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Die
Erfindung betrifft eine Förderpumpe
für hydraulische
Medien.
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Förderpumpen
besitzen ein Fördervolumen, welches
von der Drehzahl der Förderpumpe
und deren Antrieb abhängt.
Abhängig
vom Systemwiderstand des Verbrauchers beziehungsweise der das geförderte hydraulische
Medium verbrauchenden Einrichtungen hängt auch der Systemdruck vom
Fördervolumen
ab. In der Regel besteht der Wunsch, den Systemdruck auf einem konstanten Niveau
oder zumindest innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite zu halten.
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Aus
der
DE 101 04 635
A1 ist ein Verfahren zum Aufrechterhalten einer konstanten
Ausgangsgröße einer
Förderpumpe
bekannt geworden. Bei diesem Verfahren wird abhängig vom Ausgangsdruck der
Förderpumpe
deren Antriebsdrehzahl gesteuert. Hierfür bedarf es eines steuerbaren
Getriebes, was unter Umständen,
das heißt
abhängig
von der Leistung der Förderpumpe,
aufwändig
und kostspielig ist.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Förderpumpe,
insbesondere eine Pumpenregelung, vorzuschlagen, die einfacher auf
einen gewünschten
Systemdruck einstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Förderpumpe gelöst, die
die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen, Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf
die Zeichnung bevorzugte Ausführungsformen
im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten
sowie in der Beschreibung als auch in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder
in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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1a eine
vergrößerte Wiedergabe
des Druckbegrenzers gemäß 1;
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2 ein
Anwendungsbeispiel der in der 1 dargestellten
Schaltung bei einer Flügelzellenpumpe
mit verstellbarem Rotor;
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3 eine
Variante der Ausführungsform gemäß 1 mit
verlustfreier Förderung;
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3a eine
vergrößerte Wiedergabe
des Druckbegrenzers gemäß 3;
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4 eine
Variante der Ausführungsform gemäß 1 mit
einem innerhalb einer Bandbreite geregelten Systemdruck;
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4a eine
vergrößerte Wiedergabe
des Druckbegrenzers gemäß 4;
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5 ein
Anwendungsbeispiel der in der 4 dargestellten
Schaltung bei einer Flügelzellenpumpe
mit verstellbarem Rotor;
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6 eine
Variante der Ausführungsform gemäß 4 mit
einem innerhalb einer Bandbreite geregelten Systemdruck mit verlustfreier
Förderung;
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6a eine
vergrößerte Wiedergabe
des Druckbegrenzers gemäß 6;
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7 die
Variante gemäß 4 bei
Ausfall der Kennfeldregelung;
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8 ein
Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit
Konstantdruckregelung;
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9 ein
Anwendungsbeispiel der in der 8 dargestellten
Schaltung bei einer Flügelzellenpumpe
mit verstellbarem Rotor;
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10 ein
Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit
Konstantdruckregelung;
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11 ein
Anwendungsbeispiel der in der 10 dargestellten
Schaltung bei einer Flügelzellenpumpe
mit verstellbarem Rotor;
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12 ein
Anwendungsbeispiel einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit
Kennfeldregelung in einer Flügelzellenpumpe
mit verstellbarem Rotor;
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13 ein
Anwendungsbeispiel einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit
Kennfeldregelung in einer Flügelzellenpumpe
mit verstellbarem Rotor;
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14 eine
Variante des Anwendungsbeispiel der 12 bei
Ausfall der Kennfeldregelung;
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15 eine
Variante des Anwendungsbeispiel der 13 bei
Ausfall der Kennfeldregelung; und
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16 eine
Variante der Erfindung gemäß 8.
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Das
in der 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt eine insgesamt
mit 10 bezeichnete Förderpumpe,
deren Volumen regelbar ist. Die Förderpumpe 10 besitzt
einen Eingang 12, der mit einem Tank 14 verbunden
ist. Am Ausgang 16 liegt der Förderdruck P1 an
und am Ausgang 16 ist ein Überdruckventil 18 angeschlossen.
Dieses Überdruckventil 18 ist
ebenfalls mit dem Tank 14 verbunden. Übersteigt der Förderdruck
P1 den Öffnungsdruck
des Überdruckventil 18, z.B.
12 bar, dann strömt
Hydraulikmedium in den Tank 14 ab. Außerdem ist der Ausgang 16 mit
einem Druckminderelement 20, zum Beispiel mit einem Filter 22,
einer Blende oder dergleichen verbunden. Am Ausgang 24 des
Druckminderelements 20 liegt der Systemdruck P2 an.
Das von der Förderpumpe 10 geförderte hydraulische
Medium gelangt zu einem Verbraucher 26, zum Beispiel zu
einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Das hydraulische
Medium fließt
nach dem Verbraucher 26 in den Tank 14 ab. Aufgrund
des Druckminderelements 20 ist der Systemdruck P2 kleiner als der Förderdruck P1.
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Der
Ausgang 16 der Förderpumpe 10 ist
außerdem
mit einem ersten Eingang 28 eines Pumpenreglers 30 verbunden,
dessen zweiter Eingang 32 mit dem Ausgang 24 des
Druckminderelements 20 verbunden ist. Mit dem Bezugszeichen 46 ist
der Mindestdruck des Pumpenreglers 30 bezeichnet. Der Pumpenregler 30 verstellt
die Förderpumpe 10 in Richtung
Minimalförderung,
wenn der Druck am zweiten Eingang 32 größer ist als der Druck am ersten
Eingang 28. Der am zweiten Eingang 32 anliegende
Druck P2 muss aber mindestens einen Mindestdruck
zum Beispiel von 2 bar überschreiten. Übersteigt
der am ersten Eingang 28 anliegende Druck oder der Mindestdruck
von zum Beispiel 2 bar den Systemdruck P2,
verstellt der Pumpenregler 30 die Förderpumpe 10 in Richtung
Maximalförderung. Solange
der Systemdruck P2 unterhalb des Mindestdrucks
liegt, wird die Förderpumpe 10 in
Richtung Maximalförderung
verstellt.
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Parallel
zum Pumpenregler 30 ist ein Druckbegrenzer 34 geschaltet,
dessen erster Eingang 36 mit dem ersten Eingang 28 des
Pumpenreglers 30 verbunden ist und dessen zweiter Eingang 38 mit dem
Tank 14 verbunden ist. Am Steuereingang 40 liegt
der Systemdruck P2 an. Die Sollgröße 42 des Druckbegrenzers 34 ist
insbesondere einstellbar und beträgt um Beispiel 5,5 bar. Dies
bedeutet, dass der Druckbegrenzer 34 den ersten Eingang 36 mit
dem zweiten Eingang 38 verbindet, wenn am Steuereingang 40 ein
die Sollgröße 42 überschreitender
Druck anliegt, d.h. wenn der Systemdruck P2 die
Sollgröße überschreitet.
Hydraulikmedium strömt
in den Tank 14 ab. Dadurch verringert sich der Druck am
ersten Eingang 28 des Pumpenreglers 30 unter den
Systemdruck P2, so dass der Pumpenregler 30 die
Förderpumpe 10 in
Richtung Minimalförderung
verstellt. Der Systemdruck P2 sinkt dadurch
ebenfalls ab, bis er unter den Wert des Förderdrucks P1 absinkt,
woraufhin der Pumpenregler 30 wieder in Richtung Maximalförderung
verstellt wird. Der Systemdruck P2 wird
also zwischen dem Mindestdruck und der Sollgröße 42 gehalten. Vom
Druckbegrenzer 34 wird also Hydraulikmedium in den Tank 14 abgeleitet,
welches das Druckminderelement 20 noch nicht passiert hat. Der
Systemdruck P2 wird nur durch eine Verstellung der
Förderpumpe 10 verändert. Außerdem ist
erkennbar, dass zwischen dem Ausgang 16 der Förderpumpe 10 und
dem ersten Eingang 38 des Pumpenreglers 30 eine
Drossel 48 vorgesehen ist, die insbesondere einstellbar
ist.
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In
der 1a ist der Steuerkolben 44 des Druckbegrenzers 34 gezeigt,
wobei der Steuerkolben 44 in seiner den ersten Eingang 36 vom
zweiten Eingang 38 trennenden Stellung dargestellt ist.
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In
der 2 ist eine Ausführungsform einer Förderpumpe 10 dargestellt,
an welche die oben erwähnten
Bauteile angeschlossen sind. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Erkennbar ist, dass die Förderpumpe 10 eine Flügelzellenpumpe 50 ist,
deren Rotor 52 von einer Welle 54 angetrieben
wird und in radialen Schlitzen 56 eine Vielzahl von Flügeln 58 trägt, welche über Gleitschuhe 60 an
einer Innenumfangsfläche 62 eines
Stators 64 umlaufen. Der Stator 64 ist schwenkbar
gelagert und besitzt eine Schwenkachse 66 sowie zwei Kolben 68 und 70,
die den Kolben 68 und 70 des Pumpenreglers 30 in
der 1 entsprechen. Durch Verschwenken des Stators 64 um
die Schwenkachse 66 in Richtung der Pfeile 71 wird
die Förderleistung
der Förderpumpe 10 verändert.
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Bei
der in der 3 dargestellten Variante ist der
zweite Eingang 38 des Druckbegrenzers 34 mit dem
Steuereingang 40 verbunden, so dass bei offenem Druckbegrenzer 34 der
am ersten Eingang 36 anliegende Druck an den zweiten Eingang 38 übergeleitet
wird. Eine derartige Schaltung besitzt den wesentlichen Vorteil,
dass sie verlustfrei arbeitet. Aus der 3a ist
erkennbar, dass der zweite Eingang 38 direkt mit dem Steuereingang 40 verbunden
ist und das ein Verschieben des Kolbens 44 eine Verbindung der
beiden Eingänge 36 und 38 bewirkt.
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In
der 4 ist. der Ausgang 24 des Druckminderelements 20 mit
einem elektromagnetisch angetriebenen Steuerventil 72 (einem
3/2-Wegeventil) verbunden. In der in der 4 dargestellten
Arbeitsstellung des Steuerventils 72 ist der Ausgang 24 des Druckminderelements 20 über das
Steuerventil 72 mit einem zweiten Steuereingang 74 des
Druckbegrenzers 34 verbunden. Als Stellkräfte für den Druckbegrenzer 34 wirken
also der am ersten Steuereingang 40 anliegende Systemdruck
P2 mit der innerhalb des Steuerkolbens 44 wirkenden
Kraft F1 sowie der am zweiten Steuereingang 74 anliegende
Systemdruck P2 mit der innerhalb des Steuerkolbens 44 wirkenden
Kraft F2.
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Der
Steuerkolben 44 ist in der 4a dargestellt,
woraus deutlich erkennbar ist, dass die Kraft F2 aufgrund
der größeren wirksamen
Kolbenfläche
größer ist
als die Kraft F1, die lediglich auf eine
Ringfläche
wirkt.
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Das
Steuerventil 72 wird zum Beispiel von einem Motorrechner 76 angesteuert,
wodurch eine Kennfeldregelung der Förderpumpe 10 ermöglicht wird.
Der Systemdruck P2 kann auf jeden Wert zwischen
dem Mindestdruck (Pumpenregler 30) und der Sollgröße 42 (Druckbegrenzer 34)
eingestellt werden.
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Die 4 zeigt
außerdem
ein Absperrventil 78, welches vom Systemdruck P2 angesteuert wird und dessen Eingang 80 mit
dem Ausgang 82 des Steuerventils 72 verbunden
ist. Der Ausgang 84 des Absperrventils 78 ist
mit dem zweiten Eingang 32 des Pumpenreglers 30 sowie
mit dem Steuereingang 40 des Druckbegrenzers 34 verbunden.
Am Steuereingang 40 liegt demnach der Systemdruck P2 an.
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Wird
das Steuerventil 72 über
den Motorrechner 76 angesteuert und nimmt dieses die in
der 4 gezeigte Stellung ein, dann liegt am zweiten Steuereingang 74 des
Druckbegrenzers 34 der Systemdruck P2 an
und der Druckbegrenzer 34 öffnet, da die Kraft F2 aufgrund des Systemdruck P2 am
zweiten Steuereingang 74 zusätzlich zur Kraft F1 des
Systemdruck P2 am Steuereingang 40 hinzukommt,
so dass die beiden Eingänge 36 und 38 miteinander
verbunden werden. Der Pumpenregler 30 verstellt die Förderpumpe 10 in
Richtung Minimalförderung.
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Ist
der gewünschte
Systemdruck P2 erreicht, was vom Motorrechner 76 festgestellt
wird, wird das Steuerventil 72 umgeschaltet und verschließt den zweiten
Steuereingang 74. Der Systemdruck P2 steigt
daraufhin an, bis er die Sollgröße 42 erreicht oder
bis der Motorrechner 76 wiederum das Steuerventil 72 ansteuert
und öffnet.
Auf diese Weise kann der Systemdruck P2 gemäß einer
Kennfeldregelung innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite auf gewünschte unterschiedliche
Werte eingestellt werden.
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Die 5 zeigt
die Förderpumpe 10 mit
der in der 4 dargestellten Schaltung. Zusätzlich zu der
in der 2 dargestellten Ausführungsform weist der Druckbegrenzer 34 den
zweiten Steuereingang 74 auf, der sowohl mit dem Steuerventil 72 als
auch mit dem Absperrventil 78 verbunden ist. Das Steuerventil 72 wird
vom Motorrechner 76 angesteuert und verbindet den zweiten
Steuereingang 74 über
das Absperrventil 78 mit dem Ausgang 24 des Druckminderelements 20.
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Bei
der in der 6 dargestellten Variante ist,
wie in der 3, der Steuereingang 40 des Druckbegrenzers 34 mit dessen
zweiten Eingang 38 verbunden. Dies ist auch deutlich aus
der 6a erkennbar, die den Steuerkolben 44 im
Druckbegrenzer 34 zeigt. Diese Variante stellt eine verlustfreie Steuerung
der Förderpumpe 10 dar.
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Die 7 zeigt
die Stellung der Schaltung bei Ausfall des Motorrechners 76 beziehungsweise der
Kennfeldregelung. In diesem Falle wird das Steuerventil 72 nicht
angesteuert und verschließt
den Ausgang 24 in Richtung des Absperrventils 78 und des
Druckbegrenzers 34. Am zweiten Steuereingang 74 liegt
demnach kein Druck an, so dass die Kraft F2 Null
ist. Am zweiten Eingang 32 des Pumpenreglers 30 liegt
ebenfalls kein Druck an, so dass er die Stellung für Maximalförderung
einnimmt. Dadurch steigt der Systemdruck P2 so
lange an, bis das Absperrventil 78 umgestellt wird und
den Ausgang 24 sowohl mit dem Pumpenregler 30 als
auch mit dem Druckbegrenzer 34 verbindet. Am Steuereingang 40 liegt nunmehr
der Systemdruck P2 an und der Druckbegrenzer 34 öffnet, sobald
der Druck der Sollgröße 42 überschritten
wird. Da dann der Druck am ersten Eingang 36 abfällt, wird
der Pumpenregler 30 in Richtung auf Minimalförderung
verstellt. Dies bedeutet, dass bei einem Ausfall des Motorrechners 76 der Systemdruck
P2 von der Sollgröße 42 bestimmt wird. Auch
bei dieser Variante kann der zweite Eingang 38, wie bei
der Variante der 3 und 6, mit dem Steuereingang 40 verbunden
werden. Diese Variante wäre
dann ebenfalls verlustfrei.
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Die 8 zeigt
eine weitere Variante der Erfindung, wobei nachfolgend lediglich
auf die Unterschiede im Vergleich zur Variante der 1 eingegangen
wird. Der Druckbegrenzer 34 wird von einem hydraulisch
angetriebenen Steuerventil 86 (einem 4/2-Wegeventil) gebildet,
dessen eine, insbesondere einstellbare Stellgröße 42 bei beispielsweise
5,5 bar liegt. Die andere Stellgröße wird vom Systemdruck P2 geliefert, der am Eingang 88 anliegt.
In der in 8 gezeigten Stellung des Steuerventils 86 ist
der zweite Eingang 32 des Pumpenreglers 30 mit
dem Tank 14 und der erste Eingang 28 des Pumpenreglers 30 mit dem
Ausgang 16 der Förderpumpe 10 verbunden. Der
Pumpenreglers 30 wird dadurch in Richtung Maximalförderung
verstellt. Übersteigt
der Systemdruck P2 die Stellgröße 42,
dann ändert
das Steuerventil 86 die Stellung und legt an den zweiten
Eingang 32 des Pumpenreglers 30 den Systemdruck
P2 und verbindet den erste Eingang 28 des
Pumpenreglers 30 mit dem Tank 14. Der Pumpenregler 30 wird
in Richtung Minimalförderung
verstellt, so dass auch der Systemdruck P2 sinkt. Unterschreitet
der Systemdruck P2 die Stellgröße 42,
nimmt das Steuerventil 86 wieder seine Ausgangsstellung
ein. Die 9 zeigt diese Variante in einem
Ausführungsbeispiel,
an welche die oben erwähnten
Bauteile angeschlossen sind. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Bei
der in der 10 gezeigten Variante der Erfindung
ist in der Grundstellung des Steuerventils 86 der zweite
Eingang 32 des Pumpenreglers 30 mit dem Tank 14 und
der Ausgang 16 der Förderpumpe 10 direkt
mit dem Verbraucher 26 verbunden. Der Pumpenreglers 30 wird
in Richtung Maximalförderung
verstellt, solange der Förderdruck
P1 unterhalb der Stellgröße 42 liegt. Übersteigt
der Förderdruck
P1 die Stellgröße 42, dann der Ausgang 24 des
Druckminderelements 20 mit dem Tank 14 und der
Ausgang 16 der Förderpumpe 10 mit
dem zweiten Eingang 32 des Pumpenreglers 30 verbunden,
so dass der Pumpenreglers 30 in Richtung Minimalförderung verstellt
wird, da am ersten Eingang 28 ein Druck anliegt, der aufgrund
der Drossel 48 kleiner ist als Förderdruck P1.
Die 11 zeigt diese Variante in einem Ausführungsbeispiel.
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Bei
der in der 12 gezeigten Variante der Erfindung,
die im wesentlichen der der 5 entspricht,
ist der Druckbegrenzer 34 als 4/2-Wegeventil 90 ausgebildet.
Dabei sind der erste Steuereingang 40 mit dem Absperrventil 78 und
der zweite Steuereingang 74 sowohl mit dem Steuerventil 72 als
auch mit dem Absperrventil 78 verbunden. Sobald der Förderdruck
P1 und der Systemdruck P2 die
Stellgröße 42 übersteigen,
stellt das Wegeventil 90 um und verbindet den ersten Eingang 28 mit
dem Tank 14, so dass der Pumpenregler 30 in Richtung
Minimalförderung
verstellt wird.
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Beim
Ausführungsbeispiel
gemäß der 13 verbindet
das 4/2-Wegeventil 90 den
zweiten Eingang 32 des Pumpenreglers 30 mit dem
Tank, so dass der Pumpenregler 30 zunächst in Richtung Maximalförderung
verstellt ist. Außerdem
ist der Ausgang 24 mit dem Systemdruck P2 mit
dem ersten Eingang 28 des Pumpenreglers 30 verbunden.
Sobald der Förderdruck
P1 und der Systemdruck P2 die
Stellgröße 42 übersteigen,
stellt das Wegeventil 90 um und verbindet den zweiten Eingang 32 des
Pumpenreglers 30 mit dem Ausgang 24 sowie den
ersten Eingang 28 des Pumpenreglers 30 mit dem
Tank 14, so dass der Pumpenregler 30 in Richtung
Minimalförderung
verstellt wird.
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Bei
der in der 14 dargestellten Schaltstellung,
welche der der 12 entspricht, sind das Steuerventil 72 und
das Absperrventil 78 umgestellt. Da der zweite Eingang 32 Pumpenreglers 30 mit
dem Tank 14 verbunden ist, ist der Pumpenregler 30 in Richtung
Maximalförderung
verstellt. Am Verbraucher 26 liegt der Systemdruck P2 an.
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Bei
der in der 15 dargestellten Schaltstellung,
welche der der 13 entspricht, sind das Steuerventil 72 und
das Absperrventil 78 ebenfalls umgestellt. Der zweite Eingang 32 des
Pumpenreglers 30 ist mit dem Tank 14 und dessen
erster Eingang 28 mit dem Ausgang 24 verbunden.
Der Pumpenregler 30 ist in Richtung Maximalförderung
verstellt und am Verbraucher 26 liegt der Systemdruck P2 an. Von Vorteil bei den letztgenannten
Varianten ist, dass die Verstellkammern des Pumpenreglers 30 reinölseitig
mit dem Systemdruck P2 versorgt werden. Dadurch
kann verschmutzungsbedingter Ausfall weitestgehend ausgeschlossen
werden.
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Die 16 zeigt
eine Variante der Erfindung gemäß 8,
wobei der Druckbegrenzer 34 als 4/2-Wegeventil 86 ausgebildet
ist und nicht nur über den
Eingang 88, an dem der Systemdruck P2 anliegt, sondern
parallel auch mittels des Motorrechners 76 elektromagnetisch
angetriebenen wird. In der in der 16 gezeigten
Stellung ist der erste Eingang 28 des Pumpenreglers 30 mit
dem Tank 14 und der zweite Eingang 32 des Pumpenreglers 30 mit
dem Ausgang 24 verbunden. Der Pumpenregler 30 wird
in Richtung Minimalförderung
verstellt. Bei Ausfall des Motorrechners 76 stellt das
4/2-Wegeventil 86 um woraufhin der zweite Eingang 32 des
Pumpenreglers 30 ist mit dem Tank 14 und dessen
erster Eingang 28 mit dem Ausgang 24 verbunden
werden. Der Pumpenregler 30 ist in Richtung Maximalförderung
verstellt.