59 fließende elektrische Strom ist, umso höher ist der am Regelanschluss anstehende Regeldruck. Dieses Verhalten bringt es mit sich, dass bei unbestromtem Proportionalelektromagnet der Stelldruck null ist und die Drehzahl des Lüfterrads allein von der Kraft der Stellfeder 55 abhängt. Dabei ist die Stärke der Stellfeder 55 zumindest so groß, dass die Schrägscheibe 28 bei Stillstand der Verstellpumpe auf den maximalen Schwenkwinkel verschwenkt wird, so dass bei Inbetriebnahme der Verstellpumpe schnell ein Pumpendruck aufgebaut wird.
Soll dagegen bei unbestromtem Druckregelventil das Fördervolumen der Verstellpumpe maximal sein, so wird ein verstellbares Druckregelventil 80 mit einer fallenden Kennlinie verwendet, wie eines in den 3 und 4 dargestellt ist. Das Schaltbild nach 3 lässt deutlich erkennen, dass bei einem Druckregelventil mit fallender Kennlinie die Magnetkraft eines Proportionalelektromagnet 59 zusammen mit der vom Regeldruck ausgeübten Druckkraft einen Regelkolben 85 gegen die Kraft einer starken Ventilfeder 87 beaufschlagt. Hier kann in einem statischen Zustand die Summe aus der Magnetkraft und der Druckkraft immer nur so hoch wie die Federkraft sein, so dass bei einer Magnetkraft null der Druck maximal wird.
Ein Druckregelventil 80 mit einer fallenden Kennlinie und mit einem drückenden Proportionalelektromagnet 59 ist in 3 dargestellt. Die axiale Bohrung 65 in der Ventilhülse 61 ist gegen die Stellkammer 51 verschlossen. In der Ventilhülse befindet sich eine Radialbohrung 81, die mit einem Ventildruckanschluss 63 fluidisch verbunden ist, eine Radialbohrung 82, die mit einem Tankanschluss 64 verbunden ist und eine Radialbohrung 83, die innen axial mittig zwischen den Radialbohrung 81 und 82 in die axiale Bohrung 65 mündet und außen in eine in der Ventilhülse 61 ausgebildete exzentrische angeordnete Axialbohrung 84 mündet, die zur Stellkammer 51 hin offen ist und die man als Regelanschluss 66 des Ventils ansehen kann. In der Bohrung 65 ist ein Regelkolben 85 axial verschiebbar, der in einer Regelstellung mit einem Kolbenbund die Radialbohrung 83 mit nahezu Nullüberdeckung verschließt. Über zwei weitere Kolbenbunde sind die Räume 86 und 88 vor den beiden Stirnseiten des Regelkolbens 85 gegen die Radialbohrungen 81 und 82 abgedichtet. Über die Axialbohrung 84 ist der Raum 86, der sich vor der dem Proportionalelektromagneten 59 zugewandten Stirnseite des Regelkolbens 67 befindet, mit dem Regelanschluss des Druckregelventils 80 fluidisch verbunden, so dass die besagte Stirnseite sowie das Innere des Proportionalelektromagneten 59 von dem am Regelanschluss 66 anstehenden Stelldruck beaufschlagt wird. Die von dem Stelldruck am Regelkolben 85 erzeugte Stelldruckkraft hat also dieselbe Wirkrichtung wie die Magnetkraft. Stelldruckkraft und Magnetkraft wirken in einer solchen Richtung auf den Regelkolben 85, dass ausgehend von der Regelstellung eine Bewegung in diese Richtung zu einer fluidischen Verbindung des Regelanschlusses 66 mit dem Tankanschluss 64 führt. Gegen die Summe aus der Stelldruckkraft und der Magnetkraft wird der Regelkolben 85 von einer starken Ventilfeder 87 beaufschlagt, die sich in dem Raum 88 vor der anderen Stirnseite des Regelkolbens 85 befindet. Unter der Wirkung der Stellfeder 87 bewegt sich der Regelkolben 85 in eine solche Richtung, dass der Regelanschluss 66 mit dem Ventildruckanschluss 63 verbunden wird. Der Raum 88 ist über einen Fluidpfad innerhalb des Regelkolbens 85 mit dem Tankanschluss 64 verbunden.
Bei Verwendung des Druckregelventils 80 anstelle des Druckregelventils 60 werden der Stelldruck und damit der Pumpendruck und die Drehzahl des Lüfterrads kleiner, wenn der durch den Proportionalelektromagnet 59 fließende Strom vergrößert und damit die Magnetkraft größer wird. Und der Stelldruck und damit der Pumpendruck und die Drehzahl des Lüfterrads werden größer, wenn der durch den Proportionalelektromagnet 59 fließende Strom verringert und damit die Magnetkraft kleiner wird. Bei unbestromtem Proportionalelektromagnet sind der Stelldruck und der Pumpendruck und somit die Drehzahl des Lüfterrads 18 maximal.
Bezugszeichenliste

10: Verstellpumpe
11: Sauganschluss von 10
12: Saugleitung
13: Tank
14: Druckanschluss von 10
15: Druckleitung
16: Druckanschluss von 17
17: Hydromotor
18: Lüfterrad
19: Tankanschluss von 17
20: Tankleitung
21: Rückschlagventil
25: Gehäuse von 10
26: Gehäusetopf von 25
27: Anschlussplatte von 25
28: Schrägscheibe
29: Triebwelle
30: Zylindertrommel
31: Innenverzahnung von 30
32: Kolbenbohrungen in 30
33: Verdrängerkolben
34: Gleitschuh
35: Rückzugplatte
36: Rückzugkugel
37: Steuerplatte
43: Stellfläche an 46
44: Gegenfläche an 46
45: Verstellvorrichtung von 10
46: doppeltwirkender Verstellkolben
47: Kolbenstange von 46
48: Querbohrung in 47
49: Kugelkalotte
50: Gehäusebohrung
51: Stellkammer
52: Gegenkammer
55: Stellfeder
59: Proportionalelektromagnet
60: Druckregelventil
61: Ventilhülse von 60
62: Verschlussschraube
63: Ringnut außen an 61
64: Ringnut außen an 61
65: axiale Bohrung in 61
66: Mündungsöffnung von 65
67: Regelkolben
68: Sackbohrung in 67
69: Ringnut außen an 67
70: Ventilfeder
75: elektronische Steuereinheit
76: Drehzahlgeber
80: Druckregelventil
81: Radialbohrung
82: Radialbohrung
83: Radialbohrung
84: Axialbohrung
85: Regelkolben
86: Raum vor Stirnseite von 85
87: Ventilfeder
88: Raum vor Stirnseite von 85

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10028416 A1 [0003]

Claims

Hydraulischer Lüfterantrieb mit einer in ihrem Fördervolumen verstellbaren Verstellpumpe (10), von der ein Druckfluid über einen Sauganschluss (11) ansaugbar und über einen Pumpendruckanschluss (14), an dem ein Pumpendruck ansteht, abgebbar ist und die für die Verstellung des Fördervolumens eine Verstellvorrichtung (45) mit einer durch eine Stellfläche (43) eines Verstellkolbens (46) begrenzten und mit einem Stelldruck beaufschlagbaren Stellkammer (51), der zur Vergrößerung des Fördervolumens eine Druckfluid zuführbar ist und aus der unter einer vom Pumpendruck erzeugten Kraft zur Verringerung des Fördervolumens Druckfluid verdrängbar ist, und mit einer das Fördervolumen in Richtung eines Extremwertes verstellend wirkenden Stellfeder (55) aufweist, und mit einem proportional verstellbaren Druckregelventil (60), das einen Ventildruckanschluss (63), der fluidisch mit dem Pumpendruckanschluss (14) verbunden ist, einen Tankanschluss (64) und einen Regelanschluss (66) aufweist, an dem der Stelldruck einregelbar ist und der mit der Stellkammer (51) fluidisch verbunden ist, und das einen Regelkolben (67; 85) hat, der von einer durch den Stelldruck ausgeübten Druckkraft, einer von einem Proportionalelektromagneten (59) erzeugten Magnetkraft und einer von einer Feder (70; 87) ausgeübten Federkraft beaufschlagt ist, der bei einem Gleichgewicht der an ihm angreifenden Kräfte eine Regelstellung einnimmt, in der er den Regelanschluss (66) gegen den Ventildruckanschluss (63) und den Tankanschluss (64) absperrt, und der außerhalb der Regelstellung den Regelanschluss (66) mit dem Ventildruckanschluss (63) oder mit dem Tankanschluss (64) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellfeder (55) das Fördervolumen in Richtung seines maximalen Wertes verstellend wirkt.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Patentanspruch 1, wobei vom Pumpendruck einer Gegenkammer (52) beaufschlagt ist, die durch eine gegenüber der Stellfläche (43) im Querschnitt kleinere Gegenfläche (44) eines Verstellkolbens (46) begrenzt ist.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Patentanspruch 2, wobei sich die Stellkammer (51) und die Gegenkammer (52) auf gegenüberliegenden Seiten eines einzigen als Differentialkolben ausgebildeten Verstellkolbens (46) befinden, der auf Seiten der Gegenkammer (52) eine Kolbenstange (47) aufweist, über die er mit einer durch ihre Position das Fördervolumen der Verstellpumpe (109 bestimmenden Komponente (28) mechanisch gekoppelt ist.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, wobei der Verstellkolben (46), der mit der Stellfläche (43) die Stellkammer (51) begrenzt, in einer Gehäusebohrung (50) des Gehäuses (25) der Verstellpumpe (10) aufgenommen ist, wobei das Druckregelventil (60) als Einbauventil mit einer Einbaupatrone ausgebildet ist, die achsgleich mit dem Verstellkolben (46) in die Gehäusebohrung (50) eingesetzt ist, und wobei die Stellfeder (55) zwischen dem Verstellkolben (46) und dem Druckregelventil (60) eingespannt ist.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Patentanspruch 4, wobei die Einbaupatrone in einem äußeren Ventilgehäuse (62) aufgenommen und mit diesem die Gehäusebohrung (50) verschließend in diese eingesetzt ist.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei die Einbaupatrone eine Einbauhülse (61) umfasst, die eine axial zur Stellkammer (51) hin offene, zentrale Längsbohrung (65) aufweist, in der der Regelkolben (67) axial bewegbar ist und deren Öffnung den Regelanschluss (66) des Druckregelventils (60) bildet, und wobei der Regelkolben (67) ein Hohlkolben mit einer zentralen, in Längsrichtung verlaufenden Sackbohrung (68) ist, die ebenfalls zur Stellkammer (51) hin offen ist und die durch mindestens einen radialen Durchbruch durch den Regelkolben (67) hindurch mit dem Ventildruckanschluss (63) und mit dem Tankanschluss (64) verbindbar ist, und wobei der Stelldruck den Regelkolben (67) in Richtung einer Verbindung der Sackbohrung (68) und damit des Regelanschlusses (66) mit dem Tankanschluss (64) beaufschlagt.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Patentanspruch 6, wobei eine Ventilfeder (70) den Regelkolben (67) mit dem Stelldruck in Richtung einer Verbindung der Sackbohrung (68) und damit des Regelanschlusses (66) mit dem Tankanschluss (64) beaufschlagt und wobei der Proportionalelektromagnet (59) den Regelkolben (67) drückend in Richtung einer Verbindung der Sackbohrung (68) und damit des Regelanschlusses (66) mit dem Ventildruckanschluss (63) beaufschlagt.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei eine Ventilfeder (87) den Regelkolben (85) gegen den Stelldruck in Richtung einer Verbindung des Regelanschlusses (66) mit dem Ventildruckanschluss (63) beaufschlagt und wobei der Proportionalelektromagnet (59) den Regelkolben (85) mit dem Stelldruck in Richtung einer Verbindung des Regelanschlusses (66) mit dem Tankanschluss (64) beaufschlagt.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Patentanspruch 8, wobei der Proportionalelektromagnet (59) den Regelkolben (85) mit dem Stelldruck drückend in Richtung einer Verbindung des Regelanschlusses (66) mit dem Tankanschluss (64) beaufschlagt.
Hydraulischer Lüfterantrieb nach Patentanspruch 8, wobei der Proportionalelektromagnet den Regelkolben mit dem Stelldruck ziehend in Richtung einer Verbindung des Regelanschlusses mit dem Tankanschluss beaufschlagt.