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Title:
HYDROSTATIC SYSTEM, EQUIPPED WITH A HYDRAULIC DISPLACEMENT PUMP, FOR THE RADIATOR OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/008611
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a hydrostatic system comprising a hydraulic variable displacement pump, preferably an adjustable axial piston pump and a hydraulic motor connected thereto, preferably an axial piston motor, for driving the fan of a heat exchanger in an internal combustion engine, preferably a diesel engine. According to said inventive hydrostatic system, the variable displacement pump is flange-mounted on the housing of the internal combustion engine in such a way that the drive shaft of the gear driven variable displacement pump is connected to the crankshaft or the timing gears of the internal combustion engine.

Inventors:
ECKHARDT ERICH (CH)
SCHWEDE FRANZ-JOSEF (CH)
Application Number:
PCT/EP2001/008560
Publication Date:
January 31, 2002
Filing Date:
July 24, 2001
Export Citation:
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Assignee:
LIEBHERR MACHINES BULLE SA (CH)
ECKHARDT ERICH (CH)
SCHWEDE FRANZ JOSEF (CH)
International Classes:
F01P7/04; F15B7/00; F15B11/042; (IPC1-7): F15B/
Foreign References:
US4433648A1984-02-28
US4461246A1984-07-24
Other References:
BUZZINI P: "SISTEMI DI VENTILAZIONE EFFICIENZA IN CRESCITA" OLEODINAMICA, PNEUMATICA, TECNICHE NUOVE. MILANO, IT, Bd. 40, Nr. 6, Juni 1999 (1999-06), Seiten 54-59, XP000829248 ISSN: 1122-5017
Attorney, Agent or Firm:
Gossel, Hans Karl (Widenmayerstrasse 23, München, DE)
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Claims:
Hydrostatisches System bestehend aus einer hydraulischen Verstellpumpe und einem mit dieser verbundenen hydraulischen Motor Ansprüche
1. Hydrostatisches Sytem, bestehend aus einer hydraulischen Verstellpumpe, vorzugsweise einer verstellbaren Axialkolbenpumpe (1), und einem mit dieser verbundenen hydraulischen Motor, vorzugsweise einem Axialkolbenmotor, (12) zum Antrieb eines Lüfters (14) eines Wärmetauschers (15) eines Ver brennungsmotors, vorzugsweise eines Dieselmotors, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellpumpe (1) in der Weise an das Gehäuse (31) des Verbren nungsmotors angeflanscht ist, daß die Antriebswelle (2) der Verstellpumpe (1) getriebemäRig mit der Kurbelwelle oder dem Steuerräderwerk des Verbren nungsmotors verbunden ist.
2. Hydrostatisches System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstelihebel oder Verstellme chanismus der Verstellpumpe (1) durch zwei Stellzylinder (7,8) gegensinnig verstellbar ist und beide Stellzylinder durch eine Steuerleitung (20,21) von dem Hochdruck in der die Verstellpumpe (1) mit dem Verstellmotor (12) ver bindenden Hochdruckleitung (11) gesteuert sind, daß die Verstellpumpe (1) bei Druckgleichheit in der Steuerleitung (20,21) auf höchste Förderleistung (höchstes Fördervolumen) verstellt wird und ein von der Temperatur des Wärmetauschers (15) gesteuertes Regelventil (24) vorgesehen ist, das bei benötigter verringerter Lüfterleistung über die Stellzylinder (7,8) den Verstell mechanismus auf verringerte Pumpleistung bewegt.
3. Hydrostatisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der federbelastete Stellkolben (5) des die Verstellpumpe (1) auf geringere Förderleistung verstellenden Stellzylinders (7) eine kleinere Kolbenfläche auf weist als der federbelastete Stellkolben (6) des die Verstellpumpe (1) auf hö here Förderleistung verstellenden Stellzylinders (8) und daß in der Steuerleitung (20,21) zwischen den Stellzylindern (7,8) eine Dros sel (22) und in die zu dem Stellzylinder (8) mit größerer Kolbenfläche seines Stellkolbens (6) führenden Leitung (21,22) ein regelbares Druckventil (23) geschaltet sind, das von der Temperatur des Wärmetauschers (15) über eine Steuereinheit (24) in der Weise gesteuert ist, daß es mit abnehmenden Bedarf an Lüfterleistung zunehmend geöffnet wird.
4. Hydrostatisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das regelbare Druckventil (23) ein gesteuertes Magnetventil ist, das bei Ausfall der Steuerung in den geschlossenen Zustand geht.
5. Hydrostatisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das System im offenen Kreislauf mit eigener Ölversorgung be trieben wird.
6. Hydrostatisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das System von dem Schmierölkreislauf des Verbrennungs motors mit Öl versorgt wird.
7. Hydrostatisches System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die von dem Schmierölkreislauf zu der Verstellpumpe führenden Leitung ein Druckminderventil (26) geschaltet ist.
8. Hydrostatisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Antriebswelle (2) der Verstellpumpe (1) über eine Verbin dungsleitung von dem Schmierölkreislauf des Verbrennungsmotors ge schmiert und in die Verbindungsleitung eine Drossel (28) oder ein Druckmin derventil geschaltet sind.
Description:
Hydrostatisches System bestehend aus einer hydraulischen Verstellpumpe und einem mit dieser verbundenen hydraulischen Motor Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches System bestehend aus einer hydrauli- schen Verstellpumpe, vorzugsweise einer verstellbaren Axialkolbenpumpe, und einem mit dieser verbundenen hydraulischen Motor, vorzugsweise einem Axialkol- benmotor zum Antrieb eines Lüfters eines Wärmetauschers eines Verbrennungs- motors, vorzugsweise eines Dieselmotors.

Wird der Antrieb des Lüfters direkt von der Kurbelwelle oder der Nockenwelle oder einem anderen Getriebeelement des Verbrennungsmotors abgeleitet, der mit einer zur Motordrehzahl proportionalen Drehzahl umläuft, ergibt sich die Schwierigkeit, den Lüfter einem Wärmetauscher oder Kühler des Motors in der gewünschten Wei- se zuzuordnen, ohne aufwendige Transmissionen einsetzen zu müssen.

Hydrostatische Systeme der eingangs angegebenen Art sind hier von Vorteil, weil die hydraulische Verstellpumpe an die für deren Antrieb günstigste Stelle des Ver- brennungsmotors angeordnet werden kann und der hydraulische Motor sich an je- der geeigneten Stelle problemlos installieren läßt, weil dieser nur durch hydrauli- sche Leitungen mit der Verstellpumpe verbunden ist. Hierbei läßt sich die Verstell- pumpe entsprechend der benötigten Drehzahl des hydraulischen Motors steuern oder regeln, so daß der Lüftermotor immer nur mit einer Drehzahl läuft, die für die benötigte Kühlung des Kühlers oder Wärmetauschers erforderlich ist, so daß sich bei verringerter Leistung des Verbrennungsmotors auch die Lüfterleistung und da- mit der Geräuschpegel herabsetzen läßt, was dem Bestreben, geräuscharme Ma- schinen zu bauen, entgegen kommt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Lüfterantrieb der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der in günstiger und geräuscharmer Weise mit dem Verbrennungsmotor verbunden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verstellpumpe in der Weise an das Gehäuse des Verbrennungsmotors angeflanscht ist, daß die An- triebswelle der Verstellpumpe getriebemäßig mit der Kurbelwelle oder dem Steuer- räderwerk des Verbrennungsmotors verbunden ist.

Da das Gehäuse der Verstellpumpe unmittelbar an das Gehäuse des Verbren- nungsmotors angeflanscht ist, werden durch den Antrieb verursachte Geräusche durch die Integration der Verstellpumpe in das Gehäuse des Verbrennungsmotors gedämmt. Weiterhin läßt sich getriebemäßig eine günstige Antriebsverbindung von dem Verbrennungsmotor zu der Verstellpumpe herstellen, was zusätzlich eine ge- räuscharme Verbindung ermöglicht.

Eine weitere Absenkung des Geräuschpegels läßt sich dann erreichen, wenn der Lüfterantrieb immer nur mit einer Drehzahl umläuft, die der benötigten Kühileistung des Kühlers oder Wärmetauschers entspricht. Um auf einfache Weise die Lüfterlei- stung der jeweils benötigten Kühlleistung des Kühlers oder Wärmetauschers anzu- passen, ist nach einer erfinderischen Ausgestaltung, für die selbständiger Schutz beansprucht wird, vorgesehen, daß der Stellhebel oder Verstellmechanismus der Verstellpumpe durch zwei Stellzylinder gegensinnig verstellbar ist und beide Stellzylinder durch eine Steuerleitung von dem Hochdruck in der die Verstellpumpe mit dem Verstellmotor verbindenden Hochdruckleitung gesteuert sind, daß die Ver- stellpumpe bei Druckgleichheit in der Steuerleitung auf höchste Förderleistung (höchstes Fördervolumen) verstellt wird und ein von der Temperatur des Wärme- tauschers gesteuertes Regelventil vorgesehen ist, das bei benötigter verringerter Lüfterleistung über die Stellzylinder den Verstellmechanismus auf verringerte Pumpleistung bewegt.

Für das Antriebsmoment M eines hydrostatischen Motors gilt folgende Gesetzmä- ßigkeit : M = f (Ap) = f (n2) Ap = f (Q2) Aus dieser Gesetzmäßigkeit faßt sich ableiten, daß bei zu regelnder Lüfterdreh- zahl n, die proportional zu der jeweils benötigten Lüfter-oder Kühlleistung ist, sich der Betriebsdruck p als Regelgröße heranziehen läßt. Nach der erfindungsgemä- ßen Lösung wird zum Verstellen der Fördermenge Q der Betriebsdruck p herange- zogen. Wird bei sinkender Temperatur des Wärmetauschers nur noch eine verrin- gerte Lüfterleistung benötigt, wird von der Temperatur des Wärmetauschers über eine Regeleinrichtung das Regelventil derart beaufschlagt, daß der Verstellmecha- nismus der Verstellpumpe über die Stellzylinder auf eine verringerte Pumpleistung bewegt wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die gewünschte Verstell-und Regelcharakteristik dadurch erreicht wird, daß der federbelastete Stelikolben des die Verstellpumpe auf geringere Förderleistung verstellenden Stellzylinders eine kleinere Kolbenfläche aufweist als der federbelastete Stelikolben des die Verstellpumpe auf höhere Förderleistung verstellenden Stellzylinders, daß in der Steuerleitung zwischen den Stellzylindern eine Drossel und in die zu dem Stellzylinder mit größerer Kolbenfläche seines Stellkolbens führende Leitung ein regelbares Drossel-oder Druckventil geschaltet sind, das von der Temperatur des Wärmetauschers über eine Steuereinheit in der Weise gesteuert ist, daß es mit ab- nehmenden Bedarf an Lüfterleistung zunehmend geöffnet wird. Diese Ausgestal- tung ermöglicht auf einfache Weise eine Regelung der Lüfterleistung und eine An- passung der Lüfterleistung an den jeweiligen Kühlbedarf des Kühlers oder Wärme- tauschers. Ist das regelbare Druckventil geschlossen, stellt sich in der zu den Stell- kolben führenden Druckleitung beidseits der Drossel ein gleicher Druck ein, so daß der Stellzylinder mit größerer Kolbenfläche die Verstellpumpe auf höchste Förder- leistung und damit den Lüfter auf die höchste Antriebsdrehzahl verstellt. Wird über das regelbare Druckventil der Druck in der zu dem Stellzylinder mit größerer Kol- benfläche führenden Leitung hinter der Drossel abgesenkt, verstellt der Stellzylin- der mit kleinerer Kolbenfläche die Verstellpumpe auf geringere Förderleistung. Da- mit wird die gewünschte Regelung in der Weise erreicht, daß entsprechend einer verringerten benötigten Lüfterleistung über die Verstellpumpe die Drehzahl n des Lüftermotors abgesenkt wird. Sollte die Steuereinheit ausfallen, wird das Druckven- til nicht mehr gesteuert oder geregelt und geht in seinem geschlossenen Zustand, so daß aufgrund der Druckgleichheit in beiden zu den Stellzylindern führenden Druckleitungen beidseits der Drossel der Druck gleich wird und die Verstellpumpe über den Stellzylinder mit größerer Kolbenfläche auf seine höchste Leistung ge- schaltet wird, so daß auch der Lüftermotor mit höchster Drehzahl läuft und den Wärmetauscher oder Kühler mit höchster Lüfterleistung kühit.

Zweckmäßigerweise ist das regelbare Druckventil ein gesteuertes Magnetventil, das bei Ausfall der Steuerung in den geschlossenen Zustand geht.

Zweckmäßigerweise wird das erfindungsgemäße System im offenen Kreislauf mit eigener Ölversorgung betrieben.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Sy- stem von dem Schmierölkreislauf des Verbrennungsmotors mit 01 versorgt wird.

Auf diese Weise läßt sich das hydraulische System vereinfachen, weil Hydrau- likleitungen eingespart werden können.

Üblicherweise weist jedoch der Schmierölkreislauf eines Verbrennungsmotors, vor- zugsweise eines Dieselmotors, einen höheren Schmieröldruck auf als er für den Speisedruck des hydrostatischen Systems zum Antrieb des Lüfters benötigt wird.

Der Druck in dem Schmierölkreislauf des Verbrennungsmotors kann beispielsweise 3 bis 5 bar betragen, während für das hydraulische System des Lüfterantriebs nur ein Druck von 1 bis 1,5 bar benötigt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, daß in die von dem Schmierölkreislauf zu der Verstellpumpe führenden Leitung ein Druckminderventil geschaltet ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die An- triebswelle der Verstellpumpe über eine Verbindungsleitung von dem Schmieröl- kreislauf des Verbrennungsmotors geschmiert und in die Verbindungsleitung ein Druckminderventil oder eine Drossel geschaltet sind. Sollte es zu einem Leck in dem Schmierkreislauf der Antriebswelle der Verstellpumpe kommen, geht dann nur eine sehr viel geringere Schmierölmenge verloren, so daß eine Beschädigung des Verbrennungsmotors aufgrund des Druckabfalls im Schmierölkreislauf nicht zu be- fürchten ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 eine schematische Prinzipdarstellung des hy- drostatischen Systems zum Antrieb des Lüfters ei- nes Wärmetauschers im offenen Kreislauf mit ei- nem eigenen den Kreislauf mit Hydraulikflüssigkeit speisenden Tank, Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, in der das hydrostatische System von dem Schmieröl- kreislauf des Verbrennungsmotors mit Hydraulik- flüssigkeit versorgt wird, Fig. 3 einen Schnitt durch die hydraulische Verstellpumpe des hydrostatischen Systems und Fig. 4 Schnitte durch den hydraulischen Motor mit Lüfter- rad und die hydraulische Verstellpumpe, die an das Gehäuse eines Dieselmotors angeflanscht ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das Gehäuse der verstellbaren Axial- kolbenpumpe 1 an den Motorblock eines Dieselmotors angeflanscht und die Wel- le 2 der Axialkolbenpumpe trägt ein Zahnrad 3, das mit einem Zahnrad des Steuer- räderwerk des Dieselmotors kämmt.

Die Schrägscheibe 4 der Verstellpumpe 1 ist durch die Stelikolben 5,6 zweier Stellzylinder 7,8 verstellbar, wobei die Stellkolben unmittelbar an den seitlichen Endbereichen der wiegenartig gelagerten Schrägscheibe 4 angreifen, die gleich- sam Stellhebel bilden. Die Stelikolben 5,6 sind durch Druckfedern 9,10 belastet und in Anlage an die Seitenbereiche der Schrägscheibe 4 gehalten.

Der die Schrägscheibe 4 auf den größten Schrägungswinkel und damit die höchste Fördermenge verstellende Stellkolben 6 weist eine größere Querschnittsfläche auf als der die Schrägscheibe 4 in Richtung auf kleineren Schwenkwinkel verstellende Stellkolben 5. Die Axialkolbenpumpe 1 ist durch die Hochdruckleitung 11 und die Niederdruckleitung 12 mit dem unverstellbaren Axialkolbenmotor 13 verbunden. Die Abtriebswelle des Axialkolbenmotors 13 trägt ein Lüfterrad 14, das einen Wärme- tauscher, beispielsweise einen Kühler 15, mit kühlender Luft beaufschlagt.

Bei der Regeleinrichtung kann es sich um einen Mikroprozessor gesteuerten Rech- ner handeln, in den in einer bit-Liste (ROM) die Steilkurven für das Regelventil 23 abgelegt sind, nach denen die Öffnung des Regelventils entsprechend der Tempe- ratur des Kühlers 15 gesteuert wird.

Die Axialkolbenpumpe 1 saugt über die Leitungszweige 16 und 17 der Nieder- druckseite 12 Hydrauliköl aus dem Tank 18 an. Sämtliche in dem Kreislauf zusätz- lich eingezeichneten Tanks 19 sind in nicht dargestellter Weise mit dem Tank 18 verbunden.

Die Stellzylinder 7,8 sind über die Leitung 20,21 mit der Hochdruckleitung 11 ver- bunden. Die Leitungszweige 20,21 sind durch eine Drossel 22 miteinander ver- bunden. Der Leitungszweig 21, der mit dem Stellzylinder 8 mit dem Kolben 6 mit größerer Kolbenfläche verbunden ist, mündet in eine Leitung 22, die über ein steu- erbares Magnetventil 23 mit dem Tank 19 verbunden ist.

Das steuerbare Magnetventil 23 wird über eine elektronische Regeleinrichtung 24 von der Temperatur des Kühlers 15 in der Weise geregelt, daß es mit abnehmen- der Küh) ertemperatur zunehmend geöffnet wird, so daß der Druck in den Leitungs- zweigen 21,22, der dem Steuerdruck des Stellzylinders 8 entspricht, aufgrund der Drossel 22 gegenüber dem Druck in der Zweigleitung 20 herabgesetzt wird. Mit absinkender Temperatur des Kühlers 15 und somit verringerter benötigter Lüfterlei- stung sinkt der Druck in dem Stellzylinder 8 gegenüber dem Druck des Stellzylin- ders 7 ab, so daß der Stellzylinder 7 trotz geringerer Kolbenfläche seines Stelikol- bens 5 die Axialkolbenpumpe 1 auf verringerte Förderleistung verstellt.

Beginnt der Antrieb aus dem Stillstand hochzulaufen, steigt der Druck p in der Druckleitung 11 und somit auch der Stelldruck in dem Stellzylinder 1. Ist das Regel- ventil 23 geschlossen, stellt sich auch in den Leitungszweigen 21,22 hinter der Drossel 22 ein gleicher Druck ein, so daß der Stellzylinder 8 die Schrägscheibe auf höchste Förderleistung verstellt. Wird jedoch aufgrund sich verringernder Kühler- temperatur 15 nur eine verringerte Lüfterleistung benötigt, öffnet die Regeleinrich- tung 24 das Regelventil 23 in entsprechender Weise, so daß der Druck in dem Stellzylinder 8 absinkt und der Stelikolben 5 des Stellzylinders 7 die Verstellpumpe auf eine entsprechend verringerte Fördermenge einstellt, die dann die gewünschte verringerte Drehzahl n des Axialkolbenmotors 13 zur Folge hat.

Das aus Fig. 2 ersichtliche System unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestell- ten dadurch, daß das hydrostatische System nicht mit einem eigenen Tank für Hy- draulikflüssigkeit versehen ist, sondern von dem Schmierölkreislauf des Verbren- nungsmotors mit Öl versorgt wird. Um den Oldruck des Schmierölkreislaufs des Verbrennungsmotors dem verringerten Druck des hydrostatischen Systems anzu- passen, ist der Schmierölkreislauf durch ein Druckminderventil oder ein Rück- schlagventil 26 mit vorgespannter Feder mit dem Kreislauf des hydrostatischen Sy- stems verbunden.

Bei dem aus Fig. 2 ersichtlichen Ausführungsbeispiel wird auch die Welle 2 der Verstellpumpe 1 von dem Schmierölkreislauf des Verbrennungsmotors geschmiert.

Um jedoch zu verhindern, daß aus dem Schmierölkreislauf unnötig viel Schmieröl abläuft, wenn das Schmiersystem 27 der Verstellpumpe 1 undicht werden sollte, ist in die Verbindung zu dem Schmierölkreislauf eine Drossel 28 geschaltet, die im Falle eines Lecks den Abfluß von Schmieröl aus dem Schmierölkreislauf auf ein vertretbares Maß verringert.

Aus Fig. 3 ist ein Schnitt durch die verstellbare Axialkolbenpumpe ersichtlich, deren Gehäuse mit einem Flansch 30 versehen ist, über die sich die Verstellpumpe in der aus den Fig. 5 und 6 ersichtlichen Weise an das Gehäuse bzw. einen Gehäuseteil 31 eines Dieselmotors anflanschen läßt.

Aus Fig. 4 sind Schnitte durch die verstellbare Axialkolbenpumpe 1 und den kon- stanten Axialkolbenmotor 13, auf dessen Austrittswellenzapfen das Lüfterrad 14 aufgesetzt ist, ersichtlich. Die verstellbare Axialkolbenpumpe 1 ist in der schema- tisch dargestellten Weise an das Gehäuse eines Dieselmotors angeflanscht.