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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Fördern
eines Mediums, wie Luft oder Hydrauliköl, mit mehreren Fördereinheiten,
insbesondere Förderstufen
und/oder Förderfluten.
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Bei pneumatischen oder hydraulischen
Systemen im Automobilbereich, wie zum Beispiel bei der Luftversorgung
eines pneumatischen Fahrwerks, wird zum Befüllen des Systems ein hoher
Druck benötigt.
Im Betrieb wird in bestimmten Fahrsituationen ein deutlich niedrigerer
Druck, aber ein großer
Volumenstrom benötigt.
Bekannte Fördereinrichtungen stellen
entweder einen hohen Druck oder einen großen Volumenstrom bereit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Fördereinrichtung
zu schaffen, die sowohl einen hohen Druck als auch einen großen Volumenstrom
bereitstellen kann.
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Die Aufgabe ist bei einer Einrichtung
zum Fördern
eines Mediums, wie Luft oder Hydrauliköl, mit mehreren Fördereinheiten,
insbesondere Förderstufen
und/oder Förderfluten,
durch mindestens eine Steuereinrichtung gelöst, durch welche die Fördereinheiten
gezielt einzeln oder in Gruppen zusammengefasst ansteuerbar sind.
Die gezielte Ansteuerung der einzelnen Fördereinheiten liefert den Vorteil, dass
mit ein und derselben Fördereinrichtung
bedarfsabhängig
sowohl mehrere gewünschte
Drücke als
auch mehrere gewünschte
Volumenströme
bereitgestellt werden können.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine erste
Ventileinrichtung umfasst, durch die mindestens zwei Fördereinheiten entweder
parallel oder in Reihe schaltbar sind. Wenn die Fördereinheiten
in Reihe oder in Serie hintereinander geschaltet sind, dann können mit
der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung
große
Druckverhältnisse
realisiert werden. Wenn die Fördereinheiten parallel
geschaltet sind, dann können
bei kleinen Druckverhältnissen
große
Volumenströme
gefördert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ventileinrichtung ein
3/2-Wege-Ventil umfasst, das entweder die Ausgangsseite mindestens
einer ersten Fördereinheit
mit der Eingangsseite mindestens einer zweiten Fördereinheit oder die Ausgangsseite
der ersten Fördereinheit
mit der Ausgangsseite der zweiten Fördereinheit verbindet. In einer
ersten Schaltstellung des 3/2-Wege-Ventils wird ein Volumenstrom
zunächst
durch die erste und dann durch die zweite Fördereinheit gefördert. In
einer zweiten Schaltstellung des 3/2-Wege-Ventils wird der Volumenstrom
von der ersten Fördereinheit
zur Ausgangsseite der zweiten Fördereinheit
gefördert.
In der ersten Schaltstellung des 3/2-Wege-Ventils ist also eine Reihenschaltung
und in der zweiten Schaltstellung des 3/2-Wege-Ventils eine Parallelschaltung
zweier Fördereinheiten
realisiert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung eine zweite
Ventileinrichtung umfasst, die zwischen der Eingangsseite der ersten
Fördereinheit
und der Eingangsseite der zweiten Fördereinheit angeordnet ist.
Die zweite Ventileinrichtung dient dazu, eine Verbindung zwischen den
Eingangsseiten der Fördereinrichtungen
gegebenenfalls zu unterbrechen. Dadurch soll unter anderem ein unerwünschter
Druckausgleich zwischen den Eingangsseiten der Fördereinrichtungen verhindert
werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ventileinrichtung ein
2/2-Wege-Ventil umfasst, das die Verbindung zwischen der Eingangsseite
der ersten Fördereinheit
und der Eingangsseite der zweiten Fördereinheit öffnet oder schließt. Das
2/2-Wege-Ventil ermöglicht
es, dass nur eine einzelne Fördereinheit
zur Förderung
des Mediums eingesetzt wird.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ventileinrichtung ein
Rückschlagventil
umfasst. Das Rückschlagventil
verhindert ein Rückströmen des
geförderten
Mediums von der Ausgangsseite zur Eingangsseite der ersten Fördereinheit.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung mehrere Pumpen oder
Kompressoren umfasst. Es können
zum Beispiel zwei separate Pumpen oder Kompressoren in einer Einheit
zusammengefasst sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung nur eine Pumpe
oder nur einen Kompressor umfasst. In der einen Pumpe oder dem einen
Kompressor können
zum Beispiel zwei separate Fördereinheiten
untergebracht sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung von einer Flügelzellenmaschine
gebildet wird. Mit einer Flügelzellenmaschine,
insbesondere einer Flügelzellenpumpe
beziehungsweise einem Flügelzellenkompressor,
wurden bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen
bezüglich
der bereitgestellten Druckverhältnisse
und der geförderten Volumenströme sehr
gute Ergebnisse erzielt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelzellenmaschine ein Flügelzellenmaschinengehäuse umfasst,
in dem eine erste und eine zweite Förderkammer ausgebildet sind.
In den beiden Förderkammern
kann jeweils ein Rotor mit radial bewegbar angeordneten Flügeln angeordnet sein.
Die beiden Rotoren können
durch ein und dieselbe Antriebswelle angetrieben sein. Das in den
Förderkammern
komprimierte Medium wird zu einem Verbraucher gefördert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass an das Flügelzellenmaschinengehäuse ein Ventilgehäuse angebaut
ist, in dem ein 3/2-Wege-Ventil, insbesondere ein vorab beschriebenes 3/2-Wege-Ventil, aufgenommen
ist. Das hat den Vorteil, dass das 3/2-Wege-Ventil vor der Endmontage
in das Ventilgehäuse
eingebaut werden kann. Dadurch wird eine kompakte Fördereinrichtung
geschaffen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse einen Anschlusskanal zur
Eingangsseite und einen Anschlusskanal zur Ausgangsseite der zweiten
Förderkammer
sowie einen Anschlusskanal zur Ausgangsseite der ersten Förderkammer
umfasst. Dadurch wird ein Umschalten zwischen einem mehrflutigen
auf einen mehrstufigen Betrieb der Fördereinrichtung ermöglicht.
Der mehrflutige Betrieb wird durch eine Parallelschaltung und der
mehrstufige Betrieb durch eine Reihenschaltung der Fördereinheiten
realisiert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Flügelzellenmaschinengehäuse ein Rückschlagventil
aufgenommen ist, das mit der Eingangsseite der ersten Förderkammer
und der Eingangsseite der zweiten Förderkammer in Verbindung steht.
Die Unterbringung des Rückschlagventils
in dem Flügelzellenmaschinengehäuse hat
sich unter fertigungs- und montagetechnischen Gesichtspunkten als
besonders vorteilhaft erwiesen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Förderkammern jeweils ein Rotor drehbar
aufgenommen ist, in dem mindestens ein Flügel radial verschiebbar geführt ist.
Die Rotoren sind vorzugsweise unterschiedlich groß ausgebildet, um
unterschiedlich große
Volumenströme
bereitstellen zu können.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Fördereinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rotoren durch eine gemeinsame Antriebswelle
angetrieben sind. Bei der Antriebswelle kann es sich zum Beispiel
um die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
handeln.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der
unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen
beschrieben ist. Es zeigen:
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1 einen
Hydraulikschaltplan einer erfindungsgemäßen Fördereinrichtung;
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2 eine
Explosionsdarstellung einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Flügelzellenmaschine;
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3 die
Flügelzellenmaschine
aus 2 in der Draufsicht;
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4 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie IV-IV in 3;
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5 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie V-V in 4;
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6 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie VI-VI in 4 und
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7 die
Ansicht eines Schnitts entlang der Linie VII-VII in 3.
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In 1 ist
ein Hydraulikschaltplan einer Fördereinrichtung
dargestellt, die eine erste Fördereinheit 1 und
eine zweite Fördereinheit 2 umfasst. Die
erste Fördereinheit 1 dient
dazu, ein Medium, wie Luft, von einer Eingangsseite 4 zu
einer Ausgangsseite 5 zu fördern und zu komprimieren.
Die zweite Fördereinheit 2 dient
dazu, das Fördermedium
von einer Eingangsseite 6 zu einer Ausgangsseite 7 zu fördern und
zu komprimieren. Die beiden Fördereinheiten 1 und 2 werden über eine
Leitung 9 gespeist, die von einem (nicht dargestellten)
Fördermediumspeicher
ausgeht. Das komprimierte Medium wird über eine Leitung 10 zu
einem (nicht dargestellten) Verbraucher gefördert.
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Die Ausgangsseite 5 der
ersten Fördereinheit 1 ist über eine
Verbindungsleitung 3 mit der Eingangsseite 6 der
zweiten Fördereinheit 2 verbunden. In
der Verbindungsleitung 3 ist eine erste Ventileinrichtung 12 angeordnet,
die von einem 3/2-Wege-Ventil gebildet wird. Die erste Ventileinrichtung 12 ist
so angeordnet, dass die Verbindung zwischen der Ausgangsseite 5 der
ersten Fördereinheit 1 und
der Eingangsseite 6 der zweiten Fördereinheit 2 über die Verbindungsleitung 3 geöffnet oder
unterbrochen werden kann. Wenn die Verbindungsleitung 3 unterbrochen
ist, wird durch die erste Ventileinrichtung 12 eine Verbindung
zwischen der Ausgangsseite 5 der ersten Fördereinheit 1 über eine
erste Bypassleitung 14 zu der Ausgangsseite 7 der
zweiten Fördereinheit 2 freigegeben.
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In der in 1 gezeigten Stellung der ersten Ventileinrichtung 12 ist
die Verbindung zwischen der Ausgangsseite 5 der ersten
Fördereinheit 1 und
der Eingangsseite 6 der zweiten Fördereinheit 2 über die Verbindungsleitung 3 freigegeben.
Gleichzeitig ist die erste Bypassleitung 14 unterbrochen.
Wenn die erste Ventileinrichtung 12 umschaltet, wird die
Verbindungsleitung 3 unterbrochen und die Verbindung zwischen
der Ausgangsseite 5 der ersten Fördereinheit 1 und
der Ausgangsseite 7 der zweiten Fördereinheit 2 freigegeben.
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Über
eine zweite Bypassleitung 15 ist die Eingangsseite 4 der
ersten Fördereinheit 1 mit
der Eingangsseite 6 der zweiten Fördereinheit 2 verbindbar.
In der zweiten Bypassleitung 15 ist eine zweite Ventileinrichtung 17 angeordnet,
durch welche die Verbindungsleitung 15 entweder, wie in 1 dargestellt ist, freigegeben
(nicht dargestellt) oder unterbrochen wird. Bei der zweiten Ventileinrichtung 17 handelt
es sich um ein U2-Wege-Ventil.
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Die in 1 dargestellte
Fördereinrichtung funktioniert
wie folgt. In dem in 1 dargestellten Zustand
sind sowohl die erste Bypassleitung 14 als auch die zweite
Bypassleitung 15 unterbrochen. Die Ausgangsseite 5 der
ersten Fördereinheit 1 ist über die
Verbindungsleitung 3 und die erste Ventileinrichtung 12 mit
der Eingangsseite 6 der zweiten Fördereinheit 2 verbunden.
Die beiden Fördereinheiten 1 und 2 sind
also in Reihe geschaltet.
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Wenn, ausgehend von dem in 1 dargestellten Zustand,
die zweite Ventileinrichtung 17 umschaltet, dann führt dies
dazu, dass die erste Fördereinheit 1 praktisch
im Kreislauf von ihrer Ausgangsseite 5 zu ihrer Eingangsseite 4 fördert. Somit
fördert praktisch
nur die zweite Fördereinheit 2.
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Wenn, ausgehend von dem in 1 dargestellten Zustand,
nur die erste Ventileinrichtung 12 umschaltet, dann wird
der von der ersten Fördereinheit 1 geförderte Volumenstrom
von der Ausgangsseite 5 der ersten Fördereinheit 1 über die
Bypassleitung 14 und die Leitung 10 direkt zu
dem (nicht dargestellten) Verbraucher gefördert. Es fördert also praktisch nur die
erste Fördereinheit 1.
Dabei muss die zweite Fördereinheit 2 über eine
hier nicht dargestellte Schalteinrichtung ihr eigenes Medium von
der Ausgangsseite 7 zur Eingangsseite 6 drucklos
zurückfördern. Bei
der Schalteinrichtung kann es sich um eine Ventileinrichtung wie
die erste Ventileinrichtung handeln.
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Wenn, ausgehend von dem in 1 dargestellten Zustand,
sowohl die erste Ventileinrichtung 12 als auch die zweite
Ventileinrichtung 17 umschalten, dann fördert die erste Fördereinheit 1 über die erste
Bypassleitung 14 praktisch parallel zu der zweiten Fördereinheit 2 über die
zweite Bypassleitung 15. Somit sind die erste Fördereinheit 1 und
die zweite Fördereinheit 2 parallel
geschaltet.
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In den 2 bis 7 ist eine erfindungsgemäße Flügelzellenmaschine
in verschiedenen Ansichten beispielhaft dargestellt. In einem Flügelzellenmaschinengehäuse 20 ist
ein Einlass für
ein Fördermedium mit 21 bezeichnet.
In dem Flügelzellenmaschinengehäuse 20 ist
ein erster Förderraum 23 für einen
ersten Rotor 24 vorgesehen. Der Rotor 24 ist mit
drei Flügeln
ausgestattet, die radial bewegbar sind. Der erste Förderraum 23 ist
durch einen Deckel 25 verschlossen. In einem zweiten Förderraum 27 des
Flügelzellenmaschinengehäuses 20 ist
ein zweiter Rotor 28 mit ebenfalls drei Flügeln angeordnet.
Der zweite Förderraum 27 ist
durch einen zweiten Deckel 29 verschlossen. Die beiden
Rotoren 24 und 28 sind durch eine gemeinsame Antriebswelle 31 angetrieben.
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Ein Umschaltventilgehäuse 33 ist
an das Flügelzellenmaschinengehäuse 20 angebaut.
Das Umschaltventilgehäuse 33 dient
zur Aufnahme einer Feder 34, mit deren Hilfe ein Ventilkörper 35 vorgespannt
wird. Der Ventilkörper 35 ist
gleichzeitig ein Magnetanker, der gegen die Kraft der Feder 34 durch eine
Magnetspule 40 betätigt
wird. Das Umschaltventilgehäuse 33 ist
durch einen Umschaltventilgehäusedeckel 39 verschlossen.
In dem Flügelzellenmaschinen
gehäuse 20 ist
eine Rückschlagventilkugel 36 aufgenommen,
die durch eine Rückschlagventilfeder 37 vorgespannt
ist. Darüber
hinaus ist in dem Flügelzellenmaschinengehäuse 20 ein
Auslass 38 für
das geförderte
Medium vorgesehen.
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Der erste Förderraum 23 bildet
mit dem darin drehbar aufgenommenen ersten Rotor 23 eine
erste Fördereinheit.
Der zweite Förderraum 27 bildet
mit dem darin drehbar aufgenommenen zweiten Rotor 28 eine
zweite Fördereinheit.
In den 4 und 6 ist der Auslass der ersten
Fördereinheit
mit 47 bezeichnet. Der Auslass 47 der ersten Fördereinheit
steht über
einen Verbindungskanal 48 mit dem Inneren des Umschaltventilgehäuses 33 in
Verbindung, in welchem der Ventilkörper 35 verschiebbar
aufgenommen ist. Der Innenraum des Umschaltventilgehäuses 33 steht über einen
Einlasskanal 50 mit dem zweiten Förderraum 27 in Verbindung.
Darüber
hinaus steht der Innenraum des Umschaltventilgehäuses 33 über Verbindungskanäle 52 und 53 mit
dem Auslass 38 in Verbindung.
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Der in dem Umschaltventilgehäuse 33 aufgenommene
und durch eine Feder 34 vorgespannte Umschaltventilkörper 35 bildet
ein 3/2-Wege-Ventil. In dem in 4 dargestellten
Zustand ist der Auslass 47 der ersten Fördereinheit über den
Verbindungskanal 48 und die Verbindungskanäle 52 und 53 mit
dem Auslass 38 der zweiten Fördereinheit verbunden. Außerdem steht,
wie in 5 dargestellt
ist, der Einlass 50 der zweiten Fördereinheit über ein
Rückschlagventil 36, 37 mit
dem Einlass 21 in Verbindung. Das heißt, die beiden Fördereinheiten
sind parallel geschaltet.
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Die in den 2 bis 7 dargestellte
Flügelzellenmaschine
kann sowohl mehrstufig als auch mehrflutig eingesetzt werden. Bei
einem mehrstufigen Betrieb sind die beiden Fördereinheiten in Reihe beziehungsweise
in Serie geschaltet. Bei einem mehrflutigen Betrieb sind die beiden
Fördereinheiten
parallel geschaltet.
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Die erfindungsgemäße Fördereinrichtung kann die Luftversorgung
in einem geschlossenen pneumatischen Fahrwerk mit einer Antiwank-Funktion
sicherstellen. Die Fördereinrichtung
liefert zum Befüllen
des Systems zum Beispiel einen Druck von 30 bar und kann somit ein
Druckverhältnis
von 30 bereitstellen (ausgehend vom Umgebungsdruck). Bei einer
Nutzung der Antiwank-Funktion muss die Fördereinrichtung nur noch ein
deutlich kleineres Druckverhältnis,
zum Beispiel von 1,5 bis 2,5, liefern. Dabei muss allerdings aufgrund
der kurzen Ausregelzeiten von zum Beispiel 0,2 s ein hoher Volumenstrom
zur Verfügung
gestellt werden.
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Durch die erfindungsgemäße Ventilsteuerung
sowohl in Reihe als auch parallel können die jeweils aktuellen
Anforderungen hinsichtlich des Druckverhältnisses und des Volumenstroms
erfüllt werden.
Bei einer Reihenschaltung der beiden Fördereinheiten zum Erreichen
eines hohen Druckverhältnisses
kann durch eine Zwischenkühlung
ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht werden. Bei kleinen Druckverhältnissen
können
die Fördereinheiten
parallel geschaltet werden, um hohe Volumenströme beziehungsweise kurze Ausregelzeiten
zu realisieren. Mit der erfindungsgemäßen Fördereinrichtung können sowohl
hohe als auch niedrige Druckverhältnisse realisiert
werden.