DE3834201A1 - Anordnung zum zufuehren von druckmittel zu hydraulischen verbrauchern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Zuführen von Druckmittel zu hydraulischen Verbrauchern gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere han­ delt es sich um hydraulische Antriebe von Neben­ aggregaten in Fahrzeugen, beispielsweise hydraulische Antriebe für den elektrischen Generator, den Kompressor einer Klimaanlage, die Wasserpumpe und den Lüfter der Brennkraftmaschine, sowie auch die Versorgung von wei­ teren hydraulischen Verbrauchern wie Servobremse, Servo­ lenkung, Schaltkupplung, Niveauregulierung und aktive Federung usw.

Ein Teil dieser Nebenaggregate, zB der elektrische Generator sind ständig in Betrieb, während andere Aggregate nur zeitweise mit Arbeitsmittel versorgt werden müssen. Außerdem sind für die Mehrzahl der Antriebe unterschiedliche Arbeitsdrücke sowie stark veränderliche Ölmengen erforderlich.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der eingangs geschilderten Art so auszubil­ den, daß den einzelnen Verbrauchern bei deren Arbeits­ druck die jeweils benötigte Arbeitsmittelmenge in richtiger Dosierung und möglichst verlustarm zugeführt wird.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merk­ male des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Dosierung der jeweils für den einzelnen Verbraucher erforderlichen Ölmenge erfolgt durch die zugehörige Verstellblende, die mit einem elektrischen Signal an­ gesteuert wird, das eine für das angetriebene Neben­ aggregat charakteristische Größe darstellt, die als Indikator für den Versorgungsbedarf gewertet wird.

In Verbindung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 läßt sich darüber hinaus die erforderliche Pumpen­ leistung minimieren, indem die einzelnen, für die Nebenaggregate charakteristischen elektrischen Meßwerte in einer elektrischen Regelschaltung zusammengefaßt werden und ein Signal gebildet wird, mit dem der elek­ trische Verstellmechanismus der Pumpe auf den jeweiligen Bedarf eingestellt wird, der sich aus dem insgesamt erforderlichen Ölstrom für alle Verbraucher ergibt.

In diesem Zusammenhang sind bekannte Systeme mit Last­ druckmeldung zu erwähnen, bei denen der höchste an einem Verbraucher auftretende Lastdruck abgegriffen und zur Regelung der Pumpe verwendet wird, so daß die Pumpe so eingestellt wird, daß bei diesem Lastdruck die erforderliche Fördermenge von der Pumpe geliefert wird. Zusätzlich ist es bekannt, jedem Verbraucher eine Druckwaage vorzuschalten, die abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem jeweiligen Lastdruck und dem Pumpendruck die zu dem Verbraucher zu führende Arbeitsmittelmenge einstellt. Derartige hydraulische Lastdruckmeldesysteme sind insbesondere im Hinblick auf die erforderlichen Verbindungsleitungen aufwendig. Demgegenüber ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Anordnung insofern besonders vorteilhaft, als die Regel­ größen, wie beispielsweise die Spannung des Generators, die Motortemperatur oder die Temperatur im Fahrgastraum bei einer Klimaanlage ohnehin elektrisch erfaßt werden und somit als Regelgrößen für die elektrische Verstellung der einzelnen Blenden sowie für die Verstellung der Pumpe ohnehin zur Verfügung stehen, so daß erfindungs­ gemäß ein aufwendiges Lastdruckmeldesystem durch die vergleichsweise einfache elektrische Ansteuerung ersetzt wird.

Die eingangs genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß ferner durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst.

Hiernach erfolgt die Dosierung derart, daß jedes Neben­ aggregat kurzzeitig mit maximaler Last betrieben wird, bis der eine Grenzwert für die charakteristische Regel­ größe erreicht ist, worauf das Aggregat stillgesetzt wird bis der jeweilige andere Grenzwert, beispielsweise für die Batteriespannung cder einebestimmte Temperatur des Lüfters oder des Klimaaggregats erreicht ist. Es wird also von der Annahme ausgegangen, daß es zulässig ist, die zu versorgenden Nebenaggregate zeitweise ab­ zustellen. Dies ist schon deshalb möglich, weil bei­ spielsweise für den Generator die Fahrzeugbatterie einen Puffer darstellt und auch für den Lüfter und das Klima­ aggregat eine jeweils zulässige Temperaturschwankungs­ spanne festgelegt werden kann. Auch für die Hydraulik der Niveauregulierung sind Speicher vorgesehen.

Erfindungsgemäß ist zur Versorgung der Nebenaggregate eine einfache druckgeregelte Verstellpumpe vorgesehen. Diese Pumpe regelt auf einen gleichmäßigen maximalen Druck, so daß die angetriebenen Hydraulikmotoren immer mit vollem Druck und optimalem Wirkungsgrad arbeiten. Gleiches gilt auch für die Pumpe. Das Fördervolumen der Pumpe bestimmt sich durch die maximale Last der Nebenaggregate. Vorteilhafterweise ist eine Vorrang­ steuerung derart vorgesehen, daß die Anzahl der gleich­ zeitig zu betreibenden Nebenaggregate dem Vorrang nach beschränkt wird, so daß weniger wichtige Antriebe erst dann eingeschaltet werden, wenn ein vorrangiger Ver­ braucher stillgesetzt worden ist. Diese Vorrang­ steuerung läßt sich einfach mit der elektrischen Rege­ lung zum Ein- und Ausschalten der Schaltventile kombi­ nieren.

Mit der genannten Lösung wird der Wirkungsgrad des Systems verbessert. Bei der erstgenannten Lösung be­ nötigen die Verbraucher unterschiedliche Betriebsdrücke für die unterschiedlichen Lastzustände. Während der höchste Verbraucherbetriebsdruck den erforderlichen Pumpendruck bestimmt, muß an den Verstellblenden für die übrigen Verbraucher die Differenz zwischen diesem Pumpendruck und dem jeweiligen Arbeitsdruck des Ver­ brauchers gedrosselt werden. Bei der zweitgenannten Lösung sind diese Verluste vermieden. Auch ist der elektrische Aufwand wesentlich geringer und beschränkt sich auf die Signalverarbeitung für die beiden Grenz­ werte und die Betätigung der einzelnen Verbraucher­ ventile, sowie der Vorrangsteuerung zur Beschränkung der Pumpenleistung.

Eine in diesem Zusammenhang, nämlich der Versorgung der hydraulischen Antriebe von Nebenaggregaten, auftretende weitere Aufgabe betrifft die Versorgung der Servolenkung mit Druckmittel. Die Besonderheit besteht darin, daß in Kraftfahrzeugen nahezu ausschließlich die sogenannte Servolenkung mit offener Mitte verwendet wird, die ein feinfühliges Ansprechverhalten aufweist. Dabei wird in der Ruhestellung des Lenkventils für die Servolenkung der von der Pumpe gelieferte Arbeitsmittelstrom drucklos zum Tank abgeführt. Dies bedeutet, daß für die Servo­ lenkung hohe hydraulische Verluste in Kauf genommen werden müssen, da Druckmittel aus der Pumpenleitung ent­ nommen und über das Lenkventil zum Tank abgeführt wird. Hieraus ergibt sich die weitere der Erfindung zugrunde­ liegende Aufgabe, bei solchen Systemen das Arbeitsmittel der Servolenkung mit geringeren Verlusten zuzuführen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 8 gelöst.

Somit ist die Servolenkung über ein Stromregelventil an die Pumpenleitung angeschlossen. Von dem Stromregelventil wird unabhängig vom Arbeitsdruck der Durchfluß durch eine verstellbare Blende konstant gehalten. Ist das Lenkventil mit offener Mitte in Ruhestellung, so ist die Druckdif­ ferenz am Stromregelventil hoch und das Ventil drosselt stark. Benötigt jedoch die Servolenkung Druck, so sinkt die Druckdifferenz und das Stromregelventil öffnet, um den konstanten Durchfluß aufrechtzuerhalten.

Da die Servolenkung nur selten höheren Druck benötigt, sind die Verluste am Stromregelventil verhältnismäßig groß. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Stromregelventil und der Servolenkung der Antrieb für ein Nebenaggregat des Fahrzeuges vorgesehen, das vorzugsweise immer in Funktion sein sollte, beispielsweise der elektrische Generator. Auf diese Weise läßt sich ein ständiger und allzu hoher Verlust am Stromregelventil vermeiden.

Insbesondere eignet sich diese Anordnung zum Anschluß an das Versorgungssystem für hydraulische Antriebe von Nebenaggregaten gemäß dem Patentanspruch 1. Auf diese Weise läßt sich eine Servolenkung mit offener Mitte mit der Versorgung der anderen Verbraucher kombinieren, die über die verstellbare Blende an die Pumpe angeschlossen sind. Wird für die Servolenkung gefordert, daß eine vorbestimmte Ölmenge ständig am Lenkventil zur Verfügung steht, so wird vorzugsweise die das Zentralsystem speisende Verstellpumpe so ausgelegt, daß ihre minimale Fördermenge der dem Lenkventil zuzuführenden Menge ent­ spricht. Damit diese nicht unterschritten wird, ist die Verstellpumpe mit einer entsprechenden Begrenzung versehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltschema zur Versorgung mehrerer hydraulischer Antriebe von Verbrauchern in Kraftfahrzeugen,

Fig. 2 ein Schaltschema für den Anschluß einer Servolenkung mit offener Mitte und

Fig. 3 ein Schaltschema entsprechend Fig. 1 in anderer Ausführungsform.

In Fig. 1 speist eine verstellbare Pumpe 1 Arbeitsmittel in eine Zentralleitung 2, die von einem Druckbegrenzungs­ ventil 3 abgesichert ist. Es sind mehrere Hydromotoren 5, 6, 7 jeweils über eine elektrisch verstellbare Blende 8, 9, 10 an die Zentralleitung parallel zueinander ange­ schlossen. Die Hydromotoren dienen zum Antrieb beispiels­ weise eines Kompressors 14 für die Klimaanlage, eines elektrischen Generators 15 des Fahrzeuges, einer Wasser­ pumpe 16 zusammen mit einem Lüfter 17 für die Kühlung der Brennkraftmaschine. Über eine weitere Blende 18 ist ein Niveauregelsystem des Fahrzeuges an die Zentralleitung 2 angeschlossen. Das Niveauregelsystem ist im einzelnen nicht dargetellt. Außerdem können an die Zentralleitung 2 weitere Verbraucher, beispielsweise die Servobremse, Schaltkupplungen und/oder aktive Federungssysteme des Fahrzeuges angeschlossen sein, die alle mit Arbeitsmittel versorgt werden müssen.

Bei den verstellbaren Blenden handelt es sich um 2/2- Proportionalventile, deren Öffnung durch eine Regel­ schaltung 20 bestimmt wird. Die Regelschaltung erhält als Eingangsgröße von jedem Verbraucher 5, 6, 7 usw. mindestens eine charakteristische Größe, vorzugsweise die Regelgröße, die als Indikator für den Versorgungs­ bedarf gewertet wird. Vorzugsweise ist dieses Signal für den Kompressor 14 die Temperatur im Fahrgastraum, für den elektrischen Generator 15 die von ihm abgegebene Spannung und für den Lüfter 17 die Motortemperatur. Für das Niveauregelsystem wird der Druck in einer Meßdose 22 gemessen und als charakteristisches Signal für die Niveau­ regelung der Regelschaltung 20 zugeführt.

Aus den zurückgeführten Signalen der einzelnen Ver­ braucher wird von der Regelschaltung 20 der Arbeitsmit­ telbedarf errechnet, der zur Versorgung aller Verbrau­ cher von der Pumpe 1 erzeugt werden muß. Mit diesem Signal wird eine nicht dargestellte elektrische Verstell­ einrichtung der verstellbaren Pumpe 1 angesteuert, so daß die Fördermenge der Pumpe so eingestellt wird, daß sie den insgesamt erforderlichen Ölstrom liefert. Die Aufteilung dieses Ölstroms in der richtigen Dosierung zu den einzelnen Verbrauchern erfolgt über die Verstell­ blenden 8, 9, 10, 18. Die Signalverarbeitung in der Regel­ schaltung kann entsprechend den Kennlinien der Ver­ braucher erfolgen. Steigt beispielsweise infolge zu geringer Drehzahl des Lüfters 17 die Kühlwassertem­ peratur des Motors, so wird die Blende 10 weiter geöffnet, um die Dosierung für den Hydromotor 7 zu vergrößern. Je nach System lassen sich Erfahrungswerte bezüglich der erforderlichen Ölmenge, der Öffnung der Blende, der Lüfterdrehzahl und der Kühlwassertempertur in einer Tabelle erfassen und speichern, so daß die Regel­ schaltung beim Abfragen des Speichers das entsprechende Signal für die jeweilige Blendenöffnung abfragen kann.

Der erforderliche Druck in der Leitung 2 am Pumpenausgang bestimmt sich bekanntlich durch den an dem höchstbelasteten Ver­ braucher auftretenden Druck plus dem Differenzdruck an der zugehörigen Verstellblende. Die übrigen Verbraucher, die jeweils unterschiedliche, aber niedrigere Arbeits­ drücke benötigen, erhalten jeweils ihren individuellen Arbeitsdruck, indem die ihnen jeweils zugeordneten Verstellblenden so eingestellt werden, daß bei einer Druckdifferenz von Pumpendruck minus dem Arbeitsdruck des jeweiligen Verbrauchers gerade die von dem Ver­ braucher benötigte Ölmenge über die Verstellblende fließt.

Aus der vorausgehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß über die Verstellblenden die Dosierung des Arbeits­ mittels zu den einzelnen Verbrauchern erfolgt und daß insgesamt die Pumpenleistung über die elektrische Ansteuerung der Pumpe möglichst gering gehalten wird. Da die Verstellpumpe 1 von der Brennkraftmaschine mit stark wechselnden Drehzahlen angetrieben wird, ist auch die Motordrehzahl als Eingangsgröße zu der Regel­ schaltung 20 geführt, um die Pumpendrehzahl als Regel­ größe zu berücksichtigen.

In Fig. 2 ist eine Servolenkung 30 dargestellt, die aus einem Lenkzylinder 31 und einem Lenkventil 32 mit offener Mitte besteht, das mechanisch mit dem Lenkrad eines Fahrzeuges gekuppelt ist. Die Abzweigung zum Lenk­ ventil 32 erfolgt über ein Stromregelventil 33, das an eine Zentralleitung 34 angeschlossen ist, von der aus weitere Verbraucher mit Arbeitsmittel versorgt werden. Vorzugsweise ist die Leitung 34 an die Leitung 2 und damit an die Fig. 1 dargestellte Verstellpumpe 1 an­ geschlossen. Zwischen dem Stromregelventil 33 und dem Lenkventil 32 liegt ein Hydromotor 35 zum Antrieb eines elektrischen Generators 36 des Fahrzeuges. Damit kann der in Fig. 1 dargestellte Generator 15 mit seinem Antrieb entfallen.

Die Funktion des Stromregelventils 33 wird als bekannt vorausgesetzt. Unabhängig von dem von der Servolenkung benötigten Druck wird von dem Stromregelventil 33 die Druchflußmenge zur Servolenkung konstant gehalten. In der dargestellten Ruhelage des Lenkventils 32 fließt der Ölstrom zum Tank ab. Da die Servolenkung nur selten höhere Arbeitsdrücke benötigt, bedeutet dies, daß der Pumpendruck vom Stromregelventil während dieser Zeit nutzlos abgedrosselt wird.

Um diesen Verlust zu verrringern, ist der Hydromotor 35 vorgesehen, der über das Stromregelventil 33 mit Ar­ beitsmittel versorgt wird. Entsprechend dem am Hydro­ motor 35 auftretenden Arbeitsdruck stellt sich das Stromregelventil 33 selbsttätig so ein, daß bei diesem Arbeitsdruck die für die Servolenkung vorgeschriebene Durchflußmenge geliefert wird. Vorzugsweise wird mit dem Hydromotor 35 ein Nebenaggregat eines Fahrzeuges angetrieben, das ständig in Betrieb ist, beispielswei­ se die Lichtmaschine.

Aus der Zusammenschau der Anordnung in Fig. 1 und Fig. 2 ist ersichtlich, daß eine Servolenkung mit offener Mitte mit der Versorgung von verschiedenen Nebenaggregaten eines Fahrzeuges kombiniert ist.

In Fig. 3 sind der Ausführungsform der Fig. 1 ent­ sprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die verstellbaren Blenden 8, 9, 10 und 18 sind jedoch durch einfache Schaltventile 24 bis 27 ersetzt. Die Schaltventile sind langsam schaltend, um ein weiches An- und Abstellen der Aggregate 5, 6, 7 usw. zu ermög­ lichen. Die Verstellung der Pumpe erfolgt nicht mehr von der Regelung 20. Vielmehr ist eine druckgeregelte Verstellpumpe 1 vorgesehen, deren Verstellung so vor­ genommen wird, daß ein bestimmter maximaler Druck in der Leitung 2 aufrechterhalten wird. In der Regelung 20 ist eine Vorrangsteuerung eingebaut, mit der die Anzahl der gleichzeitig zu betreibenden Aggregate beschränkt wird. Auf diese Weise läßt sich die erforderliche Förder­ leistung der Pumpe 1 verringern.

Die Regelung 20 überwacht die für die Verbraucher charakteristischen Regelgrößen. Solange die Regel­ größe zwischen einem unteren und einem oberen Grenzwert liegt, bleibt der zugehörige Antrieb ausgeschaltet. Wird jedoch ein Grenzwert unter- bzw. überschritten, beispielsweise bei Überschreiten der Kühlwassertempe­ ratur oder Unterschreiten eines Druckwerts im Speicher der Niveauregulierung, so wird das zugehörige Schalt­ ventil betätigt und das jeweilige Aggregat wird mit maximaler Last angetrieben, bis der jeweils andere Grenz­ wert erreicht ist, worauf das Aggregat stillgesetzt wird.

In der bereits erläuterten Weise kann die in Fig. 3 dargestellte Anordnung auch in Verbindung mit dem Lenk­ ventil gemäß Fig. 2 vereinigt werden.

Claims (9)

1. Anordnung zum Zuführen von Arbeitsmittel zu hydraulischen Verbrauchern, insbesondere für den hydrau­ lischen Antrieb von Nebenaggregaten in Fahrzeugen, mit einer Pumpe, an welche die Verbraucher angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Verbraucher (5, 6, 7) an die Pumpe (1) über eine elektrisch verstellbare Blende (8, 9, 10, 10, 18) angeschlossen ist und daß die Verstellung der Blende abhängig von einer für den der Blende zugehörigen Ver­ braucher charakteristischen Regelgröße derart erfolgt, daß bei einer durch den Pumpendruck und den Arbeitsdruck des Verbrauchers an der Blende sich einstellenden Druck­ differenz dem Verbraucher die für die gewünschte Regel­ größe erforderliche Arbeitsmittelmenge zugeführt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die Pumpe (1) eine elektri­ sche Verstellung vorgesehen ist, und die Fördermenge der Pumpe auf die Summe der den Verbrauchern insgesamt zuzuführenden Arbeitsmittelmenge einstellbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Blenden 2/2-Propor­ tionalwegeventile sind.

4. Anordnung zum Zuführen von Arbeitsmittel zu hydraulischen Verbrauchern, insbesondere für den hydrau­ lischen Antrieb von Nebenaggregaten in Fahrzeugen, mit einer Pumpe, an welche die Verbraucher angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Verbraucher (5, 6, 7) an die Pumpe (1) über je ein Schaltventil (24, 25, 26, 27) angeschlossen ist und daß das Zu- und Abschalten der Ventile abhängig von einem oberen und unteren Grenzwert der für den je­ weiligen Verbraucher zugehörigen charakteristischen Regelgröße derart erfolgt, daß dem Verbraucher während der Zuschaltzeit immer die für ihn festgelegte maximale Fördermenge bei einem maximalen Druck zugeführt wird.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die verstellbare Pumpe (1) druck­ geregelt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schaltventile lang­ sam schaltend sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß über eine Vorrangsteuerung die Anzahl der gleichzeitig angetriebenen Verbraucher zur Verringerung der Förderleistung der Pumpe begrenzt ist.

8. Anordnung zum Zuführen von Arbeitsmittel zu einem Lenkventil mit offener Mitte für eine Servolenkung, insbesondere in Verbindung mit der Versorgung von hydrau­ lischen Verbrauchern gemäß Patentanspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenk­ ventil (32) an die Pumpe über ein Stromregelventil (33) angeschlossen ist, und zwischen dem Lenkventil und dem Stromregelventil ein hydraulischer Antrieb (35) für ein Nebenaggregat geschaltet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Verwendung einer verstellbaren Pumpe als Druckmittelquelle deren minimale Fördermenge auf einen Wert begrenzt wird, der einer vorbestimmten, dem Lenkventil zuzuführenden Arbeitsmittelmenge entspricht.