DE102006039698B3

DE102006039698B3 - Förderpumpe

Info

Publication number: DE102006039698B3
Application number: DE200610039698
Authority: DE
Inventors: Willi Dipl.-Ing. Schneider; Torsten Helle
Original assignee: Joma Hydromechanic GmbH
Current assignee: Joma Polytec GmbH
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2026-08-22
Also published as: CN101321953A; CN101321953B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Förderpumpe für hydraulische Medien mit einem Eingang und einem Ausgang, wobei am Ausgang ein Förderdruck anliegt, mit einem mit dem Ausgang verbundenen Druckminderelement, an dessen Ausgang der Systemdruck anliegt und der mit einem Verbraucher verbunden ist, wobei der Ausgang mit dem ersten Eingang eines Pumpenreglers verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Druckminderelements verbunden ist, und der Pumpenregler die Förderpumpe in Richtung Maximalförderung stellt, wenn der Systemdruck kleiner einem Mindestdruck oder der Systemdruck kleiner dem Förderdruck ist, und parallel zum Pumpenregler ein Druckbegrenzer derart geschaltet ist, dass an dessen erstem Eingang der Förderdruck und an dessen Steuereingang der Systemdruck anliegen, wobei der Druckbegrenzer öffnet, wenn der Förderdruck größer einer Sollgröße ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Förderpumpe für hydraulische Medien.
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.
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.
Die DE 25 51 088 A1 zeigt eine Mengen- und Druckregelung für Verstellpumpen, bei der der Steuerdruck mit Hilfe einer Blende eingestellt wird. Diese Regelung arbeitet nicht verlustfrei.
Dies trifft auch für eine verschiebbare hydraulische Leistungs- bzw. Momentenregeleinrichtung, wie sie aus der DE 195 17 974 A1 bekannt ist. Auch die Regeleinrichtung für eine verstellbare Pumpe gemäß der DE 29 52 083 A1 und die hydraulische Regelanlage der DE 17 28 270 A arbeiten nicht verlustfrei.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Förderpumpe, insbesondere eine Pumpenregelung, vorzuschlagen, die einfacher auf einen gewünschten Systemdruck einstellbar ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Förderpumpe gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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.
In der Zeichnung zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
1a eine vergrößerte Wiedergabe des Druckbegrenzers gemäß 1;
2 ein Anwendungsbeispiel der in der 1 dargestellten Schaltung bei einer Flügelzellenpumpe mit verstellbarem Rotor;
3 eine Variante der Ausführungsform gemäß 1 mit verlustfreier Förderung;
3a eine vergrößerte Wiedergabe des Druckbegrenzers gemäß 3;
4 eine Variante der Ausführungsform gemäß 1 mit einem innerhalb einer Bandbreite geregelten Systemdruck;
4a eine vergrößerte Wiedergabe des Druckbegrenzers gemäß 4;
5 ein Anwendungsbeispiel der in der 4 dargestellten Schaltung bei einer Flügelzellenpumpe mit verstellbarem Rotor;
6 eine Variante der Ausführungsform gemäß 4 mit einem innerhalb einer Bandbreite geregelten Systemdruck mit verlustfreier Förderung;
6a eine vergrößerte Wiedergabe des Druckbegrenzers gemäß 6; und
7 die Variante gemäß 4 bei Ausfall der Kennfeldregelung.
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.
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.
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 zum 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 28 des Pumpenreglers 30 eine Drossel 48 vorgesehen ist, die insbesondere einstellbar ist.
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.
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.
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 dass ein Verschieben des Kolbens 44 eine Verbindung der beiden Eingänge 36 und 38 bewirkt.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Förderpumpe (10) für hydraulische Medien mit einem Eingang (12) und einem Ausgang (16), wobei am Ausgang (16) ein Förderdruck (P₁) anliegt, mit einem mit dem Ausgang (16) verbundenen Druckminderelement (20), an dessen Ausgang (24) der Systemdruck (P₂) anliegt und der Ausgang (24) mit einem Verbraucher (26) verbunden ist, wobei der Ausgang (16) der Förderpumpe (10) mit dem ersten Eingang (28) eines Pumpenreglers (30) verbunden ist, dessen zweiter Eingang (32) mit dem Ausgang (24) des Druckminderelements (20) verbunden ist, und der Pumpenregler (30) die Förderpumpe (10) in Richtung Maximalförderung stellt, wenn der Systemdruck (P₂) kleiner als ein Mindestdruck (46) oder der Systemdruck (P₂) kleiner als der am ersten Eingang (28) anliegende Druck ist, und parallel zum Pumpenregler (30) ein Druckbegrenzer (34) derart geschaltet ist, dass an dessen erstem Eingang (36) der am ersten Eingang (28) des Pumpenreglers (30) anliegende Druck und an dessen Steuereingang (40) der Systemdruck (P₂) anliegen, wobei der Druckbegrenzer (34) öffnet, wenn der Systemdruck (P₂) größer einer Sollgröße (42) ist.
Förderpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckminderelement (20) ein Filter (22) oder dergleichen ist.
Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestdruck (46) 1,5 bar bis 3 bar, insbesondere 2 bar, beträgt und/oder während des Regelbetriebs oder bei Stillstand der Regelung einstellbar ist.
Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollgröße (42) 4 bar bis 8 bar, insbesondere 5,5 bar, beträgt und/oder während des Regelbetriebs oder bei Stillstand der Regelung einstellbar ist.
Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ausgang (16) der Förderpumpe (10) und dem ersten Eingang (28) des Pumpenreglers (30) eine Drossel (48) zwischengeschaltet ist.
Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ausgang (16) der Förderpumpe (10) ein Überdruckventil (18) vorgesehen ist.
Förderpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (18) bei 9 bar bis 15 bar, insbesondere bei 12 bar, und/oder einem während des Regelbetriebs oder bei Stillstand der Regelung einstellbaren Druck z.B. in einen Tank (14) öffnet.
Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am zweiten Eingang (38) des Druckbegrenzers (34) der Systemdruck (P₂) anliegt und der offene Druckbegrenzer (34) den ersten Eingang (36) mit dem zweiten Eingang (38) verbindet.
Förderpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbegrenzer (34) einen zweiten Steuereingang (74) aufweist.
Förderpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuereingänge (40 und 74) des Druckbegrenzers (34) hydraulisch hintereinander geschaltet sind.
Förderpumpe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Steuereingang (74) des Druckbegrenzers (34) eine Druckkraftübersetzung bezüglich des ersten Steuereingangs (40) aufweist.
Förderpumpe nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Ausgang (24) des Druckminderelements (20) mit dem zweiten Steuereingang (74) des Druckbegrenzers (34) verbindendes Steuerventil (72) vorgesehen ist.
Förderpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang (82) des Steuerventils (72) mit dem zweiten Eingang (74) des Druckbegrenzers (34) verbunden ist.
Förderpumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (72) elektromagnetisch angesteuert wird.
Förderpumpe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (72) über eine Motorsteuerung (76) eines Kraftfahrzeugs angesteuert wird.
Förderpumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgang (82) des Steuerventils (72) und dem ersten Steuereingang (40) des Druckbegrenzers (34) ein Absperrventil (78) vorgesehen ist.
Förderpumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (78) einen Steuereingang aufweist, an dem der Systemdruck (P₂) anliegt.