Titel : Förderpumpe

Beschreibung

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 Al 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.

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:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Figur Ia eine vergrößerte Wiedergabe des Druckbegrenzers gemäß Figur 1;

Figur 2 ein Anwendungsbeispiel der in der Figur 1 dargestellten Schaltung bei einer Flügelzellenpumpe mit verstellbarem Rotor;

Figur 3 eine Variante der Ausführungsform gemäß Figur 1 mit verlustfreier Förderung;

Figur 3a eine vergrößerte Wiedergabe des Druckbegrenzers gemäß Figur 3 ;

Figur 4 eine Variante der Ausführungsform gemäß Figur 1 mit einem innerhalb einer Bandbreite geregelten Systemdruck;

Figur 4a eine vergrößerte Wiedergabe des Druckbegrenzers gemäß Figur 4 ;

Figur 5 ein Anwendungsbeispiel der in der Figur 4 dargestellten Schaltung bei einer Flügelzellenpumpe mit verstellbarem Rotor;

Figur 6 eine Variante der Ausführungsform gemäß Figur 4 mit einem innerhalb einer Bandbreite geregelten Systemdruck mit verlustfreier Förderung;

Figur 6a eine vergrößerte Wiedergabe des Druckbegrenzers gemäß Figur 6;

Figur 7 die Variante gemäß Figur 4 bei Ausfall der Kennfeldregelung;

Figur 8 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit Konstantdruckregelung;

Figur 9 ein Anwendungsbeispiel der in der Figur 8 dargestellten Schaltung bei einer Flügelzellenpumpe mit verstellbarem Rotor;

Figur 10 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit Konstantdruckregelung;

Figur 11 ein Anwendungsbeispiel der in der Figur 10 dargestellten Schaltung bei einer Flügelzellenpumpe mit verstellbarem Rotor;

Figur 12 ein Anwendungsbeispiel einer weiteren

Ausführungsform der Erfindung mit Kennfeldregelung in einer Flügelzellenpumpe mit verstellbarem Rotor;

Figur 13 ein Anwendungsbeispiel einer weiteren

Ausführungsform der Erfindung mit Kennfeldregelung in einer Flügelzellenpumpe mit verstellbarem Rotor;

Figur 14 eine Variante des Anwendungsbeispiel der Figur 12 bei Ausfall der Kennfeldregelung;

Figur 15 eine Variante des Anwendungsbeispiel der Figur 13 bei Ausfall der Kennfeldregelung; und

Figur 16 eine Variante der Erfindung gemäß Figur 8.

Das in der Figur 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 Pi an und am Ausgang 16 ist ein überdruckventil 18 angeschlossen. Dieses überdruckventil 18 ist ebenfalls mit dem Tank 14 verbunden. übersteigt der Förderdruck Pi 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 P ₂ 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 P ₂ kleiner als der Förderdruck Pi.

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 P ₂ 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 P ₂ , verstellt der Pumpenregler 30 die Förderpumpe 10 in Richtung Maximalförderung. Solange der Systemdruck P ₂ 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 P ₂ an. Die Sollgröße 42 des Druckbegrenzers 34 ist insbesondere einstellbar und beträgt um Beispiel 5,5 bar. Dies bedeutet, dass der Druckbegrenzer 34 den ersten Eingang 36 mit dem zweiten Eingang 38 verbindet, wenn am Steuereingang 40 ein die Sollgröße 42 überschreitender Druck anliegt, d.h. wenn der Systemdruck P ₂ 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 P ₂ , so dass der Pumpenregler 30 die Förderpumpe 10 in Richtung Minimalförderung verstellt. Der Systemdruck P ₂ sinkt dadurch ebenfalls ab, bis er unter den Wert des Förderdrucks Pi absinkt, woraufhin der Pumpenregler 30 wieder in Richtung Maximalförderung verstellt wird. Der Systemdruck P ₂ 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 P ₂ wird nur durch eine Verstellung der Förderpumpe 10 verändert. Außerdem ist erkennbar, dass zwischen dem Ausgang 16 der Förderpumpe 10 und dem ersten Eingang 38 des Pumpenreglers 30 eine Drossel 48 vorgesehen ist, die insbesondere einstellbar ist.

In der Figur Ia 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 Figur 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 Figur 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 Figur 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 Figur 3a ist erkennbar, dass der zweite Eingang 38 direkt mit dem Steuereingang 40 verbunden ist und das ein Verschieben des Kolbens 44 eine Verbindung der beiden Eingänge 36 und 38 bewirkt.

In der Figur 4 ist der Ausgang 24 des Druckminderelements 20 mit einem elektromagnetisch angetriebenen Steuerventil 72 (einem 3/2-Wegeventil) verbunden. In der in der Figur 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 P ₂ mit der innerhalb des Steuerkolbens 44 wirkenden Kraft Fi sowie der am zweiten Steuereingang 74 anliegende Systemdruck P ₂ mit der innerhalb des Steuerkolbens 44 wirkenden Kraft F ₂ .

Der Steuerkolben 44 ist in der Figur 4a dargestellt, woraus deutlich erkennbar ist, dass die Kraft F ₂ aufgrund der größeren wirksamen Kolbenfläche größer ist als die Kraft Fi, 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 P ₂ kann auf jeden Wert zwischen dem Mindestdruck (Pumpenregler 30) und der Sollgröße 42 (Druckbegrenzer 34) eingestellt werden.

Die Figur 4 zeigt außerdem ein Absperrventil 78, welches vom Systemdruck P ₂ 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 P ₂ an.

Wird das Steuerventil 72 über den Motorrechner 76 angesteuert und nimmt dieses die in der Figur 4 gezeigte Stellung ein, dann liegt am zweiten Steuereingang 74 des Druckbegrenzers 34 der Systemdruck P ₂ an und der Druckbegrenzer 34 öffnet, da die Kraft F ₂ aufgrund des Systemdruck P ₂ am zweiten Steuereingang 74 zusätzlich zur Kraft Fi des Systemdruck P ₂ 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 P ₂ erreicht, was vom Motorrechner 76 festgestellt wird, wird das Steuerventil 72 umgeschaltet und verschließt den zweiten Steuereingang 74. Der Systemdruck P ₂ 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 P ₂ gemäß einer Kennfeldregelung innerhalb einer

vorgegebenen Bandbreite auf gewünschte unterschiedliche Werte eingestellt werden.

Die Figur 5 zeigt die Förderpumpe 10 mit der in der Figur 4 dargestellten Schaltung. Zusätzlich zu der in der Figur 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 Figur 6 dargestellten Variante ist, wie in der Figur 3, der Steuereingang 40 des Druckbegrenzers 34 mit dessen zweiten Eingang 38 verbunden. Dies ist auch deutlich aus der Figur 6a erkennbar, die den Steuerkolben 44 im Druckbegrenzer 34 zeigt. Diese Variante stellt eine verlustfreie Steuerung der Förderpumpe 10 dar.

Die Figur 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 F ₂ 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 P ₂ 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 P ₂ 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 P ₂ von der Sollgröße 42 bestimmt wird. Auch bei dieser Variante kann der

zweite Eingang 38, wie bei der Variante der Figuren 3 und 6, mit dem Steuereingang 40 verbunden werden. Diese Variante wäre dann ebenfalls verlustfrei.

Die Figur 8 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, wobei nachfolgend lediglich auf die Unterschiede im Vergleich zur Variante der Figur 1 eingegangen wird. Der Druckbegrenzer 34 wird von einem hydraulisch angetriebenen Steuerventil 86 (einem 4/2-Wegeventil) gebildet, dessen eine, insbesondere einstellbare Stellgröße 42 bei beispielsweise 5,5 bar liegt. Die andere Stellgröße wird vom Systemdruck P ₂ geliefert, der am Eingang 88 anliegt. In der in Figur 8 gezeigten Stellung des Steuerventils 86 ist der zweite Eingang 32 des Pumpenreglers 30 mit dem Tank 14 und der erste Eingang 28 des Pumpenreglers 30 mit dem Ausgang 16 der Förderpumpe 10 verbunden. Der Pumpenreglers 30 wird dadurch in Richtung Maximalförderung verstellt. übersteigt der Systemdruck P ₂ die Stellgröße 42, dann ändert das Steuerventil 86 die Stellung und legt an den zweiten Eingang 32 des Pumpenreglers 30 den Systemdruck P ₂ und verbindet den erste Eingang 28 des Pumpenreglers 30 mit dem Tank 14. Der Pumpenregler 30 wird in Richtung Minimalförderung verstellt, so dass auch der Systemdruck P ₂ sinkt. Unterschreitet der Systemdruck P ₂ die Stellgröße 42, nimmt das Steuerventil 86 wieder seine Ausgangsstellung ein. Die Figur 9 zeigt diese Variante in einem Ausführungsbeispiel, an welche die oben erwähnten Bauteile angeschlossen sind. Dabei sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der in der Figur 10 gezeigten Variante der Erfindung ist in der Grundstellung des Steuerventils 86 der zweite Eingang 32 des Pumpenreglers 30 mit dem Tank 14 und der Ausgang 16 der Förderpumpe 10 direkt mit dem Verbraucher 26 verbunden. Der Pumpenreglers 30 wird in Richtung Maximalförderung verstellt, solange der Förderdruck Pi unterhalb der Stellgröße 42 liegt. übersteigt der Förderdruck Pi die Stellgröße 42, dann der Ausgang 24 des Druckminderelements 20 mit dem Tank 14 und der Ausgang 16 der Förderpumpe 10 mit dem zweiten Eingang 32 des

Pumpenreglers 30 verbunden, so dass der Pumpenreglers 30 in Richtung Minimalförderung verstellt wird, da am ersten Eingang 28 ein Druck anliegt, der aufgrund der Drossel 48 kleiner ist als Förderdruck Pi. Die Figur 11 zeigt diese Variante in einem Ausführungsbeispiel .

Bei der in der Figur 12 gezeigten Variante der Erfindung, die im wesentlichen der der Figur 5 entspricht, ist der Druckbegrenzer 34 als 4/2-Wegeventil 90 ausgebildet. Dabei sind der erste Steuereingang 40 mit dem Absperrventil 78 und der zweite Steuereingang 74 sowohl mit dem Steuerventil 72 als auch mit dem Absperrventil 78 verbunden. Sobald der Förderdruck Pi und der Systemdruck P ₂ die Stellgröße 42 übersteigen, stellt das Wegeventil 90 um und verbindet den ersten Eingang 28 mit dem Tank 14, so dass der Pumpenregler 30 in Richtung Minimalförderung verstellt wird.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 13 verbindet das 4/2- Wegeventil 90 den zweiten Eingang 32 des Pumpenreglers 30 mit dem Tank, so dass der Pumpenregler 30 zunächst in Richtung Maximalförderung verstellt ist. Außerdem ist der Ausgang 24 mit dem Systemdruck P ₂ mit dem ersten Eingang 28 des Pumpenreglers 30 verbunden. Sobald der Förderdruck Pi und der Systemdruck P ₂ die Stellgröße 42 übersteigen, stellt das Wegeventil 90 um und verbindet den zweiten Eingang 32 des Pumpenreglers 30 mit dem Ausgang 24 sowie den ersten Eingang 28 des Pumpenreglers 30 mit dem Tank 14, so dass der Pumpenregler 30 in Richtung Minimalförderung verstellt wird.

Bei der in der Figur 14 dargestellten Schaltstellung, welche der der Figur 12 entspricht, sind das Steuerventil 72 und das Absperrventil 78 umgestellt. Da der zweite Eingang 32 Pumpenreglers 30 mit dem Tank 14 verbunden ist, ist der Pumpenregler 30 in Richtung Maximalförderung verstellt. Am Verbraucher 26 liegt der Systemdruck P ₂ an.

Bei der in der Figur 15 dargestellten Schaltstellung, welche der der Figur 13 entspricht, sind das Steuerventil 72 und das Absperrventil 78 ebenfalls umgestellt. Der zweite Eingang 32 des Pumpenreglers 30 ist mit dem Tank 14 und dessen erster Eingang 28 mit dem Ausgang 24 verbunden. Der Pumpenregler 30 ist in Richtung Maximalförderung verstellt und am Verbraucher

26 liegt der Systemdruck P ₂ an. Von Vorteil bei den letztgenannten Varianten ist, dass die Verstellkammern des Pumpenreglers 30 reinölseitig mit dem Systemdruck P ₂ versorgt werden. Dadurch kann verschmutzungsbedingter Ausfall weitestgehend ausgeschlossen werden.

Die Figur 16 zeigt eine Variante der Erfindung gemäß Figur 8, wobei der Druckbegrenzer 34 als 4/2-Wegeventil 86 ausgebildet ist und nicht nur über den Eingang 88, an dem der Systemdruck P ₂ anliegt, sondern parallel auch mittels des Motorrechners 76 elektromagnetisch angetriebenen wird. In der in der Figur 16 gezeigten Stellung ist der erste Eingang 28 des Pumpenreglers 30 mit dem Tank 14 und der zweite Eingang 32 des Pumpenreglers

30 mit dem Ausgang 24 verbunden. Der Pumpenregler 30 wird in Richtung Minimalförderung verstellt. Bei Ausfall des Motorrechners 76 stellt das 4/2-Wegeventil 86 um woraufhin der zweite Eingang 32 des Pumpenreglers 30 ist mit dem Tank 14 und dessen erster Eingang 28 mit dem Ausgang 24 verbunden werden. Der Pumpenregler 30 ist in Richtung Maximalförderung verstellt.