DE8915720U1 - Control device for determining the flow rate of a fluid in a pump - Google Patents
Control device for determining the flow rate of a fluid in a pumpInfo
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Description
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Zugelassene Vertreter Patentanwälte ■ Laftge Straße 51 · D-7000 Stuttgart 1 br \m Europäischen PatentamtAuthorized Representatives Patent Attorneys ■ Laftge Straße 51 · D-7000 Stuttgart 1 br \ m European Patent Office
18.Dez.1990 GM 5971/4018.Dec.1990 GM 5971/40
bei einer Pumpewith a pump
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Festlegen der Fördermenge eines Fluids bei einer Pumpe, insbesondere einer Kolbenpumpe, die mindestens ein auf die Fördermenge einwirkendes, antreibbares Pumpenteil aufweist, das bewegbar in einer die jeweilige Fördermenge aufnehmenden Pumpenkammer angeordnet ist, die über mindestens eine Einlaß- und eine Auslaßleitung das Fluid ansaugt bzw. ausstößt.The invention relates to a control device for determining the delivery rate of a fluid in a pump, in particular a piston pump, which has at least one drivable pump part that acts on the delivery rate and is movably arranged in a pump chamber that receives the respective delivery rate and that sucks in or expels the fluid via at least one inlet and one outlet line.
Es sind Steuervorrichtungei der vorgenannten Art bekannt, bei denen sich das Festlegen der Fördermenge nur mit einem großen Bauaufwand erreichen läßt. Insbesondere bei kleinen Kolbsnpumpen mit einer Fördermenge unter 5 l/min läßt sich ein wahlweises Einstellen der Fördermenge nicht zufriedenetailonrl orToiphen.Control devices of the aforementioned type are known, in which the setting of the delivery rate can only be achieved with great construction effort. In particular with small piston pumps with a delivery rate of less than 5 l/min, an optional setting of the delivery rate cannot be achieved satisfactorily.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Steuervorrichtung für Pumpen, insbesondere für Kolbenpumpen auch kleiner Baugröße, zu schaffen, mittels deren sich die von der jeweiligen Pumpe ebgebbare Fördermenge ohne großen Bauaufwand beliebig wählen und demit festlegen läßt. Diese -ufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.Based on this state of the art, the invention is based on the task of creating a control device for pumps, in particular for piston pumps, even small ones, by means of which the delivery rate that can be delivered by the respective pump can be freely selected and thus determined without great construction effort. This task is solved by the features in the characterizing part of claim 1.
Mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung kann zumindest ein Teil des über die Einlaßleitung in die Pumpen'.ammer der Pumpe angesaugten Fluids durch Ansteuern und damit Betätigen des Schaltventils beim Ausstoßvorgang der Pumpe wieder an diese Einlaßleitung zurückgegeoen werden, soweit nicht die gesamte, in der Pumpenkammer aufnehmbare Fördermenge über die Auslaßleitung beim Ausstoßvorgang abzugeben ist. Die an die Auslaßleitung abgebbare Fördermenge der Pumpe wird dabei um so geringer, je länger das Schaltventil beim Ausstoßvorgang der Pumpe betätigt bleibt und damit das in der Pumpenkammer aufgenommene Fluid die Möglichkeit hat, in die Einlaßleitung zurückzuströmen. Bleibt das Schaltventil während der gesamten Zeitdauer eines Ausstoßvorganges der Pumpe betätigt, strömt die gestalte, in der Pumpenkammer zur Verfügung stehende Fördermenge in die Einlaßleitung zurück, was einer Abschaltung der Pumpe gleich kommt, ohne daß diese hierfür von ihrem Antrieb mechanisch entkoppelt zu werden brauchte oder dieser Antrieb selbst abzuschalten wäre.With the control device according to the invention, at least a part of the fluid sucked into the pump chamber via the inlet line can be returned to this inlet line by controlling and thus activating the switching valve during the pump discharge process, provided that the entire delivery quantity that can be absorbed in the pump chamber is not to be released via the outlet line during the discharge process. The delivery quantity that the pump can release to the outlet line becomes smaller the longer the switching valve remains activated during the pump discharge process and thus the fluid absorbed in the pump chamber has the opportunity to flow back into the inlet line. If the switching valve remains activated for the entire duration of a pump discharge process, the same delivery quantity available in the pump chamber flows back into the inlet line, which is equivalent to switching off the pump without it having to be mechanically decoupled from its drive or this drive itself having to be switched off.
D.i.e erfindungsgemäße Steuervorrichtung weist nur eine geringe Anzahl an Bauteilen auf, die nicht viel Raum einnehmen. Darüber hinaus läßt sich die erfindungsgemäße Steuervorrichtung eis Modul ausgestalten, was es erlaubt, Pumpen mit konstanter Fördermenge, wie Kolbenpumpen und nach dem Prinzip von Kolbenpumpen arbeitende Maschinen, wie (Diesel)Moto-en, mit diesem Modul derart nachzurüsten, daß deren Fördermenge bzw. ^usstoßvolumen nach dem Umbau variisrbcr und damit frei fe.tleabar ist.The control device according to the invention has only a small number of components, which do not take up much space. In addition, the control device according to the invention can be designed as a module, which allows pumps with a constant delivery rate, such as piston pumps and machines that work according to the principle of piston pumps, such as (diesel) engines, to be retrofitted with this module in such a way that their delivery rate or discharge volume can be varied and thus freely set after the conversion.
Ohne große Umbaumaßnahmen läßt sich eine Pumpe oder eine nach dem Prinzip einer Pumpe arbeitende Maschine mit der modulartig ausgebildeten Steuervorrichtung versehen, wenn in der Einlaß- und der Auslaßleitung jeweils ein druckabhängig ansteuerbares Ein- bzw. Auslaßventil gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 angeordnet ist. In diesem Fall braucht das ansteuerbare Schaltventil nicht unmittelbar in die Einlaßleitung geschaltet zu werden, was höhere Umbaumaßnahmen an der Pumpe mit sich bringt, sondern kann vielmehr in eine zusätzliche leicht herzustellende Verbindungsleitung geschaltet sein, die als sogenannter Bypass ausgebildet ist, d.h. mit der Einlaßleitung und der Pumpenkammer in Verbindung steht. Soweit dieser Bypass in Form der Verbindungsleitung parallel zu der Einlaßleitung angeordnet ist, läßt sich eine besonders raumsparende Anordnung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung verwirklichen.Without major modifications, a pump or a machine operating on the principle of a pump can be provided with the modular control device if a pressure-dependently controllable inlet or outlet valve according to the features of claim 2 is arranged in the inlet and outlet lines. In this case, the controllable switching valve does not need to be connected directly to the inlet line, which would require more modifications to the pump, but can instead be connected to an additional, easy-to-manufacture connecting line, which is designed as a so-called bypass, i.e. is connected to the inlet line and the pump chamber. As long as this bypass in the form of the connecting line is arranged parallel to the inlet line, a particularly space-saving arrangement of the control device according to the invention can be achieved.
Das gleiche gilt analog bei schlitzgesteuerten Pumpen. Ohne Änderung der Schlitzdimensionen ist eine Variabilität zu errei chen durch Anwendung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruches 3The same applies analogously to slot-controlled pumps. Variability can be achieved without changing the slot dimensions by using the control device according to the invention. In a particularly preferred embodiment of the control device according to the invention according to the features of claim 3
bar, die über mindestens einen, die Fördermenge unmittelbar oder indirekt überwachenden Sensor einer Rechnereinheit dieser Elektronik ein Signal für eine entsprechende Betätigung des Schaltventils erhält. Mittels der hier angesprochenen Elektronik und mittels dem die jeweilige Fördermenge überwachenden Sensor läßt sich die über die Auslaßleitung abzugebende Fördermenge genauestens festlegen, und zwar unabhängig davon, ob die Drehzahl der Pumpe konstant ist oder nicht.bar, which receives a signal for the corresponding actuation of the switching valve via at least one sensor of a computer unit of this electronics that monitors the delivery rate directly or indirectly. Using the electronics mentioned here and the sensor that monitors the respective delivery rate, the delivery rate to be delivered via the outlet line can be determined precisely, regardless of whether the speed of the pump is constant or not.
Mittels der Elektronik €er Steuervorrichtung ist ein Ansteuern des Schaltventils zu jedem beliebigen Zeitpunkt für eine vorgebbare Zeitdauer während des Betriebes der Pumpe möglich. Auch erlaubt die Elektronik der Steuervorrichtung die Verarbeitung von anderen Regel-, Steuer- oder Meßgrößen, um in Abhängigkeit von diesen durch entsprechendes Ansteuern des Schaltventils die jeweils festgelegten Fördermengen auszustoßen,The electronic control device enables the switching valve to be controlled at any time for a predefined period of time during operation of the pump. The electronic control device also allows the processing of other control, regulation or measurement variables in order to discharge the specified flow rates depending on these by controlling the switching valve accordingly.
Die Elektronik einschließlich ihrer Rechnereinheit, wozu auch für jeden einzelnen Anwendungsfall speziell angepaßte Programme gehören können, sowie die verwendeten Sensoren nehmen in ihrer Ausgestaltung wenig Raum ein, was die modulartige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ebenfalls begünstigt.The electronics, including their computer unit, which can also include programs specially adapted for each individual application, as well as the sensors used, take up little space in their design, which also favors the modular design of the control device according to the invention.
Sofern als Schaltventile schnellschaltende Sitzventile Verwendung finden, ist ein impuisartiges Schälten möglich, so daß auch mehrere Schaltvorgänge innerhalb eines Arbeitszyklusses der Pumpe erzielbar sind. Darüber hinaus wird durch die Verwendung von Schaltventilen mit definierten Schaltstellungen, wie dies ein 2/2-Wegeventil ist, erreicht, daß im Betrieb der Steuereinrichtung es durch die Schaltvorgänge nicht zu einer Erwärmung des Fluids kommen kann.If fast-switching seat valves are used as switching valves, impulse-like switching is possible, so that several switching operations can be achieved within one working cycle of the pump. In addition, the use of switching valves with defined switching positions, such as a 2/2-way valve, ensures that the fluid cannot heat up as a result of the switching operations when the control device is in operation.
Dadurch, daß bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung das über die Einlaßleitung in die Pumpenkammer zugeführte Fluid in der Einlaßleitung drucklos gehalten ist, läßt sich derjenige Teil der angesaugten Fördermenge, der für die Rückführung in die Einlaßleitung während des Äusstoövorgänges der Pumpe vorgssshsn ist, ohne Aufwand an Mehrarbeit durch die Pumpe und damit verlustfrei an diese Einlaßleitung auch wieder abgeben. Wenn bei entsprechender Betätigung der Steuervorrichtung die Pumpe ihre gesamte Fördermenge in diese drucklos gehaltene Einlaßleitung rückfördert, ist eine verlustfreie Abschaltung der Pumpe erreicht.Because in a preferred embodiment of the control device according to the invention the fluid fed into the pump chamber via the inlet line is kept pressure-free in the inlet line, that part of the suctioned flow rate that is intended for return to the inlet line during the pump's discharge process can be released again by the pump without additional work and thus without loss to this inlet line. If the pump returns its entire flow rate to this inlet line that is kept pressure-free when the control device is actuated accordingly, the pump is switched off without loss.
Die Steuervorrichtung ist zumindest für alle Arten von Maschinen verwendbar, die entsprechend dem Prinzip einer Kolbenpumpe arbeiten. Sie ist also grundsätzlich anwendbar bei allen Arten von Kolbenmaschinen, wozu auch Pneumatikkompressoren gehören, als auch für sogenannte Kolbenkraftmaschinen, wie dies beispielsweise die Dieselmotoren darstellen. Die für dis Steuervorrichtung zum Einsatz kommenden ansteuerbaren, schnellschaltenden 2/2-Wegeventile und dieThe control device can be used at least for all types of machines that work according to the principle of a piston pump. It can therefore be used in principle for all types of piston machines, including pneumatic compressors, as well as for so-called piston engines, such as diesel engines. The controllable, fast-switching 2/2-way valves used for the control device and the
hierfür vorgesehene Elektronik stellen robustn Bauteile dar, die die Belastungen aushalten, die auftreten, wenn dahingehende Maschinen -zig Millionen von Hüben ausführen, die entsprechend zuverlässig anzusteuern sind. Die anzusteuernden Maschinen, die entsprechend einer Kolbenpumpe aufgebaut sind, können auch sog. Mehrkolbenpumpen sein, bei denen jede Pumpenkammer über das ihr zugeordnete betätigbare Schaltventil ansteuerbar ist. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, wahlweise einzeln? Zylindsr dieser Mshrkclbenpumpen ganz abzuschalten oder diese kaskadenartig zu betreiben.The electronics provided for this purpose are robust components that can withstand the stresses that occur when such machines carry out tens of millions of strokes, and must be controlled accordingly reliably. The machines to be controlled, which are constructed like a piston pump, can also be so-called multi-piston pumps, in which each pump chamber can be controlled via the actuatable switching valve assigned to it. This makes it possible, for example, to either switch off individual cylinders of these piston pumps completely or to operate them in a cascade.
Bei einer anderen vorzugsweisen Verwendung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung wird bei Erreichen eines vorgebbaren Befüllungszustandes eines Hydrospeichers einer Hydraulikanlage über einen entsprechenden Sensor, beispielsweise in Form eines Drucksensors, die von ihm ermittelte Meßgröße an die Rechnereinheit der Elektronik weitergeleitat und das Schaltventil mittels dieser Elektronik derart geschaltet, daß über die Auslaßleitung, die mit dem Hydrospeicher verbunden ist, keine Fördermenge mehr in diesen gelangt. Sobald aber der Drucksensor einen Druckabfall im Hydrospeicher an die Elektronik, meldet, dsr üblichsrwsiss bei sir.sn* Efi*nahmevorgang aus diesem Speicher entsteht, wird das Schaltventil zumindest zeitweise während des Ausstoßvorganges der Pumpe in seine den Weg zur Einlaßleitung versperrende Stellung geschaltet und die (Kolben)pumpe gibt die jeweiligen Fördermengen stoßweise über die Auslaßleitung so lange an den Hydrospeicher ab, bis dessen vorgebbarer Befüllungszustand erneut erreicht ist, was der Drucksensor meldet, worauf ein neuer Zyklus öeginnen kann.In another preferred use of the control device according to the invention, when a predeterminable filling state of a hydraulic accumulator of a hydraulic system is reached, the measured value determined by it is passed on to the computer unit of the electronics via a corresponding sensor, for example in the form of a pressure sensor, and the switching valve is switched by means of this electronics in such a way that no more delivery quantity reaches it via the outlet line connected to the hydraulic accumulator. However, as soon as the pressure sensor reports a drop in pressure in the hydraulic accumulator to the electronics, which usually occurs during the discharge process from this accumulator, the switching valve is switched at least temporarily during the discharge process of the pump into its position blocking the way to the inlet line and the (piston) pump delivers the respective delivery quantities in bursts to the hydraulic accumulator via the outlet line until its predeterminable filling state is reached again, which the pressure sensor reports, whereupon a new cycle can begin.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung, die eine Figur umfaßt, näher erläutert. Diese Figur zeigt stark vereinfacht den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung in Verbindung pit einer Ausführungsform einer besonderen Art von Pumpe, nämlich einer Kolbenpumpe.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which includes a figure. This figure shows, in a highly simplified manner, the basic structure of the control device according to the invention in connection with an embodiment of a special type of pump, namely a piston pump.
Die als Ganzes mit 10 bezeichnete Kolbenpumpe weist im wesentlichen eir, Pumpenteil 12 in Form eines axial bewegbaren Kolbens 14 auf. Der Kolben 14 ist zumindest teilweise in einem mit 16 bezeichneten Gehäuse geführt und weist in üblicher Weise Dichtmittel, wie Abstreifringe od.dgl., auf. Der Kolben 14 ist über ein Antriebsglied 18 antreibbar. Das A.ntriebsglied 18 ist als Welle ausgebildet und weist einen teilweise elliptisch geformten Steuernocken 20 auf, der fest mit dem Antriebsglied 18 verbunden ist. Das Antriebsglied 18 ist mit einem Antrieb der üblichen Art, beispielsweise einem Elektromotor, zum Ausführen einer Drehbewegung, deren Richtung in der Figur mit einem Pfeil angegeben ist, gekoppelt. Der Kolben 14 weist an seinem dem Antriebsglied 18 zugekehrten Ende eine kreissegmentförmig gewölbte Steuerfläche 22 auf. Bei der in der Figur dargestellten Anordnung wird der Kolben 14 auf Grund seines Eigengewichtes über seine Steuerfläche 22 ständig in Anlage mit dem den Steuernocken 20 aufweisenden Antriebsglied 18 gehalten.The piston pump, designated as a whole with 10, essentially has a pump part 12 in the form of an axially movable piston 14. The piston 14 is at least partially guided in a housing designated with 16 and has sealing means such as scraper rings or the like in the usual way. The piston 14 can be driven via a drive member 18. The drive member 18 is designed as a shaft and has a partially elliptically shaped control cam 20 which is firmly connected to the drive member 18. The drive member 18 is coupled to a drive of the usual type, for example an electric motor, for carrying out a rotary movement, the direction of which is indicated in the figure with an arrow. The piston 14 has a control surface 22 curved in the shape of a circular segment at its end facing the drive member 18. In the arrangement shown in the figure, the piston 14 is held constantly in contact with the drive member 18 having the control cam 20 via its control surface 22 due to its own weight.
Der Kolben 14 nimmt in der in der Figur dargestellten Lage seinen unteren Totpunkt ein, wohingegen nach einer halben Umdrehung des Antriebsgliedes 18 in Richtung des in der Figur angegebenen Pfeiles der Kolben 14 seinen oberen Totpunkt erreicht. Der zurückgelegte Weg des Kolbens 14 zwischen dem unteren und dem oberen Totpunkt stellt den Hub des Kolbens 14 dar.In the position shown in the figure, the piston 14 assumes its bottom dead center, whereas after half a rotation of the drive member 18 in the direction of the arrow shown in the figure, the piston 14 reaches its top dead center. The distance traveled by the piston 14 between the bottom and top dead center represents the stroke of the piston 14.
Die Kolbenpumpe 10 weist ferner eine Pumpenkammer 24 auf, die im wesentlichen von dem Gehäuse 16 begrenzt wird. Das Innere der Pumpenkammer 24 läßt sich über ein Einlaßventil 26 (in der Figur in seiner geöffneten Stellung gezeigt) mit einer Einlaßleitung 28 und über ein Auslaßventil 30 (in der Figur in seiner geschlossenen Stellung gezeigt) mit einer Auslaßleitung 32 verbinden. In der Einlaß- und Auslaßleitung 28,32 ist das von einer Fluidquelle zu seinem Verbraucher zu fördernde Fluid geführt. Die grundsätzliche Richtung des Durchflusses des Fluides beim Fördervorgang ist in der Figur durch die dort gezeigten Pfeile angegeben.The piston pump 10 also has a pump chamber 24, which is essentially delimited by the housing 16. The interior of the pump chamber 24 can be connected to an inlet line 28 via an inlet valve 26 (shown in the figure in its open position) and to an outlet line 32 via an outlet valve 30 (shown in the figure in its closed position). The fluid to be pumped from a fluid source to its consumer is guided in the inlet and outlet lines 28, 32. The basic direction of the flow of the fluid during the pumping process is indicated in the figure by the arrows shown there.
Bei dem f.in- und Auslaßventil 26,30 handelt es sich um druckabhängig ansteuerbare Ventile bekannter Bauart, beispielsweise in Form von federbelasteten Rückschlagventilen.The inlet and outlet valves 26,30 are pressure-dependent controllable valves of a known design, for example in the form of spring-loaded check valves.
Das von einer Druckquelle stammende Fluid in der Einlaßleitung 28 ist bei dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel drucklos gehalten. Es kann aber auch einen bestimmten Druckwert aufweisen, was beispielsweise dann der Fall ist, wenn mehrere Kolbenpumpen 10 zur Druckerhöhung des Fluids in Serie hintereinander geschaltet sind und die jeweilige Einlaßleitung derart an die jeweilige Auslaßleitung (nicht dargestellt) der jeweils vorangehenden Kolbenpumpe angeschlossen ist, daß bei einer kaskadenartigen Betriebsweise von der jeweils vorangehenden Kolbenpumpe unter Druck stehendes Fluid in die nachgeschaltete Einlaßleitung und damit Pumpenkammer gefördert wird, wenn der Kolben 14 der nachfolgenden Kolbenpumpe 10 sich noch in seinem unteren Totpunkt oder in einer Lage in der Nähe desselben befindet.The fluid in the inlet line 28 originating from a pressure source is kept pressureless in the present embodiment. However, it can also have a certain pressure value, which is the case, for example, when several piston pumps 10 are connected in series to increase the pressure of the fluid and the respective inlet line is connected to the respective outlet line (not shown) of the preceding piston pump in such a way that, in a cascade-like mode of operation, pressurized fluid is pumped from the preceding piston pump into the downstream inlet line and thus pump chamber when the piston 14 of the subsequent piston pump 10 is still at its bottom dead center or in a position close to it.
Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Einlaßventil 26 derart eingestellt, daß bei der Rückhubbewegung des Kolbens 14 in seinen unteren Totpunkt auf Grund des hierdurch entstehenden Unterdruckes in der Pumpenkammer 24 das Einlaßventil 26 automatisch entgegen der herrschenden Federkraft öffnet und das in der Einlaßleitung 28 gehaltene C drucklose Fluid Ober das dann geöffnete Einlaßventil 26 in die Pumpenkammer 24 strömt. Während dieses Vorganges befindet sich dad Auslaßventil 30 in seiner in der Figur dargestellten geschlossenen Stellung. Sobald die Steuerfläche 22 bei der umlaufenden Drehbewegung des Antriebsgliedes 18 in Eingriff kommt mit dessen Steuernocken 20, bewegt sieh der Kolben 14 au« seinem unteren Totpunkt heraus in Richtung •einer oberen Totpunktstellung. Bei dieser Rückhub- oder Aueetoßbewegung des Kolbens 14 drückt das in die Pumpenkammer 24 engesaugte Fluid das Einlaßventil 26 mit Unterstützung der Schließkraft der Ventilfeder in seine den Weg zwischen der Pumpenkammer 24 und der Einlaßleitung 28 versperrende Schließstellung (nicht dargestellt).In the embodiment shown in the figure, the inlet valve 26 is set in such a way that during the return stroke of the piston 14 to its bottom dead center, the inlet valve 26 opens automatically against the prevailing spring force due to the negative pressure created in the pump chamber 24 and the pressure-free fluid held in the inlet line 28 flows into the pump chamber 24 via the then opened inlet valve 26. During this process, the outlet valve 30 is in its closed position shown in the figure. As soon as the control surface 22 engages with the control cam 20 of the drive member 18 during its rotating movement, the piston 14 moves from its bottom dead center in the direction of a top dead center position. During this return stroke or ejection movement of the piston 14, the fluid sucked into the pump chamber 24 presses the inlet valve 26, with the support of the closing force of the valve spring, into its closed position (not shown) blocking the path between the pump chamber 24 and the inlet line 28.
Gleichzeitig wird entgegen der herrschenden Federkraft am Auslaßventil 30 dieses geöffnet und die gesamte, in der Pumpenkammer 24 aufgenommene Fördermenge an Fluid ist über das Auslaßventil 30 in die Auslaßleitung 32 an einen Verbraucher (nicht dargestellt) abgebbar. Bei dem sich danach anschließenden Rückhub des Kolbens 14 in seinen unteren Totpunkt zum Ansaugen von Fluid bswegt sich das Einlaßventil 26 erneut in seine in der Figur dargestellte Öffnungsstellung und das Auslaßventil 30 nimmt unterstützt durch die Schließkraft ssinei Fsder seine %r, der Figur dargestellte Schließstellung ein. Die hier beschriebene Betriebsweise, bei der im Ansaug-At the same time, the outlet valve 30 is opened against the prevailing spring force and the entire delivery quantity of fluid taken up in the pump chamber 24 can be delivered via the outlet valve 30 into the outlet line 32 to a consumer (not shown). During the subsequent return stroke of the piston 14 to its bottom dead center to suck in fluid, the inlet valve 26 moves again into its open position shown in the figure and the outlet valve 30, supported by the closing force ssinei Fsder , takes up its closed position shown in the figure. The operating mode described here, in which the intake
( takt des Kolbens 14 eine b&stimmte von der GröSe des Volumens der Pumpenkesmer 24 abhängige Fördermenge an Fluid in diese strömt, um im sich anschließenden Vorhub oder Ausstoßtakt aus der Pumpenkammer 24 wieder ausgestoßen zu werden, stellt für Kolbenpumpen einen üblichen Vorgang dar und berücksichtigt noch nicht die Wirkung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung. Sofern die Kolbenpumpe derart ausgebildet ist, daß der Kolben 14 nicht von allein auf Grund seiner Gewichtskraft in die untere Totpunktstellung zurückkehren kann, sind Rückstellmittel, beispielsweise in Form von Federn, vorgesehen, die diesen Rückhub bewirken. Eine dahingehende Unterstützung der mittels Schwerkraft sich vollziehenden Rückhubbewegung(stroke of the piston 14 a certain delivery quantity of fluid, dependent on the size of the volume of the pump chamber 24, flows into it in order to be expelled from the pump chamber 24 again in the subsequent forward stroke or discharge stroke, represents a usual process for piston pumps and does not yet take into account the effect of the control device according to the invention. If the piston pump is designed in such a way that the piston 14 cannot return to the bottom dead center position on its own due to its weight, return means, for example in the form of springs, are provided, which bring about this return stroke. Such support of the return stroke movement carried out by means of gravity
. des Kolbens 14 kann auch bei der in der Figur dargestellten Ausführung der Erfindung vorgesehen sein. . of the piston 14 can also be provided in the embodiment of the invention shown in the figure.
Int folgenden werden nun diejenigen Teile dar erfinduirgsgemäßen Steuervorrichtung beschrieben, mittels denen sich die förderbare Menge dar Pumpe variieren, also im einzelnen festlagen läßt. Hierfür ist eine Verbindungsleitung 34 vorgesehen, die das Innere dar Pumpenkemmer 24 unter Umgehung des Einlaßventils 26 mit dar Einlaßleitung 28 verbindet. In diese Verbindungsleitung 34, die gemäß der Figur im wesentlichen parallel zur Einlaßleitung 28 verläuft, ist mit seinem Schaltsymbol gekennzeichnet, ein Schaltventil 36 in Form eines elektromagnetisch betätigbaren schnellschaltendenIn the following, those parts of the control device according to the invention are described by means of which the pumpable quantity can be varied, i.e. determined in detail. For this purpose, a connecting line 34 is provided which connects the interior of the pump chamber 24 with the inlet line 28, bypassing the inlet valve 26. In this connecting line 34, which according to the figure runs essentially parallel to the inlet line 28, is marked with its circuit symbol, a switching valve 36 in the form of an electromagnetically actuated fast-switching
2/2-Wege-(Sitz)Ventiles zwischengeschaltet, das in der Figur in seiner die Verbindungsleitung 34 unterbrechenden Schließstellung gezeigt ist. Dieses 2/2-Wegeventil wird in seiner Schließstellung mittels Federkraft gehalten und schaltet bei Betätigung seines Elektromagneten in seine die Verbindungsleitung 34 freigebende Stellung.2/2-way (seat) valve is interposed, which is shown in the figure in its closed position interrupting the connecting line 34. This 2/2-way valve is held in its closed position by spring force and switches to its position releasing the connecting line 34 when its electromagnet is actuated.
Das Ansteuern dieses 2/2-Wegeventils geschieht mittels einer eis Ganzes mit 35 bezeichneten Elektronik, deran Rschnereinheli in der Figur als Blackbox dargestellt ist. Diese weist einen Signaleingang 40, an den ein Sensor 42 angeschlossen ist, sowie sinsfi Signslau*.;^?: 44 auf, Ober den der Elektromagnet des 272-WeyeventiTs für dessen Bstatigung ansteuerbar ist. Dsr Sensor 42 ist in der Figur symbolhaft dergestellt und in der Lage, über den jeweiligen Bewegungszustand des Antriebsgliedes 18 mit dem Steuernocken 20, der. jeweiligen Bewegungszustand des Kolbens 14 und damit die in der Pumpenkammer 24 in jedem Zeitpunkt des Fördervorganges der Pumpe vorliegende fördermenge indirekt zu ermitteln. Das über die Elektronik 38 ansteuerbare Schaltventil 36 stellt ein sogenanntes Bypassventil dar, das in die als Umgehung (Bypass) dienende Verbindungsleitung 34 zwischengeschaltet ist,This 2/2-way valve is controlled by means of an electronic unit, designated 35, which is shown as a black box in the figure. This has a signal input 40, to which a sensor 42 is connected, as well as a signal input 44, via which the electromagnet of the 2/2-way valve can be controlled for its activation. The sensor 42 is shown symbolically in the figure and is able to indirectly determine the respective movement state of the piston 14 and thus the delivery quantity present in the pump chamber 24 at any time during the pump's delivery process via the respective movement state of the drive element 18 with the control cam 20. The switching valve 36, which can be controlled via the electronics 38, represents a so-called bypass valve, which is connected in the connecting line 34 serving as a bypass.
Ober diesen Bypass läßt sich nun die mittels dem Pumpenteil 12 ausstoßbare Fördermenge in der Pumpenkammer 24, wie nachfolgend beschrieben, festlegen. Zunächst wird, wie eingangs erwähnt, die Fördermenge über die Einlaßleicung 28 beim Ansaugtakt des Kolbens 14 in die Pumpenkammer 24 eingesogen. Während dieses Ansaugvorganges de? Kolbenpumpe 10 nimmt das Schaltventil 36 die in der Figur dargestellte Stellung, also seine Sperrstellung ein. Der Sensor 42 überwacht über die jeweils eingenommene Stellung des Antriebsgliedes 18 diese Rückhubbewegung der Kolbenpumpe 10 und gibt ein entsprechendes Signal in den Signaleingang 40 der Rechnereinheit der Elektronik 38 ab, sobald der Kolben 14 seine untere Totpunktstellung erreicht hat. Soll nun ein bestimmter AnteilThe delivery quantity that can be ejected by means of the pump part 12 in the pump chamber 24 can now be determined via this bypass, as described below. First, as mentioned at the beginning, the delivery quantity is sucked into the pump chamber 24 via the inlet line 28 during the intake stroke of the piston 14. During this intake process of the piston pump 10, the switching valve 36 takes the position shown in the figure, i.e. its blocking position. The sensor 42 monitors this return stroke movement of the piston pump 10 via the position of the drive element 18 and emits a corresponding signal into the signal input 40 of the computer unit of the electronics 38 as soon as the piston 14 has reached its bottom dead center position. If a certain proportion
der in der Pumpenkammer 24 aufgenommenen Fördermenge nicht über das Auslaßventil 30 an die Auslaßleitung 32 und damit an den Verbraucher gelangen, verarbeitet die Rechnereinheit das eingegangene Signal des Sensors 42 weiter zu einem am Signalausgang 44 anstehenden Stellsignal für das 2/2-Wegeventil, dss für eine ober die Rechne? inneit vorgegebene Schaltdauer innerhalb der für die Ausstoßbewegung vorgesehenen Zeitraumes betätigt bleibt. In diesem betätigten Zustand ist das Ventil 36 in seine durchgehende, den Weg in der Verbindungsleitung 34 freigebende Stellung geschaltet., so daß der nicht für die Abgabe an die Auslaßleitung 32 vorgesehene Teil der Fördermenge bei der Bewegung des Kolbens 14 in seinen oberen Totpunkt über die Verbindungsleitung 34 mit dem Schaltventil 36 in die vorzugsweise drucklos gehaltene Einlaßleitung 28 ausgestoßen wird. Je nachdsm, wie lange, also für welche Schaltdauer, die Rechnereinheit der Elektronik 38 über den Signalausgang 44 das Ventil in seiner geöffneten angesteuerten Stellung hält, bestimmt sich der Umfang derjenigen Fördermenge, die beim Ausstoßvorgang noch an die Auslaßleitung 32 abgebbar ist. Bleibt das Ventil 36 während der gesamten Ausstoßhubbewegung der Kolbenpumpe 10 in seiner geöffneten Stellung, wird die gesamte Fördermenge in der Pumpenkammer 24 an die Einlaßleitung 28 zurückgegeben. Diese Betriebsart kommt von der Verbraucherseite aus gesenen dem Abschalten der Kolbenpumpe 10 gleich, was verlustlos erfolgen kann, sofern das Pumpenteil 12 nicht entgegen einem anstehenden Druck in der Einlaßleitung 28 zu fördern hat.of the delivery quantity received in the pump chamber 24 does not reach the outlet line 32 and thus the consumer via the outlet valve 30, the computer unit processes the signal received from the sensor 42 into a control signal for the 2/2-way valve at the signal output 44, which remains actuated for a switching period predefined by the computer within the period intended for the ejection movement. In this actuated state, the valve 36 is switched to its continuous position, which clears the path in the connecting line 34, so that the part of the delivery quantity not intended for delivery to the outlet line 32 is expelled via the connecting line 34 with the switching valve 36 into the inlet line 28, which is preferably kept pressureless, when the piston 14 moves to its top dead center. Depending on how long, i.e. for what switching duration, the computer unit of the electronics 38 keeps the valve in its open, controlled position via the signal output 44, the extent of the delivery quantity that can still be delivered to the outlet line 32 during the discharge process is determined. If the valve 36 remains in its open position during the entire discharge stroke movement of the piston pump 10, the entire delivery quantity in the pump chamber 24 is returned to the inlet line 28. From the consumer side, this operating mode is equivalent to switching off the piston pump 10, which can be done without loss, provided that the pump part 12 does not have to deliver against a pressure in the inlet line 28.
Bei einer optimierten Ausführung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung ist es vorgesehen, durch den Sensor 42 das Erreichen des Kolbens 14 bereits kurz vor seiner unteren Totpunktstellung zu erfassen, um zu gewährleisten, daß das Ventil 36 sicher zu einem Zeitpunkt geöffnet ist, bei ffeffl der Kompressionshub des Kolbens 14 einsetzt. Diese Vorhaltezeit bei der Erfassung der Kolbenstellung ourclt den SensorIn an optimized version of the control device according to the invention, it is intended that the sensor 42 detects the piston 14 reaching its bottom dead center position shortly before it reaches it, in order to ensure that the valve 36 is safely opened at a time when the compression stroke of the piston 14 begins. This lead time when detecting the piston position serves the sensor
gleicht Verlustzeiten aus, die bei der Signalverarbeitung innerhalb der Elektronik 38 entstehen können. Die Rechnereinheit der Elektronik 38 verfügt zur Durchführung der hier angesprochenen Schaltvorgänge über ein eingebbares Zeitablauf programm, des den Zeitpunkt des Schaltens und die Schaltdauer des Ventile 36 bestimmt.compensates for lost time that can occur during signal processing within the electronics 38. The computer unit of the electronics 38 has an inputtable timing program to carry out the switching processes mentioned here, which determines the time of switching and the switching duration of the valves 36.
Die Elektronik 38 kann euch dahingehend ausgelegt sein, daß während des gesamten Rückhubvorganges des Kolbens 14 bei der Bewegung in seinen unteren Totpunkt das Ventil betätigt ist, also in seiner die Verbindungsleitung 34 freigebenden Durchgengsstellung bleibt, so daß während des gesamten Ansaugvorganges das Fluid sowohl über die Einlaßleitung 28 mit Einlaßventil 26 als auch über riie Verbindungsleitung 34 in die Pumpenkammer 24 gelangt. In diesem Fall würde die Elektronik 38 gemäß dem eingegebenen Zeitablaufprogramm in der Rechnereinheit das Ventil 36 erst dann in seine unbetätigte, die Verbindungsleitung 34 versperrende Schaltstellung bringen, wenn die an die Auslaßleitung 32 abzugebende Fördermenge in der Pumpenkammer 24 erreicht ist.The electronics 38 can be designed in such a way that during the entire return stroke of the piston 14 when moving to its bottom dead center, the valve is actuated, i.e. remains in its through position which releases the connecting line 34, so that during the entire suction process the fluid reaches the pump chamber 24 both via the inlet line 28 with inlet valve 26 and via the connecting line 34. In this case, the electronics 38 would only move the valve 36 into its unactuated switching position, which blocks the connecting line 34, in accordance with the time sequence program entered in the computer unit when the delivery quantity to be delivered to the outlet line 32 has been reached in the pump chamber 24.
Der Bereich der Elektronik 38 zum Schalten des Ventils in seine Sperrstellung liegt demgemäß innerhalb des Zeitraumes für das Zurücklegen des Kolbens 14 aus der unteren in die obere Totpunktstellung beim Durchführen des Kompressionshubes.The range of the electronics 38 for switching the valve to its blocking position is therefore within the period of time for the piston 14 to move from the bottom to the top dead center position when performing the compression stroke.
Bei der bisherigen Betrachtung wurde davon ausgegangen, daß der Antrieb für das Äntriebsglied 18 eine konstante Drehzahl liefert. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist aber auch anwendbar bei drehzahlvariablem Antrieb der Kolbenpumpe 10. In diesem Fall ermittelt die Rechnereinheit der Elektronik 38 aus der zeitlichen Folge der am Signaleingang 40 anstehenden Sensorimpulse die jeweilige Drehzahl des Antriebes und legt dann in Abhängigkeit von den verbraucherseitig geforderten Fördermengen die Zeitenfolge fest, wann das Schaltventil 36 zu betätigen ist. Auf diese Weise kannIn the previous considerations, it was assumed that the drive for the drive element 18 delivers a constant speed. The control device according to the invention can also be used with a variable speed drive of the piston pump 10. In this case, the computer unit of the electronics 38 determines the respective speed of the drive from the temporal sequence of the sensor pulses present at the signal input 40 and then determines the time sequence when the switching valve 36 is to be actuated depending on the delivery quantities required by the consumer. In this way,
drehzahlunabhängig eine konstante festlegbare Fördermenge der Pumpe erreicht werden.A constant, definable pump flow rate can be achieved regardless of the speed.
Das als Schaltventil 36 eingesetzte 2/2-Wegeventil ist ein schnellschaltendes Sitzventil. Kolbenpumpen arbeiten üblicherweise mit einer maximalen Drehzahl von ce. 1500 U/min, so daß pro Hub etwa 25 msec zur Verfügung stehen, um innerhalb dieses Zeitraumes die Sitzventile entsprechend über die Elektronik 38 impulsartig zu schälten. Um eine genaue Dosierung des FSrderstromes zu erreichen, ist es vorgesehen, die Schaltventile 36 während eines Hubes auch mehrfach anzusteuern und zu schalten.The 2/2-way valve used as the switching valve 36 is a fast-switching seat valve. Piston pumps usually work at a maximum speed of around 1500 rpm, so that around 25 msec are available per stroke to switch the seat valves in pulses via the electronics 38 within this period. In order to achieve precise dosing of the flow rate, the switching valves 36 are also intended to be controlled and switched several times during a stroke.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, das Schaltventil 36 unmittelbar in eine Einlaßleitung, entweder in die Auslaßleitung oder die Verbindungsleitung 34, zu schalten. Hierbei entfällt das Einlaßventil 26 und das Schaltventil 36 wird während des Ansaugvorganges in seine durchgehende Stellung geschaltet und bleibt während des Kompressionshubes solenge in seiner geöffneten Stellung, bis die festgelegte an die Auslaßleitung 32 abzugebende Fördermenge in der Pumpenkammer 24 erreicht ist. Sei diesem Schaltprinzip ist es auch möglich, beim Ansaugtakt des Kolbens 14 nicht die gesamte maximal mögliche Fluidmenge in die Pumpenkammer 24 einströmen zu lassen, sondern je nach gewünschter Ausstoßmenge über Schalten des Schaltventiles 30 die Fluidversorgung über die Einlaßleitung zu unterbrechen.In another embodiment of the invention, it is provided that the switching valve 36 is switched directly into an inlet line, either into the outlet line or the connecting line 34. In this case, the inlet valve 26 is omitted and the switching valve 36 is switched to its continuous position during the intake process and remains in its open position during the compression stroke until the specified delivery quantity to be delivered to the outlet line 32 is reached in the pump chamber 24. With this switching principle, it is also possible not to allow the entire maximum possible amount of fluid to flow into the pump chamber 24 during the intake stroke of the piston 14, but to interrupt the fluid supply via the inlet line by switching the switching valve 30 depending on the desired discharge quantity.
Sofern die erfindungsgemäße Steuervorrichtung bei Verbrennungsmaschinen Anwendung findet, die entsprechend dem Prinzip einer Kolbenpumpe aufgebaut sind, lassen sich im Hinblick auf eine Optimierung der Verbrennungsprozesse die Menge der auszustoßenden Verbrennungsrückstände ebenfalls festlegen. Sofern die Steuervorrichtung innerhalb einer Hydraulikanlage Verwendung findet, die zumindest einen mittels einerIf the control device according to the invention is used in combustion engines that are constructed according to the principle of a piston pump, the amount of combustion residues to be expelled can also be determined with a view to optimizing the combustion processes. If the control device is used within a hydraulic system that has at least one
Kolbenpumpe befüllbaren Hydrospeicher eufweist, läßt sich dieser nach Unterschreiten eines gewissen Befüllungszustandes mittela der Kolbenpumpe befüllen und nach Erreichen dieses Befüllungszustandes die Pumpe verlustfrei abschalten. Bei einer dahingehenden Verwendungsweise ist über einen weiteren Eingang der Rechnereinheit der Elektronik 38 ein Drucksensor des Hydrospeichers angeschlossen, der über den jeweiligen Befüllungszustand Auskunft gibt.If the hydraulic accumulator has a piston pump that can be filled, it can be filled by means of the piston pump once the level falls below a certain level and the pump can be switched off without loss once this level is reached. If used in this way, a pressure sensor of the hydraulic accumulator is connected via another input of the computer unit of the electronics 38, which provides information about the current level of filling.
Die vorstehende Beschreibung und die Zeichnung beschränken sich nur auf die Angabe von Merkmalen, die für die beispielsweise Verkörperung der Erfindung wesentlich sind. Soweit daher Merkmale in der Beschreibung und in der Zeichnung offenbart und in den Ansprüchen nicht genannt sind, dienen sie erforderlichenfalls auch zur Bestimmung des Gegenstandes der Erfindung.The above description and the drawing are limited only to the specification of features that are essential for the embodiment of the invention. Therefore, to the extent that features are disclosed in the description and drawing and are not mentioned in the claims, they also serve, if necessary, to determine the subject matter of the invention.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8915720U DE8915720U1 (en) | 1989-12-12 | 1989-12-12 | Control device for determining the flow rate of a fluid in a pump |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE3940970 | 1989-12-12 | ||
| DE8915720U DE8915720U1 (en) | 1989-12-12 | 1989-12-12 | Control device for determining the flow rate of a fluid in a pump |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE8915720U1 true DE8915720U1 (en) | 1991-02-28 |
Family
ID=25887892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8915720U Expired - Lifetime DE8915720U1 (en) | 1989-12-12 | 1989-12-12 | Control device for determining the flow rate of a fluid in a pump |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8915720U1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4041800A1 (en) * | 1990-12-24 | 1992-06-25 | Teves Gmbh Alfred | Two-cylinder pump with chambers interconnectable by valve - allows pistons to perform induction and pressure strokes alternately with fluid circulating without consumption of power |
| WO2008046544A1 (en) * | 2006-10-20 | 2008-04-24 | Robert Bosch Gmbh | Hydraulic machine tool |
| DE102008057582A1 (en) * | 2008-11-15 | 2010-05-20 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Hydraulic brake assembly for motor vehicle, has switching valve that is temporarily switched to opening position during displacement stroke of pump such that partial conveying volume from displacement stroke is conveyed to path |
-
1989
- 1989-12-12 DE DE8915720U patent/DE8915720U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4041800A1 (en) * | 1990-12-24 | 1992-06-25 | Teves Gmbh Alfred | Two-cylinder pump with chambers interconnectable by valve - allows pistons to perform induction and pressure strokes alternately with fluid circulating without consumption of power |
| DE4041800C2 (en) * | 1990-12-24 | 1998-09-17 | Teves Gmbh Alfred | Pump device |
| WO2008046544A1 (en) * | 2006-10-20 | 2008-04-24 | Robert Bosch Gmbh | Hydraulic machine tool |
| DE102008057582A1 (en) * | 2008-11-15 | 2010-05-20 | Continental Teves Ag & Co. Ohg | Hydraulic brake assembly for motor vehicle, has switching valve that is temporarily switched to opening position during displacement stroke of pump such that partial conveying volume from displacement stroke is conveyed to path |
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