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DE20012939U1 - Hydrostatisches System bestehend aus einer hydraulischen Verstellpumpe und einem mit dieser verbundenen hydraulischen Motor - Google Patents

Hydrostatisches System bestehend aus einer hydraulischen Verstellpumpe und einem mit dieser verbundenen hydraulischen Motor

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DE20012939U1
DE20012939U1 DE20012939U DE20012939U DE20012939U1 DE 20012939 U1 DE20012939 U1 DE 20012939U1 DE 20012939 U DE20012939 U DE 20012939U DE 20012939 U DE20012939 U DE 20012939U DE 20012939 U1 DE20012939 U1 DE 20012939U1
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DE
Germany
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variable displacement
displacement pump
adjusting
pressure
hydrostatic system
Prior art date
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DE20012939U
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Liebherr Machines Bulle SA
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Liebherr Machines Bulle SA
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Description

26.07.2000 01789-00 G/hw
Liebherr-Machines Bulle SA CH-1630 Bulle
Hydrostatisches System bestehend aus einer hydraulischen Verstellpumpe und
einem mit dieser verbundenen hydraulischen Motor
Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches System bestehend aus einer hydraulischen Verstellpumpe, vorzugsweise einer verstellbaren Axialkolbenpumpe, und einem mit dieser verbundenen hydraulischen Motor, vorzugsweise einem Axialkolbenmotor zum Antrieb eines Lüfters eines Wärmetauschers eines Verbrennungsmotors, 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 Weise 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 Verbrennungsmotors angeordnet werden kann und der hydraulische Motor sich an jeder geeigneten Stelle problemlos installieren läßt, weil dieser nur durch hydrauli-
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sche Leitungen mit der Verstellpumpe verbunden ist. Hierbei läßt sich die Verstellpumpe 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 damit der Geräuschpegel herabsetzen läßt, was dem Bestreben, geräuscharme Maschinen 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 Antriebswelle der Verstellpumpe getriebemäßig mit der Kurbelwelle oder dem Steuerräderwerk des Verbrennungsmotors verbunden ist.
Da das Gehäuse der Verstellpumpe unmittelbar an das Gehäuse des Verbrennungsmotors 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 geräuscharme Verbindung ermöglicht.
Eine weitere Absenkung des Geräuschpegels läßt sich dann erreichen, wenn der Lüfterantrieb immer nur mit einer Drehzahl umläuft, die der benötigten Kühlleistung des Kühlers oder Wärmetauschers entspricht. Um auf einfache Weise die Lüfterleistung der jeweils benötigten Kühlleistung des Kühlers oder Wärmetauschers anzupassen, 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
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mit dem Verstellmotor verbindenden Hochdruckleitung gesteuert sind, daß die Verstellpumpe bei Druckgleichheit in der Steuerleitung auf höchste Förderleistung (höchstes Fördervolumen) verstellt wird und ein von der Temperatur des Wärmetauschers 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 Gesetzmäßigkeit:
M = f(Ap) = f(n2)
Ap = f(Q2)
Aus dieser Gesetzmäßigkeit läßt sich ableiten, daß bei zu regelnder Lüfterdrehzahl n, die proportional zu der jeweils benötigten Lüfter- oder Kühlleistung ist, sich der Betriebsdruck &rgr; als Regelgröße heranziehen läßt. Nach der erfindungsgemäßen Lösung wird zum Verstellen der Fördermenge Q der Betriebsdruck &rgr; herangezogen. Wird bei sinkender Temperatur des Wärmetauschers nur noch eine verringerte Lüfterleistung benötigt, wird von der Temperatur des Wärmetauschers über eine Regeleinrichtung das Regelventil derart beaufschlagt, daß der Verstellmechanismus 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 Stellkolben des die Verstellpumpe auf geringere Förderleistung verstellenden Stellzylinders eine kleinere Kolbenfläche aufweist als der federbelastete Stellkolben 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-
♦ » · - it tüte it f
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nehmenden Bedarf an Lüfterleistung zunehmend geöffnet wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht auf einfache Weise eine Regelung der Lüfterleistung und eine Anpassung der Lüfterleistung an den jeweiligen Kühlbedarf des Kühlers oder Wärmetauschers. Ist das regelbare Druckventil geschlossen, stellt sich in der zu den Stellkolben führenden Druckleitung beidseits der Drossel ein gleicher Druck ein, so daß der Stellzylinder mit größerer Kolbenfläche die Verstellpumpe auf höchste Förderleistung und damit den Lüfter auf die höchste Antriebsdrehzahl verstellt. Wird über das regelbare Druckventil der Druck in der zu dem Stellzylinder mit größerer Kolbenfläche führenden Leitung hinter der Drossel abgesenkt, verstellt der Stellzylinder mit kleinerer Kolbenfläche die Verstellpumpe auf geringere Förderleistung. Damit wird die gewünschte Regelung in der Weise erreicht, daß entsprechend einer verringerten benötigten Lüfterleistung über die Verstellpumpe die Drehzahl &eegr; des Lüftermotors abgesenkt wird. Sollte die Steuereinheit ausfallen, wird das Druckventil 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 geschaltet wird, so daß auch der Lüftermotor mit höchster Drehzahl läuft und den Wärmetauscher oder Kühler mit höchster Lüfterleistung kühlt.
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 System von dem Schmierölkreislauf des Verbrennungsmotors mit Öl versorgt wird. Auf diese Weise läßt sich das hydraulische System vereinfachen, weil Hydraulikleitungen eingespart werden können.
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Üblicherweise weist jedoch der Schmierölkreislauf eines Verbrennungsmotors, vorzugsweise 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 Antriebswelle der Verstellpumpe über eine Verbindungsleitung von dem Schmierölkreislauf 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 befürchten ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt
Fig. 1 eine schematische Prinzipdarstellung des hydrostatischen Systems zum Antrieb des Lüfters eines Wärmetauschers im offenen Kreislauf mit einem eigenen den Kreislauf mit Hydraulikflüssigkeit speisenden Tank,
Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, in der das hydrostatische System von dem Schmieröl-
-6-
kreislauf des Verbrennungsmotors mit Hydraulikflüssigkeit versorgt wird,
Fig. 3 einen Schnitt durch die hydraulische Verstellpumpe des hydrostatischen Systems und
Fig. 4 Schnitte durch den hydraulischen Motor mit Lüfterrad und die hydraulische Verstellpumpe, die an das Gehäuse eines Dieselmotors angeflanscht ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das Gehäuse der verstellbaren Axialkolbenpumpe 1 an den Motorblock eines Dieselmotors angeflanscht und die Welle 2 der Axialkolbenpumpe trägt ein Zahnrad 3, das mit einem Zahnrad des Steuerräderwerks des Dieselmotors kämmt.
Die Schrägscheibe 4 der Verstellpumpe 1 ist durch die Stellkolben 5, 6 zweier Stellzylinder 7, 8 verstellbar, wobei die Stellkolben unmittelbar an den seitlichen Endbereichen der wiegenartig gelagerten Schrägscheibe 4 angreifen, die gleichsam Stellhebel bilden. Die Stellkolben 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 Wärmetauscher, beispielsweise einen Kühler 15, mit kühlender Luft beaufschlagt.
Bei der Regeleinrichtung kann es sich um einen Mikroprozessor gesteuerten Rechner handeln, in den in einer bit-Liste (ROM) die Stellkurven für das Regelventil 23
·*&iacgr;
-7-
abgelegt sind, nach denen die Öffnung des Regelventils entsprechend der Temperatur des Kühlers 15 gesteuert wird.
Die Axialkolbenpumpe 1 saugt über die Leitungszweige 16 und 17 der Niederdruckseite 12 Hydrauliköl aus dem Tank 18 an. Sämtliche in dem Kreislauf zusätzlich 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 verbunden. Die Leitungszweige 20, 21 sind durch eine Drossel 22 miteinander verbunden. 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 steuerbares 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 abnehmender Kühlertemperatur zunehmend geöffnet wird, so daß der Druck in den Leitungszweigen 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 Lüfterleistung sinkt der Druck in dem Stellzylinder 8 gegenüber dem Druck des Stellzylinders 7 ab, so daß der Stellzylinder 7 trotz geringerer Kolbenfläche seines Stellkolbens 5 die Axialkolbenpumpe 1 auf verringerte Förderleistung verstellt.
Beginnt der Antrieb aus dem Stillstand hochzulaufen, steigt der Druck &rgr; in der Druckleitung 11 und somit auch der Stelldruck in dem Stellzylinder 1. Ist das Regelventil 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 Kühlertemperatur 15 nur eine verringerte Lüfterleistung benötigt, öffnet die Regeleinrichtung 24 das Regelventil 23 in entsprechender Weise, so daß der Druck in dem Stellzylinder 8 absinkt und der Stellkolben 5 des Stellzylinders 7 die Verstellpumpe
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auf eine entsprechend verringerte Fördermenge einstellt, die dann die gewünschte verringerte Drehzahl &eegr; des Axialkolbenmotors 13 zur Folge hat.
Das aus Fig. 2 ersichtliche System unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch, daß das hydrostatische System nicht mit einem eigenen Tank für Hydraulikflüssigkeit versehen ist, sondern von dem Schmierölkreislauf des Verbrennungsmotors mit Öl versorgt wird. Um den Öldruck des Schmierölkreislaufs des Verbrennungsmotors dem verringerten Druck des hydrostatischen Systems anzupassen, ist der Schmierölkreislauf durch ein Druckminderventil oder ein Rückschlagventil 26 mit vorgespannter Feder mit dem Kreislauf des hydrostatischen Systems 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 konstanten Axialkolbenmotor 13, auf dessen Austrittswellenzapfen das Lüfterrad 14 aufgesetzt ist, ersichtlich. Die verstellbare Axialkolbenpumpe 1 ist in der schematisch dargestellten Weise an das Gehäuse eines Dieselmotors angeflanscht.

Claims (8)

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 Verbrennungsmotors, vorzugsweise eines Dieselmotors, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellpumpe (1) in der Weise an das Gehäuse (31) des Verbrennungsmotors angeflanscht ist, daß die Antriebswelle (2) der Verstellpumpe (1) getriebemäßig mit der Kurbelwelle oder dem Steuerräderwerk des Verbrennungsmotors verbunden ist.
2. Hydrostatisches System nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellhebel oder Verstellmechanismus 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) verbindenden 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 Verstellmechanismus 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 aufweist als der federbelastete Stellkolben (6) des die Verstellpumpe (1) auf höhere Förderleistung verstellenden Stellzylinders (8) und
daß in der Steuerleitung (20, 21) zwischen den Stellzylindern (7, 8) eine Drossel (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 gekennzeichnet, 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 gekennzeichnet, daß das System im offenen Kreislauf mit eigener Ölversorgung betrieben wird.
6. Hydrostatisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das System von dem Schmierölkreislauf des Verbrennungsmotors 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 gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (2) der Verstellpumpe (1) über eine Verbindungsleitung von dem Schmierölkreislauf des Verbrennungsmotors geschmiert und in die Verbindungsleitung eine Drossel (28) oder ein Druckminderventil geschaltet sind.
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