DE102010026999A1 - Pressure fluid supply unit for supplying pressure fluid to e.g. hydraulic actuated clutch for internal combustion engine, has orifice designed such that pressure fluid volume flow at fluid flow path is adjusted within normal value range - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Druckmittelversorgung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a pressure medium supply according to the preamble of claim 1.
Eine Druckmittelversorgung hat die Aufgabe, mehrere Abnehmer, beispielsweise hydraulische Verbraucher oder andere Aggregate, mit Druckmittel zu versorgen. Ein Beispiel für einen hydraulischen Verbraucher ist eine hydraulisch betätigte Kupplung. Die Druckmittelversorgung muss hier für einen Kupplungsvorgang Druckmittel bis zu einem maximalen Steuerdruck im Bereich von zum Beispiel 30 bar bereitstellen.A pressure medium supply has the task of providing several consumers, for example hydraulic consumers or other units, with pressure medium. An example of a hydraulic consumer is a hydraulically actuated clutch. The pressure medium supply must provide here for a coupling process pressure medium up to a maximum control pressure in the range of, for example, 30 bar.
Mit Druckmittel gleichzeitig zu versorgende Aggregate sind beispielsweise Kühl- oder Schmiereinheiten. Sie benötigen in der Regel Druckmittel auf einem verhältnismäßig niedrigen Druckniveau. Die bestimmungemäße Funktion hängt dagegen in erster Linie davon ab, dass ein Druckmittel- bzw. Kühl- oder Schmiermittelvolumenstrom innerhalb eines spezifizierten Wertebereiches liegt.Units to be supplied with pressure medium at the same time are, for example, cooling or lubricating units. As a rule, they require pressure medium at a relatively low pressure level. The intended function, on the other hand, depends primarily on the fact that a pressure fluid or coolant or lubricant volume flow is within a specified value range.
Die Druckmittelversorgung muss somit je nach Betriebszustand und Art der Verbraucher bzw. Aggregate zum Einen signifikant unterschiedliche Drücke und zum Anderen definierte Druckmittelströme bereitstellen.Depending on the operating state and type of consumers or units, the pressure medium supply must thus provide significantly different pressures and, on the other hand, defined pressure medium flows.
Die
Ein Druckreduzierventil teilt dabei einen Druckmittelvolumenstrom der Pumpe in zwei Abläufe. Der erste Ablauf versorgt die Kupplung über ein Kupplungssteuerventil. In den zweiten Ablauf des Druckreduzierventils zweigt Öl für Kühlung und Schmierung bei einem niedrigeren Druck ab. In diesem zweiten Ablauf strömt der Kühlmittelstrom zunächst gemeinsam mit dem Schmiermittelstrom. Beide Abläufe sind stromabwärts an ein Steuerventil angeschlossen. Dieses trennt zum Einen den Kühlmittel- vom Schmiermittelstrom und steuert zum Anderen den Kühlmittelstrom in Abhängigkeit des Schaltvorganges, bzw. in Abhängigkeit des Steuerdruckes. Das Ventil weist für jeden der Abnehmer einen Ausgang auf. Jeder der drei Ventilausgänge ist über eine Drehdurchführung mit einer ihm zugeordneten axialen Wellenbohrung hydraulisch gekoppelt. Die drei axialen Bohrungen weisen weiterhin stromabwärts jeweils mindestens eine Querbohrung auf, über die sie mit einem Druckmittelraum oder einem Druckmittelströmungskanal des zugeordneten Abnehmers hydraulisch gekoppelt sind.A pressure reducing valve divides a pressure medium volume flow of the pump into two processes. The first sequence supplies the clutch via a clutch control valve. In the second drain of the pressure reducing valve branches off oil for cooling and lubrication at a lower pressure. In this second sequence, the coolant flow initially flows together with the lubricant flow. Both processes are connected downstream to a control valve. On the one hand, this separates the coolant from the lubricant flow and, on the other hand, it controls the coolant flow as a function of the switching process or as a function of the control pressure. The valve has an output for each of the users. Each of the three valve outputs is hydraulically coupled via a rotary feedthrough with an associated axial shaft bore. The three axial bores further have downstream at least one transverse bore, via which they are hydraulically coupled to a pressure medium chamber or a pressure medium flow channel of the associated pickup.
Nachteilig an dieser Lösung ist ein hoher vorrichtungs- und steuerungstechnischer Aufwand zur Verteilung der Druckmittelströme auf die einzelnen Abnehmer. Zum Einen sind für die beiden unterschiedlichen Arten der Abnehmer – die Kühlung und Schmierung benötigen einen Volumenstrom, die Kupplung einen Steuerdruck – aufgrund ihrer signifikant unterschiedlichen Druckniveaus mindestens zwei voneinander getrennte Druckmittelpfade vorgesehen. Zum Anderen weist die Lösung aufwendige Stellglieder, beispielsweise das Druckreduzierventil und das Steuerventil, zur Verteilung des Druckmittels auf. Hinzu kommt, dass in der Welle für jeden Verbraucher eine axiale Wellenbohrung vorgesehen ist.A disadvantage of this solution is a high device and control engineering effort to distribute the pressure medium flows to the individual customers. On the one hand, because of their significantly different pressure levels, at least two separate pressure medium paths are provided for the two different types of consumers - the cooling and lubrication require a volume flow, the clutch a control pressure. On the other hand, the solution has elaborate actuators, for example the pressure reducing valve and the control valve, for distributing the pressure medium. In addition, an axial shaft bore is provided in the shaft for each consumer.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Druckmittelversorgung für einen hydraulischen Verbraucher und ein Aggregat bereitzustellen, bei der ein vorrichtungs- und steuerungstechnischer Aufwand minimiert ist.In contrast, the invention is based on the object to provide a pressure medium supply for a hydraulic load and an aggregate, in which a device and control engineering effort is minimized.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Druckmittelversorgung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.This object is achieved by a pressure medium supply having the features of patent claim 1.
Eine erfindungsgemäße Druckmittelversorgung zur Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers und eines Aggregates weist eine Verzweigung auf. Die Verzweigung ist dabei mit einem Druck beaufschlagt, der in Abhängigkeit von zwei Betriebszuständen zwischen einem ersten und einem zweiten, demgegenüber höheren Druck wechselt. Von der Verzweigung zweigen ein erster und ein zweiter Druckmittelströmungspfad ab. Über den ersten Druckmittelströmungspfad kann dabei der hydraulische Verbraucher in Abhängigkeit des Betriebszustandes mit dem ersten oder dem zweiten, höheren Druck beaufschlagt werden. Über den zweiten Druckmittelströmungspfad, in dem eine Drosselstelle angeordnet ist, ist das Aggregat mit einem Druckmittelvolumenstrom versorgt. Die Drosselstelle ist dabei so ausgelegt, dass der Druckmittelvolumenstrom im zweiten Druckmittelströmungspfad für beide Betriebszustände innerhalb eines für das zweite Aggregat bestimmungsgemäßen Wertebereiches eingestellt ist. Vorteilhaft ist, dass der hydraulische Verbraucher und das Aggregat, die mit einem signifikant unterschiedlichen Druck zu beaufschlagen sind, bis zur Verzweigung über einen gemeinsamen Zulauf versorgbar sind. Dadurch ist ein vorrichtungs- und steuerungstechnischer Aufwand, wie er beispielsweise bei einer herkömmlichen Druckmittelversorgung durch mehrere benötigte Zuleitungen bzw. Zuläufe oder durch vorzuschaltende Steuerventile verursacht wird, minimiert.A pressure medium supply according to the invention for supplying a hydraulic consumer and an aggregate has a branching. The branch is acted upon with a pressure that changes depending on two operating conditions between a first and a second, contrast, higher pressure. From the branch branch off a first and a second pressure medium flow path. In this case, the hydraulic consumer can be subjected to the first or the second, higher pressure as a function of the operating state via the first pressure medium flow path. Via the second pressure medium flow path, in which a throttle point is arranged, the unit is supplied with a pressure medium volume flow. The throttle point is designed so that the pressure medium flow in the second Pressure medium flow path is set for both operating conditions within a range of values intended for the second unit. It is advantageous that the hydraulic consumer and the unit, which are to be acted upon with a significantly different pressure, are supplied to the branch via a common inlet. This is a device and control engineering effort, as it is caused for example in a conventional pressure medium supply by a plurality of required supply lines or feeds or vorzuschaltende control valves minimized.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.Further advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
Die Drosselstelle vorzugsweise derart ausgelegt, dass für ein Verhältnis der Druckdifferenzen über die Drosselstelle von etwa 15 ein Volumenstromverhältnis bis zu einem Wert von etwa 2 eingestellt ist.The throttle point is preferably designed such that for a ratio of the pressure differences across the throttle point of about 15, a volume flow ratio is set to a value of about 2.
Die Drosselstelle ist dabei in einer vorteilhaften Weiterbildung derart ausgelegt, dass unabhängig vom Betriebszustand bzw. unabhängig davon, mit welchem der beiden Drücke die Verzweigung beaufschlagt ist, der Druckmittelvolumenstrom im zweiten Druckmittelströmungspfad in etwa immer der gleiche ist. Somit ist eine bestimmungemäße Funktion des Aggregates, die einen etwa konstanten Volumenstrom erfordert, sichergestellt.The throttle point is designed in an advantageous development such that regardless of the operating state or regardless of which of the two pressures the branch is acted upon, the pressure medium volume flow in the second pressure fluid flow path is approximately always the same. Thus, a bestimmungemäße function of the unit, which requires an approximately constant volume flow ensured.
Die Drosselstelle ist vorteilhafter Weise derart ausgelegt, dass eine Strömung im zweiten Druckmittelströmungspfad beim zweiten, höheren Druck turbulent und beim ersten (niedrigeren) Druck laminar ausgebildet ist.The throttle point is advantageously designed such that a flow in the second pressure fluid flow path at the second, higher pressure is turbulent and laminar at the first (lower) pressure.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Druckmittelversorgung ist die Drosselstelle für beide Betriebszustände bzw. beide Drücke zwischen 1 und 50 bar ausgelegt, wobei der zweite, höhere Druck zwischen 15 und 50 bar und der erste Druck zwischen 1 und 5 bar einstellbar ist.In a preferred embodiment of the pressure medium supply according to the invention, the throttle point for both operating conditions or both pressures between 1 and 50 bar designed, the second, higher pressure between 15 and 50 bar and the first pressure between 1 and 5 bar is adjustable.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckmittelversorgung ist der hydraulische Verbraucher eine hydraulisch betätigte Kupplung oder das Aggregat eine Schmiereinheit oder eine Kühleinheit.In a preferred embodiment of the pressure medium supply according to the invention, the hydraulic consumer is a hydraulically actuated clutch or the aggregate is a lubrication unit or a cooling unit.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind ein Zulauf zur Verzweigung oder die Verzweigung oder ein Druckmittelströmungspfad oder die Drosselstelle als Ausnehmung oder Bohrung innerhalb einer Welle ausgebildet. Gegenüber einer herkömmlichen, mittels Leitungen oder Schläuchen ausgebildeten Druckmittelversorgung, weist eine derartige einstückige Bauweise weniger Teile auf und ist besonders platzsparend. Zudem ist hierdurch ein Aufwand für Montage und Wartung der Druckmittelversorgung reduziert.In a preferred embodiment, an inlet to the branch or the branch or a pressure fluid flow path or the throttle point are formed as a recess or bore within a shaft. Compared to a conventional, formed by means of lines or hoses pressure medium supply, such a one-piece design has fewer parts and is particularly space-saving. In addition, an expense for assembly and maintenance of the pressure medium supply is thereby reduced.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Druckmittelversorgung dabei eine Zuleitung auf, die an eine Drehdurchführung bzw. einen drehbaren Anschluss der Welle angeschlossen ist, wobei über die Drehdurchführung der Zulauf mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Auf diese Weise kann das Druckmittel von einer feststehenden Druckmittelquelle über die Drehdurchführung in die rotierende Welle, zur Verzweigung und über die Druckmitteströmungspfade schließlich zum hydraulischen Verbraucher und zum Aggregat gefördert werden.In a preferred embodiment, the pressure medium supply in this case has a supply line, which is connected to a rotary feedthrough or a rotatable connection of the shaft, which can be acted upon by the rotary feedthrough of the inlet with pressure medium. In this way, the pressure medium can be conveyed from a fixed pressure medium source via the rotary feedthrough into the rotating shaft, to the branching and finally via the pressure medium flow paths to the hydraulic consumer and to the aggregate.
Besonders vorteilhaft ist ein Einsatz der erfindungsgemäßen Druckmittelversorgung in Getrieben, Pumpen oder Motoren, insbesondere Verbrennungsmotoren, da für deren Versorgung meist nur ein sehr begrenzter Bauraum für Zuleitungen oder Zuläufe zur Verfügung steht.It is particularly advantageous to use the pressure medium supply according to the invention in transmissions, pumps or motors, in particular internal combustion engines, since their supply usually only a very limited space for supply lines or feeds is available.
Bevorzugt ist die Drosselstelle der erfindungsgemäßen Druckmittelversorgung als Bohrung mit einem Verhältnis von etwa 5 zwischen der Länge und dem Durchmesser als Düse ausgebildet.Preferably, the throttle point of the pressure medium supply according to the invention is designed as a bore with a ratio of about 5 between the length and the diameter as a nozzle.
Im Folgenden werden anhand zweier Figuren und einer Tabelle eine Druckmittelversorgung nach dem Stand der Technik, ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmittelversorgung und Werte zur geometrischen Dimensionierung der erfindungsgemäßen Drosselstelle beschrieben. Es zeigen:In the following, a pressure medium supply according to the prior art, an embodiment of a pressure medium supply according to the invention and values for geometrical dimensioning of the throttle point according to the invention will be described with reference to two figures and a table. Show it:
In der Tabelle mit Bezug zum in
Die Druckmittelversorgung
Beide Zuleitungen
Vom Zulauf
Trotz dieser beiden signifikant unterschiedlichen Druckniveaus, hat die erfindungsgemäße Druckmittelversorgung
Die Zuleitung
Der Druckmittelströmungspfad
In dem Druckmittelströmungspfad von der Zuleitung
Über die Drosselstelle
Über eine erfindungsgemäße Auslegung der Drosselstelle
Die folgende Tabelle zeigt Berechnungsergebnisse für verschiedene Drosselstellen
In Abhängigkeit des an der Verzweigung
Der Fall 2b zeigt, dass entsprechender Wahl von r und l möglich ist, den Volumenstrom im Druckmittelströmungspfad
Der Fall 3a zeigt, dass bei entsprechender Auslegung mit der signifikanten Druckerhöhung von 3 auf 32 bar lediglich eine moderate, bzw. unterproportionale Steigerung des Volumenstromes im Druckmittelströmungspfad
Im Fall 4b steigt mit der signifikanten Druckerhöhung von 3 auf 32 bar der Volumenstrom etwas stärker an, sodass das Volumenstromverhältnis 2,05 beträgt.In case 4b, with the significant increase in pressure from 3 to 32 bar, the volume flow increases slightly more, so that the volume flow ratio is 2.05.
Die anderen berechneten Fälle zeigen ebenso eine unterproportionale Erhöhung des Volumenstromes mit dem Druck. Selbst im Fall 3d steigt der Volumenstrom nur auf das ca. 8 fache des Ausgangswertes obwohl die Druckdifferenz über die Drossel auf das 15,5-fache des Ausgangswertes (von 2 auf 31 bar) gestiegen ist.The other calculated cases also show a disproportionate increase in the volume flow with the pressure. Even in the case of 3d, the volume flow only increases to about 8 times the initial value although the pressure difference across the throttle has risen to 15.5 times the initial value (from 2 to 31 bar).
Hingewiesen sei noch darauf, dass bei der Berechnung der Volumenstromveränderungen gemäß Tabelle eine kinematische Viskosität des Öls von 20 cSt und eine Dichte von 860 kg/m3 zugrundegelegt worden sind.It should also be noted that the calculation of the volume flow changes according to the table was based on a kinematic viscosity of the oil of 20 cSt and a density of 860 kg / m3.
Offenbart ist eine Druckmittelversorgung zur gemeinsamen Versorgung eines hydraulischen Verbrauchers und eines Aggregates, die beide ein signifikant unterschiedliches Druckniveau aufweisen bzw. benötigen. Von einer Verzweigung, in der ein Druck in Abhängigkeit eines Betriebszustandes zwischen den beiden Druckniveaus wechselt, führt ein erster Druckmittelströmungspfad zum hydraulischen Verbraucher und ein zweiter Druckmittelströmungspfad, in dem eine Drosselstelle angeordnet ist, zum Aggregat. Der Verbraucher ist somit je nach Betriebszustand mit einem unteren oder einem höheren Druck beaufschlagt, das Aggregat ist mit einem Druckmittelvolumenstrom versorgt. Die Drosselstelle ist dabei so ausgelegt, dass der Volumenstrom im zweiten Druckmittelströmungspfad innerhalb eines bestimmungsgemäßen Wertebereiches eingestellt ist oder sogar weitgehend konstant bleibt.Disclosed is a pressure medium supply for the common supply of a hydraulic consumer and an aggregate, both of which have or require a significantly different pressure level. From a branch in which a pressure changes in dependence on an operating state between the two pressure levels, a first pressure medium flow path leads to the hydraulic consumer and a second pressure medium flow path, in which a throttle point is arranged, to the aggregate. The consumer is thus subjected to a lower or higher pressure depending on the operating state, the unit is supplied with a pressure medium flow. The throttle point is designed so that the volume flow in the second pressure medium flow path is set within a predetermined range of values or even remains largely constant.
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